中国北方沙尘暴现状及对策

中国北方主要包括:甘肃河西走廊及内蒙阿拉善盟;新疆塔克拉玛干沙漠周边地区;内蒙阴山北坡及浑善达克沙地毗邻地区和蒙陕宁长城沿线四个主要沙尘暴中心和源区。我国沙尘暴从20世纪50年代以来呈波动减少之势,90年代在减少中有回升,2000年和2001年更是急剧增加,预示着新一轮沙尘暴活跃期已经开始。生态环境恶化和气象条件的变化是我国北方沙尘暴增多的原因。目前人类控制天气的能力还很有限,减缓沙尘暴灾害频度与强度的关键在于搞好地面的生态保护与建设。坚持"预防为主、保护优先、防治并重"的生态保护与建设方针;建立和完善生态保护的法规和政策体系,停止导致生态环境继续恶化的一切生产活动,对于超出生态承载能力的地区可以采取一定的生态移民措施。     

中国北方强沙尘暴受月相调制现象初探

沙尘暴作为多种因素共同作用的产物,其成因机制的研究不可忽视地球外部环境的影响。通过对49年间(1954-2002)中国北方223例典型强沙尘暴事件分析,计算出了沙尘暴发生日期的月球黄经λm、太阳黄经λs,得到月相角D=(λm-λs)。运用统计分析的方法,发现沙尘暴发生的频次与月相角有明显的相关关系。研究结果发现∶(1)沙尘暴发生的频次的极大值区在〔30°,42°〕和〔306°,318°〕的月相角区间内,低值区在〔78°,90°〕和〔258°,270°〕的月相角区间内;(2)沙尘暴发生有明显的小周期(1/4月波),同时,文章还分析了月相对沙尘暴发生的调制机制,探讨月相影响下固体潮、重力场、大气压等对沙尘暴影响的数量级。     

中国北方沙尘暴与地温场的相关分析

利用1954—2003年历年沙尘暴实测资料,分析了沙尘暴与3.2 m深度地温场及降水场的关系。结果表明：强沙尘暴多发年与少发年地温场分布差异明显;多发年地温偏低,少发年地温偏高。4月多雨时,沙尘暴频数少,反之频数多。3.2 m地温具有很好的季际连续性,故可以利用冬季甚至上年秋季的地温场来预测春季沙尘暴频次的多寡。     

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。     

东亚中纬度地区前期降水对中国北方春季强沙尘暴影响初探

利用1980～2002年春季中国北方典型强沙尘暴序列和1979～2002年地面气象台站记录与卫星观测同化处理的格点降水资料(CMAP),分析了中国北方春季强沙尘暴活动与其前期大尺度降水异常的关系。研究结果表明,中国北方春季(3～5月)强沙尘暴活动与东亚中纬度地区前期年(前一年6月至当年5月)平均降水有较高相关,其中蒙古西南部和东南部,中国新疆北部局部地区和内蒙古中部为高相关中心,是重要的沙尘源地。前4个季度中前一年夏季(6～8月)降水与来年春季强沙尘暴活动负相关最高。另外,通过春季强沙尘暴活动与其前期土壤湿度和同期地表植被覆盖状况这两种和降水有关的下垫面因子的相关分析,发现前一年6月至当年5月的年平均土壤湿度及春季平均植被指数均与春季强沙尘暴序列有较高的负相关,而且高相关区的分布与降水场高相关区的分布大致相同。     

中国北方典型强沙尘暴的地面加热场特征分析

选取了中国北方16个典型强沙尘暴事件, 利用NCEP/NCAR的日平均全球再分析网格点资料, 对这些典型强沙尘暴事件的地面感热通量场、潜热通量场的分布特征进行了分析; 同时对该区域中强沙尘暴的不同发生区地面的加热场也进行了对比分析。结果表明, 通常在典型强沙尘暴事件发生区表现为正的感热通量和正的潜热通量; 沙尘暴多发区域的南疆盆地表现为以潜热加热为主, 西北区东部表现为以感热加热为主, 华北地区北部则表现为感热和潜热加热同等重要; 南疆盆地和西北区东部沙尘暴的发生受下垫面的影响较大, 华北区北部沙尘暴的发生受下垫面的影响相对较小。     

2000年春季中国北方沙尘暴天气气候成因研究

从环境背景和天气气候成因两个方面,分析了2000年春季中国北方沙尘暴频繁爆发的原因。结果表明,① 2000年春季中国北方大风沙尘暴的源地、路径和天气形势可归纳为三种类型;②近年来中国北方干旱加剧土地荒漠化严重,使原本广阔的戈壁沙漠面积逐步扩大,为沙尘暴天气的爆发提供了物质基础;③ 2000年处于反厄尔尼诺(拉尼娜)事件的高峰期,使东亚冬季风加强;同时2000年春季极涡位于东半球新地岛附近,冷空气频繁南下,易形成大风天气;④ 2000年春季我国北方干旱少雨,气温回升迅速且温度偏高,使解冻的地表土层疏松,又提供了丰富的沙尘源。     

中国北方风蚀区风速变化时空特征分析

利用北方风蚀区155个气象站点1971-2015年平均风速数据,采用气候趋势分析、空间插值和小波分析等方法分析北方风蚀区平均风速的时空变化趋势。结果表明：近45 a来,北方风蚀区年平均风速为2.70 m·s^-1,呈明显减小趋势,其递减速率为0.017 m·s^-1·a^-1（α=0.001）,1980s风速减小最快,1990s减小最缓慢,2010s风速出现增大趋势;我国北方风蚀区四季的平均风速均呈现下降趋势,下降速度春季>夏季>秋季>冬季（α=0.001）,不同年代不同季节风速变化存在较大差异,2010s除春季外其他季节风速均呈现增大趋势;空间分布上显示,风速变化幅度空间分布差异明显,北方风蚀区内的新疆西北部和东南部、青海、内蒙古中部和东北部、黑龙江以及吉林为风速降低较快的区域,甘肃东南部、宁夏、陕西和山西北部以及新疆的东北部和西部等地区是风速降低不明显的区域。春季和夏季风速降低较快的区域面积扩大,冬季和秋季风速降低较缓的区域扩大;平均风速存在多时间尺度的周期性结构特征,28 a时间尺度左右为风速变化的主周期,平均变化周期为18 a。     

地面风速的气候特征及其对沙尘暴的影响研究

利用EOF和典型相关统计方法,分析了我国北方近30 a地面风速变化的时空异常特征及其对沙尘暴的影响。结果表明:20世纪70年代我国北方普遍风速较大,80年代西北、华北、华东地区地面风速有所减小,90年代我国大部分地区风速明显减小;地面风速与沙尘暴存在着较好的正相关关系,即当冬季初春地面风速越大,后期年、春季、4月沙尘暴就越多;冬季初春地面风速越小,后期年、春季、4月沙尘暴就越少。相关最显著区域在南疆盆地、河西走廊及阿拉善高原。     

淖毛湖地区与我国北方沙尘暴天气的关系

新疆淖毛湖气象站位于东天山与阿尔泰山之间的峡谷盆地中,多大风和沙尘天气。淖毛湖站与周边邻近站相比,对下游沙尘暴天气监测预警有明显的指示意义。作者在分析了2000年春季淖毛湖地区与我国北方地区沙尘暴天气的关系后认为:处于西北冷空气路径咽喉要道的淖毛湖地区与我国西北中部及内蒙古中西部地区的沙尘暴天气不但有极高的相关关系,而且有明显的先兆反映。其中,淖毛湖地区大风、沙尘暴等天气现象,淖毛湖气象站日最大风速、风速风向的时间变化是预报西北中部、内蒙古中西部等地区沙尘暴天气的重要参考指标。淖毛湖气象站的大风、沙尘等天气与下游地区的沙尘暴天气有较好的对应关系。西北路径冷空气必经之地的淖毛湖,其日最大风速和风向的时间变化,可作为预测我国西北中部、东部和内蒙古中西部等地区沙尘暴天气的指标。事实说明,淖毛湖气象站是监测和预测我国下游地区沙尘暴天气较为理想的上游指标站。     

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。     

沙粒形状的不规则性及静电力对起动风速的影响

沙粒形状的不规则性使得沙粒的质心存在着偏心距,且沙粒所处位置的不同使其偏心角各异。笔者通过理论分析给出了起动风速与沙粒的粒径、偏心距、偏心角以及静电力之间的关系模型,并通过数值模拟研究了偏心距、偏心角以及静电力对起沙风速的影响。结果表明在风沙流形成的强电场中,沙粒偏心距为直径的0.05倍时与实验测量结果吻合得很好。     

盐池地区沙尘暴期间风沙运动若干特征研究

通过沙尘暴期间的实际观测资料,对宁夏盐池地区沙尘暴期间风蚀起沙的几个相关特性进行了研究。结果表明：当地10 m高度的临界起沙速度为5.0 m·s-1,临界摩擦速度为0.32 m·s-1;采用凌裕泉提出的“最大可能输沙量”计算方法,得出盐池地区沙尘暴期间的输沙量为12.42 kg·m-1;当地沙尘气溶胶粒子传输距离为1.4×10⁵~1.4×10⁶ km。     

扬沙和沙尘暴对导线电位影响的风洞模拟实验

根据风洞模拟实验，研究发现扬沙和沙尘暴过程中：①导线电位随风速及输沙量的增大，呈指数规律递增；②随沙粒粒径的增大，电位差随高度的变化具有上扬的趋势；③粒径愈大，电位差反而减小；④沙尘暴中导线电位高于扬沙天气；⑤伴雨状况下的沙尘暴较之非伴雨状况下具有较强的电位差；⑥导线材料相同时，导线直径越小，电位差愈大；⑦导线直径相同时．铝线较之铜线具有较强的电位差，且当裸铝线两端加电压2～4kV时，出现尘端放电现象。     

植被盖度变化背景下的中国北方风蚀区植被防风固沙功能研究(英文)

本文基于气象、遥感数据,运用RWEQ模型,结合风蚀季节的植被盖度变化对近30年的土壤风蚀量和植被的防风固沙服务功能的时空变化趋势进行了定量评估,揭示了植被盖度变化对防风固沙服务功能的影响。研究表明:中国北方多年平均土壤风蚀量为160.1亿t,并处于下降趋势,土壤侵蚀强度大的区域主要集中在各大沙漠区和植被盖度较低的草地,且春季为我国土壤风蚀的多发期,占全年风蚀量的45.93%;中国北方多年平均防风固沙量为203.1亿t;防风固沙服务功能保有率的分布特征表现为由东南到西北逐渐降低的趋势;工程实施后春季植被盖度的提升区主要集中在黄土高原、青藏高原、河北北部、内蒙古东部以及东北地区;大部分区域的春季植被盖度减小(提高)与防风固沙的服务保有率的下降(提升)呈显著正相关(r0.7,p0.01);前后两个十年相比较草地生态系统的防风固沙服务功能提升幅度最大(2.02%),其次为林地(1.15%)、农田(0.99%)和荒漠(0.86%)。     

用CEOF方法探讨形成西北地区沙尘暴天气的源地及传播特征

利用西北地区311个气象站自1961—2003年43 a沙尘暴天气过程资料及近年来作为天气气候过程诊断分析的新工具之一（CEOF分析方法）,分析研究形成西北地区沙尘暴天气的源区、传播方向及突变特征等。结果表明：①由沙尘暴天气日数及沙尘暴天气持续时间时变场CEOF展开的第一复主分量空间位相及空间振幅函数,对形成沙尘暴天气的源区有一个很好的反映,其空间位相函数的早位相中心与我国北方地区的主要沙漠区存在着很好的对应关系,并且沙尘暴天气持续时间时变场的CEOF展开项所包含的信息量更加丰富。②近43 a来西北地区沙尘暴天气日数总体上是在波动中不断减少的,其中前17 a间波动幅度相对较大,但基本没有出现明显的下降趋势,且属于沙尘暴天气的多发期,后26 a出现逐年下降的趋势。1977—1978年间是西北地区沙尘暴天气变化规律出现显著改变的时期。③1977年之前第二复主分量的时间位相序列为正位相,1978年以后出现位相上的突变,由正位相突变为负位相;第二复主分量的时间振幅在1975年之前偏高,1976年之后偏低;1976—1978年间西北地区沙尘暴天气日数由多发型转变为少发型。     

中国沙尘暴天气减少趋势的其他证据

分析TOMS气溶胶指数和海平面气压资料的结果显示,这二者都是支持对中国新的沙尘暴天气数据的分析结果,即在1951-2000年间中国沙尘暴天气整体上处于减少趋势。     

螺旋度在一次强沙尘暴天气分析中的应用

利用NCEP/NCAR每日4次全球再分析网格点资料, 对发生在中国西北的一次强沙尘暴进行了螺旋度的诊断分析。结果表明: 螺旋度作为强对流天气分析预报中的一个重要物理量, 在沙尘暴的预报中同样具有很好的指示意义。沙尘暴区上空螺旋度垂直分布为高层负值, 低层正值。高层螺旋度负值的演变与沙尘暴的出现有一定的对应关系。     

乌鲁木齐市城区和郊区近地层风速廓线

利用乌鲁木齐市5座100 m气象塔10层风速观测资料,分析了乌鲁木齐市城区和郊区近地层风速季节变化和日变化特征。结果表明：（1）乌鲁木齐市风速最大值出现在14：00-16：00,最小值多在夜间或上午。冬季风速最小、夏季最大;冬季风速始终处于较为稳定、有微小波动的低值区;夏季风速表现出一定的变化趋势。（2）夏季风速在一年里波动最大,随地势降低波动减小,南郊最大（1.5~6.4 m·s^-1）,北郊最小（1.3~4.6 m·s^-1）;秋季和春季风速波动次之;冬季风速波动最小,南郊最大（1.3~4.6 m·s^-1）,北郊最小（0.7~2 m·s^-1）。（3）近地层100 m内城区和北郊风速随高度变化较小,冬季基本为1~2 m·s^-1,而南郊风速随高度增加变化幅度最大,从1 m·s^-1增加到4 m·s^-1以上;愈近地面,城区与郊区风速相差愈大,近地面城区平均风速明显低于郊区,春季、夏季、秋季和冬季分别低5%~32%、8%~30%、15%~37%、14%~48%。（4）近地层风速廓线在近中性层结时一般符合对数风速廓线模式,对数律显著性不强的时段主要在正午前后。