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。     

西北地区东部沙尘暴转型的环流演变及差异特征分析

利用西北地区东部近50 a较完整的沙尘暴资料序列,结合同期NCEP/NCAR全球月平均再分析资料,研究了西北地区东部沙尘暴过程发生频次的年际变化,重点揭示了西北地区东部沙尘暴转型(过程发生频次由多到少及由少到多)的大尺度环流演变及差异特征。结果表明:西北地区东部沙尘暴过程发生频次在20世纪80年代中期出现明显转型,减少趋势通过了0.01的信度检验,90年代末,沙尘暴频次明显增加,但未通过显著性检验;沙尘暴由多到少转型时,乌拉尔山(简称乌山)到巴尔喀什湖(简称巴湖)附近温度负距平减小,纬向风减弱,经向风明显加强,冷空气强度呈逐渐减弱趋势,贝加尔湖地区到西北地区东部的温度正距平增大,纬向风明显减弱,经向风逐渐加强;位于该区域的高压脊呈逐渐增强趋势;而沙尘暴由少到多转型时,大尺度环流场与由多到少转型相比有明显的差异。     

宁夏区域性强沙尘暴卫星遥感监测系统

应用GMS-5或YF-2静止气象卫星云图资料，依据不同目标物(如水体、地表、沙漠、地面积雪、中高云、低云、扬沙、沙尘暴)在红外通道、可见光通道、水汽通道的平均灰度及光谱响应曲线的差异，利用多参数条件下的分类合成处理与评估技术，确定了宁夏及周边地区沙尘区(扬沙和沙尘暴)在静止卫星云图各通道中灰度阈值，建立了集信息综合分析和动态监测为一体的沙尘暴客观评估和实时监测系统。     

宁夏极端气候事件及其影响分析

对全球气候变暖背景下宁夏气候变化基本事实,特别是极端气候事件的变化进行了研究。结果表明,近40多年来宁夏的年平均气温在波动中持续上升,增温幅度高于全国平均值,其中,中部干旱带和银川以北地区冬季的增温幅度达到了2.4 ℃;年降水量波动变化,增减幅度不大。伴随气候变暖,极端气候事件增多,干旱、冰雹、暴雨、霜冻等气象灾害频发,灾害造成粮食产量损失加大,社会、经济损失不断加重。     

生态退化状况下的宁夏沙尘暴发生发展规律特征

利用近10 a宁夏8大类土地详查资料和沙尘暴实况及风速资料,结合亚洲环流指数和NCEP(1990-2002年)全球再分析资料,对宁夏沙尘暴多发区生态环境年际变迁与沙尘暴演变规律特征进行了综合对比分析。结果表明:近10 a来,宁夏生态环境状况整体呈逐年退化趋势,尤其是中部干旱带地区,由于牧草地和耕地面积明显减少,草场品质及载畜量下降,恶化趋势更为严重;在同等气象条件下,多发区沙尘暴发生前后的风速为逐渐减小趋势,这与宁夏地区生态特征量有显著的相关关系,且近10 a沙尘暴多发的4月,其发生次数在20世纪90年代后期有所增多。即生态环境的退化,导致宁夏中部干旱带地区沙尘暴起暴阈值明显下降,发生机率在显著提高。     

宁夏北部自然环境对沙尘暴天气的影响分析

通过对宁夏北部1961—2000年沙尘暴和自然环境状况的调查分析,发现该区域地形、地貌和沙源地分布的不同是沙尘暴地域分布不均的主要原因,同时还发现当地沙尘暴的减少趋势与不同年代特有的气候因素有关外,还与人为活动有着直接关系。进入20世纪90年代 ,该区域通过加大植树造林和防护林带建设规模,有效地遏制了土地荒漠化,使沙地面积有所缩小,在大风次数正常偏多的情况下,沙尘暴却明显减少,起沙的风速阈值呈增大趋势, 说明人为改变下垫面的自然环境,使其良性发展,有效地增加地表粗糙度,对抑制区域性沙尘暴的出现是可行的,并由此提出了防治沙尘暴应着眼于环境治理和保护的对策建议。     

2004—2005年宁夏特大干旱事件的诊断分析

通过对2004年9月至2005年11月宁夏全区24个站连续15个月气温和降水资料进行分析,对干旱事件的气候特征、干旱环流特征以及造成干旱的成因进行初步诊断,其结果表明:宁夏2004—2005年特大干旱事件是在全球气候变暖的条件下发生的,贝加尔湖阻高以及500 hPa正高度距平持续维持是造成宁夏特大干旱事件发生的根本原因;同时,西太平洋副高与常年相比较弱也是其重要原因之一。     

中国西北地区东部雨日的气候特征及其与低空风场的相关性研究

利用中国西北地区东部61个气象站1960-2009年逐日降水资料,分析了雨日数的演变特征。研究发现：200 mm年降水量等值线的两侧存在明显差异,南部半干旱区处于夏季风北部边缘地带,受季风影响,雨日数年际波动大;北部干旱区年雨日数较少且相对稳定。在气旋性风切变辨识算法支持下,本文运用NCEP全球再分析资料风场资料,研究了近50年西北地区东部低空气旋性风切变的演变特征。分析发现,雨日数和低空气旋性风场切变数存在较为显著的正相关,但这种相关性存在明显的季节差异,秋、冬、春3季相关显著,夏季较差。进一步研究发现：水汽条件在雨日数和低空气旋性风切变的关系中起着重要的作用,特别在春、夏两季影响更为明显;秋季青藏高原北部绕流水汽输送带的强弱也直接决定低空气旋性风切变和雨日数的相关性的高低。     

梅雨锋暴雨中尺度对流系统的组织特征和触发条件分析

利用常规气象观测、地面加密自动站和多普勒天气雷达资料,结合WRF(Weather Research and Forecast)模式模拟资料,对2015年6月26—28日长江中下游的一次梅雨锋暴雨过程中尺度对流系统(Mesoscale Convective System,MCS)的组织特征和对流触发条件进行分析。结果表明:1)暴雨过程线状MCS在发展初期表现为东西向雨带不断的"后部建立"以及随后对流单体的"列车效应";在发展成熟期,对流单体向东北—西南向发展,形成多个近乎平行的东北—西南向短雨带。呈现2种尺度的对流组织方式:新生对流单体沿着单个雨带向东北方向的"列车效应"和短雨带沿着线状M CS向东平流的"列车带"效应。2)低空急流的持续加强为对流的发生发展提供了条件性不稳定和对流有效位能,偏南暖湿气流在向东北推进的过程中,在风速辐合处被强迫抬升至自由对流高度,释放不稳定能量,触发对流。3)对流雨带内近地面向南的冷出流与低层西南暖湿气流的持续交汇和相互作用有利于新单体生成发展,使雨带得以维持。     

近40年宁夏云量和气温年际变化的相关分析

利用宁夏24个气象站的地面气温、总云量和低云量观测资料,分析了它们的年际及年代际演变趋势及相关关系。结果表明:近40年宁夏年平均气温波动升高,尤其是1990年以后;中部干旱带气温的年际变化较大,固原半干旱区气温变化幅度明显低于其它区域;1951年以来宁夏年平均总云量呈逐渐减少趋势,低云量下降趋势较总云量更为明显,2000年以后宁夏总云量有所增加。相关分析表明:宁夏年平均气温与年均总云量及低云量呈明显的负相关,均通过了0.01显著性水平检验,且低云量的相关更为显著;总云量和低云量与降水量呈显著正相关;同时,不同区域和不同季节总云量和低云量与气温、降水量的相关系数有明显差异。