近50a来民勤沙尘暴的环境特征

根据民勤县气象局近50a来观测的1436次沙尘暴资料, 系统地分析了这一时段沙尘暴发生的时间特性。从沙尘暴发生的机制出发, 并结合当地的其他气象要素, 初步确定沙尘暴和与之对应的气象要素之间的关系, 为该地区治理沙害、恢复生态提供理论依据。     

西北特殊地形与沙尘暴发生的关系探讨

应用西北地区沙尘暴多发区中心站和毗邻站1961-1999年沙尘暴日数、大风日数和降水资料, 参考相应地区的地形和地表覆盖资料, 结合卫星资料监测事实, 分析了沙尘暴中心站沙尘暴高发以及毗邻站沙尘暴发生较少的原因, 探讨了地形与沙尘暴发生的关系。结果表明: ①沙尘暴中心站沙尘暴高发是地表状况、大风和地形共同作用的结果, 而沙尘暴毗邻站沙尘暴较少的主要原因为沙源与大风不匹配; ②地形对沙尘暴发生有重要作用, 干燥的下垫面产生的热力不稳定和特殊地形产生的气流加速和抬升作用, 对局地沙尘暴的形成和强沙尘暴的触发有重要作用; ③大风和降水的配置对沙尘暴发生有一定影响, 大风日数多且降水较少的时段为沙尘暴的高发期, 随着雨季的到来, 沙尘暴日数明显下降; ④下垫面与沙尘暴发生关系密切, 戈壁地表不利于沙尘暴的发生, 植被覆盖度的增加对沙尘暴有明显的抑制作用。     

民勤与周边土地覆盖变化及对沙尘模拟结果的影响

利用民勤与周边地区2005年的Landsat-5 TM影像和1∶25万的DEM资料,在ArcGIS的支持下,对GRAPES_SDM沙尘模式中原有的20世纪80年代的地面信息进行更新与对比,在此基础上就2010年4月23日至25日的沙尘天气过程进行土地覆盖更新前后的数值模拟对比试验,并结合民勤站的沙尘浓度观测数据对模拟结果进行评价分析。结果表明,与模式中原有的土地覆盖信息相比,民勤及周边地区2005年的沙地、草地、耕地、水体、湿地面积明显减少,城乡用地变化不大;土地覆盖变化影响了模式输出的起沙通量和沙尘浓度的范围与强度。一方面,土地覆盖的更新使得起沙总体上有所减弱,且影响程度随过程的增强而逐渐增大。另一方面,土地覆盖变化对地面沙尘浓度的影响具有初期性、移动性和尺度适应性,同时也显著地改变了沙尘浓度的垂直分布。此外,起沙过程中土地覆盖信息的更新有利于民勤站沙尘浓度模拟值接近观测值,表明沙尘模式中的土地覆盖信息应该具有现势性。     

民勤沙尘暴分布的地理因素及其前期气象特征

民勤沙区沙尘暴频繁,沙尘暴的分布与其所处的地理位置和当地的地表特征密切相关.河西走廊是我国寒潮南下的必经要道,民勤县恰位于这条寒潮路径的中心线路上,沙尘暴的发生季节、发生次数均与寒潮存在显著相关关系.民勤境内及其周围沙漠广布,且大面积沙漠裸露,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扩散的冷高压形成明显的气压梯度.当地的沙尘暴以中沙尘暴和强沙尘暴为主,沙尘暴发生的季节、时间等都具有一定的规律性,沙尘暴的主风向以NW、WNW为主,与该路径上的寒潮方向完全一致.沙尘暴前期在气温、气压、风速、风向等气象要素方面均会表现出明显的异常特征,当地沙尘暴的季节分布特征也异常明显,依据沙尘暴前期气象要素的异常特征和沙尘暴分布的季节特征以及沙尘暴在前站后站之间的运移方向和速度就可以对沙尘暴进行预测、预报和预防.     

民勤一次沙尘暴天气过程的稳定度分析

用2004年5月23—24日民勤基准气象站发生的一次沙尘暴天气过程加密探测,对大气热力参数“3 θ”和动力参数“相对风暴螺旋度”进行了计算和分析。结果表明：沙尘暴来临前到沙尘暴过境的前半期,大气温湿结构的分布有利于沙尘暴的发生、发展;沙尘暴过境的后期,大气层结调整到稳定状态,抑制了干对流的发展;沙尘暴天气结束后整层大气湿度增大,并出现了小雨天气。沙尘暴期间相对风暴螺旋度值小于雷暴等强烈湿对流的临界值,但仍然与沙尘暴的强度有很好的对应关系。     

地面加热对沙尘暴数值模拟结果的影响研究

利用沙尘数值预报模式并针对2002年3月18—20日典型沙尘暴过程,模拟研究了地面热通量对沙尘暴的影响及其机制。结果发现,沙尘天气数值预报模式较准确地模拟了本次沙尘暴过程。模式对白天地面加热强度和夜间地面冷却强度均有一定程度的高估。地面热通量能够使沙尘暴明显增强,同时也通过导致地面风速、层结稳定度、地面摩擦速度产生明显的日变化,进而导致沙尘暴强度的日变化。地面热通量影响地面风速的方式是导致混合层形成,从而有利于产生高空动量下传。另外,沙尘暴发生时地面热通量主要影响地面和行星边界层中的天气要素,随时间推移地面热通量能够持续影响上升运动强度,且这一影响从边界层逐渐向上扩展到自由大气,并达到500 hPa以上。     

一次特强沙尘暴成因及近地面要素脉动特征

本文利用实况观测资料以及NCAR/NCEP再分析格点资料,分析了2010年4月24日河西走廊一次特强沙尘暴成因,重点探讨了沙尘暴过境民勤时近地面层气象要素脉动特征及其相互关系。结果表明：（1）造成本次特强沙尘暴过程的影响系统为乌拉尔山脊前低槽,由于槽后脊前强偏北气流将极地的干冷空气不断输送到低压槽中,低槽发展,槽前锋区加强,从而为形成本次特强沙尘暴提供了有利的环流场形势。（2）在沙尘暴过境前后,民勤近地面气象要素变化特征明显。（3）沙尘暴过境时,民勤3 h变压对风速有明显影响,变压梯度的显著差异引起大风,且随3 h变压调整风速也相应呈波动变化,瞬变周期约8 h;PM₁₀、能见度也随风速而产生波动变化,3 h变压、地面风速、PM₁₀之间相互作用,呈现明显的脉动特征。     

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。     

高空急流对一次强沙尘暴过程沙尘传输的影响

使用GRAPES_SDM沙尘暴数值模式,对2011年4月28-30日中国北方强沙尘暴天气进行分析,讨论高空急流在此次过程中对沙尘传输的影响,得出以下结论:（1）GRAPES_SDM沙尘暴模式较好地模拟了此次沙尘暴过程的范围和强沙尘暴中心,整体模拟效果较好;（2）沙尘天气发生时间及移动路径与200 hPa高空急流的加强、移动发展有很好的对应关系;（3）高空强纬向风速的加强能够促使中低层形成垂直环流圈,其下沉支流使高空动量有效下传到近地面,进而在地面形成大风及扬沙和沙尘暴天气,强沙尘暴中心位于此垂直环流圈的下沉支;（4）等熵位涡与高空急流及地面沙尘浓度分布演变有很好的对应关系,等熵位涡位于高空急流北侧,地面沙尘浓度中心位于高空急流出口区、等熵位涡中心西南侧、等值线密集带;高层高值位涡区向下延伸的路径与高空急流北侧纬向风速等值线密集带有非常好的对应关系。本文还通过对高空急流轴线动力、热力结构垂直剖面的分析,探讨了高空急流对大范围沙尘天气影响的可能机制。     

地下水深埋区咸水灌溉对土壤盐渍化影响的初步研究——以民勤绿洲为例

 针对民勤绿洲近几十年来大量开采地下水造成地下水位急剧下降,同时大规模开采地下劣质咸水用于农业灌溉的现状,采用咸水沟灌大田试验,就绿洲地下水深埋区（＞5 m）咸水灌溉对土壤盐渍化的影响进行了研究。结果表明,在地下水深埋区,灌溉水带入的盐分是土壤表层盐分积累的主要来源;播种前大定额淡水灌溉,土壤明显脱盐,但随着生长季内咸水灌溉及灌溉定额的减少,土壤开始返盐,到生长季末,根区土壤显著积盐,2 g·L-1和5 g·L-1咸水灌溉下土壤的积盐率分别为22.67%和35.30%;高垄覆膜种植方式下,膜上沟灌对沟下土壤盐分淋洗明显,但是在行间非覆膜区盐分强烈聚集;咸水灌溉导致根区土壤pH值升高,碱化度增大,绿洲土壤存在着明显的碱化趋势。     

中国北方一次强沙尘暴爆发的数值模拟研究

 利用意大利国际理论物理研究中心发展的耦合了沙尘模块的区域气候模式（RegCM3）对发生在中国北方2006年4月9~11日期间的一次强沙尘暴的爆发进行了数值模拟研究。与实际观测相比,RegCM3成功地模拟出了本次沙尘暴爆发区域、天气形势及相应的沙尘气溶胶光学厚度（AOD）分布。4月9日6时,沙尘暴首先爆发于塔里木和吐鲁番盆地。受蒙古气旋的影响,24 h后甘肃中部及内蒙古西部地区也开始爆发沙尘暴。源区地面起沙率大于3 mg·m-2·s-1,单位面积上的沙尘载荷量高于3 000 mg/m2。对流层中低层沙尘主要向东输送,可影响我国华北绝大部分地区,本次沙尘暴过程造成中国北方主要城市空气质量的下降。模拟的AOD分布特征与地面起沙率和载荷量分布特征相对应,并与TOMS 卫星观测的气溶胶指数(AI)的区域和中心值具有较好的一致性。AOD分布由西向东呈递减的趋势,且有两个大于2的高值中心,一个位于新疆塔里木、吐鲁番盆地和古尔班通古特沙漠地区;另一个位于河西走廊和内蒙古交界地区。对比他人研究结果,RegCM3对沙尘的起沙、传输等过程以及AOD的时空分布模拟合理。     

内蒙古中西部沙源地影响沙尘暴扩展过程的数值模拟研究

 通过对2002年3月18—22日沙尘暴过程进行的数值模拟及针对内蒙古中西部沙尘源地影响的敏感性试验研究，结果表明, 内蒙古中西部荒漠化草原生态的迅速恶化是2001年前后沙尘天气的频繁发生的部分原因。由于沙源地海拔高度的不同和风速随高度的变化，在沙尘远距离输送过程中可能出现两个不同高度而相互孤立的优势沙尘输送带，分别位于对流层和地面附近。其传输距离、传输速度、影响地区、影响时间存在巨大差异。内蒙古中西部沙源地的起沙主要通过地面附近的沙尘输送带向东、向南传输。其通过对流层的传输随沙尘区的不断扩展而越来越弱，进而被其他更高海拔高度的沙源地起沙所取代。     

民勤荒漠区气候变化对全球变暖的响应

 近年来,全球变暖已成为一个全世界广泛关注的问题。那么,荒漠气候是如何响应全球变暖的呢？以中国西北典型荒漠地区民勤为例进行了分析。结果表明,民勤荒漠区年平均气温的抬升速率高于20世纪全球气温抬升速率和中国近100 a气温抬升速率;2—6月和11—12月月平均气温表现为不同程度增温趋势,其中,2月增温最明显;从20世纪全球最暖的80—90年代开始极端最高气温变幅明显增大,极端最低气温间歇式下降,极端最高气温和极端最低气温的不稳定性增大;在变暖的同时,降水量表现为增加趋势;1956年以来当地沙尘暴发生日数表现为减少趋势,其原因主要是1961年以来当地的空气相对湿度增大,暖湿气候是导致沙尘暴减少的主要原因之一。     

降水在沙丘中的运动特征研究——以甘肃民勤沙区为例

自然降水和辅助人工模拟降水试验表明在民勤沙区,降水在沙丘上的下渗深度主要受沙面状况的影响。沙丘表层土壤田间持水量大小影响降水下渗,表层粉粒和粘粒含量影响田间持水量,降水量的大小与水分下渗深度的相关性并不显著;降水强度在29.8mm·d^-1以内时,固定沙丘上的最大含水层为10~15cm,降水的下渗速率只有10~15cm·d^-1;在半固定沙丘上,28.2mm·d^-1以内的降水的最大含水层为30~35cm,降水的下渗速率只有15.0~17.5cm·d^-1;在流动沙丘上,21.7mm·d^-1以内的降水强度的最大含水层为130~135cm,降水的下渗速率可达32.5~33.8cm·d^-1;在固定沙丘和流动沙丘上,8mm·d^-1以内的降水很快蒸发损失,而在半固定沙丘上能保存较长时间;与固定和半固定沙丘相比,流动沙丘表面水分(即7~8mm以内的降水)最易在短期内蒸发损耗。     

一次强沙尘暴活动对中国城市空气质量的影响

对2006年4月8—12日发生在中国北方地区的一次强沙尘暴天气过程及其对中国大陆城市空气质量的影响进行了分析研究。结果表明：①造成此次沙尘天气过程的直接原因是伴随着西伯利亚强冷空气南下的冷锋自西北向东南方向的移动。沙尘暴鼎盛时期卫星观测的中国境内大气沙尘气溶胶指数（AI）的分布存在一个高值区和两个次高值区。高值区位于内蒙古西部地区、河西走廊和河套地区;两个次高值区分别位于塔克拉玛干沙漠及华北至东北地区。与此同时,地面观测的最小能见度小于10 km的气象站点分布最密集的地区也主要分布在上述3个区域。AI的分布与最小能见度的分布之间有着很好的一致性。②这次沙尘天气过程的影响范围主要在33°N以北。从西到东沙尘天气影响的程度逐渐减轻,受污染最严重的城市集中在西北地区东部。根据锋面过境时间与发生大气污染事件时间的对比可将受沙尘天气影响的城市大致分为两类：第一类城市大气污染事件发生在冷锋过境期间（Ⅰ类城市）,第二类城市大气污染事件发生在冷锋过境前（Ⅱ类城市）。Ⅰ类城市受沙尘过程影响发生空气污染事件的持续时间相对较短,空气污染事件主要出现在锋面过境前后。Ⅱ类城市受沙尘过程影响发生空气污染事件的持续时间相对较长,空气污染事件的出现时间要明显超前于锋面过境时间。两类城市的共同特征是能见度与空气污染指数（API）之间存在着良好的反位相关系。     

黄土高原坡耕地苜蓿产量及水土流失地形分异模拟——以延安燕沟流域为例

退耕还林还草是目前黄土高原整治生态环境和控制水土流失的主体政策。为使生态退耕政策得到有效落实,本文基于WIN-YIELD软件,以延安燕沟流域为例,利用2006年延安站的逐日气象数据和燕沟流域地貌、土壤及土地利用等资料,模拟分析了不同地形高程、坡度和坡向条件下坡耕地种植苜蓿的秸秆干物质产量、水土流失量及其地形分异特征。结果表明:在黄土高原,地形坡度是影响苜蓿秸秆干物质产量和泥沙流失的重要因素,苜蓿秸秆产量模拟值随地形坡度的增大而减小,泥沙流失的模拟值随地形坡度的增大而增大;地形高程1000 m以下的地域种植苜蓿其产量明显高于1000 m以上的地域,坡耕地苜蓿产生径流和泥沙随地形高程的变化不显著;地形坡向对苜蓿秸秆产量和水土流失量的影响不大。     

沙区绿洲人地系统演进探讨——以民勤盆地为例

资源与环境问题已成为当代人类生存与发展的重大问题,它通过人地系统中人与地之间的相互联系,以各种方式和强度作用于人类。人地系统有其运行规律和演进机制,要建立协调的人地关系、促进沙区绿洲的可持续发展,就必须清楚地了解其人的地系统的动态演进机制。通过分析民勤盆地人地系统的演进过程,提出了人地系统演进的机制和驱动力,从而为更好地调控沙区绿洲人地系统的演进提供依据。     

冻土对沙尘暴的影响研究

利用1951-2000年中国大陆685个沙尘暴站、412个冻土深度及706个气温站的观测资料,分析了近50a来沙尘暴与冻土深度的时空分布特征。结果表明:沙尘暴多发中心总与当月的冻深极小值或相对低值区对应,且冻深越小(大),沙尘暴日数越大(小);气温是冻深与沙尘暴反相关关系的纽带。     

数字高程模型地形描述误差的量化模拟--以黄土丘陵沟壑区的实验为例

本研究以陕北黄土高原丘陵沟壑区为试验样区 ,综合运用统计分析及比较分析的原理与方法 ,通过数学模拟、对比分析、误差可视化分析 ,研究不同空间尺度下DEM地形描述误差的数学转换模型。实验结果证明 ,目前适用于欧洲地区的地形描述误差的模拟方程EtD=q·a·(EtD′) b,经过参数的修正 ,在我国黄土高原丘陵沟壑区具有较高的模拟精度。该模型的建立可以实现应用低空间分辨率的DEM数据在栅格水平模拟高空间分辨率DEM所提取的地形描述误差 ,从而 ,在一定精度范围内大大提高Et的计算速度和计算效率。并且 ,对我国其它地貌类型区类似模型的建立 ,都具有重要的参考意义     

地形对天山夏季降水影响的模拟

地形对局地云和降水的形成、发展过程起着重要作用。由于天山山脉对偏西、偏北气流的阻挡抬升作用,天山西部（喇叭口地形）和北坡中天山（东西走向）一带成为新疆云和降水最集中的地区。以新疆天山山区2013年8月24-26日一次典型强降水过程为例,利用WRFv3.5.1中尺度模式,通过改变初始场中的天山地形高度进行敏感试验,进而揭示天山地形对夏季山区及邻近区域降水的基本影响机制。控制试验较好地模拟出此次降水的空间分布、中心位置及起止时间、降水极大值高度等特征,与观测结果非常吻合。控制试验与敏感试验对比结果表明,天山地形对降水带分布影响不大,但对强降水中心的范围和量级影响显著。降水量与地形高度和抬升凝结高度的相对大小表现出较好的相关性,地形的阻挡抬升作用导致盛行气流产生较强的垂直上升运动,当达到甚至超过抬升凝结高度时,不稳定能量才得以充分释放,进而引起水凝物含量大大增加。地形对主要冰相水凝物雪晶和冰晶的高度分布影响不大,但对二者的中心值和维持时间影响显著。