2006年春季沙尘天气异常的气候背景分析及趋势预测检验

作者概述了2006年春季我国北方地区沙尘天气异常的观测特征.与2000～2005年同期相比,2006年春季,我国北方地区沙尘天气过程相对频繁,强度偏强.首先,利用NCEP再分析资料及台站观测资料,对可能影响2006年春季我国沙尘天气异常的气候背景进行了分析,结果表明:2006年春季北方地区冷空气势力较常年强,冷空气活动较频繁,这是造成2006年春季我国沙尘天气多于前几年的动力原因.此外,春季我国西北及内蒙古的沙源地区降水偏少,干旱少雨,加之春季气温偏高,在一定程度上也有利于沙尘天气的形成.利用IAP 年度数值气候预测系统对2006、2007年春季我国沙尘天气趋势的气候背景进行了预测,检验了系统对2006年沙尘趋势的预测能力,并对2007年春季沙尘天气趋势进行了展望.结果表明:预测系统较好地预测出2006年我国北方地区春季降水偏少、土壤偏干的状况,但对风场的预测与实况有一定的差距,由预测的气候距平结果推断2006年春季我国北方沙尘次数正常略偏少,与实况相反;对2007年春季的预测结果表明,2007年春季我国北方,特别是西北及内蒙古沙源地区土壤湿度偏湿,冷空气活动势力偏弱,不利于沙尘天气的形成,由此预测2007年春季我国北方沙尘趋势与常年相比略偏弱.     

我国2003年冬季气候特征与2004年春季沙尘气候形势的实时预测初步报告

报告了利用气候模式对我国今冬明春气候异常进行跨年度实时预测的初步结果.根据作者的预测,今冬我国北方降水基本正常,南方略偏多.西北、东北及黄河下游和长江下游之间的温度会较常年略偏暖,全国其他地区的冬季气温接近常年.同时,欧亚大陆中部会出现暖冬,但强度明显较去年要弱.此外,预计明春我国110°E以西,河西走廊一带以外地区降水较常年偏多,其他地区基本正常.加之预测结果中出现冬季极涡加深,东亚大槽减弱,春季我国北方低层风场无明显西北风距平,以及今冬明春东北亚始终有明显反气旋控制的气候特征,认为明春沙尘暴形势正常或略偏弱.     

沙尘天气的数值预报

沙尘天气预报的核心问题是要理解沙尘天气形成的物理机制,并定量地描述风沙的分布、强度、输送与沉降.沙尘天气的形成是一个复杂的物理过程,涉及到大气运动与地表状况等诸多因素.作者介绍了一个以数值预报为核心、以卫星观测与地理信息系统为资料背景的沙尘天气集成预报系统,特别是其中的起沙模式.作者运用该系统预报了2002年春季的沙尘天气,并用天气观测和采样观测资料对预报效果进行了鉴定.分析表明,预报系统不仅能定性预报沙尘天气的空间分布与时间演变,而且能定量预报沙尘源地、大气中的沙尘浓度、沙尘的输送以及沉降.模式72 h的预报仍然有较高的可信度.另外讨论了存在的问题和今后的研究方向.       

甘肃民勤春季沙尘天气的气候特征

用民勤气象站1976—2005年春季沙尘天气的观测资料,分析了沙尘天气的时空变化特征与气象条件、水资源以及人类活动的关系。结果表明：春季民勤地区的沙尘天气大多发生在中午至傍晚,持续时间一般在1-2h。沙尘天气总的发展趋势在减少,它与降水量之间有很好的反相关性;民勤地区特殊的地理位置所形成的气候背景、石羊河流域来水的大幅度减少、水资源不合理的开采与利用、人口增长对生态环境的压力等方面的影响都造成该地春季沙尘天气较多。     

吕梁地区沙尘天气分析及预测

利用吕梁地区13个县（市）1993年至2002年2月～5月的沙尘天气统计资料；分析了吕梁地区沙尘天气的成因并提出了预测方法及防治对策。     

我国今冬和明春气候异常与沙尘气候形势的模式预测初步报告

首次利用气候模式作了跨年度的针对冬季和春季气候异常形势的预测试验.预测结果显示,今冬的气候特点为,我国北方降水正常,南方略偏多,气温在我国全境基本为正常,因此,不会出现暖冬现象,而欧亚大陆北部则为明显的暖冬.预测结果还表明,明春我国西北、华北、东北降水正常,其他地区略多,全国气温均较正常,因此,明春的沙尘暴形势如常,不会出现超出常年的春季沙尘暴形势.但由于近些年的气候变化趋势使然,明春的沙尘暴仍可能在局部时空段内相当严重.     

我国北方沙尘天气演变趋势及其气候成因分析

利用地面气象观测资料,分析了我国北方1954～2001年年、季沙尘天气发生日数的演变规律及其与主要气候要素,风速、相对湿度、降水、气温和干燥度的相关关系,用NCEP/NCAR再分析资料分析了冬春气压梯度的变化趋势。结果表明:近50年来,造成我国北方沙尘天气频率显著下降的直接自然原因是沙尘源区和发生区平均风速和大风日数的减少、主要沙尘源区降水量特别是春季及其前冬降水量的增加以及由于源区降水增加引起的大气和土壤湿润程度的改善。冬春季节气压梯度的减小是风速减小、进而导致沙尘日数减小的关键间接因素。     

中国北方沙尘天气气象场的数值模拟

利用PSU/NCAR的非静力中尺度气象预报模式MM5对北方地区气象场进行模拟,通过对2001年3月21日发生并影响北京地区的沙尘过程的数值实验表明,该模式能够较好地模拟和预测北方沙尘天气的时空演变特征。低值系统以及其低层辐合、高层辐散的垂直结构,可以产生很强的上升气流,形成地面起沙和沙尘上扬,而强风是沙尘输送的动力条件。利用轨迹模式对空气质点轨迹进行了模拟研究,可以较好地反映沙尘的发生源区和输送路径,与卫星监测和天气系统分析是一致的。并编写软件用于演示气象场的动态效果。     

北京地区沙尘天气的气候特征分析

利用1954～2001年北京地区(20个气象站)逐月沙尘资料，重点对北京地区沙尘天气的空间分布特征、沙尘日数的年际变化规律、沙尘日数的月变化进行分析；分析了近3年北京地区出现的沙尘天气特点及成因；对近48年的沙尘天气出现日数变化规律进行了小波分析，浮尘天气有12～14年超长周期和2～4年短周期，扬沙天气有8-12年超长周期。     

山西省沙尘天气的气候成因分析

文中的研究对象为山西省的沙尘日数,气象资料站点18个。对与沙尘事件关系较为密切的地面气象要素包括降水、温度、风、湿度、蒸发量作了详细的相关分析和对比分析,得出在温度偏高、湿度较大、风力偏弱、蒸发量不大的年份,少沙尘天气;风要素是影响沙尘天气最为直接、最优相关的因子。     

2004 年春季一次较强沙尘暴的实时预报与特征分析

首先对2004年春季最强的一次沙尘天气过程进行了简要分析,然后利用业务化的集成沙尘数值预报系统对其进行了数值预报试验,并在检验了预测结果的可用性的基础上,进一步分析了沙尘浓度、起沙量等模式输出结果的特征。结果表明:该预测系统对沙尘天气的起沙和输送过程预报能力较好;对沙尘天气的发生、发展和消亡过程有预报意义。这次过程的沙尘源地主要是蒙古国南部和中蒙边境沙地,包括毛乌素沙地、腾格里沙漠和浑善达克沙地;起沙和输送过程中各种粒子的贡献随着沙尘天气发生区域的不同而不同,这次过程中起沙量贡献主要是粒径为2~22μm的粒子,在大气中长时间长距离输送的粒子主要是粒径小于11μm的粒子。     

2006年春季最强沙尘暴过程的数值分析

对2006年春季最强的一次沙尘暴过程(4月9～11日)的影响系统和天气概况进行了分析之后,利用包含较先进的陆面过程方案,具有清晰物理概念的沙尘数值预报系统对该次强沙尘暴过程的地面沙尘浓度、起沙量的空间分布和时间演变进行模拟和分析.该系统能较好复制出这次沙尘天气过程的时间和空间演变特征,沙尘发生、结束的时间以及(在较大范围的)强度变化,也能较好再现沙尘天气的日变化特征.该次大范围强沙尘天气模拟的起沙源在塔里木盆地、吐鲁番盆地、甘肃西北、蒙古南部、内蒙古阿拉善和浑善达克沙地及其毗邻地区.在不同地区起沙过程中贡献最大的粒子粒径在不同的地区有所不同,但主要是粒径为2～22 μm.研究表明,具有风蚀物理学基础的该沙尘数值预报系统,不但物理图像清楚,而且效果也比较好.     

一次黄沙输送过程的数值模拟研究

运用MM4中尺度动力学模式结合沙尘气溶胶传输模式,模拟分析了1992年4月10日发生的一次沙尘暴天气及沙尘气溶胶（黄沙）输送过程。得出蒙古气旋冷锋后的大风是沙尘扬起的主要动力,地形抬升、白天混合层内的湍流扩散和锋区强烈的上升气流将沙尘输送到高层。沙尘气溶胶的水平输送主要通过对流层下层和上层两层向下游输送。低层沙尘随冷锋一起向下游输送,移速较慢;高层沙尘主要通过西风气流迅速输送到下游区域。     

华北强沙尘暴的数值模拟及沙源分析

首先对2000～2002年春季东亚沙尘天气进行了分析,结果表明有明显的日变化,沙尘暴下午最多,凌晨最少.然后,采用集成的沙尘天气预测系统对2001年4月6～10日、2002年3月19～22日发生的2次强沙尘暴过程进行了预测试验,将沙尘浓度的模拟结果与实况观测进行了对比.对沙源和起沙过程的深入分析表明:2次过程主要的沙尘源地是蒙古国南部,内蒙古中西部、河北北部、山西东北部、甘肃和青海北部等地区;起沙中贡献最大是粒径为2～μm和11～22μm的粒子,华北北部的荒漠化地区2～11μm 和11～22μm的起尘量相当,而内蒙古西部和蒙古国南部沙地附近的起沙以2～11μm为主,总的起尘量中2～11μm粒径组的贡献占90%以上.     

内蒙古中西部春季沙尘暴预测初探

利用1960～2000年气象资料，对内蒙古中西部地区春季(3～5月)较大范围的沙尘暴发生频率作了统计，并根据该地区40年春季降水的气候特点划分降水气候区。着眼于沙尘暴预测，分析前期或同期的天气和气候因素。结果表明：春季降水偏少，冷空气活动频繁，沙尘暴发生频率偏高；前期西太平洋副热带高压面积的大小和强弱、青藏高原位势高度的高低、亚洲纬向环流的强弱、大西洋—欧洲环流型日数和南方涛动的位相等气候因子，均对沙尘暴的发生有不同程度的影响，他们对春季谈地、区沙尘暴发生频率的预测均有参考意义。     

一个改进的沙尘天气数值预测系统及其模拟试验

在中尺度气象模式最新版本MM5V3.7的基础上,通过与一个起沙模式的耦合,建立了一个新的中国科学院大气物理研究所(IAP/CAS)沙尘天气数值预测系统(IAPS 2.0).该系统与IAP原有的沙尘天气数值预测系统(IAPS 1.0)最主要的差异在于气象模式中陆面过程模式的改进.利用改进前后两个版本的预测系统对2002年4月发生在我国北方地区的两次较强沙尘(暴)过程进行了数值模拟,并与观测实况进行了比较,结果表明改进的系统对沙尘天气的预测能力比改进前的版本有显著的改进,这主要是由于新的陆面模式改善了地表土壤湿度的模拟,进而改进了决定起沙与否的关键因子临界摩擦速度的模拟,从而提高了预测系统对起沙范围和强度的模拟效果.总的说来,采用了更为先进的Noah陆面模式的IAP沙尘(暴)天气数值预测系统对中国北方春季沙尘(暴)天气过程具有更好的模拟能力.     

2006年春季一次引起华北地区强沉降的沙尘暴过程的模拟研究

2006年春季是我国北方地区2000年以来强沙尘暴过程最多的一年,浮尘和扬沙天气更是频繁发生.尽管,4月16～17日过程不是2006年春季最强的沙尘暴过程,但其在华北地区引起了严重的沉降,尤其对京津地区影响较大.这是一次由蒙古气旋引发的强沙尘暴过程.利用沙尘天气预测系统(IAPS 2.0)对该次强沙尘暴过程进行了模拟试验,结果表明:该系统对沙尘天气的起沙和输送过程有较好的模拟能力,基本模拟出了这次强沙尘暴的发生和移动;沙尘受对流层中低层偏西风的作用输送到华北地区,并从山东半岛越过渤海湾向东输送;主要的沙尘源地是蒙古国南部和我国西北的内蒙古、新疆西部、甘肃、陕西北部,而起尘最大的地区在蒙古国和内蒙古的沙漠、戈壁地区;沉降最严重的地区是沙尘源区及其附近,可达到50 g*m-2,其他地区的总沉降量在10 g*m-2左右.