中国北方沙尘天气原因探讨

我国是沙尘暴易发的国家,进入20世纪90年代以来,强沙尘暴有频率增加、强度加大、范围扩展、危害程度加剧的趋势。沙尘暴的发生危害范围亦逐渐从西北干旱经济落后区扩展到经济发达的北京、天津及华北平原区,近年来的沙尘暴造成了社会经济和人民生命财产的重大损失。受大气环流场和季风气候类型影响,中国冬、春盛吹西北风,强劲而干燥。发生沙尘暴的天数与大风日数和地面热力稳定程度相关,3-5月中国西北内陆地表增温大,是风力场和热力场极不稳定的季节,地表气候容易发生蠕动,沙尘暴便由此启动并易发。除自然要素外,不合理的人类活动也将诱发沙尘暴天气的发生,有些情况下还起到比自然要素更重要的作用。从生态地理区域的角度看,沙尘暴的源地在干旱和半干旱地区,由于大气环流的作用,影响到下风向的半湿润甚至湿润地区。无论何地干旱、半干旱地区都将存在沙尘暴发生的自然条件,而其下风向必将受到不同程度的影响,只是因为中国的季风气候,决定西北干旱、半干旱地区发生的沙尘暴必然影响东南部地区。在现有的科学技术条件下,人类所能做的就是调节自身的行为。因此,在沙尘暴源地实施生态建设是减缓沙尘暴发生的最重要措施,也是消除东部城市沙尘天气的主要途径。根据生态地理区域的特征,沙尘暴源地的干旱区、半干?     

2001-2004年我国城市空气质量研究

本文应用国家环保总局发布的城市空气质量日报的数据,研究了2001~2004年我国主要城市空气污染的时空分布特征。研究结果表明:我国城市空气污染的首要污染物主要是PM10;污染物的时空分布特征比较明显,城市空气污染冬春季节重于夏秋季节,北方城市重于南方城市;2001~2004年,北方大部份城市空气质量有明显改善。同时分析沙尘天气对我国城市空气质量的影响表明,我国北方城市尤其是西北城市,受沙尘天气的影响比较大,PM10污染相对严重。     

中国北方荒漠区近50年降水变化特征分析

运用水文序列轮次分析理论、极差理论、随机水文理论,对奇台、和田、酒泉、鄂托克旗、银川等站点1955~2002计48年降水资料进行分析,剖析我国北方荒漠区降水的丰枯周期、干旱历时、缺水量的变化特征及其变化规律。结果表明:河西地区及内蒙古高原降水波动平稳,丰枯程度不剧烈,周期也相对稳定;新疆南部降水丰枯波动大,历时长,周期较大。各地平均缺水量占多年平均降水量的16.7%~33.2%,发生干旱的概率可达52%~61%,干旱历时期望值为2~3年。     

中国北方沙尘暴的气候特征及其对春季青藏高原地面感热异常的响应

选用中国185个常规气象观测站,建站～2000年历年沙尘暴日数资料,分析了近50年来中国北方沙尘暴的气候特征及其对青藏高原地面感热异常的响应。结果表明虽然单个沙尘暴过程属于一次中尺度天气过程,但年沙尘暴日数具有较好的空间一致性,在空间上有五个自然尘源区,即河西走廊、南疆盆地南缘、阿拉善高原、鄂尔多斯高原和浑善达克沙地等沙尘暴高发区。比较近50年来中国沙尘暴日数的年代际变化,总体趋势在减少,20世纪90年代是近5个年代中最少的。但20世纪末至21世纪初,中国沙尘暴日数有明显的回升趋势。进一步研究表明,中国沙尘暴与春季青藏高原地面感热关系密切,当春季青藏高原地面感热呈EOF1模态时,当年中国北方沙尘暴日数明显较常年偏多。     

近40a中国北方降水量与蒸发量变化

利用我国北方1951-1990年年降水量、年蒸发量、年平均风速和太阳辐射等资料,计算了干燥度指数,并据其将我国划分为干旱区(D<0.20),半干旱区(0.20～0.50),湿润区(D>0.50)。近40a我国半干旱区降水量和蒸发量发生了巨大变化,区域差异显著,年代际特征明显。东北区和华北区降水量具有减少趋势,西北东部和西南区有增加趋势。至于蒸发量的变化,东北区具有增加趋势,华北区、西北东部和西南区有减少趋势。近40a我国干旱半干旱区降水量与蒸发量均在减小,但降水量的减小速度大于蒸发量,气候在变干。我国气候的干湿变化主要取决于降水量的变化。     

1991-2000年中国北方地面起尘

利用美国EPA的起尘公式,本文计算了1991-2000年间中国北方的地面起尘(PM50,粒经小于50μm的颗粒物)分布。结果表明:1991-2000年整体上中国北方的起尘是从西到东减小,起尘的量级变化幅度达5个量级,年起尘总量为9.24×106t。春季是起尘最多的季节,占年起尘总量的一半以上。和1951-1980年的起尘相比,1991-2000的年起尘总量只有1951-1980的年起尘总量的21.5%,最大值所处的位置也由塔克拉玛干沙漠中心向东移动到青海和新疆的交界地区,为0.51 t/(a.hm2)。     

中国北方春玉米干旱灾害风险评估

开展农业干旱灾害风险评估是实施干旱灾害风险管理、减轻旱灾损失和影响的必要途径,如何揭示成险因子变化及其相互作用是开展风险评估的关键。本文以中国北方春玉米为研究对象,利用我国北方各地春玉米产量和气象数据,以及地形、土地利用和土壤有效灌溉面积等数据,基于自然灾害风险评估原理,构建北方春玉米干旱灾害危险性指数,在地理信息系统(GIS)平台下结合春玉米种植的暴露度和其他影响抗灾能力因子对中国北方春玉米干旱灾害进行风险评估区划。结果表明,春玉米干旱较高或高风险地区主要位于内蒙古中部、宁夏、甘肃、辽宁西部和新疆部分地区,风险指标值在0.73以上;春玉米干旱较低或低风险地区主要位于黑龙江西南部、吉林中部、辽宁北部、河北南部和陕西中部等地区,风险指标值在0.72以下。该研究有助于深化认识风险评估中成险因子相互作用,研究结果对指导北方春玉米干旱灾害风险管理具有科学意义。     

中国北方土地沙漠化灾害危险性评价

土地沙漠化灾害危险性评价对防治沙漠化灾害具有重要的科学与实践价值。通过提出沙漠化灾害危险性评价的理论框架和方法,构建多指标综合模型,对中国北方土地沙漠化灾害危险性进行了评价。结论如下:1中国北方沙漠化灾害危险性以轻度、较轻、中度和较重为主。呈由沿海向内陆、由东北向西北逐步加重的规律。2 2010年土地沙漠化灾害危险性较2000年减轻,特别是中度危险的土地大幅减少,其他等级土地保持稳定。3中国北方土地沙漠化灾害危险性减轻的主要驱动力是气候变化。人类活动对减轻风沙灾害起到了显著作用。     

中国北方沙漠旅游地开发适宜性研究

按照旅游资源赋存条件、旅游地可进入性和旅游地空间竞争三个方面对我国北方沙漠旅游地开发的适宜性进行尝试性分析。研究表明:在沙漠旅游资源条件中,沙丘形态在影响沙漠旅游开发中起关键作用,而沙漠区规模对旅游开发影响不明显;夏季和秋初(即5至8月)的四个月是我国北方沙漠旅游地气候适宜期;而其它类型旅游资源与沙漠的结合能更有效地提升沙漠旅游地的吸引力;虽现已开发的沙漠旅游地大多分布在沙漠区的边缘区,但有向沙漠腹地扩展的趋势,另外,我国北方沙漠旅游地开发中旅游项目重复建设比较明显,由此而导致的空间竞争问题较为突出。     

中国北方冬季极端温度的变化及其与AO相关分析

依据1951-2005年中国北方地区297站冬季(12月～次年2月)的逐日最高温度和最低温度,分析计算出1951-2004年该区域内4种冬季极端温度指数(暖日、冷日、暖夜和冷夜)及其分布,并研究了其与同期北极涛动(AO)的关系。结果表明:在中国北方东部地区,冬季暖日天数的分布从南向北增加;在北方西部地区青藏高原和新疆北部较小,南疆较高。冬季冷日天数的分布总体上在北方东部从南向北递减;在西北地区比较复杂,在青藏高原较高,在南疆比较小。冬季暖夜天数的分布复杂,形成几个高值中心,分别在华北地区的河北、西北地区的新疆中部以及东北中部,其它地区较小,如青藏高原和北疆。冬季冷夜天数的分布,高值分布在辽宁北部、内蒙古的中东部、新疆北部和青海东南部;低值分布在华北地区的河北和西北地区的新疆南部。在气候变暖背景下中国北方地区冬季暖日天数和暖夜天数显著增加,而冬季冷日天数和冷夜天数显著减少。冬季暖日天数和暖夜天数在天数高值区发生的概率增加了,而冬季冷日天数和冷夜天数在天数高值区发生的概率减少了。在中国北方大部分地区,当冬季AO指数偏强时,冬季暖日天数和暖夜天数偏多,冬季冷日天数和冷夜天数偏少;反之,冬季AO指数偏弱时,冬季暖日天数和暖夜天数偏少,冬季冷日天数和冷夜天数偏多。其中显著相关的地区表明了冬季AO对这些地区的极端温度指标有显著的影响,反映出在显著相关的地区两者联系更为紧密。     

东亚北风异常对西北东部春季降水的影响

利用1961-2008年NCEP/NCAR(2．5°×2．5°)再分析逐月500 hPa高度场资料和1961-2008年西北地区东部陕、甘、宁、青4省170个气象观测站的月降水量资料,计算春季东亚北风指数,分析研究区春季降水的历史演变规律、东亚北风指数的年代际变化及其与西北春季降水的关联。结果表明:50 a来降水演变特点是以黄河为界,黄河以西降水呈增多趋势,黄河以东降水呈减少趋势,降水减少的幅度明显大于增加的幅度;特别是近20 a,黄河以东广大区域降水减少的幅度越来越大,干旱化趋势明显,而青海南部、河西走廊则降水呈增加趋势。在此期间,春季东亚北风逐渐增强,特别是20世纪90年代中期以后明显增强。进一步分析表明,当春季东亚北风偏强（弱）时,除青海南部外,西北地区东部大部分地方降水偏少（多）,即春季东亚北风异常增强,可引起西北地区东部黄河以东干旱少雨,导致干旱化加剧。     

2000-2007年中国重点城市PM10的时空变化特征

利用2000-2007年中国83个重点城市的PM10颗粒物浓度,对中国地区近8年来PM10颗粒物浓度的时空变化特征进行了分析,同时也分析了中国重点城市近8年来PM10浓度的季节变化特征。结果表明:近8年来,中国重点城市的大气颗粒物浓度有所下降,其季节统计结果表明,夏季PM10浓度最低,说明了降水对颗粒物有一定的清除作用;冬季PM10浓度最高,主要是由于北方地区燃煤带来的污染,导致了该时段内PM10浓度较高。     

中国西北地区夏季降水的气候特征

利用西北地区119个气象站1961-2000年夏季降水资料,分析其空间分布特征和时间变化规律.选择典型多雨与少雨年,对美国NCEP/NCAR高空流、地气系统射出的长波辐射(OLR)场、赤道北太平洋海温(SST)与西北夏季降水的关系进行对比分析.结果表明:西北地区夏季降水具有明显的空间差异,最少的是新疆的吐鲁番气象站,为6.7 mm,最多的是陕西的佛坪气象站,为446.9 mm.多雨年北半球500 hPa极涡明显浅,西太平洋副热带高压强,700 hPa矢量风距平场中国西北地区为辐合区,700 hPa比湿距平中心位于中国西北地区,OLR主要负距平中心在西北地区,SST负距平主要在赤道太平洋东部.少雨年500 hPa极涡深,西太平洋副热带高压很弱,700 hPa矢量风距平场中国西北地区为辐散区,700 hPa比湿距正中心位于孟加拉湾西部,OLR主要正距平中心在西北地区;SST正距平主要在赤道太平洋东部.     

中国西北地区冰雹的气候特征

利用1971-2000年西北185个站3～9月逐月和年冰雹次数,分析了西北冰雹的空间分布特征和时间演变规律.西北年冰雹次数有3个高值中心,一个在青海的曲麻莱,为19.6次,另一个在新疆西部的昭苏,为17.6次,第3个在青海的刚察,为12.7次.185个站冰雹的月变化呈单峰型,主要出现在6～8月.西北185个站冰雹的历年变化呈现出下降的趋势.从春季到秋季,冰雹强中心先起于新疆的昭苏这一中心有很强的持续性.青海南部的冰雹强中心5月在斑马,6月西伸到曲玛莱,7月再西移到托托河,8月东退到清水河,9月又南退到杂多,10月又东退到久治,然后基本消失.     

1961-2010年北方半干旱区极端降水时空变化

采用49个气象站点1961--2010年逐日降水量资料,运用Mann-Kendall非参数检验、滑动T检验和R/S等方法,分析了近50 a来北方半干旱区极端降水事件的时空变化特征.结果表明:近50 a北方半干旱区极端降水指数最大5日降水量(RX5day)、强降水量(R95p)、降水强度(SDII)、连续湿日数(CWD)、连续干旱日数(CDD)、大雨日数(R20)和年总降水量(PRCPTOT)都表现出减少趋势.其中,RX5day和R95p减少趋势通过了0.1以上的显著性水平检验.Hurst指数分析表明,研究区各极端降水指数未来都呈现出减少趋势,其中CWD表现得尤为明显.近50 a来北方半干旱区CDD在1985年和1995年发生突变,而其他极端降水指数在1999-2000年出现了减少的突变.研究区各极端降水指数多年平均值的空间分布格局较为一致,除CDD外其他极端降水指数基本呈现出从西北向东南逐渐减少的趋势.各极端降水指数变化趋势在空间上表现出一定的区域差异性,研究区极端降水指数在东部地区以减少趋势为主,而中部局部地区表现出增加趋势.近50 a来北方半干旱区各极端降水指数(除CDD外)与年总降水量呈极显著正相关关系,极端降水指数对年降水量具有很好的指示作用.     

华北地区夏季降水减少的原因分析

利用NCEP/NCAR再分析资料,对华北地区夏季降水减少原因进行分析发现:夏季降水在20世纪60年代中期发生了气候突变,近55年线性减少趋势显著,平均每10年减少15.5 mm.在地面上,青藏高原地区、华北地区气温下降造成华北低压系统活动减少,不利于降水.在850 hPa层上,东亚中纬度的西南季风和副热带高压南部的偏东风、西北部的西南风异常减弱,使得西南气流输送水汽很难到达30°N以北的地区,而副热带高压西部外围偏东南、偏南气流输送到华北地区的水汽也大量减少,水汽不足造成华北夏季降水偏少.在500 hPa高度场上,80年代欧亚遥相关型表现与50年代相反,变为欧洲( )、乌拉尔山(-)、中亚( )形势,这种环流使得乌拉尔山高压脊减弱,贝加尔湖至青藏高原高空槽变浅,纬向环流表现突出,不利于冷暖空气南北交换.同时在500 hPa气温场上,80年代,西伯利亚至青藏高原西北部的冷槽明显东移南压到蒙古至华北地区,锋区位于华北以东以南位置,使得华北地区冷暖空气交汇减少,降水也因此减少.     

2008-2009年冬季我国北方特大干旱成因分析

2008-2009年冬季,我国北方冬麦区发生了特大干旱灾害。利用NCEP/NCAR的再分析资料,分析了干旱发生过程中气温的异常、垂直积分的水汽含量特征和水汽输送的变化,最后从大气环流角度分析了干旱发生的内在原因。结果表明:2008-2009年冬季,我国中部和华北部分地区气温偏高,华北以北地区气温偏低,冷空气活动频繁;从印度洋到我国西南、中部、华北地区的水汽含量比多年平均偏少,我国大部分地区气流比较平直,西南方向的偏西风水汽输送较弱。在干旱发生过程中,乌拉尔山、巴尔喀什湖为高压脊,贝加尔湖到中纬度地区为槽区,亚洲大陆的东部又为高压脊;亚洲中部和东亚以经向型环流为主,贝加尔湖到西伯利亚地区为明显的负距平,有利于冷空气南下影响我国北方地区。同时,我国大部分地区下沉气流较多年平均偏强,从青藏高原南侧到西南、华南地区的下沉气流减弱了西南方向的偏西气流水汽输送,从而导致降水减少。