影响中国西北及青藏高原沙尘天气变化的因子分析

利用1948—2006年的NCEP(2.5°×2.5°)月平均再分析资料,分析了影响西北及青藏高原沙尘天气变化的动力、热力因子。结果表明:①200 hPa副热带西风急流是影响沙尘天气的动力因子,高层天气系统的季节性变化,导致了其位置及强弱的季节性变化,从而导致了高原南部扬沙、沙尘暴季节性南北移动;急流的动力结构使局地环流得以形成,局地环流的下沉支流使得高空动量下传,使地面风速增大,从而使扬沙和沙尘暴发生。②浮尘和扬沙、沙尘暴天气成因有所不同,地表温度等热力因素对浮尘天气有直接影响;而急流等动力因子则影响浮尘天气的频率,对发生范围影响较小;动力因子是扬沙、沙尘暴发生的直接原因;500 hPa锋生函数大值带的季节性南北移动也是扬沙、沙尘暴南北季节性变化的重要原因。③500 hPa水汽输送带的边缘是扬沙和沙尘暴容易发生的区域。④地表湿度是沙尘天气发生的一个因子,当地表较干时,沙尘天气发生频率增加,而当地表湿度增大时,沙尘天气发生的频率减小。     

中国沙尘天气的区域特征

利用筛选的1954~2000年中国338个站沙尘天气资料及相关气候资料,从沙尘天气区划方面着重分析研究了我国沙尘天气的区域特征。结果表明： 1) 我国沙尘天气多发区分别位于以民丰至和田为中心的南疆盆地和以民勤至吉兰泰为中心的河西地区。不同类型沙尘天气的空间分布范围不尽相同,其中沙尘暴主要发生在与北方沙漠及沙漠化土地相联系的极干旱、干旱和半干旱区内。扬沙和浮尘天气除了在沙尘暴发生区的绝大部分地区出现外,还向其它邻近地区扩展,如扬沙可向东北地区和东南的黄淮海平原及以南地区扩展;而浮尘天气则主要向东南方向扩展,可涉及整个黄淮海平原和长江中下游地区。相比之下,上风方向的中高纬地区,如北疆和东北北部地区,浮尘天气发生甚少。2) 全国沙尘暴天气易发区可划分为北疆、南疆、河西、柴达木盆地、河套、东北和青藏等7个亚区。沙尘暴和浮尘在南疆区发生日数最多,而扬沙在河西区发生日数最多。     

近50年北京的沙尘天气及治理对策

2000年春天北京出现多次沙尘天气,多为扬沙和浮尘。从北京50a的沙尘天气观测资料分析:① 71%为扬沙,浮尘和沙尘暴分别占20%和9%,沙尘为就地起沙,而沙尘暴和浮尘则来自内蒙古高原中部农牧交错地区;②风沙天气是呈波动式减少的,其中可以分出4个11~14a的周期性变化,2000年,进入新的一轮变化周期,这一轮的风沙天气仍以扬沙为主,沙尘暴强度很弱。从过去的变化规律看,至少在未来的4~5a之内,不会发生类似去年沙尘天气猛增的现象。继续绿化首都的环境,减少就地起沙;在沙尘暴和浮尘源区划定旱作农业北界,科学地实施"退耕还林还草"是解决北京风沙问题的关键。     

西藏贡嘎沙尘天气气候及环流特征

利用1978-2012年西藏贡嘎的浮尘、扬沙和沙尘暴资料,分析了贡嘎沙尘天气的气候特征。结果表明:贡嘎沙尘天气冬、春季最多,秋季较少,夏季很少发生;扬沙和沙尘暴主要发生在午后,浮尘则全天均可发生;近35年来,扬沙和沙尘暴呈波动减少趋势,减少幅度分别约为7 d-10a和2.2 d-10a,浮尘约以0.5 d/10a的幅度呈不显著增加趋势;基于2005-2012年沙尘天气同期红外差值沙尘指数(IDDI)空间分布图和地面流场、沙地分布图,定性得出贡嘎、尼木、南木林、日喀则、拉孜区域的雅鲁藏布江沿岸沙地是贡嘎沙尘天气的沙尘来源。利用沙尘暴天气个例分析了贡嘎沙尘天气的地面气象要素和高空环流特征,发现相对湿度小、风速大、连续多日无降水是沙尘天气的地面气象要素特征,高空环流形势可分为阻塞型(占40%)、干南支槽型(占17%)、西北气流型(占26%)和热低压型(占17%)等4类。     

策勒绿洲沙漠过渡带小气候的空间差异

对策勒2011年1—12月4个不同下垫面的风速、温度、湿度、光合有效辐射的月差异进行分析,同时选取夏季晴天天气作为背景,比较沙尘暴、扬沙、浮尘、阴雨天时4个下垫面气象要素的差异。结果标明:与流沙地相比,绿洲-沙漠过渡带半固定沙地、固定沙地、绿洲内部2.0 m高处的6月平均风速依次减少了25.22%、27.93%、65.27%,12月绿洲内部0.5 m高处平均气温分别高于流沙地、半固定沙地、固定沙地1.39 ℃、1.21 ℃、2.70 ℃。5—10月4个下垫面之间温、湿度差异较春、冬季显著,7月流沙前沿2.0 m高处平均气温分别比半固定沙地、固定沙地、绿洲内部高0.35 ℃、1.61 ℃、3.75 ℃。沙尘暴天气下4个下垫面之间的风速差值依次小于扬沙、浮尘、阴雨、晴天天气下;在浮尘和晴天天气下,气温从流沙前沿到绿洲内部逐渐减低,相对湿度逐渐增加;沙尘暴和阴雨天气下各下垫面的气温和相对湿度无明显差异,扬沙天气下各下垫面之间温、湿度差异大于阴天天气,但小于浮尘和晴天天气;4个下垫面之间的光合有效辐射（PAR）在沙尘暴天气下差异最为明显,浮尘和阴雨天气下4个下垫面之间的PAR接近,晴天天气下各点PAR明显大于扬沙天气下,且各下垫面之间差异大于扬沙天气下的差异。     

2002年春季中国沙尘天气与物理量场的相关分析

通过对2002年春季中国沙尘暴、扬沙、浮尘天气的综合分析,给出了各沙尘区沙尘天气发生的频率。并分析了沙尘天气分别与850 hPa全风速、散度,500 hPa全风速、散度、涡度、总能量、垂直速度,不稳定度指数K_i、K_y和S_i,300~850 hPa两层之间的风切变等11个物理量场的相关性。结果表明:2002年春季沙尘天气,除了具有往年的阶段性特点外,还具有明显的区域特点,即南疆区浮尘较多;河套区扬沙较多;蒙古区沙尘暴较为明显。沙尘天气与各物理量场的相关分析进一步证实,风是影响沙尘天气发生的最主要的气象要素,它与浮尘的出现有一定关系,但不是决定因素;而扬沙和沙尘暴的发生,风确是先决条件。     

我国西北地区“94.4”沙尘暴成因探讨

１９９４年４月３日～１２日，在我国西北地区发生了历史上罕见的以浮尘天气为主的沙尘暴。本文通过对造成这次灾害天气过程的大尺度环境形势、主要天气系统和前期气候背景与下垫面条件的全面系统分析，揭示了有别于其它沙尘暴天气过程的某些成因机制以及大风、浮尘、扬沙和沙暴等天气观象的日变化特征。     

1960-2020年辽宁沙尘强度特征

基于1960-2020年辽宁56个气象站地面观测资料,计算沙尘强度指数,应用回归方程、M-K非参数检验和相关分析等得到辽宁沙尘天气的年际分布特征.结果表明:影响辽宁的主要沙尘天气是扬沙,其次是浮尘、沙尘暴.影响辽宁东南部和南部的主要沙尘天气是浮尘,影响其他地区的主要沙尘天气是扬沙.辽宁沙尘强度呈显著减弱趋势,2010年...     

沙漠地区春季近地层气象要素分布规律的观测研究

利用2005年1月至2006年4月朱日和地区20 m气象塔的风向、风速、气温、相对湿度的观测资料,分析沙漠地区春季近地层气象要素的分布规律。结果表明: 春季温度回升,风速最大,相对湿度最小,利于起沙,故沙尘天气频繁。风速满足幂指数率分布规律,并且幂指数m能够很好的反映出风速梯度的变化情况;在沙尘暴、扬沙、背景、浮尘的天气条件下,春季近地面层风速梯度依次增大,湍流动量、热量交换系数依次减小;风向以西南为主。浮尘、扬沙天气各气层平均增温率分别大于或小于同时段的背景大气;沙尘暴期间温度下降,平均降温率为0.61 ℃\5h-1。春季相对湿度的平均递减率(递增率)与平均增温率(降温率)的大小正相关。浮尘天气相对湿度的平均递减率大于同时段的背景大气;扬沙天气相对湿度的平均递减率小于同时段的背景大气;沙尘暴天气相对湿度增大,平均增大率为2.80%\5h-1。     

近51a山西大风与沙尘日数的时空分布及变化趋势

利用地面气象观测数据,以瞬时风速≥17.0m.s-1或风力≥8级的大风日数和沙尘天气发生日数为指标,分析了山西大风、沙尘天气的时空分布特征,沙尘天气的变化特点及趋势,并从现代气候变化、大气环流特征及大风日数变化等方面,初步探讨了沙尘天气日数变化的气候原因。分析结果表明,山西的沙尘暴、扬沙与大风日数具有同位相、一峰一谷的逐月变化特征,峰值均出现在4月,谷值均出现在8—9月。浮尘日数具有两峰两谷的逐月变化特征,主峰与主谷与大风出现的时间一致,次峰和次谷则分别出现在每年的12月和2月。大风日数的峰值分别是沙尘暴、扬沙日数峰值的8.39倍和2.31倍;大风日数的谷值分别是沙尘暴、扬沙日数谷值的83.3倍和18.98倍。沙尘暴、扬沙与大风日数均有北部多于南部的空间分布特征,浮尘则与大风相反具有南部多于北部的空间分布特征。山西的沙尘暴、扬沙总日数在20世纪90年代初期以后比50年代到70年代初期分别减少了84.9%和77.1%。多沙尘日数年大气环流的经向度较强,乌拉尔山高压脊偏强,东亚大槽位置偏西且加深,少沙尘日数年则相反。比较发现,沙尘暴、扬沙和大风日数的变化趋势有很好的一致性,线性相关系数分别达到0.80和0.82。这表明,山西沙尘暴和扬沙的变化趋势主要是随大风的变化而变化,高纬冷空气向南爆发的频数减少、势力偏弱、路径偏北导致山西风力条件的减弱是近51a沙尘暴、扬沙发生频数下降的主要原因。     

基于风云三号卫星的全球沙尘遥感方法

新一代风云三号卫星的成功发射,使面向全球沙尘发生、发展和传输的监测分析成为可能。本文利用风云三号卫星可见光红外扫描辐射计(VIRR)数据,深入阐述了沙尘遥感的物理原理,完成了多通道沙尘光谱特性分析,提出了综合沙尘遥感识别方法。结果表明:(1)近红外1.6 μm通道对沙尘存在明显的直方图峰值区,适合沙尘的动态识别;(2)中红外3.7 μm通道的反射和辐射融合特性,可以明显地区分沙尘与其他景观物;(3)红外分裂窗通道对干燥沙尘有不同的吸收衰减,这个差异对于弱沙尘的识别有重要意义。同时,本文给出了基于1.6 μm通道e指数和红外分裂窗通道比值指数的沙尘强度指数计算方法,可以定量地获得全球沙尘的强度分布。本文给出的全球4大沙尘暴多发区同一天出现沙尘天气的实例,体现了风云三号卫星极强的全球观测能力。     

尘卷风结构特征及其电场数值模拟研究

尘卷风是地球上常见的小型风沙灾害输移系统,但在火星上却大的多。而且尘卷风内部的电场对火星探测器产生严重的电磁干扰。通过建立尘卷风及其电场形成的模型,对尘卷风结构特征及电场进行数值计算。研究表明：尘卷风的形成机理可以用热对流泡理论来解释。沙粒在尘卷风中出现分层现象,粒径小的沙尘往往在粒径大的沙尘上面。尘卷风中带正负电荷的沙粒大约各占23.4%,荷质比大约为60 μC·kg^-1时,尘卷风数值模拟结果与野外观测值吻合。在尘卷风发展过程中,尘卷风电场大约需要60 s达到稳定。而且电场关于尘卷风中心基本对称,并且在尘卷风中心电场强度较大,在离尘卷风较远的地方,电场趋于零。在距离尘卷风中心一定距离处电场随高度增大先增大后减小,大约10 m以下电场随高度增大而增大,在10 m以上电场随高度增大而减小。     

塔克拉玛干荒漠-绿洲过渡带尘卷风活动特征——以肖塘为例

利用1992-2011年塔克拉玛干沙漠北缘荒漠-绿洲过渡带肖塘气象站的观测资料，分析了该地区尘卷风的年、月变化规律及其与气象因子的关系。结果表明：（1）1992-2011年尘卷风发生日数总体呈波动递减趋势；尘卷风主要发生在3-9月，占全年总日数的90.9%，其中4-7月占全年总日数的70%左右。（2）尘卷风月发生日数随月平均地表与1.5 m高处温差的增大而线性增加（r=0.875，P<0.01）。（3）尘卷风月发生日数随着月平均风速的增大而幂函数增加（r=0.89，P<0.01）。（4）尘卷风月发生日数随月平均相对湿度的增大而线性减少（r=-0.869，P<0.01）。     

尘卷风的研究进展

尘卷风是一种发生在大气对流边界层内,能将沙尘或者碎屑等物体扬到高空、具有温度较高的低压核心和较短生命周期的旋风,是自然界中一种最常见的自然现象,也是气象学中最独特的内容。回顾尘卷风的研究历史,主要包括尘卷风的气象要素与环境效应,尘卷风研究的三种方法及取得的成果,粉尘颗粒在尘卷风中的悬移运动及其分层机制,粉尘活动与颗粒荷电,提出了进一步研究的主要内容。     

FY-1D资料在云南辐射雾监测中的运用

简要介绍了FY-1D卫星资料的特点。运用典型的FY-1D卫星数据,对不同目标物（地表、水体、云、雾、雪盖）分别进行采样,并进行可见光、红外波段的辐射特性差异分析,发现了有利于雾与背景分离的波段,同时指出在红外波段和中红外波段的辐射差值对于分离云雾有很好的指示作用。根据上述辐射特性分析制定了相应的监测方法,通过实际观测资料的检验后发现,该检测算法适用于云南辐射雾的实时监测。     

基于FY-3D/MERSI-Ⅱ归一化积雪指数和MOD10A1的精度对比分析

风云三号D星（FY-3D）是我国新一代极轨气象卫星，中分辨率光谱成像仪Ⅱ（MERSI-Ⅱ）是其携带的核心传感器之一，MERSI-Ⅱ实现了云、气溶胶、水汽、陆地表面特性、海洋水色等大气、陆地、海洋参量的高精度定量反演。选取2018年7、8月无云时相的FY-3D/MERSI-Ⅱ数据对天山中段终年积雪进行归一化积雪指数（NDSI）的计算。结合高分辨率Landsat-8影像，利用混淆矩阵对FY-3D/MERSI-Ⅱ数据计算结果与同期MODIS日积雪产品数据MOD10A1进行精度对比分析。结果表明：FY-3D/MERSI-Ⅱ图像平均总体精度为0.855，MOD10A1图像平均总体精度为0.820，FY-3D/MERSI-Ⅱ积雪覆盖提取平均总体精度比MOD10A1积雪覆盖提取平均总体精度高0.035。FY-3D/MERSI-Ⅱ的Kappa系数平均值为0.659，MOD10A1的Kappa系数平均值为0.558，FY-3D/MERSI-Ⅱ的Kappa系数平均值大于MOD10A1的Kappa系数平均值。故FY-3D/MERSI-Ⅱ数据提取积雪覆盖面积精度更高，更接近高分辨率Landsat-8影像目视解译结果。     

基于泥炭记录的过去150 a东北山地大气粉尘沉降

为了探究过去150 a来大气粉尘沉降历史及其对季风边缘区和季风影响区的影响差异,利用长白山典型雨养泥炭灰分粒度、成岩化学元素、²¹⁰Pb和¹³⁷Cs年代等指标重建过去大气粉尘变化,并与大兴安岭摩天岭雨养泥炭粉尘记录进行比较。东北山地泥炭灰分主要以粘土颗粒和粉砂颗粒物为主。中值粒径和成岩元素特征也初步揭示东北山地泥炭中矿物灰分主要源于蒙古国和中国北方沙漠和沙地的土壤尘。大气土壤尘降通量自19世纪初至20世纪60年代表现出逐渐增加的趋势,与区域近代化、工业化和战争等人类活动强度增加一致。在过去60 a间具有减小的趋势,与区域自然尘暴的监测数据吻合较好。东北地区长距离传输的大气土壤尘降通量背景基线为(5.2±2.6) g m^-2 a^-1。长白山大气土壤尘降通量（5~38 g m^-2 a^-1）小于大兴安岭（14~68 g m^-2 a^-1）,揭示了大气尘降随着与尘源区的距离增加而递减,对东北地区西部的影响要强于对东部的影响。     

宁夏区域性强沙尘暴卫星遥感监测系统

应用GMS-5或YF-2静止气象卫星云图资料，依据不同目标物(如水体、地表、沙漠、地面积雪、中高云、低云、扬沙、沙尘暴)在红外通道、可见光通道、水汽通道的平均灰度及光谱响应曲线的差异，利用多参数条件下的分类合成处理与评估技术，确定了宁夏及周边地区沙尘区(扬沙和沙尘暴)在静止卫星云图各通道中灰度阈值，建立了集信息综合分析和动态监测为一体的沙尘暴客观评估和实时监测系统。     

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.     

基于多源遥感与再分析数据估算塔克拉玛干沙漠地表净辐射日变化

作为世界第二大流动性沙漠,塔克拉玛干沙漠独特的陆表水热交换过程直接影响中国乃至全球的大气环流运动。将静止气象卫星FY-2F地表温度产品、极地轨道卫星MODIS陆表产品与中国区域高时空分辨率地面气象要素驱动数据集（CMFD）结合,反演得到时间分辨率为3 h、空间辨率为0.1°的2017年塔克拉玛干沙漠地表净辐射,利用塔中气象站观测值验证反演结果,并分析地表净辐射的时空变化特征。结果表明：（1）利用卫星遥感与再分析资料获取的地表特征参数与实测值误差较小,决定系数R²均在0.8以上。（2）地表净辐射模拟值与地面实测值具有较好的一致性,决定系数R²为0.967,均方根误差RMSE为29.193 W·m^-2。（3）地表净辐射日变化呈现明显的单峰型特征：早晚值较低,正午值最高,并且夜间值基本为负且变化幅度不大。（4）地表净辐射夏季>春季>秋季>冬季。（5）沙漠边缘散布的绿洲和农田地区净辐射值最高,沙漠腹地次之,沙漠南缘的昆仑山和阿尔金山冰川覆盖地区净辐射值最低。