旦夕祸福话灾害

2002年3月18日傍晚,我国北方大部分地区自西向东经历了1990年代以来最强烈的一次沙尘暴.从3月18日到20日三天里沙尘暴席卷我国北方140万公里2,影响人口达1.3亿.首都北京也被沙尘暴笼罩,黄天厚土,落下了3万吨沙尘,人均分摊3公斤,随着沙尘主体东移,我国南方地区也受到波及,南京、上海、杭州等地春天的和风日丽不见了,代之以纷纷扬扬的泥浆雨.3月31日,我国宝岛台湾又发生了7.5级大地震,造成了大量的人员伤亡与财产损失.     

敢问“路”在何方—近年来太原地区沙尘天气情况调查及分析

一、选题目的近年来,环境问题已经成为人们关注的热点,保护环境、抑制环境恶化的呼声越来越高。2000年春,我国西北、华北地区连续发生了12次扬沙、沙尘暴,进入2001年以来,我国北方又发生了5次大范围沙尘天气,严重影响了人们的工作和生活,使我们实实在在地感受到恶化的环境威胁着人     

2006年春季天气背景下腾格里沙漠近地面气象要素与输沙通量的变化趋势

目前在研究沙漠地区的沙尘暴时, 缺乏长期的、实时观测的数据资料. 中国科学院风沙科学观测场是一个建立在沙漠地区流动沙丘上的长期风沙科学观测站, 2006年春季的沙尘暴无论是沙尘暴发生的频率还是危害程度都是近几年较为严重的. 利用中国科学院风沙科学观测场2006年春季采集的6次沙尘暴发生过程中的实测资料, 对沙尘暴发生过程中近地层风沙活动特征和气象要素的变化进行统计分析, 旨在说明沙尘暴发生时, 近地层风沙活动特征和沙尘暴对近地层气象要素的影响以及近地层对沙尘暴事件的响应. 沙尘暴发生时, 近地层的湍流度比晴天明显增大, 其值随高度的变化表现为先增加后减小, 同时, 在沙尘暴发生时, 湍流度在近地层的最大值的高度要比未发生沙尘暴时高出10 m左右. 在沙尘暴发生时, 虽然风沙活动的时间比较短, 但风对沙粒的搬运能力大大增强, 由实测的资料计算的输沙势占整个月份输沙势的29.94%. 在沙尘暴发生时, 由于风速风向及地形等因素的影响, 近地层的风沙流和风蚀过程存在空间变异性, 风沙流随高度变化可以表示为指数函数; 同一点的风沙流运动方向并不是单一的, 而是在一定范围内摆动; 同时, 在沙尘暴期间, 风蚀和风积交替进行.     

我国北方沙尘暴的时空分布特征及成因分析

沙尘天气是干旱及半干旱区特有的一种灾害性天气 ,我国西北和华北是沙尘天气的高发区之一 .近年来 ,随着强沙尘暴活动的日趋频繁及其危害的日益严重 ,对我国沙尘暴活动特点及形成原因的研究具有十分重要的意义 .本文从我国北方沙尘暴的时空分布特征、形成原因及危害和防治几方面 ,对沙尘暴这一灾害性天气的最新研究进展进行了较全面的论述 .     

卷土重来的沙尘暴

"沙尘暴来了,我们又要吃土了!" "我以为自己睡到了黄昏." "一早醒来,隔着窗帘都能看见窗外变了颜色." 2021年3月15日,一场沙尘暴席卷我国北方地区.多年不见的沙尘暴再次侵袭,惹得大家纷纷在网上调侃.经过多年的治理,沙尘暴似乎已经从我们的生活中消失了,为何时隔多年又卷土重来了呢?为了更好地防灾减灾,我们有必要重...     

沙尘暴对火星表面探测器的影响:回顾与展望

沙尘暴会对火星表面探测器带来发电量减少、环境温度降低、通信不稳定和仪器污染等方面的影响.为保障我国祝融号火星车的安全运行及未来火星表面探测任务的顺利开展,亟须评估沙尘暴对火星表面探测器的影响.通过系统性地回顾1997～2018年间火星表面探测器(包括着陆器与火星车)对沙尘的响应,初步认清了沙尘对火星表面探测器的影响规律——探测器太阳能电池阵列表面的尘埃以比较稳定的速率积累,而尘埃的沉积速率在沙尘暴期间,尤其是全球性沙尘暴期间会大大加快;同时,受多方面影响,电池阵列表面也会发生具有季节性模式的除尘事件.为规避沙尘暴带来的风险,在美国洞察号着陆器(InSight)的设计阶段就全面评估了沙尘暴对其着陆硬件系统及太阳能电池阵列的影响,并采取了一系列应对措施.洞察号应对沙尘暴的举措为我国未来的火星采样返回任务提供了重要启迪——前瞻性的科学指导是保障工程任务成功实施的关键.通过分析我国火星采样返回任务的初步轨道设计方案,建议未来火星探测器发射的最优窗口为2028年1月左右,以合理规避沙尘暴带来的风险.     

亚洲大陆沙尘过程与北太平洋地区生物环境效应:以2001年4月中旬中亚特大沙尘暴为例

“铁肥料效应”的验证一直是研究全球变化的热点问题. Bishop等在2001年4月观测到中亚沙尘越过北太平洋PAPA地区引起了该区海洋生物大幅增长的事实, 为“铁假说”的成立提供了自然状态下最有力的沙尘-海洋过程生物环境效应证据. 我们通过分析2001年4月中亚大陆强沙尘暴源区的中国大陆、沙尘远程传输区的韩国、日本及更遥远的美国的地面同步PM10观测资料以及同期在北太平洋地区海洋表层进行的有机碳和叶绿素观测资料, 结合气象诊断和TOMS卫星气溶胶指标的分析, 从大陆沙尘过程分析表明沙尘浓度由源地随着传输距离的增加而呈指数衰减, 估算这场强沙尘暴过程可以为北太平洋PAPA地区带去3.1~5.8 μg/m³的风成Fe, 导致了Bishop海洋实验过程中观测到了海洋生物的急剧增长, 从而从大陆沙尘过程方面为“铁假说”在自然状态下的成立补充了更详细的证据.     

沙尘直接辐射效应对东亚地气系统的影响

基于东亚-北太平洋地区太阳高度角在春季乃至由冬季到夏季的逐日变化规律, 选取 2001 年春季发生的3 次典型沙尘暴为例, 利用包含详细气溶胶辐射参数化方案的大气辐射传 输模型, 模拟研究了该地区太阳高度角的变化对东亚-北太平洋地区沙尘直接辐射效应的可能 影响. 研究结果表明, 在沙尘暴爆发时间从春初(或冬季)到春末(或夏季)的变化过程中, 由于 该地区太阳高度角逐渐增大, 导致沙尘在大气顶晴空正辐射强迫值增加、负辐射强迫值降低 甚至转变为正强迫. 具体表现为: 在地表反照率低的海洋上空, 春初到春末太阳高度角的增 加使得沙尘在大气顶负辐射强迫的值由大变小, 即对地气系统由较强的降温转变为较弱的降 温作用; 在地表反照率较高的沙漠及其周边地区, 春初到春末太阳高度角的增加导致沙尘在 大气顶辐射强迫由负值转变为正值, 即对地气系统由辐射降温逆转为辐射增温. 云天辐射强 迫的研究结果与晴空类似, 但低云的存在相当于在一定程度上增加了地表反照率, 它一方面 使得沙漠上空沙尘层由冷却地气系统到加热地气系统这一逆转过程发生的日期提前, 也导致 了沙尘在海洋上空负的辐射强迫比晴空时随着太阳高度的增加减小得更为明显, 甚至局部地 区因为低云的存在由弱的负强迫变为弱的正强迫. 这一研究结果说明, 在东亚沙漠附近地区, 即便是同等强度的沙尘暴事件, 因为发生的日期不同, 太阳高度角不同, 沙尘层在大气顶的 辐射强迫和对地气系统的影响也会因此不同甚至相反. 沙尘暴发生的时间越靠近初春或冬季, 在沙漠附近, 沙尘在大气顶辐射强迫越倾向为负值, 对地气系统表现为降温作用, 沙尘暴发 生时间越靠近春末或夏季, 由于太阳高度角的增大, 沙尘在大气顶越容易产生正辐射强迫, 对地气系统表现为增温作用. 简而言之, 即在东亚沙漠源区附近, 沙尘直接辐射效应可能呈 现“春初(冬季)降温, 春末(夏季)增温”的特征.     

新知短信

我国建成首套近地面沙尘观测系统近地面50米范围内是沙尘暴发展变化最为剧烈的区域,绿洲防护林可以减少70%的沙尘水平通量,消减风速30.5%～52.9%,防风固沙林和农田防护林网对沙尘暴的阻截作用非常显著。     

京津风沙源地表沙尘释放及其区域分异

土壤风蚀引起的地表沙尘释放及其输移过程,是干旱半干旱区最为重要的地表过程之一.准确估算地表沙尘释放是揭示沙尘暴发生机制、阐明地表沙尘释放与陆地生态系统耦合作用的基础,也是制定防沙治沙和大气环境治理规划和决策的依据.基于野外调查、表层土壤采集及其室内实验、遥感影像以及气象站观测资料,估算了4个不同时期4个粒径组地表沙尘释放,揭示了京津风沙源地表沙尘释放的时空分布及其对粒径的响应,明确了京津风沙源不同区域和土地利用地表沙尘释放的贡献.在此基础上,从控制地表沙尘释放及其对区域大气环境中可吸入颗粒物影响的角度,提出京津风沙源治理的重点区域是农牧交错带、燕山丘陵、荒漠草原、晋北山地丘陵,治理的土地利用核心是耕地,而不是沙地,为京津风沙源治理工程的优化布局提供科学依据.     

中国西部地区地表植被覆盖和积雪覆盖变化对沙尘天气的影响

自然正交(EOF)分解生成的80 km×80 km归一化植被指数(NDVI)显示, 自1982~1994年间中国西部区域地表植被覆盖率呈增加趋势, 1995年前后, 地表覆盖状况有下降趋势, 地表覆盖变化存在很大的空间差异. 其中第一、二特征向量时间系数可以很好地反映中国西部区域局地植被覆盖率的年变化. 通过NDVI与西部区域沙尘暴、扬沙、浮尘年发生频次相关分析得出, 地表植被的年变化是影响沙尘等灾害性天气发生的最主要地表特征因素. 同时, 相关分析显示, 在西部部分地区, 降雪量也是影响沙尘天气的重要地表特征因子. 采用遥感数据、气象观测数据, 通过数理分析方法, 直接证明了中国西部地区地表植被、积雪覆盖变化对沙尘天气发生频次的影响.     

祝融号火星车巡视区2022年沙尘暴活动趋势初步分析

作为我国首次火星探测任务天问一号的重要部分,祝融号火星车于2021年5月15日着陆在乌托邦平原南部,22日成功驶离着陆平台,开展科学探测工作.目前,火星已经进入沙尘暴多发季节,而祝融号所处区域——乌托邦平原南部则是火星季节性沙尘暴的高发区.利用火星全球沙尘光学厚度的历史数据,本文分析了第24～35火星年(1998～2021年)的全球沙尘暴发生特征,对当前和未来一段时间内祝融号巡视区沙尘暴的活动趋势进行了预测.分析结果表明,祝融号巡视区在2022年3～12月可能出现强沙尘暴,对祝融号的探测工作可能造成显著影响.火星的探测研究是国家战略和科学前沿,火星沙尘暴的分析和预测是行星科学界与探测工程界共同关注的重大问题,需要更多学者尽快对此开展更广泛、更深入的研究.     

恶梦重来的沙尘暴

狂沙袭来 今年3月20日,我国西北、华北、东北地区经历了一场可怕的沙尘暴。它波及新疆、甘肃、陕西、山西、河北、内蒙、吉林、辽宁等省、自治区,一直前冲到朝鲜半岛和日本。北京地区经历了10年来最罕见的沙尘暴,行人呼吸困难;西安沙尘滚滚,下着泥雨;干旱的山西不但深     

青藏高原沙尘特征与高原黄土堆积: 以2003-03-04拉萨沙尘天气过程为例

青藏高原是否是一个重要的粉尘源区, 它关系到对青藏高原和远东-太平洋地区粉尘堆积、来源、环境效应认识和青藏高原隆升及全球海-陆-气相互耦合作用的重大科学问题. 2003年3月3～5日拉萨地区强扬沙天气过程的大气动力学和遥感影像跟踪分析, 表明高原具备沙尘暴发生的所有条件, 并有强大的上升运动将不同粒径的粉尘扬升到不同的高度, 使粗粒粉尘在高原东部就近堆积成粗黄土, 而较细的粉尘则被西风急流携带漂移并沉降到远东地区. 高原40年来沙尘暴时空分布表明沙尘暴主要发生在冬季和初春, 有较高的发生频率, 从冬到春由南向北移动并与西风急流的位置密切相关. 同中国大陆其他12个沙尘区相比, 高原因较高的沙尘暴发生频率, 特别是粉尘极易扬升到西风急流区, 成为远程传输中主要的粉尘源地之一.     

To Take Preventive Measures to Avoid the Hazards of Dust on Helicopter

沙尘对直升机的危害很大,既有对机体表面、构件、风挡玻璃的外部损伤,又有对发动机、仪电设备、工作系统的内部损伤.文章针对沙尘对直升机的损伤特点提出了相应的防治措施.     

沙尘暴

1993年初夏，一场特强沙尘暴席卷了新疆、甘肃、内蒙古、宁夏四省区40多万平方公里的地区。目睹这场灾难的人们被其强大的破坏力惊呆了：刚刚还是湛蓝的天空，突然间从西北方向涌出了像原子弹爆炸时的“蘑菇云”。仅仅20分钟后，狂风呼啸，夹杂着沙尘铺天盖地袭来。顿时，天空变得一片漆黑，伸手不见五指，地面风力达10－12级，风速高达每秒30米。这场沙尘暴一路理压农田。村庄、11矿、铁路、公路、水源，合抱之粗的大树被拦腰折断，房屋被揭瓦掀顶，连电线杆也被截断。来不及躲避的人畜无法择路逃跑，只得身不由己任其驱赶。那场风暴造成了…     

睁眼细看沙尘暴

2006年3-4月我国北方地区的天气是怎么了?一次次气势汹汹的沙尘暴呼啸而来,比以往提前了半个月,而且持续时间也长。 4月17日早晨,当北京居民推开窗户或出门时,发现北京城笼罩在黄尘“外衣”之下,真是满城尽“戴”黄金甲。这次北京“下土”超30多万吨,全市重度污染。历史上,北京平均每年有 6天沙尘天气,但今年沙尘天气过     

中国北方的典型强沙尘暴事件(1954~2002年)

利用1954~2002年全国681个气象站的逐日观测资料, 以天气过程为单元给出了近49年中国北方典型强沙尘暴的序列, 并初步分析了中国北方强沙尘暴的时空分布和演变趋势. 结果表明: 1954~2002年, 中国北方共出现了223例较为典型的强沙尘暴事件, 其中1979年4月10~12日的强沙尘暴事件的影响范围最大; 与沙漠、沙地的地理分布和入侵我国的强冷空气的路径密切关连. 强沙尘暴的多发区域主要位于南疆盆地、西北地区东部和华北地区北部; 强沙尘暴的多发季节为春季, 约占全年的82.5%, 冬季次之, 夏、秋季较少; 49年间, 强沙尘暴的发生次数以20世纪50年代最多, 90年代最少, 呈波动减少趋势, 但2000~2002年又相对增多; 强沙尘暴的平均持续时间以20世纪90年代最短, 比其他年代约短0.5~1 h.     

与动力场相耦合的区域沙尘分档模式及个例模拟

综合考虑沙尘的起沙、扬沙、输送、干沉降、湿沉降等物理过程, 建立了一个比较完善的综合沙尘过程模式, 并与MM5中尺度动力模式相耦合, 构成区域沙尘模式. 模式中利用摩擦速度和地表信息资料, 对起沙通量作了订正; 扬沙过程, 根据流场、不同的边界层和不同的积云对流参数化方案, 分别处理; 模式中沙尘的沉降分为干沉降和湿沉降, 对沙尘粒子作了按尺度的分档处理, 对于显式或隐式降水都作了比较精细的考虑. 该模式对2002年3月20日和2002年4月7日影响我国北方大部分地区的强沙尘天气的形成和输送过程进行了模拟试验, 结果表明, 模式能较好地模拟沙尘过程的形成和传输扩散特征.     

火星沙尘暴监测方法

沙尘暴是火星表面-大气-空间构成的圈层耦合系统中一种重要的天气现象.火星沙尘暴具有显著的季节性,但对不同时空尺度和等级的沙尘暴的发生规律至今仍认识不清.沙尘暴会对火星表面探测器带来诸多影响,如降低太阳能电池板发电量、降低环境温度、扰动大气密度和风场、阻碍通信、污染仪器等,是火星表面探测任务面临的最大安全威胁之一.本文系统性地回顾了人类历史上对火星沙尘暴的监测方法及其数据反演方法,以期为我国构建完善的火星沙尘暴监测体系提供基本的方法支撑.为了更好地保障和服务我国未来火星采样返回任务和后续火星探测任务,我国应考虑尽早建立完善的火星沙尘暴监测体系,这一体系应包含的探测方法包括着陆器可见光相机监测、环绕器可见-红外多光谱相机监测和地基光学望远镜监测.通过这些不同平台、不同时空尺度的监测手段相互配合,既能有效保障我国的火星探测任务安全实施,也将极大促进我国的火星系统科学研究.