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。     

塔克拉玛干沙漠地表潜热时空特征分析

利用1979年3月至2004年2月月平均的NCEP/DOE再分析地表潜热资料,在分析塔克拉玛干沙漠四季潜热基本气候特征的基础上,通过EOF方法,对沙漠地表潜热异常变化的空间结构和时间演变趋势作了诊断研究。结果表明：①沙漠地区夏季潜热最大,春季和秋季次之,冬季最小;靠近山区的沙漠西部、西北部地区四季明显大于中、东部地区。②根据四季地表潜热距平场的EOF分析,该区潜热异常主要有全区一致型、南北差异型以及西北—东南差异型三种常见的分布模态。③25 a期间,塔克拉玛干沙漠地表潜热在第一空间尺度上四季都有不同程度增强的趋势;在第二空间尺度上,春季沙漠北部、西北部有减弱的趋势,南部、东南部有增强的趋势,而冬、夏、秋季变化趋势不是很大。     

塔里木盆地沙尘气溶胶对短波辐射的影响——以塔中为例

利用2006年8—9月塔克拉玛干沙漠腹地塔中气象站的80 m铁塔上,距地1.5 m的KIPP & ZONEN自动辐射仪获取的监测资料,根据沙尘暴资料中PM10的小时浓度变化,参照TSP的变化趋势和塔中地面气象站的能见度和风速,将天气划分为晴空、浮尘和扬沙、沙尘暴三种类型,并分别选取其代表性天气,分析以塔中为代表的沙漠腹地,沙尘气溶胶浓度的变化对短波辐射的影响。结果表明：沙尘气溶胶减弱到达地面的总的太阳辐射,在大气总的透过率上表现为晴空是沙尘暴的2.04倍;直接辐射表现在大气透明系数的变化与沙尘暴、浮尘PM10呈显著负相关,相关系数分别为-0.714,-0.771;沙尘气溶胶改变散射辐射波形,由遁形平顶型改为倒“V”型,增加散射日总量,沙尘暴是晴空的1.68倍,浮尘是晴空的2.12倍。     

天山玛纳斯河冬季径流对暖冬和冻土退化的响应

天山高山地区大范围为冻土区,冻土的存在对水文过程有极大的影响.20世纪90年代以来,玛纳斯河流域气温10 a升高了0.54℃,以冬季升温为主,降水量没有增加趋势.应用1957—2004年近48 a的气候和水文月资料,研究了具有多年冻土的高海拔河流的冻土和水文响应.检测到12月至翌年2月气温升高0.8~0.9℃时冬季径流量响应显著,冬季径流在12至翌年2月份增加了14%~26%,其中1月份增加26%.遥相关分析表明,10~11月的水量增大也可导致冬季河流水量增多,1.5~3.0 m的活动层的深度和温度变化导致了这些响应.冻土区的冬季径流水文响应比气温更快、更显著.但冻土和积雪观测的不足使冬季水文变化具有不确定性.     

天山北坡精河1615—2007年径流量变化的树轮记录

中国天山北坡西部精河流域山区的树木年轮记录了气候与水文变化过程,利用树轮宽度重建流域径流量长期变化历史对艾比湖湿地自然保护区生态保护和流域水资源利用具有重要意义.建立了精河流域山区2个采样点的天山云杉树轮宽度年表,分析其对流域气象和水文要素的响应特征,建立了树轮宽度标准年表与精河水文站上年9月到当年8月径流量的线性转换方程(R2=37.5%, P<0.001),重建了公元1615—2007年的径流量变化历史.丰枯年份和持续丰枯期分析表明:精河出山口径流量重建序列包含7个丰水年和11个枯水年,且发生了13次持续丰水期和10次持续枯水期.多窗谱分析发现径流量序列在99%的置信水平上存在56.8 年、6.9 年、3.8 年、3.4 年、2.0~2.1 年周期,其中6.9 年对应厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)事件的周期,同时还发现了重建序列与南方涛动指数的显著负相关(r =-0.329,n=56),表明研究区径流量受大尺度海气耦合模式的影响.精河径流量序列与天山北坡玛纳斯河和乌鲁木齐河的丰枯阶段以及天山山区、伊犁地区降水变化的干湿阶段较好的对应,表明天山北坡水文和气候变化的大尺度环流背景和驱动因子一致.     

乌鲁木齐降雪与非降雪天气边界层结构变化特征

利用Vaisala系留探空仪系统在2008年1月乌鲁木齐探测所得资料,分析了降雪和非降雪过程中温度、湿度和风的垂直结构及其变化特征。结果表明:降雪和非降雪天,白天对流边界层特征均较明显,但在暖气团影响下,对流边界层特征消失,出现深厚平流逆温,夜间多出现贴地逆温。白天平流逆温强度较夜间逆温更强,白天逆温层出现湿中心,上部出现干中心。降雪天湿中心高度低于非降雪天。夜间近地层出现微弱的逆湿现象,上部出现干中心,降雪天近地层逆湿现象比非降雪天弱;降雪天和非降雪天近地层风向分布均较散乱,主导风向为偏北风,高空主导风向为东南风。风速多因风向改变而出现极大值或极小值,其值常以“高-低-高-低”形式出现于特定高度,风速因风向变化呈波动状随高度递增。     

帕米尔东北部昆仑圆柏850年树轮宽度年表的建立及其气候意义

利用帕米尔高原东北缘的昆仑圆柏树轮资料建立了850 a的树轮宽度年表(1165—2014年),是目前新疆最长的树轮年表。树轮宽度指数与乌恰站的气象资料相关分析表明:树轮宽度主要受水分条件限制,与降水量、降水日数和水汽压呈一致的正相关,其中树轮宽度标准年表与乌恰上年10月—当年7月的降水量的相关系数达到0.671。宽度年表与最高气温和最低气温呈反相关:当年生长季及其前期的最高气温与轮宽指数负相关,而最低气温(当年5月以外)与树木的生长正相关,表明生长季的较高的最高气温和冬季的较低的最低气温不利于树木的生长。树轮宽度指数与CRU格点降水资料的空间相关分析表明其能较好地反映帕米尔高原东部的降水变化,其次与新疆天山山区中部和南疆平原区的降水也具有较好的相关性。     

古尔班通古特沙漠地表土壤凝结水形成影响因素分析*

沙漠中水分条件是决定生态分异的关键因素,地表凝结水的产生对沙漠植物与结皮生物的水分补充有重要的作用。利用微渗计对古尔班通古特沙漠土壤表层凝结水形成特征及影响因素进行分析。研究表明沙漠土壤凝结水形成总量随着表层土壤生物演替从流沙、藻类、地衣和苔藓依次增加。分析影响凝结水形成的因素表明土壤中细粒物质以及地衣和苔藓生物相对土壤粗粒物质更有利于凝结水形成。在土壤结皮演替过程中土壤中的细粒颗粒含量增加的同时生物有机体含量也在增加,因而随着表层土壤生物演替凝结水形成量呈增加趋势。凝结水形成量与日均相对湿度、土壤湿度呈显著正相关,而与日均风速、日均温度、土壤温度呈负相关。研究说明在干旱的沙漠地带土壤凝结水是除降水以外补充表层土壤水分重要的水分来源。     

风廓线雷达对塔克拉玛干沙漠晴天边界层的探测分析

利用塔克拉玛干沙漠大气环境观测试验站2010年8和10月边界层风廓线雷达资料,分析了沙漠晴天边界层湍流、大气温度、水平风速风向以及垂直速度的发展演变特征和日变化规律。研究表明：（1）大气折射率结构常数（C_n~2）能较好地反映晴空湍流对电磁波的后向散射能力,可以详细刻画湍流发展旺盛区域的高度、强度及其演变特征;沙漠夏季白天湍流发展剧烈,旺盛区域顶部可达4000 m高度左右。（2）RASS系统对沙漠边界层大气温度的探测具有较好的可信度,其近地边界层温度符合一般的日变化规律,昼夜温差显著,白天高温维持时间长,升温过程相对滞后于近地表气温。（3）风廓线雷达对大气风场的探测结果与地面风速风向一致,沙漠晴天主要受东风和东北风控制,风速较小,平均在2.0～6.0 m·s~（-1）范围变化。（4）沙漠腹地大气垂直速度变化符合静力平衡理论,铅直方向运动很弱,一般在-1.0～1.0 m·s~（-1）范围波动。     

川西马尔康7月平均气温的重建及其气候周期信号检测

利用阿依拉山采样点的树木年轮标准化年表与川西高原的马尔康和红原前一年10月至当年9月的气候资料进行相关分析。结果表明,马尔康7月平均气温与阿依拉山采样点的树木年轮生长有较好的相关性,相关系数达0.644。利用树轮年表重建了1597-2005年马尔康7月平均气温序列,方差解释量为41.5%,经过检验,转换方程稳定可靠。检测409年重建气温序列的周期信号,发现重建序列存在3～4年、5～9年、21～28年和56～76年的周期振荡,其中较短的年际周期的强振荡期均出现在21世纪,中周期的强振荡期主要出现在最后一次小冰期,而长周期则在工业革命之前能量最强。