宁夏中北部地区沙尘暴频率气候影响指数模型的建立

从形成沙尘暴天气的动力机制、热力条件及物质基础入手,定性地分析了月平均风速、湿润度指数、月地面温差及下垫面沙化程度对沙尘暴频率的影响,在此基础上借鉴最新研究进展,建立适合宁夏中北部地区沙尘暴频率气候影响指数模型,比较深入地分析了宁夏中北部地区气候因素对沙尘暴频率的影响。     

气候因子对内蒙古沙尘暴频率的影响

利用内蒙古中西部地区40年(1961～2000年)的气象资料、沙尘暴资料和气候资料,讨论了内蒙古中西部地区沙尘暴频率变化趋势和气候动力因子对沙尘暴频率的影响.结果显示:近40年期间,内蒙古中西部地区沙尘暴日数有明显的减少趋势,沙尘暴频率总体上减少的主要原因是影响沙尘暴频率趋势的气候动力因子,也就是代表冷空气活动的气候因子周期变化所致.影响内蒙古中西部地区沙尘暴频率时间分布变化的气候主导因子是:大风日数、北半球极涡面积指数、亚洲北半球极涡强度指数等代表冷空气活动的气候动力因子.     

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。     

格尔木地区沙尘暴的气候特征、成因及预报

本运用格尔木市气象台30a沙尘暴资料和常规气象观测资料，对格尔木地区的沙尘暴天气气候特征做了简单分析，根据沙尘暴天气的成因，对沙尘暴天气的预报方法作了进一步的研究。     

宁夏春季沙尘暴与北极海冰之间的遥相关关系

根据宁夏沙尘暴发生次数资料、北极海冰密集度资料和NCEP／NCAR再分析500hPa、850hPa高度场、风场资料，得出了宁夏春季沙尘暴发生次数的变化规律及其与北极海冰面积之间的年代际和年际相关关系，发现宁夏春季沙尘暴发生次数与欧亚大陆北部的喀拉海、巴伦支海和格陵兰海冰面积之间存在较显著的年代际、年际相关关系。通过合成和相关分析知，宁夏春季沙尘暴偏多、偏少状况有明显不同的环流背景场，秋季格陵兰海冰异常变化通过影响其后一段时间的大气环流背景场，从而对宁夏沙尘暴产生影响。初步得出当格陵兰海秋季海冰面积增大(减小)，次年春季蒙古至西伯利亚一带500hPa、850hPa高压场降低(升高)，风场有明显的气旋性(反气旋性)特点，在宁夏至新疆一带西风明显偏强(偏弱)，说明冷空气活动次数偏多(少)，对应宁夏春季沙尘暴发生次数偏多(少)。通过海冰将全球气候变暖和宁夏(我国北方)沙尘暴总减少趋势联系起来，初次提出在环境总体恶化情况下，我国沙尘暴发生次数总体趋于减少，很可能是全球气候变暖所致。     

锡林郭勒盟地区沙尘暴起因的气候特征分析

通过对锡林郭勒盟12个站50a(1960—2009年)的降水量、蒸发量、平均气温、沙尘暴日数的年际变化分析,得出锡盟地区的气温变化趋势与全球变暖的气候趋势一致,呈波动上升。20世纪60年代前期的连续干旱,导致了锡林郭勒草原1966年成为沙尘暴发生最多的年份,出现了20世纪60、70年代的沙尘暴高发期。进入21世纪,锡林郭勒草原又经历了1999—2002年连续4年的严重干旱,出现了2001—2002连续两年的沙尘暴高发期,强沙尘暴的发生频率明显高于往年。而沙尘暴的频繁发生又会造成草地植被稀疏、土壤沙化严重,使得农牧业生产严重受损。     

郑州地区沙尘暴天气的气候特征分析

利用郑州地区各站近40年的气象资料，分析了郑州地区沙尘暴的气候特征，发现郑州地区沙尘暴天气发生的频率自60年代到90年代呈逐渐减少趋势，但从大尺度背景情况分析，全球增暖不可避免，如不科学做好退耕还林、大范围恢复自然植被、有效地改善生态环境，沙尘暴天气将有可能进一步发展。     

导致一例强沙尘暴的若干天气因素的观测和模拟研究

利用常规观测资料和数值模拟方法对 2 0 0 1年 4月 6～ 8日由蒙古气旋强烈发展触发的内蒙古地区强沙尘暴天气过程进行了分析研究。结果表明 :在这次“锋面气旋型”沙尘暴过程中 ,气旋冷锋是该天气系统引发沙尘暴的主要因素 ,冷锋过境对沙尘暴的触发作用远强于气旋发展。影响沙尘暴的天气因素中 ,地面大风形成主要源于气旋发展和锋后强冷平流 ,高空动量的有效下传则是另一重要原因。高空急流加强及其形成的次级环流使高空动量下传到对流层中层 ,其下方形成深厚混合层使这一动量继续下传到地面 ,是高空动量有效下传的机制。“混合层”可以从本质上反映有利沙尘暴形成的大气层结特征 ,其强度和高度很大程度决定沙尘暴的强弱。这次过程深厚混合层的形成是深厚干对流和强沙尘暴产生的主要原因。而它的形成则是长时间地面加热的结果 ,这也是特强沙尘暴仅发生在内蒙古中部偏北地区而不是下垫面条件更为适宜的内蒙古西部的原因。混合层空气的平流作用对内蒙古中部偏北地区深厚混合层的形成具有相当的贡献 ,其作用程度与地形分布密切相关。地面热通量试验证明地面加热不仅对冷锋过境产生的上升运动强度具有直接影响 ,也影响混合层形成和高空动量下传 ,并因此影响沙尘暴强度。     

宁夏不同强度沙尘暴环流差异特征的对比分析

利用宁夏1970—2003年沙尘暴过程资料及NCEP/NCAR(1971—2000年)逐日全球再分析资料,依据沙尘暴强度划分标准,对同期宁夏不同强度沙尘暴过程的环流差异特征进行合成对比诊断分析。结果表明:在不同环流背景下,特强、强及一般性沙尘暴过程频次明显不同,一脊一槽、西北路径冷空气是宁夏区域性特强和强沙尘暴过程最主要的环流和冷空气类型;而在基本相同的大尺度环流背景下,由于乌拉尔山高压脊、贝加尔湖冷低压、蒙古气旋及地面冷高压等的强度和位置不同,造成的沙尘暴强度有显著差异。同时,200 hPa高层西风急流的不同分布,与宁夏沙尘暴的强度也有密切关系。     

宁夏与甘肃沙尘暴过程的时空分布对比研究

选取宁夏13个代表站1955-2003年共49a的沙尘暴实测资料,确定了宁夏区域性沙尘暴天气过程强度标准,划分了1955年以来的特强、强和一般性沙尘暴天气过程,研究了宁夏沙尘暴过程的时间和强度演变特征,得出了一些新的认识。最后与上游甘肃省沙尘暴过程进行了时空分布特征的对比分析．为西北东部地区沙尘暴的监测预警和联报联防提供了一定的科学依据。     

宁夏中北部两次强暴雨过程综合对比分析

2002年6月8日和2006年7月14日宁夏中北部地区分别出现了两次创历史记录的区域暴雨过程。本文就两次强暴雨的降水特点、环流形势、主要影响系统、雷达观测及常用物理量进行对比分析。应用天气学分析及诊断分析方法,对这两次暴雨天气过程的主要触发机制:500 hPa冷槽、700hPa高原低涡等,以及对暴雨发生起重要作用的天气系统,如:地面锢囚锋和台风位置、强度等进行对比。利用常规气象资料和T213数值预报产品,对两次暴雨天气过程的未饱和湿空气静力总温度、低空干暖盖、涡度平流、垂直速度等物理因子进行分析,总结了暴雨发生前后的一般变化规律。     

大气模式差异对沙尘暴模拟结果的影响分析

使用中国科学院大气物理研究所的沙尘模式和澳大利亚新南威尔士大学的沙尘模式对2002年和2003年的几个沙尘暴个例进行模拟研究,发现在模拟东亚沙尘暴中存在谮的一些差异.作者比较了模拟的沙尘通量和沙尘浓度的日变化差异,以及这种差异与摩擦速度之间的关系,并用500 hPa和850hPa的模拟风速与摩擦速度作了比较.通过分析,作者认为大气模式中的边界层模式差异对沙尘暴中沙尘浓度的模拟能产生较大影响.     

华北强沙尘暴的数值模拟及沙源分析

首先对2000～2002年春季东亚沙尘天气进行了分析,结果表明有明显的日变化,沙尘暴下午最多,凌晨最少.然后,采用集成的沙尘天气预测系统对2001年4月6～10日、2002年3月19～22日发生的2次强沙尘暴过程进行了预测试验,将沙尘浓度的模拟结果与实况观测进行了对比.对沙源和起沙过程的深入分析表明:2次过程主要的沙尘源地是蒙古国南部,内蒙古中西部、河北北部、山西东北部、甘肃和青海北部等地区;起沙中贡献最大是粒径为2～μm和11～22μm的粒子,华北北部的荒漠化地区2～11μm 和11～22μm的起尘量相当,而内蒙古西部和蒙古国南部沙地附近的起沙以2～11μm为主,总的起尘量中2～11μm粒径组的贡献占90%以上.     

2006年春季一次引起华北地区强沉降的沙尘暴过程的模拟研究

2006年春季是我国北方地区2000年以来强沙尘暴过程最多的一年,浮尘和扬沙天气更是频繁发生.尽管,4月16～17日过程不是2006年春季最强的沙尘暴过程,但其在华北地区引起了严重的沉降,尤其对京津地区影响较大.这是一次由蒙古气旋引发的强沙尘暴过程.利用沙尘天气预测系统(IAPS 2.0)对该次强沙尘暴过程进行了模拟试验,结果表明:该系统对沙尘天气的起沙和输送过程有较好的模拟能力,基本模拟出了这次强沙尘暴的发生和移动;沙尘受对流层中低层偏西风的作用输送到华北地区,并从山东半岛越过渤海湾向东输送;主要的沙尘源地是蒙古国南部和我国西北的内蒙古、新疆西部、甘肃、陕西北部,而起尘最大的地区在蒙古国和内蒙古的沙漠、戈壁地区;沉降最严重的地区是沙尘源区及其附近,可达到50 g*m-2,其他地区的总沉降量在10 g*m-2左右.     

中国的人为沙漠化因素对亚洲沙尘暴的贡献

以数值模拟与大规模网络观测的对比结果为基础,通过对“去除”已经沙化土地获得的近地面层粉尘浓度的进一步分析,结合已获得的亚洲沙尘暴各源区粉尘释放量结果,提出我国的人为沙漠化因素对亚洲沙尘暴的贡献约为6％的观点。     

利用MODIS资料定量判识沙尘暴方法研究

为了利用MOD IS资料对沙尘暴的范围和强度进行定量判识,应用多时次MOD IS多波段资料,在对沙尘暴、云、雪和沙漠光谱特征进行较为细致分析的基础上,寻找出能区分沙尘、云和地表的波段,构建了2个定量判别沙尘暴范围和强度的沙尘指数,并利用沙尘指数对2002~2005年多次MOD IS沙尘暴的范围和强度进行判识。研究结果表明:1)沙尘在反射光谱段的光谱特征为反射率随着波长的增加而增大,与土壤光谱特征相近;大粒径沙尘反射率增长速率大于小粒径沙尘。2)小粒径沙尘具有较典型的气溶胶特征,对0.46μm蓝光波段敏感,对1.6和2.1μm短红外波段不敏感。3)大粒径沙尘不具有气溶胶特性,对蓝光波段不敏感,对短波红外敏感。4)3.7μm和8.5μm是对沙尘敏感波段,2波段的差可以作为判别沙尘的指标,并在一定程度上反映沙尘强度。5)设计的2个沙尘指数对监测沙尘十分有效,且方法简单,适于业务应用。     

内蒙古两类持续型沙尘暴的天气特征

利用观测资料对内蒙古地区两种不同类型的持续型沙尘暴过程进行了对比分析,结果表明:天气系统的稳定少动是这两类沙尘暴在同一地区长时间持续的共同原因。在这2次过程沙尘暴的持续期,大气层结的日变化受到不同程度削弱。主要原因是沙尘气溶胶的辐射反馈效应。在冷锋型沙尘暴过程的持续期,地面风速出现的明显日变化加强了沙尘暴强度的日变化。而在高压底部型沙尘暴过程中,暖平流和中尺度低压辐合抬升产生的对流进一步削弱了层结日变化。这一因素以及期间地面风速的相对稳定使沙尘暴强度未发生明显改变。