我国沙尘暴的气候成因及未来发展趋势

利用EOF和环流合成统计方法,分析了我国北方近40年来沙尘暴日数变化的时空异常特征及其气候成因.结果表明,20世纪80年代以来的太阳活动加强,全球气候变暖,青藏高原地面加热场强度加强,欧亚西风急流轴北移,西太平洋副热带高压偏北偏西,强度加强,蒙古气旋减弱,西北西部的沙尘源区降水增加,是中国北方沙尘暴减少的主要原因.20世纪末到21世纪初太阳活动进入新一轮的减弱期,引起气候变暖趋势减弱,气温逐渐降低,青藏高原地面加热场强度减弱,蒙古气旋逐渐加强.预计未来中国北方沙尘暴将在波动中逐渐增加,进入新一轮的相对活跃期.     

中国西北及青藏高原沙尘天气演变特征

利用西北地区及青藏高原177 个气象站1971~2006 年的观测资料,分析了该区域发生的不同等级的沙尘(浮尘、扬沙、沙尘暴)的空间分布特征、移动规律和变化趋势.结果表明,12 月~翌年2 月,沙尘暴和扬沙发生的中心位于高原西南部;3 月,除高原西南部外,在河西走廊及其东部也出现沙尘暴和扬沙;4~5 月,高原西南部沙尘暴和扬沙的日数迅速减少,发生区北移到35ºN~40ºN 的区域.南疆和河西走廊及其东部,是春季浮尘的高发区.从12 月到4 月,沙尘暴和扬沙的高发区是逐渐向北和向东移动的;而浮尘的高发区主要在南疆,不随月份的变化而移动.近36a 来,沙尘的影响范围和发生日数,均呈显著减小的趋势.易于发生沙尘天气的区域,同时也是沙尘发生日数减小趋势最为显著的区域.     

沙尘气溶胶的跨亚欧大陆传输对东亚地区大气环境的影响

基于全球大气环流模式CAM3.1对2002—2003年模拟的全球沙尘气溶胶分布及其变化的评估,通过去除东亚沙漠(局地源)的敏感性模拟试验来分析北非、阿拉伯和中亚地区沙漠区(外部源)的沙尘气溶胶跨亚欧大陆传输对东亚地区大气沙尘气溶胶的贡献.结果表明,受到大气沙尘气溶胶的跨亚欧大陆传输的影响,东亚以外沙尘源对青藏高原大气贡献率最大,对我国北方干旱半干旱地区大气贡献率最小,对中国南方地区和日韩及邻近的西北太平洋地区大气贡献率基本相当.东亚地区秋(冬)季大气受到东亚以外沙尘源的影响最弱(强).我国北方干旱半干旱地区近地层大气沙尘气溶胶的外源贡献率秋季最小(约5%),冬季最大(约30%).青藏高原冬季60%~80%的近地面大气沙尘气溶胶来自东亚以外的沙漠区,而在秋季则只有约20%~60%.外源对东亚大气沙尘气溶胶柱浓度和对近地面大气沙尘气溶胶的影响具有基本一致的季节特征,但对柱浓度的贡献率一般偏大10%~40%.沙尘气溶胶跨亚欧大陆传输对东亚地区的影响主要集中在2~6 km的自由对流层.随对流层高度的增加东亚各地区外源贡献率均增加.青藏高原地区以年平均对流层沙尘气溶胶外源贡献率62%~81%成为东亚地区最大的影响区域.     

近50年首都圈沙尘暴的变化趋势及其与气温、降水和风的关系

利用首都圈地区 11个基本和基准气象台站近 50年的观测资料 ,给出了这 11个台站自建站至 2000年沙尘暴发生日数的年际变化序列 ,并分析了其与气温、降水和风的关系 .结果表明 :首都圈沙尘暴具有很大的时空差异 ,西北部沙尘暴日数明显多于东南部 .沙尘暴发生日数的年际波动很大 ,同一站点最多年份与最少年份相差几十倍 .二连浩特、阿巴嘎旗、锡林浩特、丰宁、张家口、怀来和北京等 7个气象站自建站至 2000年的沙尘暴日数呈显著的下降趋势 ,其余 4个气象站没有显著的上升或下降趋势 .首都圈地区沙尘暴季节性显著 ,多集中在春季 .与沙尘暴日数相关性最强的是起沙风日数 ,有 6个站点的沙尘暴日数同起沙风日数呈显著的正相关 ;其次是气温 ,有 3～ 4个站点的沙尘暴日数与年均温、冬季均温和春季均温呈显著负相关 ;降水量与沙尘暴日数的相关性最弱 ,只有朱日和 1个站点与春季降水量呈显著负相关 .另外有 4个站点的沙尘暴日数与气温、降水和风均没有显著的相关关系 .根据上述研究结果就首都圈沙尘暴的时空变异性及其与气候因素的关系等问题进行了讨论 .     

沙尘气溶胶对塔里木盆地降水的可能影响

通过分析塔里木盆地沙漠的风积地貌,结合近40 年气象站的风况观测资料,探讨了沙尘暴形成的大气环流特征.研究结果表明,从天气学理论上来看,降水和沙尘暴天气相伴而生.在年际时间尺度以上,沙尘暴发生日数与降水存在显著的负反馈机制.然而降水抑制沙尘暴发生的理论无法解释在月际尺度内降水与沙尘暴呈正相关的事实.通过分析云量、沙尘凝结核以及卫星计算的云滴有效半径表明,由于沙尘气溶胶可以长时间悬浮在大气中并作为凝结核,使云中的水汽分布到更多的粉尘颗粒中,导致空中云滴有效半径剧减而无法达到形成降水的阈值,从而抑制降水的产生.这从理论上可以很好地解释上述矛盾,为解释降水和沙尘的互反馈机制提供了新的理论.     

京津冀区域沙尘暴气候变化特征分析

利用京津冀区域内所辖65个站点1954—2002年的观测资料,分析了该区域内沙尘暴的气候变化特征。结果表明:京津冀区域绝大部分地区是沙尘暴的主要影响区,冀北高原是该区域沙尘暴的易发区和多发区,定州、饶阳一带是该区域沙尘暴的易发区。沙尘暴的发生时间具有明显的日变化特征和季节差异,沙尘暴的发生时间大多集中在中午至傍晚,且基本为春多秋少。该区域内沙尘暴发生的日数呈现整体减少趋势,各分区域的变化趋势具有相似性,只是在减少幅度和年代际减少趋势上略有不同。      

中国沙尘暴的下降趋势与气候变迁的对比

通过对观测数据的分析,描述了中国沙尘暴1961～2000年的年变化,以及1961～1980年和1991～2000年中国沙尘暴发生频次的空间分布,并对比了用“气候因子”描述的1951～1980年和1991～2000年中国北方气候.结果发现气候因子分布与沙尘暴的发生频次分布对应性很好,提出气候变迁导致在这40年中国沙尘暴整体上呈现出下降趋势.     

影响北京沙尘源地的气候特征与北京沙尘天气分析

分析并找出了影响北京沙尘暴天气的源地,该源地主要位于北京北部的浑善达克沙地的西北部边缘,内蒙古中西部、河套以西地区的沙漠、荒漠化地区以及干旱、半干旱地区广大的农业开垦区,指出影响北京的沙尘传输路径有3条,即西路、北路和西北路.对源地的气候特征做进一步分析表明,源地的气候特征为温暖干旱、降水不足,这些因素加速了沙尘天气的发生.同时将源地春季降水和北京沙尘天气相比较,发现北路和西北路源地春季降水和北京沙尘暴天气有较好的负相关,西路源地春季降水和北京浮尘天气有较好的负相关.      

2000-2019年中国北方地区沙尘暴时空变化及其相关影响因素

利用多年多源环境、气象和卫星遥感资料,从年代际、年际异常和气候变化的角度分析了21世纪以来中国北方地区沙尘暴的时空演化特征及其气象、植被变化的影响机理.结果表明：①2000—2013年中国北方地区沙尘暴年日数呈显著波动下降趋势,下降速率为1.1 d/10 a,2013年后呈微弱增长趋势.近40年来,春季沙尘暴日数占全年沙尘暴日数的平均占比为62%,但其逐年变化率明显下降（-7.3%/10 a）,2010年后夏季沙尘暴日数的变化率则呈现上升趋势（12.4%/10 a）,新疆塔克拉玛干沙漠地区沙尘暴的高发季节由春季逐渐向夏季扩展.②21世纪初中国北方地区沙尘暴发生频数明显下降,沙尘暴影响范围向塔克拉玛干沙漠南部地区收缩西移,戈壁沙漠在亚洲沙尘源区中的主体地位逐年下降,改变了中国北方地区沙尘暴的空间格局.③中国北方地区沙尘暴的区域性减少主要归因于平均风速与大风日数逐年下降（-0.1 m·s^-1/10 a、-4.4 d/10 a）、年降水量显著增加（32.7 mm/10 a）及区域地表变绿.塔里木盆地南缘局地风速的升高是导致该地区沙尘暴多发的重要气象影响因素,而地表植被覆盖的增加是造成戈壁沙漠沙尘暴年日数显著下降的主要原因.     

近19年干旱半干旱过渡区气温降雨变化特征分析

针对西北干旱半干旱区生态环境各要素的过渡特性,文章以位于干旱半干旱典型过渡区的定西市为例,通过整理其地面观测站1991-2009年较为完整的气温和降水资料,分析了定西地区气温、降水的年平均变化趋势和年代际变化特征。结果表明:近19年来,年平均气温总体呈上升趋势,突变时间为1996年;年均降水量呈下降趋势,突变时间为1995年。造成定西气候变化的主要原因有:(1)定西市所处的地理位置和地形条件的汇聚特征,由其引起的焚风效应和夏季青藏高原上空下沉气流的影响,叠加近十几年定西地区人为活动温室气体排放量的增加,是引起地面温度增高主要原因。(2)定西地区处于印度洋、太平洋和欧亚大陆三大环流的汇聚位置,既受夏季青藏高原高空辐散气流的控制,还受全球尺度大气环流振荡的影响,高空环流脊槽移动转换和深浅变化会给当地带来大范围的干湿变化。温度升高地表蒸发加大也是影响当地降水减少的原因之一。