近年来GRAPES-SDM沙尘模式预报效果检验评估

使用天气学检验方法,对中国气象局兰州干旱气象研究所目前使用的GRAPES-SDM沙尘暴预报业务模式在2008-2011年春季沙尘天气预报情况进行检验评估。结果表明：①自2008年以来,GRAPES-SDM沙尘暴模式对中国北方区域沙尘天气的模拟预报能力较好,TS评分和预报效率保持较高的水平;②模式对内蒙古地区、河套地区及甘肃河西地区的预报效果最好,但常有空报或预报沙尘强度偏强的现象;模式能预报出南疆盆地的沙尘天气,但常有预报范围偏小、强度偏弱的现象;对青海地区的沙尘天气常有漏报现象;③模式对沙尘暴频发地区的预报效果较好,对沙尘天气偶发地区容易漏报,模式对新疆东部、内蒙古中西部地区空报较多;④模式对大范围沙尘天气过程的预报能力较好,对零星沙尘天气预报能力较差。通过检验,我们还提出了改进和完善GRAPES-SDM沙尘暴预报系统的一些建议。     

我国沙尘天气研究的最新进展与展望

国内外学者普遍关注对沙尘天气时空分布格局的研究,非常重视对沙尘天气动力机制的分析,广泛采用多种方法分析沙尘天气的发生发展过程,一贯强调对沙尘天气发展趋势的预测,不断尝试对沙尘天气灾害与防治的探索。随着对沙尘天气研究的不断深入,人们逐渐明确了沙尘天气的时空分布特征,深刻揭示了我国沙尘天气的主要沙尘源地和移动路径,对沙尘天气形成机理与机制的认识不断深化,沙尘天气的预报、预警及其综合防治等方面的研究也取得了重大进展。从发展趋势来看,建立有效的沙尘天气监测预警系统,加强对沙尘天气发生和发展机理研究,强化对关键区域沙尘天气预警预报与综合防治将是今后研究的重要方向。     

内蒙古沙尘天气少发季节沙尘天气预报技术分析

本文对2010年11月沙尘天气少发季节出现在内蒙古自治区西部地区但漏报的一次沙尘天气过程进行了详细的分析,从实际预报的角度出发,利用实际预报工作中可以用到的高空、地面、数值预报产品等相关资料,从产生沙尘天气的有利条件、大尺度环流形势演变及可能造成的其他灾害性天气、沙尘气候概率等角度较全面剖析了此次沙尘天气过程的漏报。分析得出:(1)沙尘天气不是单一出现的,都会伴随大风天气,但沙尘和大风的落区不尽相同,往往先出现大风再有沙尘天气出现,强沙尘暴区都伴有大风天气;(2)沙尘天气出现前会出现明显升温,无有效降水,沙尘过后有时伴有寒潮、雨雪天气;(3)大气的强斜压不稳定是产生沙尘大风的主要因素;(4)锋前上升运动较强,可达对流层中上层（400 hPa以上）;(5)沙尘出现时段整层对应正涡度区;(6)在沙尘暴过程中,午后产生深厚混合层的区域容易产生高空动量下传并形成地面大风。通过对漏报原因的分析提醒广大预报员在今后的预报工作中要增强多种灾害天气同时出现的预报敏感性,一定要在关注重点灾害的同时,避免对沙尘天气少发期沙尘天气漏报的现象。     

GRAPES-SDM沙尘模式预报与卫星遥感监测结果对比

GRAPES-SDM沙尘模式和卫星遥感监测是目前沙尘暴监测预报业务中重要的工具.本文使用天气学检验方法,对中国气象局兰州干旱气象研究所目前使用的GRAPES-SDM沙尘模式2012年春季沙尘天气预报情况以及FY-2D卫星遥感产品沙尘指数IDDI的监测效果进行检验评估.结果表明:沙尘模式在西北沙尘暴预报业务中具有很好的预报参考价值,卫星遥感沙尘指数也具有较好的监测效果,但两者均存在一定的问题.沙尘模式对大范围沙尘暴过程有较好的预报能力,但对沙尘强度预报偏强;卫星遥感沙尘指数虽然不能定性地表示沙尘强度,但是在一定程度上能够反映沙尘强度的变化,不过反映沙尘强度的数值及其分布区间还有待于进一步完善.卫星遥感在南疆盆地常会将大片深厚的沙尘气溶胶区域误判为云区,造成对沙尘天气特别是沙尘暴天气未能识别的现象,另外IDDI指数不能用于夜间沙尘监测.     

春季大风沙尘天气的气候特征及预报系统——以甘肃临夏州为例

应用甘肃临夏州1955—2004年的常规气候资料,从地形、地貌、气候、环流特征等方面综合入手,全面系统地分析了临夏州大风沙尘的天气过程,气候学成因,在此基础上,探索新的预报思路和方法,建立了临夏州春季（3—5月）大风沙尘天气短期实时预报系统。该系统优于常规预报工具,为了有效保护临夏大气环境,减轻当地人民生命财产损失,提供了较为科学的预报依据。     

中国北方沙尘天气的气候条件

利用1954～2000年全国700多个测站的气象资料分析了近50年来我国沙尘暴和扬沙天气的季节变化和年际变化特征,特别着重分析了大风、降水等气象要素对沙尘天气形成的影响.结果表明:我国的沙尘天气受到多种气候要素的综合影响,西北地区和内蒙古西部沙尘多发区的沙尘天气频数受气象条件影响最为显著;风速、湿度在沙尘天气的季节变化中影响最大,降水在沙尘天气的年际变化中影响最大.上一年夏季的降水对春季的沙尘天气具有一定的预报意义.     

陕西一次强沙尘暴过程诊断与分析

2006年陕西共发生沙尘天气13次,其中4月11日的沙尘天气最为严重,危害最大,这也是陕西近10 a来最为严重的一次沙尘暴天气过程。这次沙尘天气带来一系列的天气演变过程,它持续时间虽然只有8~9 h,但覆盖面积大,影响范围广,全省70%~80%左右的区域都受到了影响。运用FY-2卫星红外云图及MICAPS2.0模式中的数值预报进行分析,发现红外云图呈现出异常状态,高低空形势配合较好,气压梯度、温度梯度密集,狂风突起等状况,试图揭示与解读沙尘天气在发生过程中某些气象因子的特征及其对沙尘天气的影响机理,为今后预报沙尘暴强度和发生区域提供一定的理论依据。     

利用EP/TOMS气溶胶指数分析中国和韩国的沙尘天气过程

利用 EP/TOMS卫星反演气溶胶指数、卫星云图和天气形势,研究了沙尘天气对大气气溶胶的贡献以及中国和韩国沙尘天气过程的强度及其演变。结果表明,TOMS气溶胶指数高值对应着沙尘天气的出现地区,可以判别和监测大规模沙尘天气,而且TOMS气溶胶指数能结合卫星云图、大气环流分析,对沙尘天气的影响范围和传输路径进行有效地预报。另外气溶胶指数能排除云的影响并准确地检测到云覆盖的地区。     

关于我国华北沙尘天气的成因与治理对策

２０００年春季,我国华北沙尘天气次数陡增,影响广泛,损失明显增加。利用长期气象观测数据,结合遥感和ＧＩＳ技术,对今年华北沙尘天气的成因进行分析,提出造成沙尘天气的原因在于：①北方地区大风日数的增减是气候周期性变化的反映,今年强沙尘天气陡增是因为处于反厄尔尼诺事件的高峰期所致;②我国北方地表覆被状况局部改善、整体恶化也是今年强沙尘天气产生的另一重要原因。影响华北地区的沙尘天气主要必源于内蒙古中西部和     

区域气候模式对中国沙尘天气气候特征的模拟研究

现有的沙尘天气数值预报模式多选用中尺度天气模式单向耦合起沙模式的方式,不适合用来模拟沙尘气溶胶的长距离输送过程,也无法研究沙尘气溶胶辐射效应对气象场的反馈及气候变化的影响。利用一个耦合沙尘模式的高分辨率区域气候模式,模拟了2001年中国北方沙尘天气爆发的时空分布特征。模拟结果与站点观测结果对比发现,模式能够较好地模拟出中国北方主要的沙尘源地分布及沙尘天气爆发的季节变率。分析不同粒径沙尘颗粒的垂直分布特征发现,沙源地表土壤粒子特征、地形对起沙颗粒的大小都有影响;直径超过5 μm的大粒子是北方沙尘天气的主要成分,而影响长江以南的沙尘天气主要以1 μm以下的小粒子为主。对沙尘传输路径的模拟结果和实况观测发现,来自于不同沙源的沙尘天气其影响的范围有显著差异,模式能够较好地模拟出中国主要沙尘传输路径。     

沙尘天气中气溶胶光学特性的时空分布特征

选取内蒙古境内额济纳旗、乌拉特中旗、东胜、朱日和、锡林浩特5个站的几次沙尘天气过程和晴朗天气下CE-318太阳光度计资料,计算出大气气溶胶光学厚度,结合气象资料分析在沙尘天气发生过程中气溶胶光学厚度的时空分布特征。分析结果显示,在沙尘天气发生过程中,气溶胶光学厚度是一个相当敏感的变量,其随沙尘的发生、发展和消亡表现出明显不同的日变化特征,且光学厚度值随着沙尘天气的发生和发展,在其空间分布变化上与沙尘天气本身的空间分布变化具有很好的一致性,可以很好的反映沙尘输送过程。此外气溶胶光学厚度与大气稳定度也有一致的日变化趋势。因此,对于大气气溶胶光学厚度的监测可以为沙尘天气的预报提供较为准确的客观依据。     

河西走廊东部沙尘暴预报方法研究

利用我国沙尘暴多发区, 甘肃省河西走廊东部民勤、凉州区等五站近50a的气象资料, 详细分析了河西东部沙尘暴频繁发生的气象因素, 应用近20a的天气资料, 结合近50a的典型个例做出沙尘暴的长期、中期、短期和短时预报预警系统。研究结果表明: 长期预报取决于冬春季气温、降水量和大风日数; 中期依靠使用国内外数值预报产品; 短期与大气环流条件、分型指标有关; 短时临近预报与高空大风形势、地面上游有无大风沙尘暴天气有关。     

基于LUCC的新疆沙尘源空间格局及转化机理分析

我国北方地区春夏季节沙尘天气频发,精准识别沙尘源区对于沙尘天气预报及区域生态环境治理意义重大。以新疆为典型研究区,采用2000、2005年和2010年3期土地利用/土地覆被数据,分析了新疆沙尘源的空间分布格局,并基于土地类型转移矩阵分析了不同类型沙尘源的转化情况。结果显示：新疆沙尘源的正、逆向转化主要跟人类活动相关。（1）沙漠/沙地转化敏感区主要分布于塔克拉玛干沙漠的西北边缘地区;转化为裸土类型沙尘源最主要的土地类型为河流/湖泊和草地,其中河流/湖泊的转化主要受自然条件影响,而草地的转化则是由过度放牧所导致。（2）岳普湖、伽师和巴楚等县区存在过度放牧现象;塔里木盆地北部以及准噶尔盆地内部等绿洲-荒漠交错带及人口聚集区域,存在大面积的垦荒现象。（3）新疆地区绿洲-荒漠交错带面积广阔,但其生态系统脆弱,为潜在的沙尘源区,应科学划定生态保护区,禁止过度放牧和无序垦荒。本文研究结果有望为区域生态环境治理及农牧业发展提供科学依据。     

边界层风廓线雷达资料在沙尘天气分析中的应用

为利用风廓线雷达（WPR）开展沙尘天气研究,分析了2010年4月19—20日塔克拉玛干沙漠腹地WPR探测沙尘天气个例。研究表明,WPR可以在沙尘天气工作,其探测资料能及时反映中小尺度三维流场特征,通过WPR提供的水平风场、信噪比（SNR）、垂直速度、大气温度等资料,可从多角度了解沙尘天气过程。在此次过程中,信噪比出现了比较清晰的大值层,SNR大值层所处高度初步认为是沙尘被输送的高度,SNR大值出现和结束的时间既对应着沙尘天气的开始和结束时间。低空风场出现切变的时刻,正好对应扬沙天气的开始,低空风向转为东风和东南风的时刻正是强沙尘暴开始的时间,低空东风的维持是此次沙尘天气发生的动力条件。此外,RASS系统能监测到沙尘天气过程前后低空大气温度的变化状况。     

青藏高原及其周边区域沙尘天气的时空分布特征

基于站点观测的沙尘暴数据和卫星遥感（FY-3A）的沙尘数据，分析了青藏高原及塔里木盆地-河西走廊沙尘天气的时空分布特征。结果表明：在空间分布上，沙尘天气发生的次数和强度自塔里木盆地-河西走廊往青藏高原的东南方向递减。季节变化上，沙尘暴在青藏高原主要发生在冬、春季，而在塔里木盆地-河西走廊主要发生在春、夏季，这主要是由于地表大风中心在3月北移、10月南移； FY-3A反演的沙尘天气在两个区域均主要发生在冬、春季，发生强度与观测结果在季节变化上也存在差异。在1980—2007年，青藏高原的沙尘暴发生次数和强度上均呈减弱趋势，塔里木盆地-河西走廊的沙尘暴发生次数减弱而强度增强。     

21世纪初中国北方沙尘天气特征及其与地面风速和植被的关系研究

利用2002-2010年气象站点观测资料,结合同期归一化植被指数(NDVI)资料,分析了中国北方地区2002-2010年的沙尘天气特征,以及沙尘天气与地面风速和NDVI的关系。结果表明,2002年和2006年是21世纪初的沙尘天气强年,中国北方的沙尘天气总站日数明显偏多;中国北方的沙尘天气与NDVI的0.2等值线位置的变化有关,当其向东进时,沙尘天气也频发,向西退时,沙尘天气也减弱;在植被很少,靠近沙漠的地区,沙尘天气日数和强风日数有很好的正相关性,在沙漠与草原的过渡地带,沙尘天气日数与NDVI有很好的负相关性;当植被指数减小,地表面植被覆盖减少,强风也增强,中国北方的沙尘天气就很可能增强。     

Relationship between sand-dust weather and water dynamics of desert areas in the middle reaches of Heihe River

Sand-dust weather has become an international social-environmental issue of common concern, and constitutes a serious threat to human lives and economic development. In order to explore the responses of natural desert sand and dust to the dynamics of water in desertification, we extracted long-term monitoring data related to precipitation, soil water, groundwater, and sand-dust weather. These data originated from the test stations for desertification control in desert areas of the middle reaches of the Heihe River. We used an algorithm of characteristic parameters, correlations, and multiple regression analysis to establish a regression model for the duration of sand-dust weather. The response characteristics of the natural desert sand and dust and changes of the water inter-annual and annual variance were also examined. Our results showed: (1) From 2006 to 2014 the frequency, duration, and volatility trends of sand-dust weather obviously increased, but the change amplitudes of precipitation, soil water, and groundwater level grew smaller. (2) In the vegetative growth seasons from March to November, the annual variance rates of the soil moisture content in each of four studied layers of soil samples were similar, and the changes in the frequency and duration of sand-dust weather were similar. (3) Our new regression equation for the duration of sand-dust weather passed the R test, F test, and t test. By this regression model we could predict the duration of sand-dust weather with an accuracy of 42.9%. This study can thus provide technological support and reference data for water resource management and research regarding sand-dust weather mechanisms.     

石家庄地区沙尘天气分析

针对近年来石家庄地区所出现的沙尘天气,利用17个县市的历史资料,从时空分布、出现原因、天气形势等几方面进行了分析。结果发现：近年石家庄沙尘天气总体减少,春季最多。扬沙和沙尘暴的地理分布取决于沙尘源的地理分布,而浮尘的地理分布则是与上游效应、风向和地形密切相关。上游效应对石家庄沙尘天气的形成有重要作用。产生沙尘的天气形势大部分与大风相同。