河西走廊沙尘暴50 a频率突变检测分析

 利用1958年至2007年民勤、敦煌、武威、张掖、景泰的沙尘暴春季发生频次资料,运用滑动t检验和滑动F检验进行突变检测分析,根据检验结果综合确定突变点及其突变强度,寻求沙尘暴发生频率突变规律及产生原因,为沙尘暴发生频率的变化趋势研究和预测提供参考。滑动t检测结果显示,5站点的沙尘暴春季频率突变数量呈现往东部递增的趋势;降低突变较多;升高突变年份集中在20世纪60年代末期和90年代末期,降低突变主要出现在1983年及2002年前后;均值降低突变强度大于升高突变。滑动Ｆ检验结果显示突变均是方差降低突变;河西走廊中东部的沙尘频率波动性差异较其他地区更为显著;方差突变出现在80年代中期及90年代初期,其余时间的波动性的差异维持在一个较低的水平。当对沙尘暴发生频率进行滑动t及滑动F检验时,两种情况下的降低突变检测结果存在一定的对应关系。河西走廊地区的沙尘暴发生频率突变与地面风速、大风日数、降水量及平均气温的突变存在密切联系,可作为沙尘暴频率突变的预测因子。     

塔里木盆地春季沙尘暴频次与大气环流的关系

使用1961-2009年春季NCEP/NCAR再分析资料和塔里木盆地37个气象站沙尘暴频次资料,分析了塔里木盆地春季沙尘暴频次与大气环流的关系。结果表明:①近40 a,在500 hPa高度场上,两者在巴黎盆地和蒙古国中西部存在显著负相关,在乌拉尔河附近存在正相关,蒙古国中西部500 hPa高度场在升高,而乌拉尔地区的在降低,两地间经向环流的减小引起盆地沙尘暴减少。②塔里木盆地春季沙尘暴频次突变与显著负相关区蒙古国西部500 hPa高度场突变相联系,两者的变化趋势基本是相反的,盆地沙尘暴频次突变出现在1985年,500 hPa位势高度突变提前于沙尘暴频次突变,出现在1980年和1984年。③在年际、年代际尺度上,春季500 hPa位势高度场上蒙古国西部气旋和东欧平原反气旋增强的环流形势配置是塔里木盆地沙尘暴多值年的典型背景。     

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。     

1960-2012年河西走廊中部沙尘暴空间分布特征和变化规律

利用6个常规气象站1960—2012年的沙尘暴观测资料,分析了河西走廊中部近53年沙尘暴日数的年代际、年际、季节、各月变化和空间分布,并用Mann-Kendall检验法检验河西走廊中部沙尘暴序列是否存在突变现象;在分析沙尘暴变化规律的基础上,建立了河西走廊中部沙尘暴日数的均生函数预测模型。结果表明：该地区1960—2012年的沙尘暴日数以11.75 d/10a的倾向率递减;20世纪60年代至80年代中期为沙尘暴多发期,进入80年代末沙尘暴日数开始明显下降;20世纪70年代最多,60年代次之,80年代到90年代中期逐渐递减,从1997年开始到2004年又处于逐渐上升的趋势,突出年份是2001年,此年共21 d发生了沙尘暴天气;20世纪80年代河西走廊中部沙尘暴日数有一明显减少的突变,具体时间是1983年。与沙尘暴日数相关性最强的是年平均气温,呈显著负相关,其次是春季平均气温、冬季蒸发量和春季蒸发量,有5个站点的沙尘暴日数与春季平均气温呈显著负相关、与冬季蒸发量和春季蒸发量呈显著正相关,有3个站点的沙尘暴日数与冬季平均气温和冬季降水量呈显著负相关。据预测,2013-2032年河西走廊中部沙尘暴日数将呈继续减少趋势。     

中国北方春季沙尘暴频数与北半球500hPa高度场的SVD分析

选取1957-2000年中国北方地区春季沙尘暴发生次数资料和北半球500hPa秋、冬、春季的平均高度场资料,对沙尘暴和高度场作SVD分析。结果表明,我国北方春季沙尘暴次数各地具有比较一致的变化趋势,表明可能与大尺度气候背景的变化有联系。变化的最敏感区域为内蒙古中西部地区、新疆西部、青海西部和东北地区。我国北方春季沙尘暴发生次数与同期及前期500hPa高度场有较好的相关关系,前期环流形势对春季沙尘暴频数有一定的指示和预测意义,冬季环流场尤其具有预报指示意义,因为前一年冬季北大西洋涛动对我国春季北方沙尘暴发生次数有影响。     

甘肃春季沙尘暴环流特征及其时间尺度诊断分析

根据43a甘肃春季沙尘暴日数距平序列选取了甘肃春季沙尘暴多发年和少发年。对甘肃春季沙尘暴多发年和少发年前期冬季(12月至翌年2月)和同期春季(3~5月)500hPa环流距平场合成结果表明, 前期冬季东亚大槽、同期春季蒙古气旋是影响沙尘暴发生多少的主要系统。西风指数和东亚北风指数计算结果表明, 沙尘暴多发年与少发年指数差异明显, 沙尘暴与冬季风联系紧密。甘肃春季沙尘暴小波变换分析, 清楚地反映沙尘暴不同频域的变化特征及其交替作用; 不同频域小波系数变化说明21世纪初沙尘暴将趋于增加。     

宁夏春季典型沙尘暴年环流特征量分析

利用近1960-2000年宁夏春季沙尘暴发生次数及常规气象与环流特征量、海温等资料, 首先分析得出了宁夏近41a来沙尘暴发生频次的变化规律; 其次通过对宁夏典型沙尘暴多、少年气候特征对比分析, 发现沙尘暴多、少年前期气象要素及环流特征量存在明显差异: 沙尘暴少(多)发年前一年夏季及前一年夏季到当年春季累积降水量偏多(少); 冬春季冷空气活动次数偏少(多); 前期及同期北半球极涡面积偏小(大)、强度偏弱(强); 冬季东亚大槽位置偏东(西)、强度偏弱(强); 前一年春季北太平洋海温距平场表现为厄尔尼诺遥相关分布型(反厄尔尼诺遥相关分布型)。依据作用机理, 提出了在西北地区生态环境局部治理、整体恶化背景下, 宁夏春季沙尘暴发生频次减少, 主要是东亚环流调整、冬季风减弱所致, 同时还形成了宁夏春季沙尘暴短期气候趋势预测概念模型。     

季以上尺度预报春季区域性沙尘暴过程的方法研究

应用1954—2003年甘肃省沙尘暴发生时间、站次资料和500 hPa NCEP/NCAR再分析资料,分析了春季候区域性沙尘暴的特征。选择影响甘肃省春季天气的500 hPa七个关键区,通过周期分析发现,这些关键区有30候左右的周期可以通过0.01的信度检验,表明500 hPa侯形势场在一定范围内的确存在30候（150 d）左右显著周期。给出春季区域性沙尘暴发生的典型场,计算它与历年10~12月逐候500 hPa距平场的相似系数,结果表明：准150 d韵律方法预测沙尘暴的历史概括率在71.5%～76.4%之间,最高概括率可达87.5%,最低也有60.0%,漏报率为19.8%～26.0%。尽管如此,可以认为该方法对甘肃省区域性沙尘暴,尤其对典型形势场所对应的沙尘暴天气过程有较高的预测能力。最后给出典型年前期500 hPa要素场的特征。     

西北地区春季沙尘暴气候分析及预测方法研究

利用甘肃、宁夏1955-2002年的气象实测资料, 北半球500hPa月高度场, 月平均太平洋海表温度场资料, 将沙尘暴发生的变化趋势看作每年春季的一个气候现象, 分析其发生的气候变化趋势、年代际变化以及与大气环流、海温的相关关系, 得出沙尘暴气候趋势预测的着眼点, 建立沙尘暴短期气候预测概念模型。此模型对沙尘暴发生变化趋势的预测具有一定的实用价值。     

西北地区东部沙尘暴转型对气候和生态环境变化的响应

 利用西北地区东部近50 a较完整的沙尘暴资料序列和1981年以来NOAA/AVHRR的NDVI数据,通过量化反演关键区植被覆盖率,并结合土地详查等代用资料的校准,对西北地区东部沙尘暴转型的生态演变量化特征与基本型态及沙尘暴过程发生频次、持续时间和高发站沙尘暴启动风速的年代际演变特征进行了综合分析。结果表明:1951年以来,西北地区东部沙尘暴过程发生频次出现了由多到少的明显转型,年突变出现在1987年,春季突变出现于1986年;近50 a,该区域年NDVI指数振荡幅度较大,并在波动中略有减小,生态环境整体呈退化趋势,在此背景下,沙尘暴过程持续时间明显增加,启动风速显著降低。依据生态/气候影响分析模型,在不同生态/气候型态下,西北地区东部沙尘暴过程频次和持续时间有明显差异,气候变化对沙尘暴过程发生频次具有明显的驱动作用,而生态环境的变化对沙尘暴过程持续时间有显著的调节与控制作用。     

2004年春夏季两次沙尘暴期间地面气象要素变化特征对比分析

用沙尘暴自动观测系统记录的每分钟地面气象要素,分析了2004年3月28日和7月12日发生在甘肃酒泉的两次沙尘暴过境时地面微气象要素的变化特征。结果表明：①两次沙尘暴发生前地面湿度都较小,气压较低,但是在临近发生时地面气压会猛增,接着维持一段时间的相对稳定状态,但春季沙尘暴过程这个时间更长;沙尘暴即将结束时地面气压再次大幅增加。②沙尘暴发生前气温偏高,结束后较短时间气温会出现急剧下降;春季沙尘暴期间0 cm地温和气温的变化趋势比较一致,但是5 cm地温的变化趋势与气温变化差别较大;夏季沙尘暴过程中0 cm、5 cm地温的变化趋势与气温变化趋势都比较一致。③由于下垫面性质的差异,春季发生的这次沙尘暴地面水平风速明显比同年夏季发生的沙尘暴大,但水平能见度却比夏季发生的沙尘暴好。     

黄土高原地区沙尘暴高发带的跃变现象

对黄土高原地区沙尘暴日数与年降水量关系的分析表明,在黄土高原地区存在着一个原生沙尘暴带和一个次生沙尘暴带,后者是人类破坏植被、改变土地覆盖状况的结果。发现原生沙尘暴带与次生沙尘暴带之间存在着跃变现象,这一现象发生在年降水量为300 mm左右的地区。这表明,对于沙尘暴带的演化而言,年降水量为300 mm左右的地区是一个超常不稳定带。     

ORIGINAL AND SECONDARY HIGH-FREQUENCY SANDSTORM ZONES IN THE LOESS PLATEAU REGION, CHINA

A study of sandstorms in the Loess Plateau and neighbouring areas is based on observations of sandstorms and precipitation. Through analysis of the relationship between the mean annual number of sandstorms and the mean annual precipitation, an original sandstorm zone and a secondary high‐frequency zone of sandstorms have been defined. The latter is mainly formed as a result of human activities, such as vegetation destruction and waste‐land cultivation, and not because of climatic change. The secondary sandstorm zone is located 350–500 km away from the original sandstorm zone, reflecting the fact that the sandstorm zone in the Loess Plateau area has shifted 350–500 km to the southeast, in response to human impact. Some abrupt change has been found in the area where the mean annual precipitation is 270 mm, where the original sandstorm zone ends and a secondary zone of high‐frequency sandstorms begins. This transition area can be regarded as an abnormally unstable area. This study shows that destruction of the vegetation can cause changes in the environment similar to those attributed to climatic change.     

青藏高原近40年来的降水变化特征

利用我国青藏高原地区的1961-2000年56个气象站的逐月降水资料,通过计算降水量的距平百分率,分析了青藏高原自1961至2000年以来降水量变化的趋势和1961-2000年以来各季降水量变化趋势,发现:青藏高原近40年来降水量呈增加趋势,降水量的线性增长率约为1.12mm/a。再将高原划分为四个季节,分析了各季40年来的降水量的变化情况得出:春季降水量年际变化较大,秋季降水量变化不明显。夏季降水量值较大而降水变化幅度较小,冬季降水量变化则与夏季相反。通过将青藏高原分为南北两个地区,分析了两个区的年降水量和四个季节的降水量的变化得出:高原南区1961-2000年降水量呈增加的趋势,降水量的线增长率为1.97 mm/a,春季和冬季降水量年际变化较大,夏季降水量变化不明显,秋季降水量略有增加;北区年降水量和夏季的降水量变化较小,秋季降水量的年际变化较大,冬季降水量变化最大。对青藏高原的南北两区用Mann-Kendall方法进行突变分析,显示高原南区分别在1978年和1994年发生突变,北区没有发现突变。     

2000—2020年中国西北地区区域性沙尘暴特征及成因北大核心CSCD

利用地面观测资料分析了2000—2020年中国西北地区区域性沙尘暴特征,同时基于气候动力因子、温度、降水和NDVI资料,研究西北地区区域性沙尘暴成因。结果表明:2000—2020年西北地区区域性沙尘暴年总日数呈波动下降趋势,且存在两个高(低)频期。春季是区域性沙尘暴高发季,其中4月总日数最高,达47 d;相较于上旬和中旬,春季各月下旬更易出现区域性沙尘暴。新疆南部的塔里木盆地、内蒙古中西部和甘肃河西是西北地区区域性沙尘暴高发区,总日数均在10 d以上,其余大部分地方总日数均小于8 d。北半球极涡面积指数、强度指数及亚洲区极涡强度指数均与区域性沙尘暴日数显著正相关,北半球极涡从扩张期到收缩期转变及其强度的减弱,是西北地区区域性沙尘暴减少的重要气候动力因素。西北地区年(春季)降水量和平均NDVI均与区域性沙尘暴日数显著负相关,近21年西北地区大部分地方气候趋于暖湿化,植被覆盖整体以改善为主要趋势,此种转变有利于沙化面积收缩,减少非输入性沙尘暴的发生。     

宁夏春季沙尘暴频次异常与北太平洋海温异常的关系研究

利用宁夏沙尘暴频次资料、500 hPa环流特征量资料、NCEP再分析资料、北太平洋海温场格点资料,采用相关分析、合成分析、小波变换、SVD分析,对宁夏沙尘暴频次与北太平洋海温场的关系进行了研究,探讨了北太平洋海温场通过影响大气环流异常再影响沙尘暴异常的途径。结果表明：宁夏春季沙尘暴频次与前一年10月到当年5月加利福尼亚海温有显著的负相关关系,关键区海温冷、暖异常与宁夏春季沙尘暴日数多、少有较好的时频对应关系;另外发生在北太平洋的厄尔尼诺事件对宁夏春季沙尘暴有重要影响,当北太平洋海温场呈厄尔尼诺（拉尼娜）型分布时,宁夏各地沙尘暴日数以偏少（多）为主。加利福尼亚海温通过影响大气环流,进而影响宁夏沙尘暴的发生,冷水年春季（3—5月）,欧亚大陆高空系统较强,环流经向度加大,蒙古气旋加深,有利于极地冷空气南下;从风场形势看,冷水年河套至甘肃、内蒙西部及蒙古国中西部一带高层盛行西北风,而低层多为东南风,这种不稳定形势,也为西北沙尘暴的发生发展创造了有利气候条件。另外,冷水年冬春季东亚大槽位置以偏西为主,极涡强度偏强的年份占优势,西风环流指数负距平的年份偏多,经向环流偏强,冷锋活动频繁,大部分冬季平均气温偏低,表明冬季风偏强的年份为主;而暖水年基本相反。     

The atmospheric circulation patterns influencing the frequency of spring sand-dust storms in the Tarim Basin

Using NCEP/NCAR reanalysis data and the sand-storm frequency data fi＇om 37 weather stations in the Tarim Basin for the period 1961-2009, the relationship between the frequency of spring sandstorms in the Tafim Basin and the associated atmospheric circu- lation pattems is analyzed in this study. We found significantly negative correlations between sandstorm frequency and the 500-hPa geopotential height over the Paris Basin and midwestem Mongolia, while there were positive correlations over the Ural River region. The rising of the 500-hPa geopotential height in midwestem Mongolia and its falling over the Ural region corre- spond to a weakening of the large-scale wave patterns in the Eurasian region, which directly causes the frequency of the sand-dust storms in the Tarim Basin to decline. Also, the abrupt decline in the spring sandstorm frequency in the Tarim Basin observed in the last half-century is associated with profound changes in the atmospheric circulation in these key regions. At the interannual scale, the strengthened cyclonic atmospheric circulation patterns in the western part of Mongolia and the anticyclonic patterns over the East European plains at 500-hPa geopotential height, are responsible for frequent sandstorm occurrences in the Tarim Basin.     

近55年来河西地区季节开始日及长短变化特征

利用河西地区15个气象站点1955～2009年日平均气温资料,采用5d滑动平均、气候倾向率、Mann-Kendall和滑动t检验,ArcGIS中的反距离加权插值等方法分析河西地区四季开始日及其长短变化特征,以揭示气候季节变化对全球气候变暖的响应.结果表明:近55年来,河西地区四季开始日主要表现为春、夏和秋季提早,冬季推...     

黑河流域春季降水空间分异性特征及其与黑河流量的相关分析

利用黑河流域13个气象站建站至2012年3—5月降水量资料和黑河莺落峡水文站流量资料,分析了黑河流域春季降水的基本气候特征;通过EOF、REOF、Morlet小波变换等方法,对黑河流域春季降水的时空特性进行了研究;用Mann-Kendall检验法检验黑河流域春季降水序列是否存在突变现象.结果表明:黑河流域春季降水空间分布极不均匀,其空间分布特征是南部为多雨区、北部为少雨区.黑河流域春季降水在第一空间尺度上为全区一致,在第二空间尺度上可分为2个自然气候区,在第三空间尺度上可分为3个自然气候区.从年代际变化来看,21世纪最初10年是近半个世纪来降水最多的10年,20世纪70年代是降水最少的10年;黑河流域春季降水的年际变率十分显著,降水最多的年份是最少年份的6倍多.1961—2012年间河西走廊春季降水发生了明显的突变:2001年出现了一次趋于增多的突变.最显著的周期是4年的短周期、14年和22年的长周期.黑河流域春季各月降水与黑河流量均呈正相关,尤其是春季各月降水滞后1个月的相关和5月份降水的同期相关性显著;春季气温与黑河流量也均呈正相关,特别是春季各月气温的同期相关和3月气温滞后1个月的相关性显著,说明黑河流量的增加取决于前期降水量的增加和同期气候的明显变暖.