• CN 62-1175/P
  • ISSN 1006-7639
  • 双月刊
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干旱气象, 2023, 41(6): 944-951 DOI: 10.11755/j.issn.1006-7639(2023)-06-0944

论文

我国北方一次典型强沙尘暴过程的延伸期数值预报能力分析

李丹华,1, 张强,2, 卢国阳1, 刘丽伟1, 任余龙2, 白冰1, 杨扬2, 段伯隆3, 黄鹏程1

1.兰州区域气候中心,甘肃 兰州 730020

2.中国气象局兰州干旱气象研究所,甘肃 兰州 730020

3.兰州中心气象台,甘肃 兰州 730020

Numerical prediction ability analysis of extended period for a typical severe sandstorm process in northern China

LI Danhua,1, ZHANG Qiang,2, LU Guoyang1, LIU Liwei1, REN Yulong2, BAI Bing1, YANG Yang2, DUAN Bolong3, HUANG Pengcheng1

1. Lanzhou Regional Climate Center, Lanzhou 730020, China

2. Institute of Arid Meteorology, CMA, Lanzhou 730020, China

3. Lanzhou Central Meteorological Observatory, Lanzhou 730020, China

通讯作者: 张强(1965—),男,研究员,博士生导师,主要从事陆-气相互作用、边界层与干旱研究。E-mail:zhangqiang@cma.gov.cn

责任编辑: 王涓力;校对:邓祖琴

收稿日期: 2022-07-24   修回日期: 2023-07-25  

基金资助: 国家自然科学基金重点资助项目(42230611)
干旱气象科学研究基金项目(IAM202014)
干旱气象科学研究基金项目(IAM202110)
甘肃省气象局项目(Ms2021-16)
甘肃省气象局项目(Ms2022-17)
甘肃省自然基金青年科技基金计划项目(1208RJYA027)
甘肃省自然基金青年科技基金计划项目(21JR7RA709)
预报员复盘总结专项(FPZJ2023-138)

Received: 2022-07-24   Revised: 2023-07-25  

作者简介 About authors

李丹华(1991—),女,甘肃民乐人,工程师,主要从事气候监测预测和气候变化研究。E-mail:18093184011@163.com

摘要

目前利用数值模式对延伸期以上时间尺度的沙尘天气进行客观定量预报还在尝试阶段,本文利用耦合了沙尘模块的区域气候模式RegCM-dust对我国北方一次典型强沙尘暴过程进行延伸期数值预报能力分析,并与NCEP再分析资料等分析结果进行对比。结果表明,模式模拟的起沙量大值区主要位于新疆南部、蒙古国和内蒙西部;模式对10 m风速具有一定的预报能力,但模拟风速比再分析资料风速偏小;模式模拟的沙尘柱含量和总沉降量变化能够反映沙尘暴天气过程特征;模拟的整层沙尘混合比与城市污染指数有一定对应关系,说明模式对沙尘引起的污染天气具有一定预报能力。

关键词: 北方地区; 强沙尘暴; 延伸期; 数值预报

Abstract

Sandstorm is a serious natural disaster in north China. It is of great significance to carry out relevant research to improve the forecast level of this kind of catastrophic weather. Based on the RegCM-dust model, an extended period numerical prediction analysis of a typical severe sandstorm process in north China is conducted, and the results are compared with NCEP reanalysis data and other analysis results. The results show that the regions with high sediment discharge simulated by the model are mainly located in southern Xinjiang, Mongolia and western Inner Mongolia. The model has a certain forecasting ability for 10 m wind speed, but the simulated wind speed is smaller than the reanalysis data. The changes of dust column content and total sedimentation simulated by the model can reflect the characteristics of the dust storm weather process. The simulated sand-dust mixing ratio has a certain correspondence with the urban pollution index, which indicates that the model has certain forecasting ability for the pollution weather caused by sand-dust.

Keywords: northern China; strong sandstorms; extended period; numerical forecasting

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本文引用格式

李丹华, 张强, 卢国阳, 刘丽伟, 任余龙, 白冰, 杨扬, 段伯隆, 黄鹏程. 我国北方一次典型强沙尘暴过程的延伸期数值预报能力分析[J]. 干旱气象, 2023, 41(6): 944-951 DOI:10.11755/j.issn.1006-7639(2023)-06-0944

LI Danhua, ZHANG Qiang, LU Guoyang, LIU Liwei, REN Yulong, BAI Bing, YANG Yang, DUAN Bolong, HUANG Pengcheng. Numerical prediction ability analysis of extended period for a typical severe sandstorm process in northern China[J]. Arid Meteorology, 2023, 41(6): 944-951 DOI:10.11755/j.issn.1006-7639(2023)-06-0944

引言

沙尘暴天气是春季多发于干旱半干旱地区的灾害性天气现象之一,沙尘暴不仅可以导致环境污染、土地退化、生产生活受影响、交通安全受影响以及生命财产损失,同时也给人体健康带来不良影响(陈辉等,2012;涂爱琴等,2023)。沙尘暴天气是大气环流和局地自然环境的产物,沙源、大风和不稳定层结是其发生的必要条件,其中大风和不稳定层结为其提供动力条件(叶笃正等,2000;钱正安等,2006)。研究发现,沙尘天气的发生是冷锋、冷高压、蒙古气旋、热低压等单个或多个系统同时作用的结果(云静波等,2013),沙尘暴移动路径与天气系统有关,主要有偏西路径、偏北路径和西北路径(刘娜等,2012)。包春玲等(2021)通过分析发现近40 a中国北方沙尘天气出现频次有明显的年际变化特征,大部分区域呈减少趋势,但近几年,生态环境脆弱的内蒙古中西部、塔克拉玛干沙漠等地区则呈增长趋势。

较准确的沙尘暴天气预报对防灾减灾具有重要意义,以往研究大多侧重于对产生沙尘暴的天气特征进行诊断分析,总结归纳其大气环流特征或者通过对个别沙尘暴个例的特殊成因分析找出沙尘暴预报指标。除了传统的天气学分析、统计分析等方法,数值模式在沙尘暴天气研究中也得到了一些应用,如赵建华等(2012)发现GRAPES-SDM沙尘模式对大范围沙尘暴过程有较好的预报能力;康丽泰和陈思宇(2017)发现,WRF-chem模式可以较好地再现沙尘天气过程的时空分布特征,反映PM10质量浓度的整体变化趋势;宿兴涛等(2022)利用RegCM-dust耦合模式模拟一次沙尘天气过程发现,该模式能很好地再现沙尘天气过程主要特征。此外,蔡迪花等(2012)利用GRAPES-SDM模式模拟沙尘天气对民勤地区土地覆盖变化的响应时发现,随着沙地面积增加,模拟的起沙量也会增加,当沙地面积减小时起沙量随之减少。

虽然利用数值模式对沙尘天气的模拟研究有很多,但目前对于延伸期以上时间尺度的沙尘天气预报和预警还处于定性描述为主的阶段(张昭晖等,2019;孟庆涛,2019;闫茉,2021),利用模式进行沙尘天气客观定量预报还在尝试阶段,应用于日常业务的并不多见。本文以2021年3月中旬发生在我国北方的一次强沙尘暴天气过程(杨晓军等,2021;段伯隆等,2021;张璐等,2022;柳本立等,2022)为例,研究RegCM-dust模式对延伸期沙尘天气的预报效果,旨在探索模式对延伸期以上时间尺度沙尘天气的预报技巧。

1 资料和模式介绍

1.1 资料

使用2021年3月14—17日MICAPS(Meteorology Information Comprehensive Analysis Process System)资料的能见度数据,并在分析过程中将站点数据插值到格点;沙尘浓度数据为“中国高分辨率高质量近地表空气污染物数据集(China High Air Pollutants, CHAP)”中的PM10质量浓度数据;2021年3月14—17日美国国家环境预报中心(National Centers for Environmental Prediction,NCEP)再分析资料的500 hPa高度场和10 m风速数据。

模式驱动数据为CFS(Climate Forecast System)模式预报数据,CFS是NCEP重要的气候预测系统,主要用于月度和季节预报,该系统从2004年8月开始第一代业务运行(CFSv1),2011年3月升级为第二代业务系统(CFSv2)。文中使用CFSv2 2021年2月28日00:00(世界时)起报的3月1—31日高度场、温度、风速、相对湿度、海温数据,水平分辨率为1°×1°,垂直方向37层,预报时效为45 d。

文中附图涉及地图均基于中华人民共和国自然资源部标准地图服务网站下载的审图号为GS(2019)1822号的标准地图制作,底图无修改。

1.2 模式介绍

1.2.1 RegCM-dust耦合模式

RegCM是意大利国际理论物理中心(International Center for Theoretical Physics,ICTP)开发的区域气候模式,作为第四代区域气候模式,其动态核心是基于中尺度MM5(Mesoscale Model 5)模型的流体静力学模型。模式耦合的沙尘模型主要基于Marticorena和Bergametti(1995)及Alfaro和Gomes(2001)的工作,考虑了对长距离输送和模式辐射气候效应意义重大的4段粒径(0.09~1.00、>1.00~2.50、>2.50~5.00、>5.00~20.00 µm,分别简称:dust01、dust02、dust03、dust04)沙尘的地表释放、传输、湍流扩散、干沉降及湿沉降的计算(Zakey et al.,2006;Zhang et al.,2009)。近年来,RegCM-dust耦合模式已经成功用于东亚地区沙尘气溶胶时空分布及其气候效应的模拟中,并取得了一些有意义的成果(孙辉等,2012;杜吴鹏等,2012;黄伟,2015;宿兴涛等,2016a;宿兴涛等,2016b;李丹华等,2017;周潮伟,2020;宿兴涛等,2022)。

1.2.2 模式中相关参数设置

模式输入数据和参数化方案设置如表1所示,模式模拟区域中心坐标为103.4°E、32°N,水平分辨率为20 km,积分步长为20 s,每4 h输出一次结果。模式垂直方向非均匀地分为18层,顶层气压为50 hPa。起报日期为2021年2月28日,对于3月14—17日沙尘天气过程有提前15 d的起报量。

表1   模式输入数据及参数化方案

Tab.1  The input data of the RegCM-dust model and parameterization scheme

输入数据参数化方案
CFS预测的海温资料行星边界层方案为Holtslag PBL方案
海洋通量方案为Zeng方案
CFS 模式2月28日起报的未来30 d预报数据(高度场、温度、风速、相对湿度)压力梯度方案为Usefull Fields方案
辐射传输方案为NCAR CCM3方案

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2 沙尘暴天气实况

在蒙古气旋强烈发展及其后部冷高压共同作用下,2021年3月中旬我国北方出现大范围强沙尘暴天气(张璐等,2022)。图1是2021年3月14—17日08:00(北京时,下同)能见度与500 hPa高度场,图2是利用PM10质量浓度数据分析得到的中国北方地区沙尘浓度分布。可以看出,14日开始,新疆中南部至甘肃、内蒙古西部一带沙尘浓度较高(1 110~1 668 μg·m-3),西北地区能见度有所下降;15日08:00至16日08:00,河套地区小槽东移,北方大部受西北气流控制,沙尘浓度增大,西北地区能见度进一步降低,新疆南部、甘肃酒泉等地能见度不足10 km,同时,沙尘影响范围东扩至陕西北部、内蒙中部、京津冀地区;17日08:00,西北地区沙尘范围略微收缩南压,北部沙尘边界收缩至宁夏、陕西境内,西北地区能见度有所上升,新疆南部沙尘浓度较高,其余地方有所降低;18日08:00,沙尘天气减弱,能见度继续上升,只有新疆南部和巴丹吉林沙漠地区沙尘浓度较高(1 000 μg·m-3左右)。此外,图上南方地区能见度较低是因为该地区出现了大面积大雾天气。

图1

图1   2021年3月14日08:00至17日08:00能见度(阴影,单位:km)和500 hPa高度场(等值线,单位:gpm)分布

Fig.1   The distribution of visibility (the shaded, Unit: km) and 500 hPa height field (contour lines, Unit: gpm) from 08:00 March 14 to 08:00 March 17, 2021


图2

图2   2021年3月14日08:00至17日08:00 PM10质量浓度分布(单位:μg·m-3

Fig.2   The distribution of PM10 mass concentration from 08:00 March 14 to 08:00 March 17, 2021 (Unit: μg·m-3


3 模拟结果分析

3.1 模拟风速与再分析资料对比

Tegen和Fung(1994)研究表明在很多数值模式中,10 m风速超过6.5 m·s-1是沙尘天气的发生条件。另外,NCEP/NCAR再分析资料在很多研究中被广泛应用,可以较好地反映大气实况特征(赵佳莹和徐海明,2014)。所以本文通过对比分析再分析资料和模式预报的10 m风速检验模式预报能力。图3是模式模拟的与NCEP再分析资料分析的10 m风速,可以看出模式对北方地区延伸期10 m风速具有一定的预报能力。其中,西藏到青海一带的偏西风预报效果较好,内蒙北部的风速预报效果较差。模拟的风速绝对值与再分析资料相比整体偏小,模拟的区域内平均风速为4.7 m·s-1,再分析资料风速为7.3 m·s-1,模拟风速偏小2.6 m·s-1。其中,3月14日,新疆地区、内蒙西部模拟风速小于4.0 m·s-1,而再分析资料为4.0~8.0 m·s-1,东北地区再分析资料风速为8.0~16.0 m·s-1,模拟风速为4.0~12.0 m·s-1;15日,新疆、甘肃、内蒙西部模拟风速偏小;16—17日,新疆地区模拟风速偏小;18日,新疆、甘肃地区模拟风速偏小。

图3

图3   2021年3月14—18日模式模拟(左)与NCEP 再分析资料(右)的10 m风速对比(单位:m·s-1

(箭头是风矢量,阴影为风速)

Fig.3   The comparison of 10 m wind speed simulated by the model (the left) and from NCEP reanalysis data (the right) during 14-18 March 2021

(the arrows for wind vectors, the shadow for wind speed)


3.2 模拟的起沙能力

3.2.1 沙尘总排放量

图4是模拟的3月14—17日沙尘暴天气过程沙尘总排放量分布。可以看出,排放源区集中在新疆南部、青海和西藏西北部、甘肃酒泉、内蒙西部,其中,沙尘排放量大值区主要分布在新疆西南部,排放量在10×104 mg·m-2以上,其次是新疆南部、西藏北部等地区,排放量为10 000~50 000 mg·m-2

图4

图4   2021年3月14—17日模式模拟的沙尘总排放量分布(单位:mg·m-2

Fig.4   Distribution of total dust emissions simulated by the model during 14-17 March 2021 (Unit: mg·m-2


3.2.2 起沙率

图5是3月14—17日模拟的逐日不同粒径粒子起沙率空间分布。14日,新疆南部、青海及西藏西北部、内蒙西部等地开始排放沙尘粒子,5.00 µm粒径以下粒子起沙率在5~100 mg·m-2,新疆西南部、内蒙西部部分地区为100~1 000 mg·m-2,当沙尘粒径为5.00~20.00 µm时,起沙率明显增大,新疆偏南地区起沙率达7 000 mg·m-2;15日5.00 µm粒径以下粒子起沙率变化不大,但5.00~20.00 µm粒径粒子起沙率有所减小;16日,起沙率进一步减小,5 mg·m-2的区域缩小明显;17日,起沙率和起沙的区域均有所增大。总的沙尘粒子起沙率空间分布范围和各粒径起沙率几乎一致(图略)。

图5

图5   2021年3月14—17日不同粒径粒子起沙率逐日分布(单位:mg·m-2

Fig.5   Daily distribution of dust emission rate of particles with different sizes from 14 to 17 March 2021 (Unit: mg·m-2


3.3 模拟的沙尘柱含量、总沉降量

3.3.1 沙尘柱含量

图6是2021年3月14—17日模拟的逐日08:00不同粒径沙尘柱含量空间分布。14日,新疆南部、甘肃河西、内蒙古大部、京津冀地区沙尘柱含量出现大值区,其中,0.01~1.00 µm粒径粒子沙尘柱含量在新疆南部、甘肃河西、内蒙古中西部为100~500 mg·m-2;1.00~2.50 µm粒径粒子的沙尘柱含量在新疆南部、甘肃、内蒙古超过100 mg·m-2,尤其新疆南部达700~900 mg·m-2;2.50~5.00 µm粒径粒子沙尘柱含量新疆南部、甘肃、内蒙古为大值区(100~500 mg·m-2);5.00~20.00 µm粒径粒子30°N以北大部分地区沙尘柱含量大于100 mg·m-2,新疆南部、甘肃、内蒙古西部大于900 mg·m-2。15日,随着沙尘天气发展,不同粒径粒子沙尘柱含量大值区分布范围均有所东扩;16日,大值区分布范围南移,沙尘柱含量有所减小;17日,粒径在5.00 µm以下粒子的沙尘柱含量在100 mg·m-2以上的区域有所缩小;18日(图略),100 mg·m-2以上区域范围较前几日缩小,但沙尘柱含量较前一日大。总的沙尘柱含量空间分布范围和5.00~20.00 µm粒径粒子几乎一致(图略),说明沙尘暴天气过程中,大气中5.00~20.00 µm粒径粒子所占比例较大。

图6

图6   2021年3月14—17日08:00不同粒径粒子沙尘柱含量逐日分布(单位:mg·m-2

Fig.6   Daily distribution of sand and dust column content of particles with different particle sizes at 08:00 from 14 to 17 March 2021 (Unit: mg·m-2


3.3.2 总沉降量

图7是模式模拟的3月14—17日沙尘总沉降量分布。可以看出,在35°N—50°N的中国及北部区域的沙尘沉降量基本上大于500 mg·m-2,其中新疆南部沉降量达10×104 mg·m-2左右,沙尘天气影响到我国整个北方地区。

图7

图7   2021年3月14—17日模式模拟的沙尘总沉降量分布(单位:mg·m-2

Fig.7   The distribution of total sand and dust deposition simulated by the model from 14 to 17 March 2021 (Unit: mg·m-2


3.4 沙尘混合比

图8是沙尘暴发生期间,中国北方主要代表城市空气质量AQI指数与模拟的沙尘源区沙尘混合比分布,沙尘源区为图4中起沙的区域,对应的4个点经纬度分别为:75.0°E、32.2°N,101.0°E、32.2°N,75.0°E、40.2°N,101.0°E、40.2°N。可以看出,模拟的沙尘源区沙尘混合比从13日开始增大,对应的不同城市AQI指数也开始增大,14日沙尘混合比达到最大(6.5×10-1 g·kg-1),AQI指数持续增大,15—18日沙尘混合比有所降低,但是呼和浩特、银川、天津、北京15日AQI达到最大(500左右),16日及以后除了银川、兰州AQI维持在500左右,其余城市有所降低。可见,模式模拟的沙源区沙尘混合比对沙尘天气引起的污染天气有一定的预报能力,但出现沙尘天气减弱而污染依然较为严重的情况,这可能是因为在计算沙尘混合比时没有综合考虑沙尘天气发生时自西向东的时空变化特征,另外可能因为模式对沙尘暴过程发生后的浮尘天气考虑不足造成的。

图8

图8   2021年3月14—18日沙尘暴过程模拟的沙尘混合比与代表站点空气质量指数(AQI)变化

Fig.8   The daily variation of sand dust vertical mixing ratio simulated by the model during the sandstorm process from 14 to 18 March 2021 and air quality index (AQI) at representative stations


4 结论

2021年3月14—18日中国北方发生沙尘暴天气,本文从延伸期预报角度,利用CFS提前15 d起报的边界场驱动耦合沙尘模块的区域气候模式进行模拟预报,发现模式对此次沙尘暴天气过程的强度、范围、传输路径以及沙尘引起的污染天气等具有一定预报能力,具体结论如下:

(1)模式对北方地区延伸期10 m风速具有一定的预报能力,对西藏到青海一带的偏西风预报效果较好,但模拟的风速绝对值与NCEP再分析资料相比整体偏小。

(2)模式对起沙能力有较好的模拟效果,沙尘排放源区和起沙率大值区基本吻合,主要位于新疆南部的塔里木盆地、蒙古国西部、内蒙古西部巴丹吉林沙漠区。

(3)沙尘柱含量大值区和沉降量分布区域主要在北方地区,模式对沙尘暴天气发生区域、沙尘天气传输路径、强度等有一定的预报能力。

(4)从模拟的沙尘源区整层沙尘混合比与北方主要城市空气质量指数AQI对比发现,AQI基本随着沙尘混合比变化,表明模拟的整层沙尘混合比对于沙尘天气导致的城市污染现象有一定反映能力。

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[J]. 干旱气象, 41(4):607-619.

DOI      [本文引用: 1]

为探究沙尘天气发展规律和污染特征,以石家庄和济南为例,基于偏振-米散射激光雷达观测数据和城市颗粒物小时质量浓度等数据,分析2021年3月中国北方发生的两次强沙尘过程(3月15日与27日强沙尘过程,简称“3·15”过程与“3·27”过程)。结果表明:(1)两次过程沙尘入境时,两市PM<sub>10</sub>质量浓度快速上升,PM<sub>2.5</sub>与PM<sub>10</sub>质量浓度比迅速减小。(2)两次过程期间,两市PM<sub>10</sub>质量浓度符合正态分布,“3·15”过程石家庄和济南PM<sub>10</sub>质量浓度高斯拟合的决定系数分别为0.92和0.76,“3·27”过程分别为0.83和0.89。(3)沙尘爆发期,近地面消光系数和退偏比都明显增大。(4)因沙尘沉降和多沙尘源,沙尘传输过程中出现多层结构,可分为近地面沙尘层、低空沙尘层和高空沙尘层。近地面沙尘层出现时间和地面颗粒物质量浓度急剧上升时间基本一致。(5)离地面近且雷达数据质量可靠的195 m高度处,“3·15”过程(“3·27”过程)石家庄和济南退偏比最大分别为0.29、0.23(0.28、0.20),消光系数最大分别为3.94、3.84 km<sup>-1</sup>(3.10、1.83 km<sup>-1</sup>)。表明沙尘在传输过程中强度变弱,大粒子不断减少。该高度退偏比开始快速上升时间比地面颗粒物质量浓度开始快速上升时间早约1 h。(6)根据沙尘天气污染特征可将其发展分为前期、爆发期、维持期和后期4个阶段,综合利用PM<sub>10</sub>质量浓度、PM<sub>2.5</sub>与PM<sub>10</sub>质量浓度比、消光系数和退偏比等能很好地识别沙尘的不同阶段。

云静波, 姜学恭, 孟雪峰, , 2013.

冷锋型和蒙古气旋型沙尘暴过程若干统计特征的对比分析

[J]. 高原气象, 32(2): 2 423-2 434.

DOI      [本文引用: 1]

利用气象观测资料对2001-2010年共184次影响我国北方冷锋型和蒙古气旋型沙尘暴过程进行了对比分析。结果表明, 近10年我国沙尘天气呈波动减少趋势, 2001年最多, 之后逐渐减少, 2010年又略有增加趋势; 冷锋型沙尘天气过程次数多于蒙古气旋型, 分别占总次数的60%和40%, 与1957-1996年相关研究相比, 近10年蒙古气旋型沙尘天气过程有明显的增多趋势; 两类过程基本上持续1~3天, 其中, 蒙古气旋型平均持续1\^68天, 略长于冷锋型(1.54天); 表征冷锋强度的地面冷高压最大强度出现在1月, 而蒙古气旋中心气压最低出现在4月; 两类天气系统导致的沙尘天气过程中, 绝大部分为沙尘暴过程, 且分别占总次数的75%和92%, 黑风暴分别占9%和19%, 表明蒙古气旋型沙尘天气过程更强; 两类过程中, 最大风速基本在12~20 m·s-1之间(占80%), 且蒙古气旋型的最大风速波动小于冷锋型; 冷锋型多向东和东南方向移动, 且以西北-东南向为主, 影响新疆、 西北、 华北及华东地区, 蒙古气旋型则向东、 东偏南和东偏北方向移动, 且以向东移动为主, 主要影响西北、 华北及东北地区, 影响范围小于冷锋型。 

叶笃正, 丑纪范, 刘纪元, , 2000.

关于我国华北沙尘天气的成因与治理对策

[J]. 地理学报, 55(5): 513-521.

DOI      [本文引用: 1]

2000年春季,我国华北沙尘天气次数陡增,影响广泛,损失明显增加。利用长期气象观测数据,结合遥感和GIS技术,对今年华北沙尘天气的成因进行分析,提出造成沙尘天气的原因在于:1北方地区大风日数的增减是气候周期性变化的反映,今年强沙尘天气陡增是因为处于反厄尔尼诺事件的高峰期所致;2我国北方地表覆被状况局部改善、整体恶化也是今年强沙尘天气产生的另一重要原因。影响华北地区的沙尘天气主要发源于内蒙古中西部和河北西北部,发源地及沿途地表粉尘是沙尘的主体,城市扩展区域的地表裸土与建筑沙石则提供了就地扬沙的物质来源。对今后一个时期内沙尘天气的发展趋势进行分析,认为:在全球增暖和我国北方地表植被状况没有根本好转的情况下,今后如再逢反厄尔尼诺事件等引起的强冬季风年,甚至可能出现更严重的沙尘天气。为此提出建议:做好科学的还林还草工作,大范围地恢复自然植被,为京津地区建立减轻和防止沙尘灾害的有效生态屏障。同时治理城市周边地区,抑制就地起沙;西部开发应重视生态环境建设,把生态效益、经济效益、社会效益结合起来考虑;建立和完善沙尘天气的动态监测和预警系统,做好防灾减灾的科学研究工作。

闫茉, 2021.

基于深度学习的沙尘天气智能预测系统设计研究

[J]. 环境科学与管理, 46(11): 123-127.

[本文引用: 1]

杨晓军, 张强, 叶培龙, , 2021.

中国北方2021年3月中旬持续性沙尘天气的特征及其成因

[J]. 中国沙漠, 41(3): 245-255.

DOI      [本文引用: 1]

沙尘天气是多发于中国北方春季的灾害性天气,严重危害农业生产、交通运输、空气质量和人民的生命财产安全,长期受到社会各界的广泛关注。利用多源多尺度数据,采用天气学分析、物理量诊断、轨迹分析等方法对2021年3月中旬西北地区东部一次持续性沙尘重污染天气的成因进行了深入分析。结果表明:(1)受强烈发展的蒙古气旋影响,蒙古国南部及中国内蒙古中西部地区于3月14日首先出现强沙尘暴天气,并将沙尘传输至中国西北、华北、东北一带,西北东部的沙尘天气维持达到5 d。(2)沙尘天气维持期,西北东部中低层以弱上升运动为主,大气层结稳定,且西北东部不断有弱锋生发展,不利于沙尘的沉降;自北向南分布的银川、中卫、兰州3站的垂直螺旋度的波动与污染浓度的变化基本一致;混合层高度较其气候平均值明显偏低,不利于大气湍流发展。(3)此次影响西北东部的沙尘主要由蒙古国输入,近20年中蒙边境、蒙古国南部的植被减少可能是此次沙尘天气的沙源主要来自蒙古国南部的原因。

赵建华, 李耀辉, 蒲朝霞, , 2012.

GRAPES沙尘数值预报系统对一次沙尘暴沙尘浓度同化模拟试验分析

[J]. 高原气象, 31(3): 697-705.

[本文引用: 1]

为了提高沙尘模式的预报准确率, 通过在区域天气数值模式GRAPES(Global/Regional Assimilation and PrEdiction System)的三维变分同化系统中增加沙尘浓度这一控制变量的方法建立了GRAPES_3DVAR_DUST沙尘同化系统。利用中国北方8个观测站提供的沙尘PM10数据和沙尘模式(GRAPES_CUACE/Dust系统)提供的背景场, 对2008年2月29日-3月1日发生在中国北方的一次沙尘暴天气进行了控制试验和一次同化与间断同化的敏感性试验, 结果表明: (1) 引入该同化系统后, 一次同化和间断同化试验模拟的地面沙尘浓度分布较未同化的控制试验结果更接近卫星监测, 而间断同化的结果又好于一次同化; (2) 一次同化试验与控制试验对单站PM10浓度的演变预报较差; (3) 间断同化试验较准确地再现了单站PM10浓度的连续演变; (4) 间断同化试验效果整体上优于一次同化试验。总体而言, 引入沙尘同化系统在一定程度上可以提高沙尘模式对沙尘天气的预报准确率。

张昭晖, 孙俊奎, 邹阳, , 2019.

基于概率神经网络的沙尘天气预报

[J]. 内蒙古气象, (2): 31-38.

[本文引用: 1]

张璐, 范凡, 吴昊, , 2022.

2021年3月14—16日中国北方地区沙尘暴天气过程诊断及沙尘污染输送分析

[J]. 环境科学学报, 42(5): 1-13.

[本文引用: 2]

周潮伟, 2020. 基于RegCM的植被覆盖变化对中国北方沙尘气候效应的影响[D]. 西安: 长安大学.

[本文引用: 1]

赵佳莹, 徐海明, 2014.

中国区域位势高度场探空与再分析资料的对比分析

[J]. 气象科学, 34(2): 128-138.

[本文引用: 1]

ALFARO S C, GOMES L, 2001.

Modelling mineral aerosol production by wind erosion: emission intensities and aerosol size distributions in source areas

[J]. Journal of Geophysical Research, 106(d16): 18 075-18 084.

[本文引用: 1]

MARTICORENA B, BERGAMETTI G, 1995.

Modeling the atmospheric dust cycle: 1. Design of a soil derived dust emission scheme

[J]. Journal of Geophysical Research, 100(D8): 16 415-16 430.

[本文引用: 1]

TEGEN I, FUNG I, 1994.

Modeling of mineral dust in the atmosphere: sources transport and optical thickness

[J]. Journal of Geophysical Research, 99: 22 897-22 914.

[本文引用: 1]

ZAKEY A S, SOLMON F, GIORGI F, 2006.

Implementation and testing of a desert dust module in a regional climate model

[J]. Atmospheric Chemistry and Physics, 6: 4 687-4 704.

[本文引用: 1]

ZHANG D F, ZAKEY A S, GAO X J, et al, 2009.

Simulation of dust aerosol and its regional feedbacks over East Asia using a regional climate mode

[J]. Atmospheric Chemistry and Physics, 9: 1 095-1 110.

[本文引用: 1]

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