中国西北地区沙尘天气的时空位移特征

沙尘暴是一种灾害性的天气,具有明显的时空分布特征。中国西北地区风大、沙多,是沙尘天气和沙尘暴的易发地区。通过GIS技术,利用中国西北5省区和内蒙古西北部158个气象站的沙尘资料,对中国西北地区近45 a总沙尘天气（包括浮尘、扬沙）和沙尘暴的时空变化特征进行分析,初步探讨了不同时间、不同区域的沙尘天气和沙尘暴影响范围。结果表明,无论是沙尘天气还是沙尘暴,都具有明显的时空分布特征;各季节沙尘天气和沙尘暴的影响范围和发生程度不同,总的来说,中国西北地区以春季最为多发,约占全年总数的1/2,依次为夏季、冬季和秋季;不同的季节,不同程度沙尘天气和沙尘暴的影响范围不同,春季是低度易发生区和中度易发生区面积较大时期;夏秋冬是低度易发生区和不发生区面积较大的时期。上述分析表明,沙尘天气和沙尘暴发生的时间和空间都存在差异性。     

21世纪以来内蒙古沙尘暴特征及成因

利用2001—2015年气象资料,对21世纪以来内蒙古沙尘暴的时空分布特征、系统分型和动力成因进行了分析。结果表明：内蒙古沙尘暴主要发生在春季（以4月为最甚）,绝大部分区域性沙尘暴出现在冬半年;进入21世纪以来,沙尘暴呈波动减少趋势。内蒙古沙尘暴高发区沿着北部国境线呈西南—东北方向带状分布,有两个沙尘暴频发中心,分别位于巴丹吉林沙漠和浑善达克沙地。根据沙尘暴的发生区域与地面天气系统之间的动态位置关系,内蒙古沙尘暴可分为冷锋型、蒙古气旋型和其他型等3种类型,其中以冷锋型最为常见。在沙尘暴过程中,发生在深厚混合层中的干对流是起沙扬沙的主要因素,大风是形成大范围区域性沙尘暴的动力条件,高空急流的动量下传是形成大风的重要因素。     

中国西北地区东部短时强降水时空特征

基于中国西北地区东部136个气象站2001-2011年每6 h地面降水常规观测资料、1 674个自动站2009-2011年逐时降水资料,运用气候统计、线性趋势、归一化、分区域统计以及降水集中度（PCD）和集中期（PCP）分析等方法,研究了西北地区东部短时强降水的时空分布和气候特征。结果表明：该地区短时强降水日数年际变化不大,但区域性的短时强降水过程呈明显增加趋势;短时强降水主要发生在7月上旬至8月下旬,且具有明显的日变化特征;短时强降水总频次的空间分布与地势分布比较一致,高频高值区多位于夏半年环流盛行西南气流的迎风坡附近;在空间上PCD由东南向西北越来越集中,PCP自东向西逐步推迟。     

西北地区东部群发性强沙尘暴序列的建立与分析

利用1954－2001年60个站的气象实测资料，探讨了西北地区东部群发生强沙尘暴的认定标准，建立起该地区近48年较完整的群发生性强沙尘暴序列，并初步分析了该地区群发性强沙尘暴的时空分布特征和年际变化。结果表明：近48年西北地区东部共出现了99例群发生强沙尘暴；阿拉善高原，鄂尔多斯高原及河西走廓的大部分地区是强沙尘暴的主要多发区；强沙尘暴的多发季节为3－5月，约占全年的78．8％；强沙尘暴的发生次数，持续时间和覆盖范围以20世纪90年代最少，最短和最小，但是1997年以后有明显的增加趋势。     

西藏高原沙尘暴气候特征及成因研究

利用1960—2000年西藏22个台站观测资料和NCEP/NCAR再分析资料,分析了西藏沙尘暴日数的时空特征以及沙尘暴异常的气候成因。结果表明：西藏高原年平均沙尘暴日数分布为西多东少,狮泉河、申扎和泽当为年沙尘暴日数超过10 d的中心,它们的年变化特征是1～5月多,7～10月少。年沙尘暴日数的年代际变化特征为中间多、两头少,在20世纪90年代达到最少。青藏高原上空的高空西风急流减弱是导致西藏大风、沙尘暴日数减少的主要原因,影响西风急流偏强（弱）的气候系统是东亚大槽偏浅（深）和青藏高原高压偏强（弱）。沙尘暴日数的年代际异常与高空西风急流、大风日数、降水等要素年代际异常以及沙尘暴区地形地貌等因素关系密切。     

我国西北干旱区区域性沙尘暴特征及成因研究

利用1954-2001年131个国家基本基准气象站的逐日观测资料, 运用小波分析等统计方法分析了中国西北地区区域性沙尘暴天气过程特征及变化趋势, 并对其成因进行了初步探讨。结果表明: 1954-2001年, 中国西北地区共出现了1974次区域沙尘暴天气过程, 平均每年42次, 共出现了247次强沙尘暴天气过程, 平均每年5次。沙尘暴和强沙尘暴天气过程的地理分布比较一致, 有两个高发区: 一个位于南疆盆地; 另一个位于西北地区东部。沙尘暴天气过程主要发生在3~7月, 强沙尘暴天气过程集中发生在3~5月。近48a来区域沙尘暴和强沙尘暴天气过程都呈波动下降趋势, 且强沙尘暴天气过程比沙尘暴天气过程下降趋势更为剧烈。1956-1987年是沙尘暴和强沙尘暴天气过程的多发时期, 1988年后无论沙尘暴或强沙尘暴天气过程均大幅减少。2月的北极涛动指数对当年沙尘暴天气过程的发生多少具有预报意义。     

2000年春季中国北方沙尘暴天气气候成因研究

从环境背景和天气气候成因两个方面,分析了2000年春季中国北方沙尘暴频繁爆发的原因。结果表明,① 2000年春季中国北方大风沙尘暴的源地、路径和天气形势可归纳为三种类型;②近年来中国北方干旱加剧土地荒漠化严重,使原本广阔的戈壁沙漠面积逐步扩大,为沙尘暴天气的爆发提供了物质基础;③ 2000年处于反厄尔尼诺(拉尼娜)事件的高峰期,使东亚冬季风加强;同时2000年春季极涡位于东半球新地岛附近,冷空气频繁南下,易形成大风天气;④ 2000年春季我国北方干旱少雨,气温回升迅速且温度偏高,使解冻的地表土层疏松,又提供了丰富的沙尘源。     

1980—2019年中国西北地区降雪和融雪时空变化特征北大核心CSCDCSSCI

西北地区降雪和融雪特征的长期变化对于融雪洪水过程的准确模拟具有重要意义。本研究基于1961—1979年站点观测的日降水和气温等数据,首先对比了湿球温度法、KS方法和双临界气温法计算的降雪量,确定了精度最高的双临界气温方案,进而计算了1980—2019年的日雪雨比,最后分析了雪雨比、降雪开始日期和融雪开始日期的变化规律。结果包括:①春季平均气温呈显著上升趋势,随海拔上升升温速率减小,青藏高原地区、东南部半干旱区、半湿润区春季气温上升速率略低于北疆、南疆、河西走廊及内蒙古西部,春季雪雨比在海拔1000 m以上呈显著下降趋势,在青藏高原地区、东南部半干旱区、半湿润区呈显著下降趋势;秋季平均气温显著上升,随海拔上升升温速率增大,空间上在青藏高原地区上升速率最快,秋季雪雨比在不同海拔和部分气候分区都呈不显著下降趋势;冬季平均气温在海拔2000 m以上呈现显著升温,且随着海拔的升高升温速率加快,空间上在青藏高原地区、东南部半干旱区、半湿润区呈现显著升温,降雪量在1000~2000 m呈现显著增加趋势,空间上在北疆地区呈现显著增加趋势。②降雪开始日期随着温度的升高在所有区域都没有显著的推迟,每一年的降雪开始日期在不同高程带和不同气候区之间的差别没有变化,仍为30~40d。③融雪开始日期在所有海拔区间和气候分区都呈现出显著的提前趋势,每一年的融雪开始的日期在不同高程带和不同气候区的差别仍为25~30d。降雪和融雪特征的变化说明气候变化可能已经对融雪洪水的特征产生了明显的影响。     

中国50a来沙尘暴变化特征

基于"中国强沙尘暴序列及其支撑数据集",对中国50a(1958—2007年)来沙尘暴时间和区域变化进行分析,揭示了中国沙尘暴时间和区域变化特征。结果表明,中国沙尘暴站时变化总体呈明显振动减少趋势,经历了两次迅速减少、两次大幅震动和两次和缓减少6个时期,每个时期约为8a,1983—2007年平均值比1958—1982年平均值减少58.4%。沙尘暴的站次平均持续时间年际变化不大,季节变化相差1倍以上,频发日期有延迟趋势,后25a比前25a平均延迟了7d左右。沙尘暴的区域分布呈现两多、两少和两个中心的分布特征,时间变化特征区域表现差异大,新疆南部和内蒙古中西部两个频发中心春季的沙尘暴强度和范围呈相反顺序演变,新疆沙尘暴6月频发。在总体站时减少的情况下,浑善达克沙地西北部和柴达木盆地西北部地区却有增加趋势。沙尘暴终止的年份线向北推移明显,在90°E以东的地区北移,最为明显的华北地区北移大约5个纬度,其范围的缩小和频次的减少共同决定了总体站时减少。     

用CEOF方法探讨形成西北地区沙尘暴天气的源地及传播特征

利用西北地区311个气象站自1961—2003年43 a沙尘暴天气过程资料及近年来作为天气气候过程诊断分析的新工具之一（CEOF分析方法）,分析研究形成西北地区沙尘暴天气的源区、传播方向及突变特征等。结果表明：①由沙尘暴天气日数及沙尘暴天气持续时间时变场CEOF展开的第一复主分量空间位相及空间振幅函数,对形成沙尘暴天气的源区有一个很好的反映,其空间位相函数的早位相中心与我国北方地区的主要沙漠区存在着很好的对应关系,并且沙尘暴天气持续时间时变场的CEOF展开项所包含的信息量更加丰富。②近43 a来西北地区沙尘暴天气日数总体上是在波动中不断减少的,其中前17 a间波动幅度相对较大,但基本没有出现明显的下降趋势,且属于沙尘暴天气的多发期,后26 a出现逐年下降的趋势。1977—1978年间是西北地区沙尘暴天气变化规律出现显著改变的时期。③1977年之前第二复主分量的时间位相序列为正位相,1978年以后出现位相上的突变,由正位相突变为负位相;第二复主分量的时间振幅在1975年之前偏高,1976年之后偏低;1976—1978年间西北地区沙尘暴天气日数由多发型转变为少发型。     

1960—2019年西北地区气候变化中的Hiatus现象及特征

1998—2012年全球地表平均温度发生变暖停滞（Hiatus）,然而Hiatus现象是否在全球各地均存在尚有争议,其在西北地区的表现及特征缺乏深入研究。本文基于1960—2019年气温地面观测数据,利用累积距平曲线、Mann-Kendall突变检验、滑动t检验及Yamamoto检验进行气候突变分析,结合线性倾向估计进行气候变化趋势分析,对西北地区气候变化中的Hiatus现象及其特征进行了探讨。结果表明：① 西北地区年均气温在1986年、1996年和2012年分别突变,1996年突变升温后在1998—2012年间保持高位震荡;② 1998—2012年间西北地区年均温变化率为-0.20 ℃/10a,呈现明显Hiatus现象,分季节看,冬季降温幅度最大,夏季仍保持升温,春季均温比秋、冬季提前1年开始和结束停滞期,从空间上看,西北地区东南部降温最显著,青藏高原不存在Hiatus;③ 2012年Hiatus结束后西北地区气温普遍快速升高,季节上以冬季升温最快,空间上以南疆升温最快。综合来看,1998—2012年的Hiatus现象在除青藏高原外的西北地区表现明显,停滞后的快速升温值得高度关注。     

Analysis of the severe group dust storms in eastern part of Northwest China

Based on the available original dust storm records from 60 meteorological stations, we discussed the identification standard of severe dust storms at a single station and constructed a quite complete time series of severe group dust storms in the eastern part of Northwest China in 1954–2001. The result shows that there were 99 severe group dust storms in this region in recent 48 years. The spatial distribution indicates that the Alax Plateau, most parts of the Ordos Plateau and most parts of the Hexi Corridor are the main areas influenced by severe group dust storms. In addition, the season and the month with the most frequent severe group dust storms are spring and April, accounting for 78.8% and 41.4% of the total events respectively. During the past 48 years the lowest rate of severe group dust storms occurred in the 1990s. Compared with the other 4 decades, on the average, the duration and the affected area of severe group dust storms are relatively short and small during the 1990s. In 2000 and 2001, there were separately 4 severe group dust storms as the higher value after 1983 in the eastern part of Northwest China.     

Analysis of the severe group dust storms in eastern part of Northwest China

Based on the available original dust storm records from 60 meteorological stations, we discussed the identification standard of severe dust storms at a single station and constructed a quite complete time series of severe group dust storms in the eastern part of Northwest China in 1954-2001. The result shows that there were 99 severe group dust storms in this region in recent 48 years. The spatial distribution indicates that the Alax Plateau, most parts of the Ordos Plateau and most parts of the Hexi Corridor are the main areas influenced by severe group dust storms. In addition, the season and the month with the most frequent severe group dust storms are spring and April, accounting for 78.8% and 41.4% of the total events respectively. During the past 48 years the lowest rate of severe group dust storms occurred in the 1990s. Compared with the other 4 decades, on the average, the duration and the affected area of severe group dust storms are relatively short and small during the 1990s. In 2000 and 2001, there were separately 4 severe group dust storms as the higher value after 1983 in the eastern part of Northwest China.     

中国西北汛期极端降水事件分析

利用中国西北五省（区）1960—2004年125个台站汛期（5—9月）逐日降水资料,首先定义了不同台站的极端降水阈值,然后统计出了不同台站近45 a逐年汛期发生极端降水事件的发生频次,并进行了时空分布特征分析,结果表明:中国西北汛期极端降水事件发生频次同降水量的空间分布有很大的差异;一致性异常分布特征是中国西北汛期极端降水事件发生频次的最主要空间模态;中国西北汛期极端降水事件发生频次的空间分布可分为以下6个分区:高原东部区、南疆区、北疆区、西北东部区、青海高原区及河套区;从长期变化趋势来看,高原东部区近45 a来汛期极端降水事件发生频次没有明显的变化趋势,北疆区、南疆区、青海高原区及河套区表现为较明显的的增长趋势,而西北东部区表现为较明显的减少趋势;中国西北汛期极端降水事件发生频次的各主要空间分区中,近45 a来13 a左右的周期振荡表现得比较显著。     

中国日降水量小于不同阈值日数时空分布特征

利用中国672 个站点1951-2010 年的逐日降水资料,系统分析了全国各地日降水量小于0.1 mm、1 mm、5 mm和10 mm不同阈值的日数、平均持续日数、最长持续日数和持续10 天以上过程出现频次等要素的时空分布特征,并分别选择齐齐哈尔、乌鲁木齐、北京、昆明、常德、南京、汕头和海口8 个代表站点,分析了各变量的历史演变趋势。结果表明,全国日降水量小于0.1 mm、1 mm、5 mm和10 mm日数、平均持续日数、平均最长持续日数、极端最长持续日数以及日降水量小于0.1 m持续10 天以上过程发生频次的时空分布特征基本相似,空间上自西北向东南方向递减,时间上冬、秋季多,春、夏季少,这与我国气候干旱的时空分布特点基本一致;而全国日降水量小于1 mm、5 mm和10 mm持续10 天以上过程出现频次的时空分布特征,与我国实际干旱灾害的发生规律基本一致,高值中心出现在华北、黄淮、江淮、江南等地,发生时间集中在春、夏季。全国主要区域代表站点日降水量小于0.1 mm日数、平均持续日数、最长持续日数基本都呈增加趋势,且南方强于北方;日降水量小于1mm、5 mm和10 mm日数、平均持续日数和最长持续日数在西部地区,特别是西北地区表现出较为明显的减少趋势,其中乌鲁木齐日降水量小于5 mm和10 mm平均持续日数线性减少趋势分别达2.0 d/10a 和7.5 d/10a,最长持续日数线性减少趋势分别达9.3 d/10a 和11.8 d/10a,呈现出明显的湿润化趋势。     

基于LM-BP神经网络的西北地区太阳辐射时空变化研究

定量模拟太阳辐射对认识西北地区气候变化至关重要,但西北地区辐射站点稀少,而气象站点较多,利用众多的气象站点观测值模拟太阳辐射是获得太阳辐射数据很好的方法之一。利用LM (Levenberg-Marquardt) 算法对普通的BP神经网络进行优化（优化后的BP神经网络简称LM-BP神经网络）模拟太阳辐射,通过与传统气候模型模拟的太阳辐射结果对比发现,LM-BP神经网络模型的模拟精度最高,模拟值与实测值的拟合程度明显优于H-S模型和A-P模型。由此利用西北地区159个气象站点的气象数据和LM-BP神经网络模型模拟了1990~2012年这些气象站点的太阳总辐射月总量,将LM-BP神经网络模拟的气象站点的太阳辐射和25个辐射观测站的实测太阳辐射数据相结合,通过空间插值得到了西北地区太阳总辐射的空间分布,并分析了其时空分布及变化特征。研究结果发现西北地区1990~2012年的年均总辐射月总量变化为262~643 βMJ/m²,呈现“中间高,两端低”的空间分布特征。LM-BP神经网络模型的模拟精度高,是一种很有发展前景的辐射模拟方法,可将其应用在无辐射观测地区的太阳辐射模拟中。     

中国西北地区气溶胶的三维分布特征及其成因

利用CALIPSO卫星遥感资料研究中国西北地区气溶胶的三维分布,分区域按类别讨论气溶胶的出现频率和气溶胶光学厚度(AOD),并在此基础上,结合MERRA-2再分析数据探讨形成原因.结果表明:中国西北地区气溶胶含量较高,以沙尘和污染性沙尘为主,主要分布在塔克拉玛干沙漠、古尔班通古特沙漠和甘肃-内蒙古一带.气溶胶的出现频率...