項(xiàng)目名稱： 亞洲沙塵暴及其數(shù)值預(yù)報(bào)系統(tǒng)的研究

推薦單位： 中國(guó)氣象局

項(xiàng)目簡(jiǎn)介： 本項(xiàng)目屬大氣科學(xué)基本理論研究

主要研究?jī)?nèi)容

   從各個(gè)重要方面系統(tǒng)研究了亞洲沙塵暴的形成與發(fā)展，率先指出其主要源區(qū)位置、并最終完整獲得亞洲沙塵暴10個(gè)源區(qū)的分布，首次定量估算出亞洲沙塵的總釋放量約為 800百萬(wàn)噸/年，證明地質(zhì)時(shí)期早已存在的沙漠－沙地是亞洲沙塵暴最主要的源地，近幾十年我國(guó)因沙漠化因素導(dǎo)致的新增沙源地對(duì)沙塵暴的貢獻(xiàn)與天氣和氣候因素相比不是主導(dǎo)因素，在亞洲沙塵理化特性、區(qū)域及全球尺度、冰期及間冰期以及沙塵暴及非沙塵暴期間的輸送方式、輸送路徑等方面取得了系統(tǒng)性的認(rèn)識(shí)，還分辯出亞洲沙塵在近源及遠(yuǎn)源區(qū)域的主要沉降過程，并證明晚第四紀(jì)沙塵沉積后再改造份額不足10%，證明亞洲沙塵暴的變化與大尺度大氣環(huán)流變化緊密聯(lián)系，發(fā)現(xiàn)沙塵變化導(dǎo)致的海陸熱力差異快速變化與東亞冬季風(fēng)系統(tǒng)快速變化密切相關(guān)，研發(fā)建立了亞洲沙塵暴數(shù)值預(yù)報(bào)系統(tǒng)（CUACE/Dust），并投入國(guó)家的業(yè)務(wù)運(yùn)行，取得了良好的預(yù)報(bào)效果。

科學(xué)價(jià)值

   本成果在亞洲沙塵暴的源區(qū)、釋放量、輸送、沉降、對(duì)氣候的影響、天氣氣候和沙漠化因素對(duì)其影響程度等多個(gè)關(guān)鍵方面在國(guó)際上率先、較系統(tǒng)地發(fā)表了研究進(jìn)展，在國(guó)際學(xué)術(shù)界產(chǎn)生了重要影響，并研發(fā)建立了其數(shù)值預(yù)報(bào)系統(tǒng)，成為國(guó)家的業(yè)務(wù)運(yùn)行系統(tǒng)，為減緩沙塵暴危害，為國(guó)土沙漠化治理的宏觀決策發(fā)揮了重要作用。

同行引用評(píng)價(jià)情況

   共發(fā)表論文 180 篇，SCI期刊論文53篇，其中國(guó)際SCI論文 45 篇。論文被SCI收錄文章引用919次，其中他引753次。張小曳等在《J. Geophys. Res.》，《Geophys. Res. Lett.》上發(fā)表的有關(guān)亞洲沙塵暴源區(qū)、釋放總量、控制因素等成果被政府間氣候變化委員會(huì)（IPCC）第四次評(píng)估報(bào)告（AR4）詳細(xì)引用，有關(guān)亞洲沙塵暴各側(cè)面研究成果多數(shù)被SCI引用超過百次，包括《Nature》、《Science》等多種SCI期刊的文章對(duì)此給予了很高評(píng)價(jià)，在國(guó)際學(xué)術(shù)界產(chǎn)生了重要影響。張小曳當(dāng)選世界天氣研究計(jì)劃"國(guó)際沙塵暴發(fā)展研究計(jì)劃"科學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)主席。

主要發(fā)現(xiàn)點(diǎn)：

   1)亞洲沙塵的源區(qū)：首次指出亞洲沙塵主要源區(qū)的位置，并最終完整獲得其10個(gè)源區(qū)的分布，發(fā)現(xiàn)蒙古南部的沙漠和戈壁源區(qū)、以塔克拉瑪干沙漠為主體的中國(guó)西部高沙塵沙漠區(qū)，和以巴丹吉林-騰格里-烏蘭布和沙漠構(gòu)成的中國(guó)北部高沙塵沙漠區(qū)是亞洲沙塵的3個(gè)主要源區(qū)。代表性論文[1, 2, 3, 7]。[大氣物理]

   2)釋放量：首次定量估算出亞洲沙塵的總釋放量約為 800百萬(wàn)噸/年，這約相當(dāng)于全球沙漠釋放總量的一半，3個(gè)主要源區(qū)的沙塵釋放量占亞洲沙塵釋放總量的約70%。沙塵釋放量與大尺度大氣環(huán)流控制下的沙塵源區(qū)"擺動(dòng)"有關(guān)。代表性論文[1]。 [大氣物理、元素地球化學(xué)]

   3)控制因素和影響：首次給出明確證據(jù)，證明地質(zhì)時(shí)期早已存在的沙漠－沙地是亞洲沙塵暴最主要的源地，近幾十年我國(guó)因沙漠化因素導(dǎo)致的新增沙源地對(duì)沙塵暴沒有重大貢獻(xiàn)，天氣和氣候因素控制著亞洲沙塵暴的形成。發(fā)現(xiàn)前一年夏季降水變化所引起的源區(qū)土壤濕度異常及其持續(xù)性是影響隨后春季地表植被狀況和我國(guó)北方強(qiáng)沙塵暴活動(dòng)年際變化的關(guān)鍵性因素之一。通過沙塵輻射強(qiáng)迫和黃土記錄的沙塵濃度序列研究，發(fā)現(xiàn)沙塵變化導(dǎo)致的海陸熱力差異快速變化與東亞冬季風(fēng)系統(tǒng)快速變化密切相關(guān)。代表性論文[3, 7, 8, 10]。[大氣物理、元素地球化學(xué)]

   4)理化特征及輸送：對(duì)亞洲沙塵暴關(guān)鍵區(qū)域大氣沙塵氣溶膠理化特征有了較全面和深入的認(rèn)識(shí)。提出亞洲沙塵區(qū)域尺度輸送受季風(fēng)環(huán)流控制，間冰期氣候條件下不取決于塵暴過程；全球尺度輸送主要由高空西風(fēng)完成，無(wú)論冰期、間冰期均受塵暴過程控制的不同尺度的冰期、間冰期搬運(yùn)模式，在亞洲沙塵暴的輸送方式、輸送路徑等方面取得了系統(tǒng)性的認(rèn)識(shí)。代表性論文[4, 5, 7, 8, 9]。[大氣物理、元素地球化學(xué)]

   5)沉降：分辯出亞洲沙塵在近源和遠(yuǎn)源區(qū)域的主要沉降過程，并證明晚第四紀(jì)沙塵沉積后再改造份額不足10%，為黃土的沙塵和氣候記錄完整性提供了佐證。代表性論文[4, 6, 7]。[元素地球化學(xué)、大氣物理]

   6)數(shù)值預(yù)報(bào)系統(tǒng)：在上述觀測(cè)與數(shù)值模擬結(jié)合的基礎(chǔ)研究成果基礎(chǔ)上，研發(fā)建立了亞洲沙塵暴數(shù)值預(yù)報(bào)系統(tǒng)（CUACE/Dust），并投入國(guó)家的業(yè)務(wù)運(yùn)行，該系統(tǒng)的起沙、輸送、沉降等物理機(jī)制先進(jìn)、合理，取得了良好的預(yù)報(bào)效果，并得到廣泛應(yīng)用與推廣，為我國(guó)沙塵暴預(yù)報(bào)和預(yù)警以及減緩沙塵暴影響做出了積極貢獻(xiàn)。代表性文章[3, 8, 10]。出版專著 《亞洲沙塵暴及其數(shù)值預(yù)報(bào)系統(tǒng)》[11]和《2006年春季的東北亞沙塵暴》[12]。[大氣物理]

主要完成人：

張小曳

   總體負(fù)責(zé)，是所列各項(xiàng)目和基金的主持人，對(duì)本成果取得起了決定性的作用和貢獻(xiàn)，對(duì)各主要發(fā)現(xiàn)點(diǎn)均有重要貢獻(xiàn)，包括：首次指出并最終分辨出亞洲沙塵的源區(qū)分布；定量估算出其總釋放量；獲得其與大尺度大氣環(huán)流相聯(lián)系的證據(jù)；主持開展了亞洲沙塵理化特性的系統(tǒng)研究；提出其區(qū)域－全球尺度、冰期－間冰期輸送的概念模型；分辯出其在近源和遠(yuǎn)源的沉降過程，以及沉降后的再改造份額；提出沙塵變化導(dǎo)致的海陸熱力差異變化與東亞冬季風(fēng)系統(tǒng)快速變化密切相關(guān)；證明了天氣、氣候因素而非沙漠化因素是控制亞洲和我國(guó)沙塵暴發(fā)生的主導(dǎo)因素；主持建立了沙塵暴數(shù)值預(yù)報(bào)系統(tǒng)及其投入業(yè)務(wù)運(yùn)行的工作。投入的工作量占本人工作量的80%。

王亞強(qiáng)

   對(duì)本成果第1、3、4、6發(fā)現(xiàn)點(diǎn)作出了重要貢獻(xiàn)。在沙塵氣溶膠同位素特征及源解析方面取得重要進(jìn)展。獲得了中國(guó)沙塵暴源區(qū)表土及沙塵氣溶膠的碳酸鹽含量、碳、氧同位素變化特征，及其對(duì)沙塵暴進(jìn)行源區(qū)示蹤的意義；利用軌跡統(tǒng)計(jì)法探討了影響北京、西安的沙塵傳輸路徑及源區(qū)；在亞洲沙塵暴源區(qū)、控制因素、傳輸路徑、理化特征、數(shù)值預(yù)報(bào)系統(tǒng)等方面均有重要貢獻(xiàn)。投入本成果的工作量占本人工作量的80%。

劉曉東

   在本成果第3、6發(fā)現(xiàn)點(diǎn)作出了重要貢獻(xiàn)。發(fā)現(xiàn)夏季降水及其隨后春季平均的植被指數(shù)與春季強(qiáng)沙塵暴序列存在顯著的負(fù)相關(guān)，因夏季降水引起土壤濕度異常的強(qiáng)持續(xù)性是前一年夏季降水變化影響隨后春季植被狀況和我國(guó)北方強(qiáng)沙塵暴活動(dòng)的關(guān)鍵物理機(jī)制。我國(guó)北方春季強(qiáng)沙塵暴日數(shù)與春季西西伯利亞地區(qū)對(duì)流層（特別是600hPa）風(fēng)速之間存在很高的正相關(guān)，據(jù)此指出西西伯利亞一帶的高空風(fēng)速是影響中國(guó)北方強(qiáng)沙塵暴活動(dòng)的關(guān)鍵區(qū)。在本成果中的投入時(shí)間占總工作時(shí)間的60%。

周自江

貢獻(xiàn)主要集中在第1、3發(fā)現(xiàn)點(diǎn)，包括：給出了近50年中國(guó)沙塵暴的時(shí)間序列和空間分布特征；揭示了歐亞中高緯大氣環(huán)流形勢(shì)和東亞冬季風(fēng)強(qiáng)度的變化對(duì)中國(guó)沙塵暴的決定性作用，共同研究揭示了氣候因子和土地荒漠化對(duì)中國(guó)沙塵暴的相對(duì)影響程度；參與確定亞洲沙塵暴的源區(qū)分布、釋放總量和強(qiáng)度級(jí)別等。本項(xiàng)目工作量占本人工作總量超過了60%。

王丹

對(duì)本成果第1、4發(fā)現(xiàn)點(diǎn)做出了重要貢獻(xiàn)，尤其在沙塵氣溶膠的理化特性的實(shí)驗(yàn)與分析研究方面作出了基礎(chǔ)性的貢獻(xiàn)。本成果中的工作量占本人工作總量的50%。