中国北方植被覆盖度特征及其与沙尘暴关系

采用气象观测数据和遥感数据,借助数据统计分析技术,对中国北方年、季植被覆盖度变化规律、植被覆盖度变化强度、植被覆盖度变化趋势和植被覆盖度对沙尘暴灾害的影响进行了分析。结果表明,中国北方地区的植被覆盖度总体上呈波动增加的趋势,波动范围为0.395～0.487,植被覆盖度上升趋势与沙尘暴日数下降趋势有着很好地对应关系;中国北方春季和夏季植被覆盖度变化具有随季节的不同,植被覆盖度变化强度表现出不同的空间分布特征,在春季植被覆盖度变化强度与植被覆盖度的空间分布有较好的一致性。尽管中国北方地区植被覆盖状况整体呈上升趋势,但在华北和西北的干旱半干旱区土地退化严重,荒漠化在加剧。     

我国北方沙尘暴发生的环流形势分析

对我国北方1981～1997年春季沙尘暴天气进行综合分析,用动态聚类法对沙尘暴日进行分型,选择三种典型类型,它们分别是西北冷锋型、西方槽脊移动型和北方路径型。通过对这三种类型的大尺度环流形势及主要天气系统分析,揭示了沙尘暴天气的基本特征。得到以下主要结论：聚类能够客观地反映沙尘暴的基本天气类型,这对于数据驱动的天气建模方式提供了一条途径;沙尘暴的爆发是高低空环流配合发展的结果。     

甘肃省春季沙尘暴强弱年份大气环流特征对比分析

文中使用NCEP/NCAR1955～2000年全球月平均再分析网格点资料(2.5°×2.5°纬度/经度)和甘肃省区域性沙尘暴过程资料,分别选取了甘肃省5个春季典型沙尘暴年份和5个春季非沙尘暴年份,对其气候平均的大尺度环流场和有关物理量场的动力和热力结构差异进行了对比分析。初步探讨了甘肃省春季沙尘暴发生与全球海温异常的关系。分析结果表明,甘肃省春季沙尘暴年和非沙尘暴年大尺度高低空环流场和有关物理量场差异明显,从而揭示了沙尘暴形成的大尺度环流以及动力和热力因子影响的事实,以期对我国西北地区沙尘暴气候成因有更全面深入的了解,为沙尘暴短期气候预测提供理论依据和强信号。     

宁夏多、少沙尘暴年4月平均环流特征的对比分析

对宁夏春季多、少沙尘暴年4月平均大气环流特征进行了对比分析。结果表明，宁夏春季多沙尘暴年，500hPa东半球极涡偏强，大气环流的经向度加大，我国北方高空纬向西风偏强；少沙尘暴年，则极涡弱，大气环流经向度减小，我国北方高空纬向西风偏弱。不仅如此，西太平洋副高北侧的位势高度距平在偏多年和偏少年也发生了截然相反的分布，说明宁夏乃至我国北方的沙尘暴天气的发生可能还与低纬大气环流有一定的联系。     

中国北方沙尘暴及其农学防治探讨

综合了有关沙尘暴研究的主要成果,分析了我国北方沙尘暴灾害的现状,对沙尘暴的空间分布与发展趋势、沙尘暴的成因和沙尘物质来源及运移路径等分别进行评述。在此基础上提出了沙尘暴减灾的农学途径,着重探讨了在全球气候变化的大背景下以冬小麦和冬油菜为代表的冬作物北移措施和保护性耕作措施的防尘机理。指出防止我国北方沙尘暴的恶化,农业结构调整的当务之急是应对全球气候变化的大趋势,结合北方生态环境的特点和社会发展的需求,充分利用气候、气象变化规律,通过合理的时空布局,采取趋利避害的农业调控措施,最大限度地发挥冬作物北移和保护性耕作措施的生态保护功能,是今后北方干旱、半干旱区农业发展生态建设的必由之路。     

宁夏春季沙尘暴与气象要素及环流指数的关系

利用1961-2000年宁夏中北部5站的地面观测资料分析了前期气温、降水对宁夏中北部沙尘暴发生频数的影响,并讨论了亚洲环流指数与沙尘暴发生频数的关系。结果表明：宁夏中北部春季沙尘暴发生的频数与前一年的降水量和前冬气温的关系都呈反相关;春季3、4月沙尘暴的发生频数与同期亚洲环流指数为正相关关系。由于地貌和下垫面的差异以及人类活动的影响,所选各站的春季沙尘发生频数与其上年降水量的相关程度有明显差异;而各站所处的地理位置、上风方下垫面状况的差异可能是造成亚洲环流指数与其沙尘暴发生频数的相关程度差异的原因。     

2001年春季中国北方沙尘暴的环流动力结构分析

通过对2001年春季中国北方5次沙尘暴的高度场，涡度场，散度场和风场的分析，研究了沙尘暴强盛期的环流动力结构。结果表明，在5次沙尘暴强盛期有相似的环流动力结构特征。在沙尘暴强盛期的高度场上，蒙古国有深厚的低值系统，乌拉尔高压发展，其间的强气压梯度是沙尘暴的动力源；低值系统有正涡度中心支持，外围是负涡度区，其间有强涡度梯度带；低值中心伴随有低层辐合高层辐散的垂直结构，易于发生近地面大风和上升气流，有利于地面起沙上扬，形成沙尘暴，大风区与强涡度梯度带一致，强风带切变形成的涡度输送有利于加强低值系统，进而增强风场。     

中国北方强沙尘暴活动与亚洲地区对流层风场的联系

利用1979~2002年中国北方春季典型强沙尘暴日数序列和亚洲地区等压面及地面以上10 m高度风场资料,分析了北方春季强沙尘暴活动与同期各层风场的关系。研究结果表明,近24年我国北方春季强沙尘暴日数与西西伯利亚地区(51~61°N,67~97°E)各层春季风速之间存在很高的正相关,其中与600 hPa风速相关最高,但与强沙尘暴多发区(37~45°N,81~118°E)局地风速相关却很低。将600 hPa距平风场与强沙尘暴序列做线性回归分析发现,当我国北方春季沙尘暴活动较频繁时,蒙古国东北部产生气旋式距平环流,从而在其后部会产生大风,横扫我国北方大部分地区。通过近24年西西伯利亚地区日距平风速与我国北方春季强沙尘暴事件的逐日对比发现,78%的强沙尘暴发生3天前西西伯利亚地区有异常大风出现。因此,该地区风速可以作为我国北方地区强沙尘暴天气短期预报的一个预警指标。     

北方风沙肆虐南方阴雨连绵——2001年4月

4月份 ,我国冷空气活动比较频繁 ,受此影响 ,北方地区风沙频繁 ,月内共有 8次扬沙或沙尘暴天气 ,气温变化幅度较大 ,局部地区出现冷 (冻 )害 ;南方大部降水与常年持平 ,局部地区出现了暴雨、冰雹等强对流天气。北方部分地区干旱发生或发展。1　天气概况1 .1　降水4月 ,我国出现 4次较大范围的降水。与常年同期相比 (如图 1 ) ,青藏高原中部及新疆北部等地偏多 5成至 1倍 ;全国其余大部地区接近常年或偏少。就旬而言 ,上旬 ,由于受冷空气频繁袭击 ,新疆北部降水量有 1 0～2 0 mm,较常年同期偏多 ,江南大部、华南东部降水量一般有 2 5～ 6 0 m…     

中国北方暴雪的年代际变化及其与大气环流和北极海冰的联系

采用相关、回归等统计方法,对中国北方暴雪的年代际变化特征及其与大气环流和北极海冰的联系进行探讨。结果表明:中国北方冬季暴雪发生频次较高区域主要位于东北,在空间分布上呈现由西北向东南增加的态势,且存在明显的年代际变化特征:1965—1980年为东北暴雪少发期; 2002—2011年为东北暴雪多发期。分析表明:暴雪少发期,输送至东北的水汽较少;暴雪多发期,更多的水汽输送来自于西北太平洋,同时偏北气流引导的极地冷空气与偏南风引导的太平洋暖湿空气在东北地区汇合,提供暴雪频发的动力条件,造成东北暴雪出现年代际增多。此外,研究发现:前期秋季北极海冰的年代际减少与东北暴雪的年代际增加存在很好的相关性;秋季北极海冰异常偏少导致的大气环流异常主要表现为纬向西风减弱和NAO负位相,由此导致大气经向活动增强,利于极地冷空气向南入侵,且冷空气与暖湿空气在东北地区汇合,这是东北暴雪年代际增加的重要原因之一。     

夏季风北边缘与沙尘暴的研究

使用1951—2000年相关资料,分析了夏季偏南风强度和夏季风北边缘、冬季风指数和春季偏北风以及沙尘暴的年际、年代际变化,并研究了它们的联系过程。结果表明,夏季风北边缘与沙尘暴、北边缘与冬季风和冬季风与沙尘暴的距平相关百分率分别是0.75,0.58和0.70,而且7~8月110°~120°E偏南风和12月~2月90°~100°E偏北风与3~5月90°~100°E偏北风的分析结果也相同。它们相互联系的过程是:夏季偏南风偏强(弱)—北边缘偏北(南)—冬季风偏强(弱)—冷空气偏强(弱)—春季偏北风偏强(弱)—沙尘暴偏多(少)。这些为沙尘暴的长期预测提供了一个新的事实依据。     

中国北方年沙尘暴日数的气候特征及对春季高原地面感热的响应

选用中国185个常规气象观测站,从建站～2000年历年沙尘暴日数资料,分析了近50年来中国北方沙尘暴的气候特征及其对青藏高原地面感热异常的响应。结果表明：虽然单个沙尘暴过程具有一定的区域特征,但年沙尘暴日数具有较好的空间一致性,在空间上有5个自然尘源区,即河西走廊、南疆盆地南缘、阿拉善高原、鄂尔多斯高原和浑善达克沙地等沙尘暴高发区。比较近50年来中国沙尘暴日数的年代际变化,总体趋势在减少,20世纪90年代是近5个年代中最少的。但20世纪末至21世纪初,中国沙尘暴日数有明显的回升趋势。进一步研究表明,中国沙尘暴与春季青藏高原地面感热关系密切,当春季青藏高原地面感热呈EOF1模态时,当年中国北方沙尘暴日数明显较常年偏多。     

西北地区一次沙尘暴过程的诊断分析及地形影响的模拟试验

以实况资料作初始场,利用改进的MM4中尺度模式对西北地区2001年4月8~9日强沙尘暴天气过程的位势涡度、涡度、垂直速度、螺旋度等热、动力物理量的水平和垂直分布特征进行了分析,发现各物理量场在沙尘暴发展的不同时期有着很好的配置,物理量量值及其分布特征的变化与沙尘暴天气的形成、发展、消弱的不同时期有着很好的对应。通过改变秦岭及河西走廊地形进行数值模拟试验,发现秦岭地形对此次沙尘暴天气系统影响很弱,而河西走廊地形对沙尘暴天气系统影响较大,河西走廊狭窄的地形为沙尘暴形成提供了有利的地理环境。     

“4.12”沙尘暴天气的数值模拟及诊断分析

利用MM5中尺度数值模式,以T106实况资料作为初值场和侧边界值,对甘肃省河西走廊2000年4月12日强沙尘暴的强风天气形势和地面风场进行了数值模拟,并利用模式输出结果对这次过程作了诊断分析。模拟和诊断分析结果表明：MM5中尺度模式能模拟出产生这次强沙尘暴的强风天气形势和上升运动;沙尘暴爆发前3h河西走廊出现西北大风,并有大风向这一地区的明显辐合;沙尘暴发生在地面处于于暖状态的地区;位涡的水平分布特征对沙尘暴的出现时间和落区有一定的指示意义。沙尘暴区上空螺旋度垂直分布为高层负值,低层正值。螺旋度正值的演变与沙尘暴的出现有一定的对应关系。     

宁夏中北部沙尘暴过程中气象要素变化特征及成因分析

利用常规气象观测资料,统计分析了宁夏中北部地区沙尘暴天气的持续时间及相关气象要素的变化及成因。结果表明：风向对沙尘暴天气的发生具有重要影响,从西到北之间的五个风向下发生沙尘暴天气的次数占沙尘暴天气总次数的70％以上;在同一次沙尘暴天气过程中．不同代表站沙尘暴天气的持续时间与地形、地貌及地理环境的关系最密切,其次是与最大风速的关系;但同一代表站在不同的沙尘暴天气过程中最大风速对沙尘暴天气的持续时间影响最大;沙尘暴天气发生总次数越多的测站,在同一沙尘暴天气过程中持续时间相对越长。形成盐池站多沙尘暴天气的沙源,除背景沙源外,本地沙源的补充也有重要作用。     

一次蒙古气旋型强沙尘暴的数值模拟试验

利用沙尘数值预报模式对一次典型的蒙古气旋沙尘暴过程进行了数值模拟试验,结果表明:模式对沙尘区范围、强度及蒙古气旋不同发展阶段沙尘暴的强度、位置和演变进行了较成功的模拟。这次过程沙尘主要源于蒙古国南部及我国内蒙古中、西部荒漠化地区,沙尘以细中粉沙为主(d≤22μm)。模式模拟的沙尘暴日变化强于实况,其原因是模式没有考虑沙尘气溶胶辐射反馈机制。沙尘气溶胶的辐射强迫将削弱大气层结的日变化,从而有利于沙尘暴强度的维持。     

华北夏季降水减少与北半球大气环流异常的关系

利用华北地区20站夏季降水资料和NCEP/NCAR再分析资料,采用趋势分析、合成分析等方法,对华北夏季降水减少与北半球大气环流异常进行对比分析。结果表明,华北夏季降水量1951—2008年呈显著减少趋势,平均每10 a减少13.4 mm,1965年发生了气候突变,之后降水量减少更加明显。北半球大气环流在1965年前后有明显不同：1）1951—1965年夏季500 hPa高度场欧洲大槽、贝加尔湖槽较深,乌拉尔山高压脊较强,经向环流表现突出;而1966—2008年夏季欧洲大槽、贝加尔湖槽较浅,乌拉尔山高压脊较弱,纬向环流表现突出。2）1951—1965年夏季500 hPa蒙古冷槽位置偏北偏西,冷空气活动经常影响华北地区;而1966—2008年夏季蒙古冷槽位置东移南压到河套附近,冷空气经常影响华北以南以东地区。3）1951—1965年夏季海平面气压场蒙古低压异常强大,而1966—2008年蒙古低压明显减弱。4）1951—1965年夏季850 hPa东亚夏季风一直伸展到华北、东北地区,蒙古地区存在明显的气旋性环流,在河套附近产生风向辐合;而1966—2008年东亚夏季风在到达30°N附近风速显著减小,很少越过长江到达华北地区,在长江流域形成了风速辐合,同时蒙古地区的气旋性环流消失,河套附近的风向辐合变的很弱。1951—1965年华北多雨是由于东亚夏季风水汽的有效输送和河套附近的风向辐合造成的,而1966—2008年长江流域多雨是由于东亚夏季风在这里产生了风速辐合造成的。华北夏季降水减少与北半球大气环流异常有很好的联系。     

华北春季沙尘暴频次与环流年际变率的相关分析

分析了近40年来华北春季沙尘暴频次与前秋、前冬和当年春季大尺度大气环流因子的关系,重点是检查年际尺度上的相关。结果表明,年际尺度上与沙尘暴频次有密切关系的环流因子包括:春季太平洋/北美遥相关型(PNA)、春季北太平洋指数(NP)、冬季亚洲区极涡面积。前者为正相关,后二者为负相关。这与用包含低频变率的原始序列进行分析的结果有很大的不同。原始序列分析的结果表明,与华北沙尘暴频次有关的环流因子主要是春季太平洋准10年振荡(PDO,为负相关),春季北半球极涡面积和亚洲区极涡面积(正相关)、前冬西大西洋型(WA,为正相关),以及前秋亚洲区极涡面积(正相关)。说明在不同时间尺度上,大气环流因子有不同的作用。此外,除了PNA、NP和亚洲区极涡面积外,年际尺度上ENSO及WA也可能对沙尘暴频次存在适度的影响。年际尺度上春季12个环流因子对春季沙尘暴频次的方差贡献率为65.3%。     

青藏高原感热异常对沙尘暴影响的数值模拟

利用最新版的RegCM3模式,通过改变青藏高原冬季地面向大气的感热输送,分析了高原冬季感热异常对春季沙尘暴的影响.结果表明:当冬季高原地区的感热通量增大时,春季在我国上空蒙古气旋加强,位势高度西高东低,即西风加强,有利于沙尘暴增多.西风加强最显著区域在南疆盆地;西北地区降水以减少为主,这也有利于沙尘暴的增多.降水减少最显著区域在新疆东部、内蒙古和甘肃的西部;反之亦然.