西北地区大风日数的时空分布特征

利用选取的西北5省(区)以及内蒙古西部(110°E以西)分布均匀的127个气象站1960-2000年41a逐月大风出现日数资料, 分析研究了西北地区大风的空间、时间特征, 并具体分析了大风与沙尘暴的时空关系, 揭示了西北地区大风分布的一些新事实。西北大风天气可划分为较少区(年均大风日数小于10d)、较多区(年均大风日数10~50d)、多发区(年均大风日数50~100d)和频发区(年均大风日数大于100d)。西北地区大部分区域为大风较多区, 占总站数的614%, 大风频发区分布最小; 大风最频繁发生的地方在新疆西北部的阿拉山口, 年平均大风日数超过160d, 平均不到3d就有一次大风天气, 大风日数最少的地方是陕西北部延安, 平均每年发生大风天气的日数不到1d。大风日数空间分布与地形有很大关系, 两山之间的峡谷地带以及高山和青藏高原极易出现大风天气。西北地区多数台站近40a来大风呈减少趋势, 其中新疆西北部、甘肃河西走廊西部和陕西东部等地区减少最为明显, 大风增加的区域主要集中在新疆东北部到青海西部地区, 其代表站年均大风日数从20世纪60年代到80年代中期以后增加了近3倍, 达到190d。总体来讲, 西北地区大风天气最多的季节是春季, 以5月最多, 其次是夏季, 秋、冬季特别是秋季大风最少; 陕西、甘肃中南部夏季大风较多, 青海东南部则夏季最最少, 冬季大风更多一些。进一步分析表明, 西北地区大风频发区与沙尘暴频发区并不完全重合, 例如, 南疆是西北乃至我国沙尘暴最频发区之一, 但是南疆却是西北地区大风的较少区, 年大风日数远少于沙尘暴日数。同样是沙源丰富的沙漠地区, 也都是我国沙尘暴的主要频发区, 但是塔克拉玛干沙漠及其附近地区的沙尘暴日数远多于大风日数, 而巴丹吉林沙漠地区的大风日数却比沙尘暴日数明显偏多。最近40 a西北地区大风与沙尘暴发生次数随时间变化趋势一致, 基本呈线性减少特征, 这说明在下垫面状况不变或变化不大的情况下, 近年来沙尘暴次数减少可能主要是由于大风天气(沙尘暴驱动因子)减少而造成的。大风的时间变化可以决定沙尘暴随时间的变化。     

西藏高原沙尘暴气候特征及成因研究

利用1960—2000年西藏22个台站观测资料和NCEP/NCAR再分析资料,分析了西藏沙尘暴日数的时空特征以及沙尘暴异常的气候成因。结果表明：西藏高原年平均沙尘暴日数分布为西多东少,狮泉河、申扎和泽当为年沙尘暴日数超过10 d的中心,它们的年变化特征是1～5月多,7～10月少。年沙尘暴日数的年代际变化特征为中间多、两头少,在20世纪90年代达到最少。青藏高原上空的高空西风急流减弱是导致西藏大风、沙尘暴日数减少的主要原因,影响西风急流偏强（弱）的气候系统是东亚大槽偏浅（深）和青藏高原高压偏强（弱）。沙尘暴日数的年代际异常与高空西风急流、大风日数、降水等要素年代际异常以及沙尘暴区地形地貌等因素关系密切。     

近51a山西大风与沙尘日数的时空分布及变化趋势

利用地面气象观测数据,以瞬时风速≥17.0m.s-1或风力≥8级的大风日数和沙尘天气发生日数为指标,分析了山西大风、沙尘天气的时空分布特征,沙尘天气的变化特点及趋势,并从现代气候变化、大气环流特征及大风日数变化等方面,初步探讨了沙尘天气日数变化的气候原因。分析结果表明,山西的沙尘暴、扬沙与大风日数具有同位相、一峰一谷的逐月变化特征,峰值均出现在4月,谷值均出现在8—9月。浮尘日数具有两峰两谷的逐月变化特征,主峰与主谷与大风出现的时间一致,次峰和次谷则分别出现在每年的12月和2月。大风日数的峰值分别是沙尘暴、扬沙日数峰值的8.39倍和2.31倍;大风日数的谷值分别是沙尘暴、扬沙日数谷值的83.3倍和18.98倍。沙尘暴、扬沙与大风日数均有北部多于南部的空间分布特征,浮尘则与大风相反具有南部多于北部的空间分布特征。山西的沙尘暴、扬沙总日数在20世纪90年代初期以后比50年代到70年代初期分别减少了84.9%和77.1%。多沙尘日数年大气环流的经向度较强,乌拉尔山高压脊偏强,东亚大槽位置偏西且加深,少沙尘日数年则相反。比较发现,沙尘暴、扬沙和大风日数的变化趋势有很好的一致性,线性相关系数分别达到0.80和0.82。这表明,山西沙尘暴和扬沙的变化趋势主要是随大风的变化而变化,高纬冷空气向南爆发的频数减少、势力偏弱、路径偏北导致山西风力条件的减弱是近51a沙尘暴、扬沙发生频数下降的主要原因。     

近45 a六盘水大风天气气候特征分析

 利用1961—2004年六盘水市各测站逐日风的观测资料,采用统计方法,对六盘水地区大风天气的分布情况、年际变化及大风发生日数的气候变化特征等进行了分析。结果表明,近45 a大风天气西南部最多,北部次之,东部最少;六盘水市一年四季均有大风天气出现,但大风天气的出现有着明显的季节性变化,春季出现频次最高,冬季次之,秋季最小;六盘水市各地大风天气主要出现在每年的2—5月,3月最多,4月次之,9月最少;大风天气20世纪60、70年代持续偏多,进入80年代后,大风日数持续偏少,在1980年附近急剧减少,从总的气候趋势看,大风天气总日数近45 a来呈下降趋势;年总大风日数在1980年附近存在突变现象,表现为日数的急剧减少。     

甘肃河西沙尘暴对兰州市空气污染的影响

通过对1975-1997年甘肃河西沙尘暴发生日数和兰州市同期颗粒物污染资料进行统计分析,结果表明:两者有很好的正相关关系,其中,70年代后期和1986年前后甘肃河西沙尘暴的多发年份正好与兰州市同期TSP的高污染浓度相对应;在沙尘暴频繁发生的春季,两者的正相关性更显著(相关系数达0.706),其年际变化趋势几乎完全一致。甘肃河西4月份是全年沙尘暴发生日数最多的月份,使得兰州市在该月份的IP浓度也出现全年的次峰值,从而导致IP浓度的年变化成为双峰型(污染严重的12月份出现主峰值),这有别于SO₂等其它几种主要污染物均呈单峰型(12月份出现峰值)的年变化特征。春季河西大风沙尘暴发生期间,兰州市的TSP浓度会明显升高,此种天气过程结束后,TSP浓度迅速降低,这表明春季河西地区大风沙尘暴天气是影响兰州市区颗粒物污染浓度日变化的主要因素。总之,诸方面的分析结果均表明,甘肃河西沙尘暴对兰州市大气颗粒物污染所产生的重要影响是不可忽视的。     

西北地区植被变化对风沙活动的影响分析

基于西北地区1982—2003年NDVI与扬沙日数、沙尘暴日数、大风日数等风沙活动数据,分析了植被变化对风沙活动的影响及其区域差异性。结果表明,NDVI正距平和风沙活动因子的负距平有很好的对应关系。年均NDVI和扬沙日数、沙尘暴日数和大风日数的Kendall相关系数分别为-0.437(99%置信水平)、-0.338(95%置信水平)和-0.251(90%置信水平)。NDVI和各风沙活动因子的相关性随季节发生显著变化。各地貌类型区内,低山-丘陵及洼地区NDVI和风沙活动因子相关最为显著。     

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。     

河西走廊东部沙尘暴气候特征及短时预报

沙尘暴是河西走廊东部多发的灾害天气之一。利用河西走廊东部5个气象站1961-2014年月沙尘暴资料,运用统计学方法分析了河西走廊东部沙尘暴日数的时空分布特征及变化趋势;选取1990-2009年逐日NCEP再分析资料,依据气流的南北配置对沙尘暴天气进行了环流分型;采用诊断方法、因子组合和日常的经验预报等方法对不同层次、不同物理量进行分析和计算,构建了具有经验性的预报因子库,利用线性相关、经验预报和最大靠近原则等诊断分析方法建立了沙尘暴诊断预报模式。结果表明:受天气系统、地形以及海拔等影响,低海拔地区沙尘暴日数多于高海拔地区。年、年代沙尘暴日数呈显著减少趋势,递减率为民勤 >凉州 >永昌 >古浪 >天祝。年沙尘暴日数的时间序列存在着5~6 a的准周期变化,北部年沙尘暴日数发生了突变,而南部没有发生突变。沙尘暴日数月变化也比较一致,峰值出现在4月,谷值出现在9-10月。 沙尘暴日数均为春季最多,秋季最少。沙尘暴的环流形势分为西北气流型、西南气流型和西风气流型。确定了各型沙尘暴的预报指标和阈值,诊断预报模式的预报准确率在73.3%以上,达到了较高的预报水平,填补了沙尘暴精细化预报的空白,可为沙尘暴的业务预报预警提供客观有效的指导产品。     

土地利用变化对鄂尔多斯高原周边地区沙尘暴的影响

以鄂尔多斯高原周边地区为例 ,研究土地利用变化对沙尘暴的影响 ,建立了多年平均沙尘暴日数与沙漠化土地面积百分比之间的关系。该关系表明 ,当沙漠化土地面积百分比Rd大于 30 %以后 ,沙尘暴日数随Rd的增大而急剧增加。年均沙尘暴日数与耕地面积和大风日数之间的回归方程 ,结果表明 ,耕地面积减少和大风日数减少对沙尘暴减少的贡献率分别为5 9 7%和 4 0 3%。通过在干旱、半干旱脆弱生态条件下的地区进行土地利用结构调整和退耕还草 ,恢复草原生态系统 ,可以在一定程度上减低沙尘暴发生的频率。     

柴达木盆地沙尘暴天气影响因素

以柴达木盆地9个地面气象站点1961—2016年的逐日观测资料,分析该地区沙尘暴发生频率与气象因子和地表因子的关系,对比沙尘暴发生日与未发生日的气象因子和地表因子的差异。结果表明:①柴达木盆地沙尘暴日数与风速、大风日数有显著正相关关系,是影响最大的气象因子;气温与沙尘暴日数存在正相关性,但各地区有差异;相对湿度和降水对沙尘暴日数有明显的抑制作用;日照时数与沙尘暴日数存在弱的正相关关系。②植被对沙尘暴有抑制作用,但对柴达木盆地北部沙尘暴日数的抑制作用不显著;冻土深度对沙尘暴的影响存在滞后效应,滞后时间为2—3月。③沙尘暴发生时日最低气温偏高,相对湿度偏大,降水偏多,风速明显偏大,日照时数偏小,气温(地温)差偏小;日照时数小是沙尘暴发生的必要不充分条件。     

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。     

塔里木盆地局地和区域性强沙尘暴天气过程研究

利用1961-2001年塔里木盆地周边地区43站沙尘暴资料,给出了塔里木盆地局地、区域性强沙尘暴天气过程的定义,得到局地和区域性强沙尘暴天气过程1 423次和385次,分析了沙尘暴天气过程的时空分布特征和变化原因,并根据地面冷高压和沙尘暴天气的移动路径对385次区域性强沙尘暴天气过程进行普查分析。结果表明:塔里木盆地局地沙尘暴天气过程的高发中心位于柯坪和民丰,区域性强沙尘暴天气过程集中在塔里木盆地南缘的莎车至且末一线和柯坪,柯坪和民丰是盆地沙尘暴的多发中心;区域性大风天气过程的减少、年平均降水量的增加和年平均气温的升高是塔里木盆地区域性强沙尘暴天气过程趋于减少的重要原因;局地沙尘暴天气过程主要出现在3~9月;区域性强沙尘暴天气过程,集中在4~6月,春季4~5月是连续性多暴发时段,造成区域性强沙尘暴天气过程的冷空气以西进、东灌和西进加东灌为主要路径,盆地热低压的作用不可忽视。     

新疆沙尘暴的趋势和突变研究

采用新疆77个站1961—2005年沙尘暴日数资料,使用Mann-Kendall趋势统计检验方法、最大熵谱分析,突变的t检验等方法分析了南北疆沙尘暴变化的趋势、周期和突变以及与气候变化的关系。结果显示：①南疆和北疆45 a沙尘暴趋势是减少的,南疆减小的趋势比北疆的强,两者趋势值是-0.25和-0.06,都通过了α=0.01的显著性水平检验,减少趋势中心分别位于南疆皮山、安得河附近和天山中段南北坡,20世纪80年代的减少趋势最大。②南疆和北疆低于45 a平均趋势值的年份大多集中在近20 a;南疆沙尘暴的周期分别为2.9 a和2.8 a,北疆为3.4 a和2.3 a。准3 a周期变化是南疆和北疆所共有的特征。③南北疆年沙尘暴日数与气温和降水呈反相关关系,与大风呈正相关关系,与大风的相关性最高;在南北疆,沙尘暴与气温、降水的相关性显著水平不同。受南北疆大风和降水量出现突变以及平均气温趋势出现明显转变影响,南北疆沙尘暴日数都在1987年出现突变。     

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.     

2011年春季中国北方沙尘天气过程及其成因

2011年春季,中国共出现了7次沙尘天气过程,其中沙尘暴4次,强沙尘暴2次,沙尘天气频次总体偏少、强沙尘暴偏多,影响范围较广。通过对2010/2011年冬季及2011年春季天气气候特征的分析表明:①2010/2011年冬季,冷空气偏强,气温偏低,有利于土壤冻结,同时新疆大部、内蒙古西部及东北部分地区降水偏少,使得前期地面植被状况偏差,进入2011年春季,中国北方大部地区降水仍偏少,地面植被状况虽未得到改善,但气温仍偏低,土壤解冻较晚,而2011年春季冷空气较常年偏弱,使得2011年沙尘暴发生时间较常年偏晚,且沙尘天气过程偏少;②中国北方沙尘天气常发区域土壤湿度较常年偏高,土壤状况良好,土质不够疏松,是2011年春季沙尘天气偏少的一个重要因素;③2011年春季蒙古国及内蒙古大部地区纬向风为偏西风的负距平区,不利于起沙及沙尘粒子向东输送。     

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。     

南疆“3.12”强沙尘暴天气数值模拟与诊断分析

春季是南疆塔里木盆地沙尘暴天气的高发季节。利用GRAPES中尺度数值模式,以GFS资料作为初值场和侧边界值,对新疆2011年3月12日南疆出现的强沙尘暴天气进行数值模拟,并利用模式输出结果对这次过程作诊断分析。结果表明,GRAPES中尺度模式对高空槽、西风带、地面温度等强沙尘暴主要影响系统发生、发展及强度模拟效果较好,能模拟出产生这次强沙尘暴的强风天气形势和上升运动;西西伯利亚地面冷高压爆发性南下并强烈发展是造成强沙尘暴天气的重要地面天气系统;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;上升运动转为下沉运动是沙尘暴的最强时段。     

气候变化对浑善达克沙地生态环境演变的影响

利用近43 a气象观测资料,分析得出浑善达克沙地气温在逐年升高,降水量减少,蒸发量加大,平均风速、大风日数、沙尘暴日数呈逐年减少态势。其中温度升高、降水减少、蒸发量增加,对浑善达克沙地生态恢复不利;而平均风速尤其是大风日数、沙尘暴日数逐年减少对该地区生态保护、建设有利。通过1976年、1987年和2002年的遥感卫星监测结果验证：流动沙地面积不断增加,进一步表明浑善达克沙地的沙漠化正在扩展,这与该地区气候的恶化密切相关。     

北极涛动异常对西北地区东部沙尘暴频次的影响

利用西北地区东部沙尘暴日数资料、北极涛动指数资料、东亚高低空大气环流形势场资料,分析了沙尘暴日数与北极涛动的关系,进而研究了北极涛动异常年东亚大气环流分布特征,探讨了北极涛动影响西北地区东部沙尘暴的可能途径。结果表明：西北地区东部沙尘暴频次呈波动减少之势,20世纪80年代中期发生气候突变;北极涛动指数与西北地区东部沙尘暴频次显著负相关,二者年际、年代际变化都有较好的应关系,北极涛动正位相年,西北地区东部沙尘暴偏少,反之亦然。究其原因：北极涛动异常对东亚冬季风强度、东亚高低空气压场、风场分布形势有重要影响：北极涛动正位相年,东亚冬季风、蒙古高压均偏弱;500 hPa高度场上,春季西风带纬向环流占优势,极涡面积偏小,强度偏弱,贝加尔湖阻塞高压异常强盛,蒙古国及我国华北和西北地区位于贝加尔湖阻塞高压底部的暖区里,地面至高空西北风偏弱;在这种形势下,整个中高纬度冷空气势力较弱,活动次数偏少,不利于大风、寒潮天气的发生,因此沙尘暴频次也偏少。而北极涛动负位相年基本相反。