我国北方春季两次典型沙尘暴过程研究

【摘要】：2010年3月中旬和2011年4月底,我国爆发了两次强沙尘暴天气过程,它们分别是2010和2011年最强的一次沙尘暴过程,其影响范围之广、强度之强、持续时间之长是近几年来我国最强的沙尘暴过程之一。本文分析了沙尘天气过程的成因、特点和内在规律,并利用MODIS和风云3号卫星遥感数据提取了沙尘暴个例影响范围的信息,旨在理解影响沙尘暴天气过程的热力和动力作用,并改进一种遥感监测沙尘的方法,以期对前人的工作进行完善和创新。 首先,利用NCEP/NCAR全球格点再分析资料,从沙尘暴爆发前后的天气形势、气象要素场的特征以及起沙和传输的动力机制等方面对这次沙尘暴过程进行初步分析。分析认为引发这两次沙尘暴过程的原因有：蒙古气旋强烈发展是引发这两次沙尘暴过程的主要原因；由于热力和动力(涡度)两种因子的联合作用,使地面气旋一面向前移动,一面加深发展,高空槽因冷平流加深,并因涡度平流而向前移动。而大气下沉运动区位于高空急流动量下传区的后部,上升运动区则位于高空急流动量下传区的前部,这种上升与下沉运动的相互作用,为地面沙尘卷入大气提供了持续的动力。沙尘暴期间东移发展的蒙古气旋附近始终存在大气不稳定区域,这些区域有利于沙尘的扬起。沙尘暴爆发发生前后24h变温变压剧烈。在沙尘暴爆发前,地面受正变温、负变压控制,沙尘暴过境,则温度迅速降低,气压明显升高。另外,全国主要城市PM,。的演变反映了沙尘暴的移动路径、强度和影响范围。 其次,通过对这两次沙尘暴过程进行对比分析,发现这两次沙尘暴无论是影响系统的强度、移动路径,还是影响范围、持续时间都存在明显的差异,形成这种差异的原因之一就是影响天气系统的差异。沙尘暴爆发的区域与高空槽和地面气旋的发展相对应,沙尘暴的强度和持续时间又与高空槽的加深和地面气旋的发展相联系。高空和地面上下层的互相配置便于斜压不稳定能转换为扰动动能,而高空槽的加深发展带动冷空气强度加强,有利于沙尘暴爆发。与沙源区相配合的起沙风速、上升气流区以及700hPa和850hPa两层平均风大值区等因素,是保证沙尘卷入空气和远距离输送的重要因素。 最后,以我国北方为研究区域,通过对两次典型沙尘暴过程MODIS光谱特征分析,确定对沙尘敏感的波段(第1,2,7波段),对几个敏感波段进行组合,构建监测沙尘暴的沙尘指数,利用卫星遥感监测沙尘灾害,对沙尘灾害的空间分布范围、影响区进行识别、定位,并对沙尘运移路径和强度进行动态监测。结果表明,采用这些方法得到的结论基本与这次沙尘天气过程的实际影响区域一致。