Evaluating the impact and significance of meteorological factors upon dust storm occurrence

In this article, the quantitative impact and significance of factors on dust storm occurrence have been analyzed in detail, based on spring daily data sets of 17 meteorological factors and dust storm records during the period of 1954-2005 for 60 gauge stations distributed over Gansu Province of China. Results show that daily mean and maximum wind speeds and evaporation have a positive effect on dust storm occurrence, i.e., their increase can result in an increase of dust storm occurrence. Inversely, daily mean and minimum relative humidity, lowest surface air pressure, vapor pressure and number of sunny hours have a negative effect on dust storm occurrence. However, daily mean and highest surface air pressure; mean, highest and lowest surface air temperature; and precipitation of 20：00-08：00, 08：00-20：00 and 20：00-20：00 have a positive effect on dust storm occurrence in some places but negative in other places. On average, daily maximum and mean wind speeds, direction of the maximum wind, number of sunny hours and evaporation have a significant effect on dust storm occurrence in Gansu Province, but precipitation of 20：00--08：00, 08：00-20：00 and 20：00-20：00, and mean surface air pressure and temperature all have a minor influence upon dust storm occurrence.

中蒙强、弱沙尘暴年春季平均环流及沙尘活动变化分析

利用NCEP/NCAR再分析资料,对比分析了中蒙东、中及西区强、弱沙尘暴年春季(3—5月)平均环流的特征和差异,讨论了过去50年3分区沙尘暴活动的变化。主要结论是:(1)根据诱发沙尘暴的诱生系统、沙尘源地、冷空气入侵路径及主要影响,中蒙沙尘暴活动区可以划分为中蒙东区、中区及西区3个区系,并分区整体讨论与预测中蒙3分区的沙尘活动。(2)中蒙东区沙尘暴强年春季盛行日本海或中国东北低压活动,常随偏东的北路及东北路冷空气入侵,带来蒙古国东部的沙尘,造成蒙古东部及中国华北的沙尘天气;而弱年春季日本海及东北低压活动则少。(3)中蒙中区沙尘暴强年春季盛行蒙古低压,多西北路及偏西的北路冷空气入侵,常造成中蒙南边界西段附近的沙尘暴天气;而沙尘暴弱年春季则相反。(4)中蒙西区沙尘暴强年春季盛行南疆热低压,多西路冷空气入侵,诱发沙尘暴,常影响南疆及柴达木盆地等;弱年春季则相反。(5)近50年中蒙地区的沙尘暴活动呈波动变化,荒漠化环境、特别是大气环流的变化是导致上述3个分区沙尘活动波动变化的主要原因。主要从大气环流角度考虑,在目前全球增暖持续的背景下,近1—2年应注意中、东区(特别是东区)沙尘活动加强的可能性。

中国北方春季沙尘暴频次的多要素线性拟合

利用1953-2005年地面风速及地温(5 cm和40 cm深处)等18个气象要素的春季标准化资料对我国北方97个测站的标准化春季沙尘暴频次进行了线性拟合,结果表明:无论对单要素拟合还是对多要素拟合,要素与沙尘暴频次间的(平均)相关程度决定着其对后者的拟合效果,相关程度越高,拟合效果越好。若与实际级别相同的拟合沙尘暴频次视为准确,则全区约有33%的测站,其拟合准确率≥50%;53年间约有39.6%的年份,其拟合的准确范围≥50%;对所有年份和所有测站而言,约45.6%的沙尘暴频次能够被准确地拟合,拟合的沙尘暴频次略低于实际频次。根据线性拟合方程中各要素前的系数可断定,18个要素中风速和蒸发量是沙尘暴的正影响因子,而水汽压、相对湿度和最低气温等则是沙尘暴的负影响因子,其他一些因子对沙尘暴的影响方式具有明显的区域性差异。

各气象要素影响沙尘暴的方式和强度研究

利用1954—2005年甘肃60个测站春季17个气象要素和沙尘暴的日资料,对这些要素影响沙尘暴的方式和强度进行了详细分析。结果表明,风速、最大风速、蒸发量是甘肃省沙尘暴的正影响因子;相反,相对湿度、最小相对湿度、最低气压、水汽压和日照时数是负影响因子;气压、最高气压、气温、最高和最低气温,以及20:00～08:00,08:00～20:00和20:00～20:00的降水量对沙尘暴的影响方式具有明显的区域性差异。各要素对沙尘暴的影响强度具有明显的区域性差异,平均而言,最大风速、平均风速、最大风速风向、日照时数及蒸发量对甘肃沙尘暴的影响强度依次最大,20:00～08:00,08:00～20:00和20:00～20:00的降水量、气压和气温的影响强度依次最小。

华北春季沙尘暴频次与环流年际变率的相关分析

分析了近40年来华北春季沙尘暴频次与前秋、前冬和当年春季大尺度大气环流因子的关系,重点是检查年际尺度上的相关。结果表明,年际尺度上与沙尘暴频次有密切关系的环流因子包括:春季太平洋/北美遥相关型(PNA)、春季北太平洋指数(NP)、冬季亚洲区极涡面积。前者为正相关,后二者为负相关。这与用包含低频变率的原始序列进行分析的结果有很大的不同。原始序列分析的结果表明,与华北沙尘暴频次有关的环流因子主要是春季太平洋准10年振荡(PDO,为负相关),春季北半球极涡面积和亚洲区极涡面积(正相关)、前冬西大西洋型(WA,为正相关),以及前秋亚洲区极涡面积(正相关)。说明在不同时间尺度上,大气环流因子有不同的作用。此外,除了PNA、NP和亚洲区极涡面积外,年际尺度上ENSO及WA也可能对沙尘暴频次存在适度的影响。年际尺度上春季12个环流因子对春季沙尘暴频次的方差贡献率为65.3%。

中国春季沙尘暴年代际变化和季节预测

利用1954～2007年中国258个台站观测的月沙尘暴日数资料,北半球地表温度和美国NCAR/NCEP大气再分析资料,研究了中国春季沙尘暴日数年代际变化特征及其影响因子。研究发现:中国春季沙尘暴日数与贝加尔湖地表变暖存在显著的负相关,相关系数达到-0.8,该地区的地表温度变暖导致蒙古气旋活动和我国沙尘暴频率降低。利用该地区冬季对流层850 hPa温度与春季地表温度指数之间显著正相关关系,建立了冬季850 hPa温度指数预测中国春季沙尘暴频率的线性预报方程。通过22年回报检验发现,统计预报结果与多数台站观测的沙尘暴发生频率存在显著的正相关,最大相关系数达到+0.4。其中,近22年的预报场与观测之间空间相关系数平均达到+0.4以上,均方根误差在1～2之间,表明该统计预报模型具有一定的业务应用价值。

我国北方春季沙尘暴的异常及其对冬季青藏高原地面感热的响应

选用中国178个常规气象观测站建站～2000年历年春季沙尘暴日数资料,分析了近50a来中国北方春季沙尘暴的气候特征。在此基础上进一步揭示了我国北方沙尘暴的形成、发展以及造成的危害。结果表明:我国北方春季沙尘暴存在东西反位相差异,近50a来,春季沙尘暴日数总体趋势在减少,但20世纪末又有明显的回升趋势。这不仅与影响我国北方的冷空气路径有关,还与青藏高原冬季地面感热的异常密切相关。

基于信息扩散方法的中国西北地区春季沙尘暴灾害风险分析

通过收集大量沙尘暴灾情资料,整理出我国西北地区春季沙尘暴造成的经济损失及农业损失数据,采用基于信息扩散理论的风险评估方法对因灾造成的经济和农业损失风险分别进行了分析。结果表明:①在春季沙尘暴发生日数总体减少的气候背景下,沙尘暴造成的经济和农业损失均呈现出上升的趋势。②经济损失风险高值区主要分布在阿拉善、锡林郭勒、塔里木、阿勒泰、塔城及吐鲁番地区。农业损失风险高值区主要分布在吐鲁番、阿克苏、和田、瓜州、阿拉善地区。

塔克拉玛干地区春季沙尘演变及气候因素分析

利用塔克拉玛干地区18个气象台站的观测资料，分析了该地区1961—2005年春季沙尘暴发生和演变规律，并分析了降水、温度、风速、起沙风（≥5m／s）日数等气象条件的变化特征及其对沙尘暴发生的影响．结果表明，塔克拉玛干地区除轮台、巴楚、塔什库尔干外。其余15个台站的沙尘日数呈现出明显的逐年递减趋势，其中11个台站减少显著．该地区冬季、春季降水和温度呈增加趋势，而春季平均风速则不断减小，起沙风日数也呈现出显著的减小趋势．沙尘源区的平均风速和起沙风日数与沙尘日数的相关系数分别达到0．662和0．674，呈显著的正相关（P〈0．01），表明大风是引起沙尘暴的直接原因．沙尘日数与春季和冬季降水相关系数分别为-0．589和-0．274，与春季降水呈显著的负相关（P〈0．01），而与冬季降水的相关性不显著，说明春季降水对该地区的沙尘暴有直接的抑制作用，而冬季降水对春季沙尘暴的影响不大；春季和冬季平均平均气温与沙尘日数呈不显著负相关，表明冬、春季节的气温变化对春季沙尘暴的影响有限．

天津春季沙尘天气日数变化规律及小波变换特征

根据沙尘天气标准确定了1961～2003年天津逐年的春季沙尘天气日数且形成序列,分析了春季沙尘天气的演变规律,并应用小波分析方法分析了其多时间尺度的变化特征.结果表明:天津地区春季的沙尘天气以每10年-5.9天的变化速率呈显著的下降趋势;20世纪60～70年代处于沙尘多发期,90年代最少;春季沙尘天气具有40年、4～6年和16年的明显周期.t检验结果显示,气候突变大约发生在1980年前后.

西北地区春季沙尘暴地面加热场基本特征

利用 NCEP/NCAR1 958-2 0 0 0年月平均全球再分析网格点资料 ,对西北地区春季典型沙尘暴年和典型非沙尘暴年的感热通量场、潜热通量场的差异进行了对比分析 ,找出了感热和潜热通量场与沙尘暴发生的关系。结果表明 ,春季典型沙尘暴年中沙尘暴发生区上游和西北区东侧是影响沙尘暴发生的关键区。西北地区春季典型沙尘暴年上游区为热汇区 ,沙尘暴发生区主要为热源区。

我国北方春季沙尘暴的异常及其对冬季青藏高原地面感热的响应

本文选用中国178个常规气象观测站建站～2000年历年春季沙尘暴日数资料,分析了近50年来中国北方春季沙尘暴的气候特征。在此基础上进一步揭示了我国北方沙尘暴的形成、发展以及造成的危害。结果表明我国北方春季沙尘暴存在东西反位相差异,近50年来,春季沙尘暴日数总体趋势在减少,但20世纪末又有明显的回升趋势。这不仅与影响我国北方的冷空气路径有关,还与青藏高原冬季地面感热的异常密切相关。

毛乌素沙漠边缘地区春末夏初沙尘暴天气的物理量场结构

沙尘暴天气是毛乌素沙漠边缘内蒙古、甘肃、宁夏、陕西等地区春末夏初特有的一种灾害性天气。应用欧洲中心再分析资料的气压场和各种物理量场,选取了5个沙尘暴个例,分析了沙尘暴时期各层气压场的特征和物理量的空间结构。结果表明:蒙古高压是影响沙尘暴的主要天气系统。在沙尘暴发生时,蒙古高压前部整层都为宽广而强劲的西北气流,从地面可伸展到200hPa附近,其物理属性是干、冷,其前部近乎于东北—西南向的区域,是锋区的密集带,也是各种物理量表现最为敏感的区域,垂直速度场为上升运动区,涡度场为正涡度区,高—低层散度差值场为正值,这些物理量都为沙尘暴的发生起到了推动和加强作用。

2012年春季京津冀地区一次沙尘暴天气过程中颗粒物的污染特征分析

本研究表征了2012年春季一次沙尘暴天气过程中京津冀地区大气可吸入颗粒物(PM10)的污染特征.借助PM10的水溶性元素、有机碳和元素碳的浓度,分析推断沙尘暴天气过程中矿物气溶胶对城市气溶胶污染的交汇叠加作用.使用中流量大气颗粒物采样器,于2012年4月1日～5月24日,在北京市西三环、天津空港经济区和张家口火车南站附近同时采集可吸入颗粒物(PM10),采用离子色谱和元素碳/有机碳分析仪分析获取其水溶性离子、元素碳和有机碳浓度.结果表明,采样期间北京、天津和张家口这3个采样点PM10质量浓度的日均值分别为233.82、279.64和238.13μg·m-3.4月27～29日,3个地区发生了沙尘暴天气,PM10质量浓度的最大日均值分别达755.54、831.32、582.82μg·m-3.沙尘暴期PM10的有机碳(OC)浓度、二次有机碳(SOC)/OC的比值、硝酸根(NO-3)和硫酸根(SO2-4)浓度均高于非沙尘暴期间.采用电荷平衡计算证明沙尘暴期间大气颗粒物表明呈碱性,说明外来沙尘暴与本地污染相互叠加,矿物元素改变了颗粒物表面的酸碱性,沙尘暴和有机物发生耦合,促进了二次有机物的转化.