环渤海地区土地利用的时空变化分析

根据1985和1995年2期TM影像资料，运用遥感影像机助解译方法、地理信息系统空间分析方法以及数理统计方法，全面分析了环渤海地区3省2市1985-1995年间分类土地利用的数量变化和空间变化特征，揭示了该区各类土地利用数量变化的幅度、速度和区域差异以及土地利用空间变化的主要类型、分布特征和区域方向，阐明了该区土地利用变化的区域特点，为土地可持续利用提供有效的决策支持。     

近50年来中国北方沙尘暴的分布及变化趋势分析

为了得到中国北方沙尘暴分布的总体认识,了解它的变化特征和近期动向,利用1952-2000年间中国西北及华北的强及特强沙尘暴资料等进行了分析。主要结论如下:中国北方的沙尘暴源区主要分布在河西走廊和阿拉善高原、南疆盆地南缘以及内蒙古中部三地区;近50年来中国沙尘暴频数变化的特点是,20世纪60~70年代波动上升,80~90年代波动减少,2000年后又急剧上升,未来可能将进入新一轮沙尘暴活动的活跃期;沙尘暴活动的变化与东亚大气环流的年代际变化和生态环境的变化有关。     

Modern dust storms in China: an overview

This paper discusses the sources, spatial distribution, frequency and trend of dust storms in China. Most dust storms in China originate from one of three geographic areas: the Hexi (River West) Corridor and western Inner Mongolia Plateau, the Taklimakan Desert, and the central Inner Mongolia Plateau. Dust is most likely from deteriorated grasslands, Gobi, alluvial, lacustrine sediments and wadis at the outer edge of deserts. But deserts themselves contribute only slightly to the dust storm directly. Two geographic areas frequently have dust storms: one is in the western Tarim Basin, a ground surface of deteriorated land and wadi, but it only affects its neighboring areas, and the other one is in the western Inner Mongolia Plateau, a ground surface of Gobi, alluvial and lacustrine sediments, but it causes most of the dust storms in north China. Generally speaking, dust storms have reduced in most regions of China from the 1950 to 2000. Dust storms are highly correlated with human activities and climate changes.     

西北地区沙尘天气的时空特征及影响因素分析

利用1960—2005年西北地区135个台站的沙尘日数、月降水和气温资料,以及500 hPa高度场和太平洋海表温度资料,通过常规统计和诊断方法,分析了沙尘天气的时空特征及其影响因素。结果表明,除北疆北部外,西北地区大部分地方年平均沙尘日数在5 d以上,沙尘日数25 d以上的地方主要在南疆、青海西部、甘肃河西及中部地区以及宁夏、内蒙古中西部和陕北一带,而50 d以上沙尘高频区主要集中在塔克拉玛干沙漠周边地区以及巴丹吉林沙漠、腾格里沙漠和毛乌素沙地一带。沙尘天气在春季发生最频繁,而很少发生在秋季。近46 a年沙尘日数总体上呈显著下降趋势,在沙尘天气高发区的下降趋势更为明显。20世纪70年代中期开始,沙尘天气发生频数由较多期跃变为一个相对较少期。当北太平洋地区位势高度偏低,青藏高原至新疆500 hPa高压脊异常偏强,亚洲大陆中高纬高度场较常年偏高时,西北地区沙尘日数偏少,反之亦然。当春季太平洋海温表现为厄尔尼诺(拉尼娜)典型态时,同期沙尘日数偏少（多）。     

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。     

气溶胶光学厚度的分布特征及其与沙尘天气的关系

 利用MODIS卫星遥感光学厚度资料，分析了中国大气气溶胶光学厚度的时空分布特征，并与同期沙尘天气进行了对比和相关分析，结果表明：①中国主要内陆地区的气溶胶光学厚度(Aerosol Optical Thickness，简称AOT)分布有4个高值区：①分别位于南疆盆地和青海\,甘肃、内蒙古中西部地区、四川盆地和长江黄河下游地区。②春季北方特别是西北的AOT值明显高于南方，冬季南北AOT值差别不大。③南疆盆地和内蒙古中东部地区AOT值随季节变化明显，而四川盆地、长江黄河下游地区AOT值没有明显的季节变化。④南疆盆地、青海、内蒙古等地区沙尘天气过程与AOT值同步变化。⑤在沙尘天气的多发区，气溶胶光学厚度与沙尘天气有较好的相关性；沙尘天气的少发区，气溶胶光学厚度与沙尘天气基本不相关。因此可以推断，中国北方，特别是干旱荒漠区，大气气溶胶主要来自沙尘天气过程引起的地面沙尘释放。     

中国50a来沙尘暴变化特征

基于"中国强沙尘暴序列及其支撑数据集",对中国50a(1958—2007年)来沙尘暴时间和区域变化进行分析,揭示了中国沙尘暴时间和区域变化特征。结果表明,中国沙尘暴站时变化总体呈明显振动减少趋势,经历了两次迅速减少、两次大幅震动和两次和缓减少6个时期,每个时期约为8a,1983—2007年平均值比1958—1982年平均值减少58.4%。沙尘暴的站次平均持续时间年际变化不大,季节变化相差1倍以上,频发日期有延迟趋势,后25a比前25a平均延迟了7d左右。沙尘暴的区域分布呈现两多、两少和两个中心的分布特征,时间变化特征区域表现差异大,新疆南部和内蒙古中西部两个频发中心春季的沙尘暴强度和范围呈相反顺序演变,新疆沙尘暴6月频发。在总体站时减少的情况下,浑善达克沙地西北部和柴达木盆地西北部地区却有增加趋势。沙尘暴终止的年份线向北推移明显,在90°E以东的地区北移,最为明显的华北地区北移大约5个纬度,其范围的缩小和频次的减少共同决定了总体站时减少。     

中国北方2021年3月中旬持续性沙尘天气的特征及其成因

沙尘天气是多发于中国北方春季的灾害性天气,严重危害农业生产、交通运输、空气质量和人民的生命财产安全,长期受到社会各界的广泛关注。利用多源多尺度数据,采用天气学分析、物理量诊断、轨迹分析等方法对2021年3月中旬西北地区东部一次持续性沙尘重污染天气的成因进行了深入分析。结果表明：（1）受强烈发展的蒙古气旋影响,蒙古国南部及中国内蒙古中西部地区于3月14日首先出现强沙尘暴天气,并将沙尘传输至中国西北、华北、东北一带,西北东部的沙尘天气维持达到5 d。（2）沙尘天气维持期,西北东部中低层以弱上升运动为主,大气层结稳定,且西北东部不断有弱锋生发展,不利于沙尘的沉降;自北向南分布的银川、中卫、兰州3站的垂直螺旋度的波动与污染浓度的变化基本一致;混合层高度较其气候平均值明显偏低,不利于大气湍流发展。（3）此次影响西北东部的沙尘主要由蒙古国输入,近20年中蒙边境、蒙古国南部的植被减少可能是此次沙尘天气的沙源主要来自蒙古国南部的原因。     

中国北部一次沙尘过程中沙尘气溶胶的时空分布及输送特性

利用CALIPSO(Cloud-Aerosol Lidar Infrared Pathfinder Satellite Observations)卫星观测资料,结合气溶胶模式模拟,分析了2011年4月28—30日发生的强度较大的一次沙尘远距离输送过程中气溶胶的时空分布特征及输送特性。结果表明,此次沙尘过程有两个源区,分别为中国南疆盆地和蒙古国中南部,并在沙尘输送过程中交汇于内蒙古西南部和甘肃地区;源区一（南疆盆地）沙尘主要分布高度在1 km以下,退偏振比平均在0.35左右,色比值平均在0.6左右,且沙尘在输送过程中被抬升到自由对流层,并先后影响内蒙古西南部、甘肃、宁夏等地区,输送到内蒙古、甘肃地区时沙尘主要分布在2.5～3 km高度,退偏振比主要分布在0.3～0.5,色比值主要分布在0.5～0.9。源区二（蒙古国中南部）沙尘先后影响内蒙古中西部地区、甘肃、山西北部、内蒙古中东部地区、河北北部、北京天津和东北地区西部部分地区,沙尘输送到中国内蒙古东部、北京、河北等地区时主要分布在1～4 km高度,退偏振比值主要集中在0.3～0.5,色比值主要在0.7～1.2。     

哈尔滨沙尘沉降物物源敏感粒度组分的提取及来源分析

采用粒级-标准偏差算法对哈尔滨2006年3月10日沙尘沉降物进行了物源区敏感粒度组分的提取,获得各来源组分的粒级范围和含量,并进一步分析了不同粒级成因组分的来源.研究认为:1)19.2 μm是哈尔滨2006年沙尘天气颗粒短期悬浮和长期悬浮之界限,而152.4 μm是沙尘颗粒悬浮搬运的粒径上限.2)20 μm作为粉尘物质短期悬浮颗粒与长期悬浮颗粒之界限具有普遍性,而悬浮载荷的粒径上限则与一定的风力条件和地表状况密切相关.3)沙尘沉降物包含4个物源区组分,粒径范围分别为:<1 μm(组分1)、1～19.2 μm(组分2)、19.2～152.4 μm(组分3)和>152.4 μm(组分4).前2个组分属长期悬浮组分,其中组分1代表大气粉尘的本底值;组分2代表非本地源的远距离外源输入,可能与高空气流的搬运有关,包括甘肃和内蒙古在内的半干旱地区为哈尔滨沙尘提供了一定量的粉尘物质;组分3为短期悬浮组分,主要是区域内部沙尘天气产生,松散地表裸土是该组分的重要物源;组分4为跳跃或滚动组分,源于近源物质堆积,是就地起沙.4)哈尔滨2006年沙尘天气外源输入约占63.8%,近源和内源输入占36.2%.松散地表裸土的治理仍是哈尔滨防治沙尘天气的工作重点.     

沙尘暴生态效应与防治的探讨

沙尘暴是一种在特定时空条件下发生的自然现象,由于人类的过度干扰,对沙尘暴发生的频率和强度产生了诱导作用和富集影响,从而使人们对沙尘暴的危害出现“谈暴色变”的反应。但当沙尘暴在带来危害的同时,也对全球和区域环境产生重要的生态影响,表现为:促进全球生态系统中生物地球化学循环、重新分配和平衡地球生态系统的生产力、改善大气环境、促进生物繁殖体扩散、促进生态系统演替。所以对沙尘暴的关注,不仅要研究其对沙源区、途经区的危害,同时也应加强以下几方面的研究:沙尘暴对生态系统能流、物流和信息流影响;沙尘暴对植被恢复、农作物的后续影响及区域小气候的影响;沙尘暴单源污染与具有污染源城市的双重污染的富集作用;沙尘暴危害与发生频率的平衡点,经济损失与生态影响的平衡点。由此,对沙尘暴这一自然现象,我们应赋予科学的态度,从而理性地进行针对沙尘暴发源地的生态治理,做到可为、可不为的生态修复行为。     

基于遥感的中国北方风沙地貌类型分析

风沙地貌在我国有广泛的分布,特别在北方,对区域生态安全、社会经济发展有重大影响。为了了解我国风沙地貌最新状况,通过解译2000~2002年的Landsat7 ETM影像,建立了我国风沙地貌类型数据库。对北方风沙地貌的分析表明:1.我国北方风沙地貌主要分布在新疆、内蒙古、青海、宁夏、甘肃、陕西、吉林、黑龙江8省区,其中以新疆、内蒙古的面积最广、地貌类型最丰富;2.类型多样性上,干旱区沙漠的地貌类型远比半干旱区的沙地丰富,其中有些类型分布普遍,还有些类型仅仅局限于特定区域,是在特定的风力、风向、植被等作用下形成的;3.沙丘动态上,沙漠除古尔班通古特与乌兰布和沙漠以固定、半固定为主外其他都以流动为主,沙地沙丘则以固定、半固定状态占优势。本文从沙丘形态类型角度分析了我国风沙地貌的最新特征,具有定位、定量特点,所建数据库不仅能用于风沙地貌的定期遥感监测,还能对沙丘形态演化进行定位监测研究。     

气温变暖对西北西风带冬季气温的影响分析

利用中国西北西风带139个气象站1961—2006年历年冬季气温资料,采用线性趋势分析、多项式拟合、EOF、REOF、Mann-Kendall、滑动t-检验、子波分析和功率谱分析等方法,分析了46 a西北西风带冬季气温对气候变暖的响应。结果表明:①中国西北西风带冬季气温近46 a增温率为0.55 ℃/10a. 增温显著的地方是陕西西部、甘肃、宁夏、内蒙古大部、青海中北部-塔里木盆地。仅青海的河南州局地有显著的下降趋势。表明除青海高原局部地区外其余大部分区域增温显著,同步响应全球变暖。②大部分区域冬季气温的年际变化稳定性差,青海高原相对稳定。③冬季气温的演变在西风带一致性程度较高。从20世纪60年代中期开始发生降温-升温转型,1986年有一次显著突变,其后气温达到一个更显著的增暖时期,21世纪初略有回落;全区性的前10个偏热年,80%出现在20世纪90年代及以后,各分区的异常偏热年,90%也出现在1990年以后;气温异常变化存在5 a左右的年际周期,在20 a以上的气候变化层次上,气温趋势还处在偏高的位置。④冬季气温演变存在地域差异。一是蒙新区和陕甘宁青区南北变化相反;二是蒙陕甘宁区和青海新疆区东西变化相反。⑤根据REOF分析将该区冬季气温异常细分为蒙陕甘宁区、高原区、北疆区和南疆区4个分区。冬季气温的转折高原区有异于其他区域,高原区单调增温,无明显转折,而其他区基本一致,在70年代初期转为上升,90年代中期转为下降阶段;冬季气温的突变也是高原区有异于其他区域,高原区1997年发生一次突变,而其他区域则一致为1986年突变。     

Dust storms in Central Asia: Spatial and temporal variations

Dust/sand storms are common events in the arid and semi-arid regions of Central Asia. The region is characterized by strong winds, scarcity of vegetation cover, continental climate with long and dry summers, frequent soil and atmospheric droughts. Central Asian drylands, covered by a great variety of desert types, represent a powerful source of mineral and salt aerosols.The main objectives of this study are to monitor and assess the spatial and temporal distribution of dust storms over the Central Asian region during the last seven decades. The identified active source areas of dust storms are located mainly in the sandy deserts and other types of deserts where the sensitive ecosystems suffered from human impact. The main persistent sources of dust storms are located in the large “dust belt” that extends from west to east over the southern deserts, north of Caspian Sea deserts, south of Balkhash Lake, and Aral Sea region. The results of the analysis show a significant decrease in dust/sand storm frequency during the last decades and considerable changes in the active source areas.     

我国西北和内蒙古地区春季沙尘暴的年代际变化及原因探析

利用1961—2005年西北及内蒙古地区208个地面气象站春季沙尘暴日数的观测资料,对沙尘暴发生的年代际变化进行了分析。结果显示,20世纪60年代和70年代沙尘暴偏多,80年代沙尘暴开始减少,90年代最少,21世纪的前5 a沙尘暴呈现出先增多后减少的趋势。基于1961—2005年的NCEP资料进行了原因探析,结果表明：①在沙尘暴多发年代,我国北方大部分区域风速出现了正距平,而在沙尘暴少发的年代,风速呈现出负距平;②在沙尘暴多发的年代,我国中高纬地区出现明显的气旋性流场距平,其南侧西风增强了我国西北及内蒙古地区偏西风风速,而在沙尘暴少发的年代,则与之相反;③极锋锋区在60—70年代强度偏强,从80年代开始强度呈现出明显的减弱趋势,21世纪初期锋区强度继续减弱,但其中心位置有小幅的自北向南移动。     

新疆沙尘源状况及其沙尘气溶胶释放条件分析

沙尘气溶胶是干旱、半干旱区大气中重要的组成物质, 沙尘天气多发是该区域沙尘气溶胶含量高的主要原因。新疆1/4的土地被沙漠覆盖,塔里木盆地绝大部分地区沙土和沙壤土占地比率大于60%,沙漠沙以细沙为主, 特殊的下垫面为沙尘天气的形成提供了丰富的沙源;沙漠周围的边缘地带、河流两岸、古河道中的土壤类型中粒径小于2.5 μm和粒径小于10 μm的土壤颗粒物中细颗粒物分别达到了50%和20%,是大气沙尘气溶胶中细颗粒物的主要来源和潜在来源。沙尘天气的产生受大风、降水、植被覆盖度、下垫面性质以及大气环流等多种因素的影响。     

中国北方沙尘暴气候成因及未来趋势预测

20世纪80年代以来的太阳活动加强, 全球气候变暖, 青藏高原地面加热场强度加强, 欧亚西风急流轴北移, 西太平洋副热带高压偏北偏西、强度加强, 蒙古气旋减弱, 西北西部的沙尘源区降水增加, 是中国北方沙尘暴减少的主要原因。20世纪末到21世纪初太阳活动开始进入新一轮的减弱期, 引起气候变暖趋势减弱, 气温上升趋势减缓, 青藏高原地面加热场强度减弱, 蒙古气旋逐渐加强。预计未来中国北方沙尘暴在波动中逐渐增加, 进入新一轮的相对活跃期。考虑到2003/2004年前冬(12~1月)青藏高原地面加热场强度偏弱, 新疆北部、河西走廊及宁夏等地气温异常偏低, 后冬(1~3月)蒙古气旋明显加强。预计2004年中国北方沙尘暴明显比近年偏多。偏多地区主要在中、西部。     

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。     

晚新生代中国北方风尘沉积的可能物源及变化

中国北方风尘沉积是晚新生代中纬西风和冬季风输送的粉尘相互加积的结果。对北方风尘沉积物来源和搬运动力的分析表明,风尘沉积的物质来源具有多样性,物源类型和分布、传输路径随时间变化。认为亚洲中部山地古风化壳可能是中国北方早期风尘沉积,尤其是第三纪红粘土的重要物源之一;晚新生代的粉尘源区类型由山地因干旱化被风蚀的红色风化壳逐渐向盆地周边被抬升的中、新生代砂泥岩过渡,再由盆地周边过渡到盆地内部的中生代与新生代的河湖沉积物和沙漠。同时大气环流格局的变化相应地导致了粉尘源区分布和传输路径的迁移。     

西北地区大风日数的时空分布特征

利用选取的西北5省(区)以及内蒙古西部(110°E以西)分布均匀的127个气象站1960-2000年41a逐月大风出现日数资料, 分析研究了西北地区大风的空间、时间特征, 并具体分析了大风与沙尘暴的时空关系, 揭示了西北地区大风分布的一些新事实。西北大风天气可划分为较少区(年均大风日数小于10d)、较多区(年均大风日数10~50d)、多发区(年均大风日数50~100d)和频发区(年均大风日数大于100d)。西北地区大部分区域为大风较多区, 占总站数的614%, 大风频发区分布最小; 大风最频繁发生的地方在新疆西北部的阿拉山口, 年平均大风日数超过160d, 平均不到3d就有一次大风天气, 大风日数最少的地方是陕西北部延安, 平均每年发生大风天气的日数不到1d。大风日数空间分布与地形有很大关系, 两山之间的峡谷地带以及高山和青藏高原极易出现大风天气。西北地区多数台站近40a来大风呈减少趋势, 其中新疆西北部、甘肃河西走廊西部和陕西东部等地区减少最为明显, 大风增加的区域主要集中在新疆东北部到青海西部地区, 其代表站年均大风日数从20世纪60年代到80年代中期以后增加了近3倍, 达到190d。总体来讲, 西北地区大风天气最多的季节是春季, 以5月最多, 其次是夏季, 秋、冬季特别是秋季大风最少; 陕西、甘肃中南部夏季大风较多, 青海东南部则夏季最最少, 冬季大风更多一些。进一步分析表明, 西北地区大风频发区与沙尘暴频发区并不完全重合, 例如, 南疆是西北乃至我国沙尘暴最频发区之一, 但是南疆却是西北地区大风的较少区, 年大风日数远少于沙尘暴日数。同样是沙源丰富的沙漠地区, 也都是我国沙尘暴的主要频发区, 但是塔克拉玛干沙漠及其附近地区的沙尘暴日数远多于大风日数, 而巴丹吉林沙漠地区的大风日数却比沙尘暴日数明显偏多。最近40 a西北地区大风与沙尘暴发生次数随时间变化趋势一致, 基本呈线性减少特征, 这说明在下垫面状况不变或变化不大的情况下, 近年来沙尘暴次数减少可能主要是由于大风天气(沙尘暴驱动因子)减少而造成的。大风的时间变化可以决定沙尘暴随时间的变化。