“930505”沙尘暴的若干启示

“９３０５０５”沙尘暴及其灾害现已引起中央和有关方面广泛重视。事后，我们做了大量的文献调研，从中得到若干启示。     

沙尘暴个例的热力动力结构分析

运用Micaps常规气象观测资料,结合天气动力学分析方法,从沙尘暴发生发展的动力、热力角度,对2011年4月29—30日发生在巴彦淖尔市沙尘暴天气个例深入分析,结果表明:沙尘暴发生前,近地层气温较高,200h Pa附近有超低温,垂直温度梯度增大,对流旺盛。高空急流入口左侧辐合下沉运动形成逆温层,有利于不稳定能量在底层积累。500 h Pa以下高度相对湿度由底层到高层迅速增大,500 h Pa高度以上相对湿度呈减小趋势。饱和假相当位温曲线在600 h Pa以下与温度轴成钝角,饱和假相当位温曲线和假相当位温曲线距离较远,表明600 h Pa以下大气层结呈不稳定结构,且近地层到高空水汽含量较小,不稳定结构为沙尘暴发生提供了有利条件。200 h Pa附近,位温、假相当位温、饱和假相当位温三条曲线一致向左倾斜又向右倾,表现明显的超低温,假相当位温曲线上低层偏南风,高层西风、西北风,整个对流层大气表现顺滚流。700—850 h Pa高空槽前有一致的暖平流,槽后有一致的冷平流,暖区的上升运动和冷区的下沉运动得到发展,形成明显的对流运动,由冷区的下沉运动、低层由冷区指向暖区的水平运动和暖区的上升运动构成了一个垂直方向上的次级环流,次级环流的下沉支处于高空急流轴入口区的左侧下方,进一步把高空急流的动量传递到地面,次级环流在低层由冷区指向暖区的水平运动加大地面风速,致使风力增大,为此次沙尘暴提供了动力条件。     

东疆沙尘暴天气的分析

对1961～2001年东疆6个气象站沙尘暴资料的分析表明：东疆沙尘暴高发区在平原地区，主要出现在3～7月，4月份最多。沙尘暴多出现在午后到晚上，傍晚最多，持续时间多在1．5h之内。东疆局地和区域性沙尘暴天气过程，从80年代到90年代减少明显，年平均气温的升高和降水的增多是造成这种变化的主要因素。     

宁夏河东沙地不同植被覆盖度的土壤起沙特征试验研究

为了评价宁夏河东沙地不同生态破坏与植被恢复措施的防沙治沙效果,利用自行设计的5个高度降尘接沙仪和4台内蒙古农牧大学生产的水平输沙接沙仪,通过人工吹风的方式,于2004年5月20—23日在不同植被覆盖度的下垫面上,开展不同垂直高度和不同距离的降尘试验和不同垂直高度的沙尘粒子截留试验。植被类型为自然裸露沙丘、低覆盖度天然草场、围栏禁牧的自然恢复草场、人工草方格沙丘治理结合飞播的生态恢复治理草地及原退耕还牧的复垦农田。结果表明,裸露沙丘土壤风蚀最严重,防沙治沙以围栏禁牧效果最好,其次为草网格治理,复垦农田和流动沙丘均容易起沙。     

起沙系数对沙尘数值模拟影响的研究

通过综合考虑地表条件,如土地利用、土壤类型、植被覆盖与土壤湿度等,定义了起沙系数,用于改进沙尘数值预报模式中的起沙通量,为沙尘数值预报模式提供客观准确的地面起沙条件,提高了沙尘天气分布预报的准确率\.起沙风系数的引入能够对沙尘数值模拟产生较大的影响,若起沙系数中应用较高精度的土壤水分资料与土壤类型,将能更准确地反映起沙系数的作用。     

基于风云三号卫星的全球沙尘遥感方法

新一代风云三号卫星的成功发射,使面向全球沙尘发生、发展和传输的监测分析成为可能。本文利用风云三号卫星可见光红外扫描辐射计(VIRR)数据,深入阐述了沙尘遥感的物理原理,完成了多通道沙尘光谱特性分析,提出了综合沙尘遥感识别方法。结果表明:(1)近红外1.6 μm通道对沙尘存在明显的直方图峰值区,适合沙尘的动态识别;(2)中红外3.7 μm通道的反射和辐射融合特性,可以明显地区分沙尘与其他景观物;(3)红外分裂窗通道对干燥沙尘有不同的吸收衰减,这个差异对于弱沙尘的识别有重要意义。同时,本文给出了基于1.6 μm通道e指数和红外分裂窗通道比值指数的沙尘强度指数计算方法,可以定量地获得全球沙尘的强度分布。本文给出的全球4大沙尘暴多发区同一天出现沙尘天气的实例,体现了风云三号卫星极强的全球观测能力。     

春季东亚副热带西风急流的变化特征及其与中国沙尘天气的关系

利用欧洲中期天气预报中心(European Centre for Medium-Range Weather Forecasts, ECMWF)提供的ERA-Interim全球大气再分析资料及1980-2012年中国北方逐月沙尘暴发生日数资料, 研究了春季东亚副热带西风急流(70°-120°E)的变化特征及其与中国春季沙尘天气之间的关系。结果表明:1980-2012年春季中国上空急流轴存在北移的趋势, 急流中心略向东移, 急流相对强度随年份增强, 与春季沙尘暴发生总站日数的年际变化呈显著负相关。春季沙尘暴多发年, 东亚副热带西风急流有所减弱, 而在哈萨克斯坦东部、蒙古国、中国内蒙古大部分地区及南疆地区等沙尘源地, 200 hPa纬向风速增大; 500、850 hPa风速、位势高度差值场的分布都有利于中国沙尘源地地面风速增大。在中国沙尘源地, 高层西风风速增大, 动量下传, 引起地面大风, 从而容易产生沙尘暴。     

沙尘浓度资料与AMSU辐射率资料同化在GRAPES_SDM沙尘暴模式中的应用

利用GRAPES_SDM沙尘暴模式及GRAPES_3DVAR系统,设计了4种试验,分别为没有同化的CTRL控制试验、仅同化探空资料的noPM试验、同时同化探空和PM10的PM试验和同时同化探空和AMSU辐射率资料的NOAA试验,对2011年4月28日-30日发生在中国北方地区的一次大范围沙尘暴过程进行了分析和对比模拟试验。结果发现：仅同化探空资料时,模式能够反映出沙尘天气系统的发展演变情况,但沙尘天气分布范围和强度的模拟效果没有明显改进;初始场中考虑了PM10沙尘浓度的分布后在很大程度上能够改善GRAPES_SDM沙尘暴模式对沙尘分布范围和强度的模拟效果;同化AMSU辐射率资料后,模式对500 hPa环流形势和200 hPa高空急流均有较好的模拟效果,从而模式对沙尘分布范围的模拟能力也有较好的改善,但对沙尘天气强度的模拟略有增强。这不仅说明PM10和ASMU辐射率资料的使用对于提高沙尘暴过程模拟效果是可行的、必要的,而且也为这两种资料用于沙尘暴预报奠定了一定基础。     

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。     

河北省坝上地区1971-2010年沙尘暴日数变化特征及与气象因素关系

利用1971-2010年地面气象观测资料,分析了坝上地区沙尘暴日数的季节变化和年变化特征及其与大风、降水、气温的关系。结果表明：坝上地区沙尘暴日数具有明显的季节性变化特征,春季沙尘暴日数最多,占全年沙尘暴日数的84.88%,秋季最少,仅占全年沙尘暴日数的1.39%,冬季沙尘暴日数多于夏季;从年变化特征上看,20世纪70年代沙尘暴发生日数最多,80年代减少,90年代达到最少,2000年后沙尘暴日数又开始增加,但总体来说沙尘暴日数呈现出波动中下降的趋势;年沙尘暴日数和年大风日数有显著的正相关,与前期、同期降水量没有达到显著相关,但是有着很好的对应关系,与年平均气温有显著的负相关。