2011年春季中国北方沙尘天气过程及其成因

2011年春季,中国共出现了7次沙尘天气过程,其中沙尘暴4次,强沙尘暴2次,沙尘天气频次总体偏少、强沙尘暴偏多,影响范围较广。通过对2010/2011年冬季及2011年春季天气气候特征的分析表明:①2010/2011年冬季,冷空气偏强,气温偏低,有利于土壤冻结,同时新疆大部、内蒙古西部及东北部分地区降水偏少,使得前期地面植被状况偏差,进入2011年春季,中国北方大部地区降水仍偏少,地面植被状况虽未得到改善,但气温仍偏低,土壤解冻较晚,而2011年春季冷空气较常年偏弱,使得2011年沙尘暴发生时间较常年偏晚,且沙尘天气过程偏少;②中国北方沙尘天气常发区域土壤湿度较常年偏高,土壤状况良好,土质不够疏松,是2011年春季沙尘天气偏少的一个重要因素;③2011年春季蒙古国及内蒙古大部地区纬向风为偏西风的负距平区,不利于起沙及沙尘粒子向东输送。     

高空急流对一次强沙尘暴过程沙尘传输的影响

使用GRAPES_SDM沙尘暴数值模式,对2011年4月28-30日中国北方强沙尘暴天气进行分析,讨论高空急流在此次过程中对沙尘传输的影响,得出以下结论:（1）GRAPES_SDM沙尘暴模式较好地模拟了此次沙尘暴过程的范围和强沙尘暴中心,整体模拟效果较好;（2）沙尘天气发生时间及移动路径与200 hPa高空急流的加强、移动发展有很好的对应关系;（3）高空强纬向风速的加强能够促使中低层形成垂直环流圈,其下沉支流使高空动量有效下传到近地面,进而在地面形成大风及扬沙和沙尘暴天气,强沙尘暴中心位于此垂直环流圈的下沉支;（4）等熵位涡与高空急流及地面沙尘浓度分布演变有很好的对应关系,等熵位涡位于高空急流北侧,地面沙尘浓度中心位于高空急流出口区、等熵位涡中心西南侧、等值线密集带;高层高值位涡区向下延伸的路径与高空急流北侧纬向风速等值线密集带有非常好的对应关系。本文还通过对高空急流轴线动力、热力结构垂直剖面的分析,探讨了高空急流对大范围沙尘天气影响的可能机制。     

植被状态指数VCI与几种气象干旱指数的对比——以河南省为例

使用1982-2006年GIMMS AVHRR NDVI数据集与同期的CI、K、Pa、SPI、Z、PDSI等干旱指数做了对比分析, 讨论了河南省植被状态指数VCI对气象干旱的滞后效应及干旱监测能力. 结果表明: VCI指数与气象干旱指数的相关性受不同下垫面的影响较大, 农地的VCI与气象干旱指数相关性要明显高于林地, 农地VCI与气象干旱指数呈现正相关关系. 在河南省不同的作物生长阶段, VCI对气象干旱有着不同的滞后效应, 其中, 3-5月份冬小麦生长期VCI对气象条件的反应滞后1~3个月, 7、9月份夏玉米生长期VCI对气象条件的反应滞后1月. 总体上看, 结合前期的气象数据, VCI对河南省气象干旱有一定的指示作用和监测能力.     

两种判断月干旱过程的方法在黄河流域的对比研究

利用黄河流域160个气象站1961-2010年逐日综合气象干旱指数(CI)指数, 对比分析两种用逐日CI指数判断月干旱过程的方法. 结果表明: 对重大干旱事件个例来说, 两种方法都能大体描述事件的月干旱过程, 但干旱的强度和范围有所不同. 从干旱发生的范围来看, 两种结果的差别较小, 方法I的识别结果范围更大、更连续, 特别是对青海旱情的判断常常比实际范围大;而方法II的识别结果范围稍小, 大体上能反应干旱的整体范围, 但有时也偶尔会遗漏小部分旱区;从干旱发生的强度来看, 方法I对干旱事实的描述偏轻, 而方法II以重-特旱为主, 与实际情况更相符. 从对黄河流域近50 a月干旱频率的分析结果来看, 两种方法一致表明黄河流域分界线以西的地区常年不容易发生干旱, 而对于分界线以东地区, 两种方法的统计结果有较大差异. 方法I的结果表明, 分界线以东地区干旱的月发生频率较大, 其中, 轻旱的月发生频率最大, 其次为中旱, 而重旱和特旱的发生频率很小;方法II的结果表明, 分界线以东地区干旱的月发生频率在60%~80%左右, 其中重旱的月发生频率最大, 其次为中旱, 轻旱和特旱的发生频率很小. 总体来说, 方法II对黄河流域月干旱情况的评估结果与干旱实际情况更一致.     

基于SPI指数的甘肃省河东地区干旱时空特征分析

干旱是西北地区主要的自然灾害之一。本文以甘肃省河东地区作为研究区,基于该地区38个气象站1971-2010年逐月降水数据计算标准化降水指数（SPI指数）,分析了不同时间尺度SPI指数的时间序列特征,探讨了SPI₃和SPI₁₂的年代际距平和倾向率的时空变化,以及特旱、重旱和中旱的发生频次。结果表明：（1）随着时间尺度的增加,SPI指数随机性在减弱,持续性在加强。干旱出现较多的时期为1991-2005年,出现较少的时期为1974-1982年。（2）20世纪80年代以前河东地区偏湿,90年代以后河东地区有偏干的趋势。河东地区行政区划分为7个部分,70-80年代,除甘南地区外,其余地区的SPI₃倾向率均显著增加;80-90年代,河东地区SPI₃倾向率持续减少,减少最明显的为定西地区;90年代到21世纪初,河东地区SPI₃倾向率又有增加趋势。对于SPI₁₂来说,自20世纪70年代到2010年,除甘南、陇南和天水地区的SPI₁₂倾向率为先减少后增加以外,其余地区均呈现先增加,后减小,然后再增加的趋势。（3）3个月时间尺度干旱的分布范围广,发生频次高,主要发生于河东地区的北部。12个月时间尺度的特旱主要发生在河东地区的北部,重旱和中旱主要发生在河东地区的东部。     

中国西北地区旱涝年南亚高压异常特征

利用1961年1月1日至2010年12月31日NCEP/NCAR再分析数据和站点观测资料,统计分析表明：中国西北区域重旱年典型特征为3、4月南亚高压中心均出现偏西约40°;偏旱年典型特征为3月至4月出现中心位置西移之后东撤,4月至5月出现西移,或4月偏东40°;偏涝年典型特征为7月至8月东西振荡幅度大;西北区域多雨年典型特征为5月中心位置位于孟加拉湾海域,9月明显出现南亚高压东部型,12月位置偏西40°。面积距平最明显的特征是重旱年、偏旱年南亚高压面积偏小,偏涝年、多雨年南亚高压面积偏大,同样也可以看到重旱年4月南亚高亚异常特征十分明显。强度和面积与西北区域降水很好的相关性主要存在于2—4月。     

2010年民勤沙地近地面沙尘气溶胶浓度特征

为了更好地研究沙尘气溶胶起沙和输送特征,2010年4—5月,在民勤周边沙地利用EZ LIDAR ALS300&ALS450型激光雷达和 GRIMM 180型颗粒物采样器进行了大气气溶胶的外场连续观测,取得了晴天、浮尘、扬沙和沙尘暴天气条件下沙尘气溶胶总后向散射垂直剖面图和PM₁₀、PM_2.5、PM_1.0质量浓度采样资料,其中包含“0424”特强沙尘暴过程资料。结果表明：春季民勤近地层大气中沙尘气溶胶浓度较高,且随气象要素的变化很大;在整个观测期内,PM₁₀、PM_2.5、PM_1.0的平均质量浓度分别为202.3、57.4 μg/m³、16.7 μg/m³。在不同天气条件下,PM₁₀、PM_2.5、PM_1.0质量浓度的变化有很好的相关性,但变化趋势有所不同。在沙尘暴天气条件下,PM₁₀的日平均质量浓度高达2469.1μg/m³,是背景天气条件下PM10日平均质量浓度的100多倍,是浮尘天气条件下PM10日平均质量浓度的8倍,是扬沙天气条件下PM₁₀日平均质量浓度的2倍。PM_2.5在沙尘暴天气下日平均质量浓度为460.3 μg/m³,是背景天气条件下PM_2.5日平均质量浓度的45倍,是浮尘天气条件下PM_2.5日平均质量浓度的6倍,是扬沙天气条件下PM_2.5日平均质量浓度的1.4倍。PM_1.0在沙尘暴天气条件下的日平均浓度为92.7 μg/m³,是背景天气条件下PM_1.0日平均浓度的13倍,是浮尘天气条件下PM_1.0日平均浓度的7倍,是扬沙天气条件下PM_1.0日平均浓度的1.3倍。可见,风速增大时沙尘粒子浓度的增加对粒子粒径是有选择的,小粒子比重随沙尘浓度增加而相对减小,大粒子比重随沙尘浓度增加而相对增多;通过对“0424”特强沙尘暴过程的研究表明,一次沙尘暴过程往往包括沙尘暴、扬沙和浮尘天气中的两种类型;通过对激光雷达数据分析发现,在强沙尘暴发生过程当中,民勤沙地发生了非常严重的风蚀起沙现象。     

河西走廊东部沙尘暴预报方法研究

利用我国沙尘暴多发区, 甘肃省河西走廊东部民勤、凉州区等五站近50a的气象资料, 详细分析了河西东部沙尘暴频繁发生的气象因素, 应用近20a的天气资料, 结合近50a的典型个例做出沙尘暴的长期、中期、短期和短时预报预警系统。研究结果表明: 长期预报取决于冬春季气温、降水量和大风日数; 中期依靠使用国内外数值预报产品; 短期与大气环流条件、分型指标有关; 短时临近预报与高空大风形势、地面上游有无大风沙尘暴天气有关。     

三套NDVI长时间序列植被指数的对比——以玛曲为例

NDVI／MODIS、NDVI／GIMMS和NDVI／NSMC是时间长度不同、空间分辨率相差甚远的3套ND—VI数据集,如何集成应用这些不同时间长度、不同分辨率的数据进行相关研究,数据集间的比较是最基础的工作。本文以甘肃省甘南州玛曲县为例,用直方图、相关分析、趋势分析等方法研究了这3套NDVI产品数据集的相互关系。结果表明：1）NDVI／NSMC与NDVI/MODIS的直方图具有类似的图像分布特征,但是NDVI／MODIS数据分布范围更大;2）3套NDVI在数值上表现为NDVI／MODIS〉NDVI／GIMMS〉NDVI／NSMC;3）3套数据集空间图像特征一致,两两间均具有十分显著的空间相关性,其中1月份相对最弱,5、10月份最强,三者相比NDVIfNSMC与NDVI／MODIS的空间相关性更强;4）1—3月、5—8月及年均的NDVI／GIMMS与NDVI／NSMC值存在显著的时间相关性,但两者逐年变化趋势存在较大差别,两者气候倾向率相差最大的高达5倍之多。NDVIfNSMC数据集在处理过程中可能未进行大气订正及交叉定标,这是造成共同源的NDVIfGIMMS与NDVI／NSMC差异较大的重要原因。     

基于信息扩散理论的甘肃省农业旱灾风险分析

干旱灾害是甘肃省最严重的自然灾害。以甘肃省1990～2010年的干旱受灾面积和播种面积的统计数据为基础,采用基于信息扩散理论的模糊数学方法,建立甘肃省农业旱灾风险分析模型,对甘肃省农业旱灾进行分析。结果表明,甘肃省旱灾受灾指数在22%时的旱灾受灾概率最大,超过80%的旱灾受灾可能性就很小;旱灾风险值显示,农业旱灾受灾指数>10%～20%时的风险概率为1～1.6 a一遇,农业旱灾受灾指数>50%时的风险概率为12.2 a一遇,呈现出干旱发生周期短、发生频率高的特点,这说明甘肃省的农业旱灾出现频率高,发生周期短,灾情不容忽视。研究结果增加了对甘肃省农业旱灾的认识,对地区防灾减灾工作具有指导意义。