沙尘暴研究的进展

沙尘暴是一种危害极大的灾害性天气。它的发生发展既是一种加速土地荒漠化的重要过程,又是土地荒漠化发展到一定程度的具体表现。本文从沙尘暴的基本特征与危害,沙尘暴形成原因分析与数值模拟研究,沙尘输送及沙尘暴灾害防灾减灾对策研究等几方面,对沙尘暴的有关研究成果进行了简要的回顾,较系统地反映了沙尘暴研究的某些进展。     

陕西强沙尘暴、特强沙尘暴天气气候特征分析

 从陕西1954—2003年所有沙尘暴记录所对应的3次或4次定时能见度观测资料中挑出最小能见度小于500 m的作为强沙尘暴记录,小于200 m的作为特强沙尘暴记录。然后挑取在一次过程中有3个或3个以上气象站出现强沙尘暴的过程共41次作为强沙尘暴过程,有3个或3个以上气象站出现特强沙尘暴的过程共6次作为特强沙尘暴过程。分析结果表明,20世纪90年代是陕西强沙尘暴、特强沙尘暴过程最少的时期。陕西强沙尘暴过程主要发生在春季,冬季次之,其中春季4月最多, 冬季2月最多。除春季、冬季外,6、11月也有发生。根据41次强沙尘暴过程出现前一日08时500 hPa环流形势分析,将造成陕西强沙尘暴天气的环流形势及影响系统分为蒙古冷（横）槽型、脊前下滑槽型、短波槽东移型和西北气流型4类,其中蒙古冷（横）槽型是造成陕西强沙尘暴天气最多的一种形势,占总次数的44%。陕西6次特强沙尘暴过程的环流形势及影响系统全为蒙古冷（横）槽型。根据地面冷空气入侵陕西的路径分析,将造成陕西强沙尘暴天气的冷空气路径分为西路、西北路、北路三条。     

内蒙古地区沙尘暴的分布特征

使用1995—2007年13 a内蒙古地区118个地面测站的沙尘暴、能见度、风速风向观测资料,确定了不同范围、不同强度沙尘暴标准,给出了特强、强、次强和弱沙尘暴日的个例谱;对地理分布、时间分布、气象要素分布特征进行分析。结果表明,近13 a内蒙古地区有5个沙尘暴多发中心,强和特强有两个高发区。年变化显著,1995年沙尘暴开始减少,1999年开始增加,2001年达到最多,之后开始减少,2003年沙尘暴次数最少,2004年开始呈波动增加趋势。在一年内,沙尘暴、强和特强沙尘暴集中出现在春季的3—5月,4月最多,沙尘暴下旬相对集中,上、下旬是大、小范围强和特强沙尘暴易发时段。3—5月,平均地面气温高于5 ℃,平均地面相对湿度低于40%的地区是沙尘暴多发区。     

沙尘暴风险管理体系初探

目前沙尘暴灾害防御与应急响应都是被动防御为主,沙尘暴风险管理体系是科学的沙尘暴主动式防灾减灾体系,具有前瞻性、完备性,人们已经认识到该风险管理体系的重要性,但其目前尚未建立。我们对沙尘暴风险管理体系进行初步研究,指出沙尘暴的风险是沙尘暴为受灾地区带来的损失的不确定性。借鉴其他科学中相对成熟的风险管理框架和流程,并结合沙尘暴灾害特点,构建了沙尘暴风险管理体系,包括沙尘暴灾害防御防备系统,沙尘暴灾中应急响应系统和沙尘暴灾后重建系统,希望对沙尘暴风险管理制度化提供科技支撑。     

宁夏沙尘暴天气研究进展

概括地分析了宁夏沙尘暴天气的地理分布与时空演变特征、形成机理与成灾规律,以及沙尘暴与生态环境等方面的研究成果。 总结性地分析了宁夏中北部沙尘暴多发区生态退化、土地荒漠化与强沙尘暴间的相互关系等,取得了阶段性进展;同时也介绍了利用多源资料及相关科研成果,建立适合宁夏中北部地区气候特征的沙尘暴发生频率定量化模型等,以期对以后沙尘暴的更深入研究有所借鉴和帮助。     

河西走廊最近一次强沙尘暴的调查分析

1996年5月29~31日在甘肃河西走廊又出现了一次强沙尘暴天气。从这次强沙尘暴和1993年"5·5"强沙尘暴的比较分析可知,春季在河西走廊周围易形成以沙漠为中心的高温低压区,与西西伯利亚向东南方向移动的高压冷气流形成明显的气压梯度,这就是大风的动力源。大风前期,在气温、压温比等方面有明显的预兆,由此可进行强沙尘暴的预测预报。     

塔克拉玛干沙漠地区沙尘暴研究进展

作为中国最大的沙漠和世界第二大流动性沙漠,塔克拉玛干沙漠是中国主要沙尘暴中心和黄土沉积的物源区之一,在中国北方乃至欧亚大陆自然环境和生态格局中具有重要影响,研究塔克拉玛干沙漠地区的沙尘暴具有十分重要的理论与实践意义。本文综述了塔克拉玛干沙漠地区沙尘暴过程及数值模拟预报研究的主要进展,阐明了沙尘暴的成因,进而总结了沙尘暴孕育发展的主要特征,提出了塔克拉玛干沙漠地区沙尘暴研究中亟待解决的科学问题。     

地面冻结状况与春季沙尘暴发生的关系

利用30年地面气象观测数据,以内蒙古锡林郭勒盟中西部地区为研究区,以土壤表面冻结终日与沙尘暴发生日数为指标,分析了地面冻结终日与春季沙尘暴发生日数之间的关系。研究结果表明:在研究区内,土壤表面冻结终日与春季沙尘暴发生日数之间呈现负的相关关系,说明土壤表面冻结终日对春季沙尘暴的发生有一定的影响,也表明了其对沙尘暴的发生有进行指示和监测的潜力;但部分地区的相关关系不显著,说明土壤表面冻结状况只是影响春季沙尘天气的一个因子,它对沙尘天气所产生的影响是有限的。     

沙尘暴期间的温度脉动特征分析

 对沙尘暴期间的近地表0.5 m、1.0 m、8.0 m和16 m的高频风速和温度进行了同步测量,风速和温度的测量频率均为50 Hz。结果表明,4月24日发生在民勤地区的沙尘暴的前2 h为特强沙尘暴,其后为沙尘暴阶段,且在24—27日的沙尘暴期间风速经历了3个增大、平稳和衰减的变化阶段。对第一阶段(24日19时至25日18时)的分析表明,特强沙尘暴期间温度的脉动强度明显增大,其变化原因是温度平流输送引起的,而在其后沙尘暴阶段,温度的均值和脉动强度的变化则基本上是辐射变化导致的。对温度脉动的概率密度计算结果表明,沙尘暴期间温度脉动服从高斯分布,说明它不受沙尘颗粒的影响;而温度脉动的谱分析表明,在低于1 Hz的频率范围内证实了浮力标度区的存在,当频率高于1 Hz时分析表明,夜间和正午的温度谱有明显区别。     

南疆沙尘暴气候特征分析

根据新疆地面气象记录月报表,整理出1961-1999年39a南疆42个气象观测站的沙尘暴天气现象资料并进行统计分析,给出南疆地区沙尘暴的时空分布特征。结果表明:①南疆沙尘暴的高发区在塔克拉玛干沙漠,沙漠南缘高于其它周边地区;②沙尘暴的多发年代在20世纪70年代,90年代沙尘暴的发生明显减少;③沙尘暴主要出现在3~8月,最活跃的是4~6月;④塔里木盆地全天都有沙尘暴发生,主要是在2~6时、11~15时、19~24时三个时段,其它地区在15~22时;⑤塔里木盆地周边地区多数沙尘暴持续时间在25h以内,其它地区大多数沙尘暴持续在30min以内。沙尘暴的最长持续时间盆地周边超过20h,其它地区在10h之内。     

宁夏盐池地区沙尘暴发生特征的统计分析

利用盐池气象站沙尘暴历史观测资料，从沙尘暴发生频次、灾害类型分型等几个方面进行了统计和研究。在对沙尘暴灾害强度聚类分析的基础上，对影响宁夏盐池地区的沙尘暴灾害进行了危害强度客观分类，并分析了该区沙尘暴历史变化和年、月、目的不同时间尺度变化。结果表明，宁夏沙尘暴年发生次数有减少的趋势，但发生1～2次特强沙尘暴的概率明显增多；沙尘暴强度与造成沙尘暴天气的天气系统、起沙源地和位置密切相关。沙尘暴分为西北气流型、锋线型、局地中小尺度大气型。特强沙尘暴的沙源地可能在腾格里沙漠、乌兰布和沙漠和巴丹吉林沙漠等更远的沙源地，强沙尘暴源于毛乌素沙地、乌兰布和沙漠、腾格里沙漠或巴丹吉林沙漠。弱至强沙尘暴可能与盐池南部荒漠化草场植被破坏和沙漠化有关、属就地起沙类型、不能造成特强沙尘暴灾害。     

近年来我国沙尘暴研究的新进展

简要回顾了2000年以来我国沙尘暴研究动态, 概括分析了最近几年沙尘暴研究在地理分布与时间演变特征、形成机理、监测和预警技术, 以及沙尘暴危害对环境影响等方面国内具有代表性的新成果, 以期对以后沙尘暴的更深入研究有所借鉴和帮助。     

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。     

沙尘暴EOS/MODIS监测指数模型

利用EOS/MODIS数据,采用最佳波段组合指数法和方差-协方差矩阵特征值法,从36个MODIS波段中筛选出用于沙尘暴图像最佳彩色合成增强的最佳组合波段。在敏感性差异分析的基础上应用波段数学组合的方法建立了沙尘暴判识的条件:构建了提取沙尘暴区域范围和强度等级信息的沙尘暴卫星遥感监测指数SVI(Sand storm value index),利用指数SVI值的大小对沙尘暴进行了等级的定级和分类。     

我国西北地区4.5沙尘暴天气研究

对１９９４年４月５日发生在中国西北地区的一次强沙尘暴天气，从天气事实、天气学成因以及动力诊断等方面进行了探讨分析，揭示了形成东大风沙尘暴天气的物理机制。采用ＮＣＡＲ客观分析方案进行的动力诊断表明，（１）地面热低压与正涡度中心相互对应，涡度随高度迅速减小（ξＺ＜０），有利于中低压的发展加强，沙尘暴产生在正涡度区域内；（２）沙尘暴垂直环流特征是南疆至河西中、东部发展一庞大的垂直环流圈，环流中心在１５０～２００ｈＰａ层，它起到组织低空中尺度系统的重要作用；（３）在南北经向剖面上，蒙古高压是一个非常深厚的大型天气系统，它一直伸展到对流层上部，形成了自南向北的正环流圈，在高压南部的上升气流中激发大风和沙尘暴；（４）４·５沙尘暴后期低层大气层结稳定，不利于浮尘消散，故浮尘持续时间长     

浑善达克沙地气候因子对沙尘暴频率影响作用的模拟研究

 利用浑善达克沙地气象台站的常规气候资料,分析了气候要素和沙尘暴频率的多年变化状况,建立了能够很好描述区域沙尘暴频率年际变化的沙尘暴指数,并建立了适合浑善达克沙地气候特征的气候因子影响沙尘暴频率指数模型。结果表明,浑善达克沙地自1960年后气候逐渐变暖,并有微弱变湿趋势,沙尘暴年日数自1994年起波动增加,2000年出现极大值;沙尘暴年日数与沙尘暴指数的相关系数达0.7左右;建立的气候影响指数模型,能够用来解释当前浑善达克沙地沙尘暴频率的分布格局。     

沙尘暴也有“贡献”

沙尘暴作为我国目前严重的气象和环境灾害之一，往往为人们所深恶痛绝。其实有专家谈到沙尘暴对于地球环境有着功不可没的贡献，但很多媒体只是讲沙尘暴恶劣的一面，忽略了沙尘暴对于人类贡献的一面。     

宁夏盐池沙尘暴特征分析

对盐池气象站1961-2000年逐月气象数据进行了较为详细地分析，结果表明，干旱多风的气候特征在时间搭配上的一致性，是沙尘暴发生的主要直接原因；沙尘暴频率与降水量和大风日数显著相关，降水量对沙尘暴的影响滞后1-3个月。从较长时间序列看，影响沙尘暴发生的自然因子（以降水和大风为代表）的作用在逐渐下降，而人为因素的权重在不断加强，反映出生态环境的不断恶化；沙尘暴逐年序列的2-8a周期，是受到厄尔尼诺影响的结果。     

黄土高原地区沙尘暴形成的自然地理因素:Ⅰ影响因素分析

以黄土高原地区227个县的资料为基础,研究了沙尘暴的发生频率与自然地理因子之间的关系。研究表明,沙尘暴的发生频率与自然地理因子密切相关,年降水量越大,地表物质可蚀性越小,大风日数越少,年均风速越小,年均沙尘暴日数越少。     

沙尘暴危险度的定量评估研究

目前对于沙尘暴风险管理的系统性和实用性有待完善,在沙尘暴危险度研究中缺乏对于气象因子的实时定量评估方法,使得气象服务工作也只能为沙尘暴提供实时卫星监测结果,尚不能细致提供沙尘暴危险度的实时定量评估结果,不同程度地影响了沙尘暴防灾减灾工作的高效实施。系统化沙尘暴风险分类,将沙尘暴灾害应对分为防灾过程和减灾过程,明确了沙尘暴危险度在这两种过程中的主要构成,结合沙尘暴危害特点提出了实时数量化的沙尘暴危险度诊断表达式,对表达式各组成部分进行了初步讨论。使用层次分析法结合聚类分析,分析甘肃民勤地区2001年6月1日—2010年11月15日的地面气象观测资料,得出该地沙尘暴危险度具体表达形式并进行计算,给出了在此期间民勤地区沙尘暴危险度的定量评估结果。结果表明,在民勤地区该时间段内,沙尘暴危险度范围为0.45～4.49,平均危险度为1.99,超过平均危险度的沙尘暴时次有25次,其中最危险的沙尘暴发生于2010年4月24日,完全符合历史事实。由此说明,沙尘暴危险度表达式能够客观地给出沙尘暴危险度实时诊断结果,且其结构清楚,计算简单,便于气象服务业务工作的使用与推广。