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项目名称: 亚洲沙尘暴及其数值预报系统的研究

推荐单位: 中国气象局

项目简介: 本项目属大气科学基本理论研究

主要研究内容

   从各个重要方面系统研究了亚洲沙尘暴的形成与发展,率先指出其主要源区位置、并最终完整获得亚洲沙尘暴10个源区的分布,首次定量估算出亚洲沙尘的总释放量约为 800百万吨/年,证明地质时期早已存在的沙漠-沙地是亚洲沙尘暴最主要的源地,近几十年我国因沙漠化因素导致的新增沙源地对沙尘暴的贡献与天气和气候因素相比不是主导因素,在亚洲沙尘理化特性、区域及全球尺度、冰期及间冰期以及沙尘暴及非沙尘暴期间的输送方式、输送路径等方面取得了系统性的认识,还分辩出亚洲沙尘在近源及远源区域的主要沉降过程,并证明晚第四纪沙尘沉积后再改造份额不足10%,证明亚洲沙尘暴的变化与大尺度大气环流变化紧密联系,发现沙尘变化导致的海陆热力差异快速变化与东亚冬季风系统快速变化密切相关,研发建立了亚洲沙尘暴数值预报系统(CUACE/Dust),并投入国家的业务运行,取得了良好的预报效果。

科学价值

   本成果在亚洲沙尘暴的源区、释放量、输送、沉降、对气候的影响、天气气候和沙漠化因素对其影响程度等多个关键方面在国际上率先、较系统地发表了研究进展,在国际学术界产生了重要影响,并研发建立了其数值预报系统,成为国家的业务运行系统,为减缓沙尘暴危害,为国土沙漠化治理的宏观决策发挥了重要作用。

同行引用评价情况

   共发表论文 180 篇,SCI期刊论文53篇,其中国际SCI论文 45 篇。论文被SCI收录文章引用919次,其中他引753次。张小曳等在《J. Geophys. Res.》,《Geophys. Res. Lett.》上发表的有关亚洲沙尘暴源区、释放总量、控制因素等成果被政府间气候变化委员会(IPCC)第四次评估报告(AR4)详细引用,有关亚洲沙尘暴各侧面研究成果多数被SCI引用超过百次,包括《Nature》、《Science》等多种SCI期刊的文章对此给予了很高评价,在国际学术界产生了重要影响。张小曳当选世界天气研究计划"国际沙尘暴发展研究计划"科学指导委员会主席。

主要发现点:

   1)亚洲沙尘的源区:首次指出亚洲沙尘主要源区的位置,并最终完整获得其10个源区的分布,发现蒙古南部的沙漠和戈壁源区、以塔克拉玛干沙漠为主体的中国西部高沙尘沙漠区,和以巴丹吉林-腾格里-乌兰布和沙漠构成的中国北部高沙尘沙漠区是亚洲沙尘的3个主要源区。代表性论文[1, 2, 3, 7]。[大气物理]

   2)释放量:首次定量估算出亚洲沙尘的总释放量约为 800百万吨/年,这约相当于全球沙漠释放总量的一半,3个主要源区的沙尘释放量占亚洲沙尘释放总量的约70%。沙尘释放量与大尺度大气环流控制下的沙尘源区"摆动"有关。代表性论文[1]。 [大气物理、元素地球化学]

   3)控制因素和影响:首次给出明确证据,证明地质时期早已存在的沙漠-沙地是亚洲沙尘暴最主要的源地,近几十年我国因沙漠化因素导致的新增沙源地对沙尘暴没有重大贡献,天气和气候因素控制着亚洲沙尘暴的形成。发现前一年夏季降水变化所引起的源区土壤湿度异常及其持续性是影响随后春季地表植被状况和我国北方强沙尘暴活动年际变化的关键性因素之一。通过沙尘辐射强迫和黄土记录的沙尘浓度序列研究,发现沙尘变化导致的海陆热力差异快速变化与东亚冬季风系统快速变化密切相关。代表性论文[3, 7, 8, 10]。[大气物理、元素地球化学]

   4)理化特征及输送:对亚洲沙尘暴关键区域大气沙尘气溶胶理化特征有了较全面和深入的认识。提出亚洲沙尘区域尺度输送受季风环流控制,间冰期气候条件下不取决于尘暴过程;全球尺度输送主要由高空西风完成,无论冰期、间冰期均受尘暴过程控制的不同尺度的冰期、间冰期搬运模式,在亚洲沙尘暴的输送方式、输送路径等方面取得了系统性的认识。代表性论文[4, 5, 7, 8, 9]。[大气物理、元素地球化学]

   5)沉降:分辩出亚洲沙尘在近源和远源区域的主要沉降过程,并证明晚第四纪沙尘沉积后再改造份额不足10%,为黄土的沙尘和气候记录完整性提供了佐证。代表性论文[4, 6, 7]。[元素地球化学、大气物理]

   6)数值预报系统:在上述观测与数值模拟结合的基础研究成果基础上,研发建立了亚洲沙尘暴数值预报系统(CUACE/Dust),并投入国家的业务运行,该系统的起沙、输送、沉降等物理机制先进、合理,取得了良好的预报效果,并得到广泛应用与推广,为我国沙尘暴预报和预警以及减缓沙尘暴影响做出了积极贡献。代表性文章[3, 8, 10]。出版专著 《亚洲沙尘暴及其数值预报系统》[11]和《2006年春季的东北亚沙尘暴》[12]。[大气物理]

主要完成人:

张小曳

   总体负责,是所列各项目和基金的主持人,对本成果取得起了决定性的作用和贡献,对各主要发现点均有重要贡献,包括:首次指出并最终分辨出亚洲沙尘的源区分布;定量估算出其总释放量;获得其与大尺度大气环流相联系的证据;主持开展了亚洲沙尘理化特性的系统研究;提出其区域-全球尺度、冰期-间冰期输送的概念模型;分辩出其在近源和远源的沉降过程,以及沉降后的再改造份额;提出沙尘变化导致的海陆热力差异变化与东亚冬季风系统快速变化密切相关;证明了天气、气候因素而非沙漠化因素是控制亚洲和我国沙尘暴发生的主导因素;主持建立了沙尘暴数值预报系统及其投入业务运行的工作。投入的工作量占本人工作量的80%。

王亚强

   对本成果第1、3、4、6发现点作出了重要贡献。在沙尘气溶胶同位素特征及源解析方面取得重要进展。获得了中国沙尘暴源区表土及沙尘气溶胶的碳酸盐含量、碳、氧同位素变化特征,及其对沙尘暴进行源区示踪的意义;利用轨迹统计法探讨了影响北京、西安的沙尘传输路径及源区;在亚洲沙尘暴源区、控制因素、传输路径、理化特征、数值预报系统等方面均有重要贡献。投入本成果的工作量占本人工作量的80%。

刘晓东

   在本成果第3、6发现点作出了重要贡献。发现夏季降水及其随后春季平均的植被指数与春季强沙尘暴序列存在显著的负相关,因夏季降水引起土壤湿度异常的强持续性是前一年夏季降水变化影响随后春季植被状况和我国北方强沙尘暴活动的关键物理机制。我国北方春季强沙尘暴日数与春季西西伯利亚地区对流层(特别是600hPa)风速之间存在很高的正相关,据此指出西西伯利亚一带的高空风速是影响中国北方强沙尘暴活动的关键区。在本成果中的投入时间占总工作时间的60%。

周自江

贡献主要集中在第1、3发现点,包括:给出了近50年中国沙尘暴的时间序列和空间分布特征;揭示了欧亚中高纬大气环流形势和东亚冬季风强度的变化对中国沙尘暴的决定性作用,共同研究揭示了气候因子和土地荒漠化对中国沙尘暴的相对影响程度;参与确定亚洲沙尘暴的源区分布、释放总量和强度级别等。本项目工作量占本人工作总量超过了60%。

王丹

对本成果第1、4发现点做出了重要贡献,尤其在沙尘气溶胶的理化特性的实验与分析研究方面作出了基础性的贡献。本成果中的工作量占本人工作总量的50%。

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