尺度适应性起沙机制在CMA-CUACE/Dust中的应用

沙尘暴是影响我国重要的灾害性天气之一,针对中国气象局亚洲沙尘暴数值预报系统CMA-CUACE/Dust(China Meteorological Administration Unified Atmospheric Environment for Dust)的沙尘质量浓度在中亚高估、蒙古北部低估、在我国消散过快以及极端沙尘暴预报峰值偏低等问题,应用与模式格距匹配的尺度适应性起沙机制并更新风蚀资料库对模式进行改进。对2021年3月13—17日东亚最强沙尘暴个例和2023年3—5月与业务运行环境一致的连续预报试验表明,改进后的模式(CMA-CUACE/Dust V1.5)有效改善了上述不足,极端沙尘暴过程传输至我国后的沙尘质量浓度峰值与观测接近。连续预报试验TS(threat score)评分显示:CMA-CUACE/Dust V1.5预报一致性和连续性较好,1~5 d不同时效预报TS评分明显高于改进前和韩国模式ADAM(the Asian Dust Aerosol Model),漏报率明显降低,对2023年5次沙尘过程的4次预报TS评分高于0.3,部分过程超过0.5。

蒙古高原春季沙尘暴分布数据集(2000-2021年)

蒙古高原是亚洲沙尘暴多发源地之一,其中蒙古国的戈壁地区及内蒙古西部的沙漠地区与蒙古国和中国近年多发的沙尘暴事件有密切的关系。本研究首先基于沙尘暴相关气象观测资料和新闻事件文本资料,统计整理获得蒙古高原2000-2021年来春季发生的76次沙尘暴事件。下载对应时空区域的MODIS数据,结合云量等对数据进行筛选处理,在ENVI软件中利用MRTK插件对MODIS数据进行几何校正等预处理。构建沙尘暴探测指数DSDI,提取沙尘空间分布信息,得到蒙古高原沙尘暴分布数据集。结合ArcGIS软件随机选取验证点,结合台站记录、文本数据、图像增强、目视解译等获取验证点真值,从而完成精度评价,总体分类精度达85.24%,Kappa系数为0.7636。本数据集直观反映蒙古高原沙尘暴空间分布状况,可为蒙古高原沙尘暴灾害治理提供详实可靠的数据支持,与此同时,还可为管控蒙古高原沙尘暴灾害风险提供决策支持。

2022年12月大气环流和天气分析

2022年12月大气环流的主要特征是:北半球极涡呈偶极型分布,东亚大槽偏强,环流形势有利于冷空气活动;南支槽偏弱,西太平洋副热带高压偏东,不利于降水天气的发展。12月,全国平均降水量为7.5 mm,较常年同期(11.9 mm)偏少37%;全国平均气温为-4.2℃,较常年同期(-3.0℃)偏低1.2℃。月内出现了4次冷空气过程,1次沙尘天气过程。冷空气活动频繁,全国大部地区大气扩散条件较好;11—13日沙尘天气过程强度强,发生时间偏晚。

2023年1月大气环流和天气分析

2023年1月大气环流的主要特征是:北半球极涡呈偶极型分布,东北亚低涡偏强。东亚大槽偏东,南支槽偏弱。1月全国平均降水量为8.8 mm,较常年同期(14.3 mm)偏少38%;全国平均气温为-4.4℃,较常年同期(-4.8℃)偏高0.4℃。月内气温冷暖起伏较大,中下旬出现3次冷空气过程,气温由上旬异常偏暖逆转为下旬普遍偏冷的格局,黑龙江出现极寒天气,漠河最低气温达-53℃,刷新我国最低气温纪录。13—16日出现年度首次大范围寒潮天气,具有降温剧烈、风力大、雨雪范围广等特点,新疆、陕西、山西、河南等地出现大雪或暴雪,北方地区出现首次沙尘天气过程。此外,上旬大气扩散和湿清除条件较为不利,出现持续性雾-霾天气。

和田降尘与浮尘、扬沙、沙尘暴关系的研究

通过野外调查、定位试验和室内分析 ,探索了新疆和田扬沙、沙尘暴、大风和浮尘产生的原因及发生规律与土壤降尘量的关系及其时空变化特点。结果表明 ,和田地区的降尘受浮尘、扬沙、沙尘暴日数和强度的影响 。

基于颗粒物浓度的沙尘天气分级标准研究

沙尘天气在近年对我国城市空气质量造成明显影响。目前我国沙尘天气分级仍然按照气象标准 ,主要是以水平能见度进行分级。文章参考国外的有关标准 ,通过统计近年来我国沙尘天气过程中的颗粒物浓度 ,结合我国沙尘天气的发生情况和特点 。

北京市春季沙尘暴天气大气气溶胶污染特征研究

采集并分析了北京市 2次沙尘暴天气和非沙尘暴天气TSP(总悬浮颗粒物 ,<10 0 μm)、PM10 (可吸入颗粒物 ,<10 μm)的质量浓度、离子浓度、元素浓度等 .研究结果表明 ,发生沙尘暴时大气气溶胶的污染水平极高 ,这种情况在北京市只有发生沙尘暴时才可能出现 ;地表扬尘对大气气溶胶的贡献显著 ,显示出沙尘暴时的污染特征 .

阿拉善高原干涸湖床沉积物与华北地区沙尘暴

文章通过内蒙古阿拉善高原古居延泽干涸湖床沉积物、周缘活动沙丘、沙质草原地表土壤及古代弃荒土地的粒度组成分析 ,论述干涸湖床沉积物对沙尘天气的影响。古居延泽湖床沉积粒度分析结果表明 ,干涸湖床的地表湖相沉积物粒径小于 10 μm的颗粒占 6 4 %以上 ,可以在一般风暴条件下在大气中搬运几千公里 ,这意味着西北地区干涸湖床产生的粉尘在风暴作用下可以横扫整个东亚北部地区。中国西北地区冬、春季多西北风造成沙尘暴或扬沙天气 ,西部沙漠、沙地或沙质草场遭遇强风时沙尘被席卷进气流 ,但其中粗砂粒扬起的高度、搬运的距离有限 ,当风力稍稍减弱 ,粗颗粒砂粒沉降 ,而粉尘继续悬浮运移。当强风途径下一个沙区时新的沙尘加入 ,沙尘暴呈“接力方式”继续向东南部移动。

甘肃河西走廊春季强沙尘暴与低空急流

使用NCEP/NCAR全球再分析网格点资料(2.5°×2.5°纬度/经度)和我国区域性沙尘暴过程历史资料,分析了春季大气环流特征及低空急流与甘肃河西走廊春季强沙尘暴的关系。结果表明,在东亚中纬度高空维持纬向强急流锋区的情况下,极易造成甘肃河西走廊春季强沙尘暴的低空急流产生。揭示了沙尘暴形成的大尺度环流动力影响因子的事实,指出可将产生这种低空急流特征的西风带大型环流的调整过程,作为甘肃河西走廊春季强沙尘暴天气的预警信号,而低空急流的位置及强度又可作为沙尘暴强度及沙尘暴发生和影响区的预报指标。

阴山北部农牧交错带沙尘暴特性分析

以内蒙古自治区阴山北部农牧交错带 30年 ( 1971～ 2 0 0 0年 )气象资料为基础 ,运用随机统计理论 ,探讨阴山北部沙尘暴、沙尘天气与降水量、地温、大风等因素的相关关系初步分析了内蒙古自治区阴山北部沙尘暴的成因与自然气候因素的相关关系。结果表明 :干旱、地温快速回升与大风在时间上的一致性 ,是阴山北部农牧交错带发生沙尘暴的主要原因 ;每年 4月到 5月的平均降水量是年均降水量的 11.2 % ,大风日数为全年的 4 1.8% ,这一时段地温的月平均上升幅度为 8.5℃ ,而沙尘暴发生日数占全年的 85 .7% ;同时沙尘暴的发生日数与大风日数呈正相关 ,与降水量呈负相关 ,与地温呈正相关。通过对上述内容的分析讨论 。

中国北方沙尘暴现状及对策

中国北方主要包括 :甘肃河西走廊及内蒙阿拉善盟 ;新疆塔克拉玛干沙漠周边地区 ;内蒙阴山北坡及浑善达克沙地毗邻地区和蒙陕宁长城沿线四个主要沙尘暴中心和源区。我国沙尘暴从 2 0世纪 5 0年代以来呈波动减少之势 ,90年代在减少中有回升 ,2 0 0 0年和 2 0 0 1年更是急剧增加 ,预示着新一轮沙尘暴活跃期已经开始。生态环境恶化和气象条件的变化是我国北方沙尘暴增多的原因。目前人类控制天气的能力还很有限 ,减缓沙尘暴灾害频度与强度的关键在于搞好地面的生态保护与建设。坚持“预防为主、保护优先、防治并重”的生态保护与建设方针 ;建立和完善生态保护的法规和政策体系 ,停止导致生态环境继续恶化的一切生产活动 ,对于超出生态承载能力的地区可以采取一定的生态移民措施。

北京市沙尘暴天气大气气溶胶酸度和酸化缓冲能力

20 0 0年春季 ,北京市先后出现 1 2次沙尘暴天气 .本研究捕捉到 2次沙尘暴天气 ,分析了沙尘暴天气和非沙尘暴天气TSP、PM10 的质量浓度、酸度和酸化缓冲能力 .研究结果表明发生沙尘暴时大气气溶胶的污染水平极高 ,同时其酸度相对较低 ,对酸化有非常强的缓冲能力 。

我国沙尘暴的时空分布规律及其源地和移动路径

利用 1 971～ 1 996年的地面气象记录月报和地面天气图资料 ,系统分析了我国沙尘暴的年际变化趋势及其时空分布规律 ,研究了沙尘暴的移动路径和源地。结果表明 :1 971～ 1 996年 ,除青海、内蒙古的部分地区及北京等地外 ,我国各地沙尘暴发生的总次数呈明显的下降趋势 ;根据沙尘暴的起源 ,可将发生在我国的沙尘暴天气过程分为外源型和内源型沙尘暴 2类 ;外源型沙尘暴的移动路径主要包括北路和西路 2条 ,其中北路沙尘暴入侵我国的范围在西起新疆东部的哈密 ,东至内蒙古锡林郭勒盟的中蒙边境 ,西路沙尘暴入侵我国的范围在南疆和北疆的部分地区 ;我国沙尘暴源地主要集中在南疆和北疆的沙漠及其周边地区 。

宁夏盐池沙尘暴特征分析

对盐池气象站1961—2000年逐月气象数据进行了较为详细地分析,结果表明,干旱多风的气候特征在时间搭配上的一致性,是沙尘暴发生的主要直接原因;沙尘暴频率与降水量和大风日数显著相关,降水量对沙尘暴的影响滞后1～3个月。从较长时间序列看,影响沙尘暴发生的自然因子(以降水和大风为代表)的作用在逐渐下降,而人为因素的权重在不断加强,反映出生态环境的不断恶化;沙尘暴逐年序列的2～8a周期,是受到厄尔尼诺影响的结果。

2000年华北沙尘天气遥感研究

利用最新的气象卫星数据分析影响华北的沙尘天气从产生到消失的动力过程 ,确定了沙尘天气发生的范围和移动方向。并利用TM、NOAA、FY 1影像 ,时间跨度为 30年的沙尘暴空间分布数据 ,195 1— 1994年华北地区的气象站点数据 ,土壤质地和土地利用数据 ,对沙尘天气发生的下垫面因素与沙尘天气发生的空间分布关系进行了分析 ,指出植被指数、土壤质地、土壤含水量和地形对沙尘天气发生的影响方式 ,并对沙尘天气发生区域的土壤侵蚀状况进行了分析 ,探讨了影响华北地区沙尘天气的供沙区分布状况和不同路径沙尘暴的源地分布 ,结果表明下垫面因素对于沙尘天气的产生有着非常重要的作用。

乌兰布和沙漠东北缘磴口县沙尘天气变化规律及其对防护林体系建设的响应

利用磴口县1970年～2000年31年的风沙天气发生日数资料和1977～2000年24年防护林建设资料,分析了沙尘天气的季节变化和年际变化,并通过线性回归和多项式回归分析了沙尘暴和扬沙日数的长期趋势变化,结果表明,大风、扬沙和沙尘暴日数呈总体下降趋势,1970～1985年沙尘发生日数相对较高,1985年以后明显下降;沙尘天气发生日数在防护林体系建设前期最高,在不同建设阶段各指标均明显下降,尤其是第三阶段各指标下降幅度可达73.0～94.0%。方差分析表明四个阶段沙尘天气差异极显著;相关回归分析表明风沙天气指标(年均大风日数、扬沙日数和沙尘暴日数)与防护林指标(防护林面积、防护林林木蓄积量)存在着显著的线性相关关系,同期扬沙、沙尘暴与大风日数的比值变化明显,说明防护林体系建设加强了其对沙尘天气的防护功能。

新疆和田降尘的时空分布与影响因子

通过野外调查、定位试验和室内分析,研究了新疆和田降尘量时空分布规律及扬沙、沙尘暴、大风和浮尘日数与降尘量之间的关系。结果表明,和田降尘量的年内分布极为不均。春夏两季的降尘量占全年总降尘量的93.14%,秋季较少,冬季最少;最大值在6月,最小值出现在12月。降尘量随高度的升高呈减少的趋势,在影响植物生长及人类活动密切相关的两个高度降尘量最大。浮尘日数是影响降尘量的重要因素,降尘量随浮尘日数的增多基本呈上升趋势,但大风、扬沙、沙尘暴天气对降尘量的多少也有着不可忽视的影响。

中国的沙暴、尘暴及其防治

沙尘暴在进入 90年代以来有进一步加剧趋势 ,其原因在于此期我国西北地区气候干暖化态势明显 ,人类超负荷开发资源加剧 ,从而导致沙尘暴的频繁发生 ,但总体上仍属于正常的灾害现象。我国沙暴只能发生于干旱半干旱区 ,尘暴则可波及半湿润与湿润区 ,由此而论 ,北京的沙尘暴属于尘暴范畴 ,北京不会形成沙漠区。防治沙尘暴必须采取水、土、植被综合防治措施 ,基本对策是 :1 .搞好流域为单元的水土资源合理利用规划 ,进行水土保持综合防治 ;2 .增加地表植被复盖 ,搞好防护林体系建设 ;3 .减轻土地利用强度 ,恢复提高土地抗蚀能力 ;4.加强管理体系建设 ,依法建设生态环境。建议国家设立水土保持为主要职能的生态环境建设委员会 ,统一协调布署我国的生态环境建设工作。

1995和1996年春季北京地区大气冰核浓度的观测与研究

利用毕格型混合云室于1995和1996年春季在北京西郊观测了4种温度条件下的大气冰核浓度。分析了冰核浓度逐日变化特点,与1963年的观测（方法相同）结果进行了对比分析。发现30a来,冰核浓度平均约增加了15倍。根据严重污染天气条件下能见度与冰核浓度的相关分析,推测人类活动作为冰核源的权重,冰核浓度增加。分析发现大气中高活性冰核在大气中的滞留时间明显小于低活性冰核。结合冰核活性与粒子尺度的相关,分析推测了大气冰核浓度随高度递减的特点,推测高活性冰核随高度递减更快。分析中参考了世界各地的观测结果,并对不同观测方法观测的结果进行了分析对比,对其中一些地区差异和特点进行了探讨。冰晶浓度与云中气溶胶粒子浓度的相关分析表明,两者有较好的正相关关系。高冰晶浓度常对应有较窄的粒子谱和较小的浓度峰值直径。利用飞机观测的云中雪粒子浓度与冰粒子浓度资料分析结果表明两者有正相关;初步分析表明,大气冰核浓度除对冰云微结构和云中降水过程有重要影响外;还可能对云的辐射特征产生影响,从而影响大气气候过程。

近40年来西北地区沙尘暴日数时空分布及变化趋势

利用西北地区134个气象台站1961年～2000年的沙尘暴日值资料，分析了我国西北地区沙尘暴的时空分布及变化趋势．结果表明，西北地区有5个沙尘暴高值区，分别位于南疆盆地南缘、柯坪盆地、河西走廊的民勤、内蒙古拐子湖和宁夏盐池；在季节分布上，沙尘暴主要发生在春季，占年沙尘暴总日数的50．4％，秋季最少，约占7．6％；12～20时是沙尘暴的高发时段，60．9％的沙尘暴发生在这一时段．就沙尘暴的年代际变化而言，20世纪70年代较60年代略有增加，从70年代至90年代，沙尘暴出现的频数一直在减少．总的来说，近40年来西北地区沙尘暴总日数整体上呈减少趋势．