2021年3月中旬东亚中部沙尘天气地面起尘量及源区贡献率估算

doi:10.7522/j.issn.1000-694X.2021.00144

摘要/Abstract

摘要：

2021年3月中旬，东亚中部包括中国北方大部分地区，爆发了持续性的沙尘天气，引发了人们对于沙尘源区、防风固沙生态建设工程效益的高度关注。提出了一个新的地表起尘量估算方法，使用高精度、大范围的气象数据，计算了这次沙尘天气的地面起沙条件、大风过程中的输沙状况，估算了不同时刻的起尘量，获得了14、15日蒙古和中国北方荒漠地区的起尘贡献率。结果表明：相比过去10年，中国北方总体不容易起尘，而蒙古中东部的荒漠地区由于增温显著、降水减少，更容易扬尘；3月15日覆盖中国北方的强沙尘暴，有75%的沙尘是由于14日在蒙古的起尘，随后16、17日更大范围的沙尘天气，有84%是15日起源于中国北方和西北。两日境内外的起尘总量基本相同。

关键词: 沙尘暴, 东亚中部, 起尘量, 气候变化

Abstract:

In the middle of March 2021， a persistent dust weather broke out in central East Asia including most parts of northern China， which aroused people's high attention to the dust source area and the benefit of the ecological construction project. Using high precision and large range of meteorological data， this paper calculated the dust driving conditions on the ground and the sand transport conditions during the strong wind process， and estimated the dust lift amounts at different hours. Then， the dust contribution rates of Mongolia and northern China were obtained for the days of 14th and 15th. The results show that， compared with the past ten years， northern China is not prone to emit dust， while desert areas in central and eastern Mongolia tend to rise more dust due to significant temperature increase and decreased precipitation. It shows that 75% of the dust in the strong dust storm in Beijing on March 15 was raised on the 14th in Mongolia， while 84% of the dust in the followed larger storm on the 16th and 17th was raised from North and Northwest China on the 15th. The total dust amounts inside and outside the border are basically the same.

Key words: dust storm, Central East Asia, dust lift amount, climate change

中图分类号:

P458.11

柳本立, 彭婉月, 刘树林, 杨婷. 2021年3月中旬东亚中部沙尘天气地面起尘量及源区贡献率估算[J]. 中国沙漠, 2022, 42(1): 79-86.

Benli Liu, Wanyue Peng, Shulin Liu, Ting Yang. Estimation on the dust lift amount and source contribution of the heavy dust weather in mid-March 2021 over Central East Asia[J]. Journal of Desert Research, 2022, 42(1): 79-86.

图/表 7

图1 风云二号卫星获取的2021年3月15日（A）和17日（B）东亚中部沙尘监测指数对比

Fig.1 Infrared difference dust index （IDDI） from FY-2 meteorological satellite across central East Asia on the day of Mar 15 （A） and Mar 17 （B）

图2 2021年3月各气候参数相对过去10年平均值的变化

Fig.2 Changes of climatic factors at March 2021 compared to the average values of the past 10 years

图3 2021年3月沙丘活化指数（A）及相对过去10年的变化（B）

Fig.3 The dune activity indexes at March 2021 （A） and their variations compared to the average of past 10 years （B）

图4 2021年3月14、15日典型时刻东亚中部地表最大可能输沙量（kg·m-1·h-1）变化

Fig.4 Sand drift potentials （kg·m-1·h-1） across central East Asia at representative hours of March 14 and 15

图5 14日不同时刻地表起尘量（kg·m-1）估计

Fig.5 Dust lift amount （kg·m-1） at different hours of March 14

图6 15日不同时刻地表起尘量（kg·m-1）估计

Fig.6 Dust lift amount （kg·m-1） at different hours of March 15

图7 蒙古戈壁阿尔泰省的草地超载畜牧（A，拍摄于2019年6月4日）和前杭爱省地表沙化状况（B，拍摄于2019年6月10日）

Fig.7 Overgrazing at Altai Province （A， photo taken on Jun 4， 2019） and land desertification at Ovorhangay Province （B， photo taken on Jun 4， 2019） of Mongolia

参考文献 37

1	Shao Y P.Physics and Modelling of Wind Erosion［M］.Dordrecht，Netherlands：Springer，2009：117-390.
2	Sun J M，Ding Z L，Liu T S，et al.Desert distributions during the glacial maximum and climatic optimum：example of China［J］.Episodes，1998，21（1）：28-31.
3	Hopcroft P O，Valdes P J，Woodward S，et al.Last glacial maximum radiative forcing from mineral dust aerosols in an Earth system model［J］.Journal of Geophysical Research：Atmospheres，2015，120（16）：8186-8205.
4	Mahowald N，Kohfeld K，Hansson M，et al.Dust sources and deposition during the last glacial maximum and current climate：a comparison of model results with paleodata from ice cores and marine sediments［J］.Journal of Geophysical Research：Atmospheres，1999，104（D13）：15895-15916.
5	Grigholm B，Mayewski P A，Kang S，et al.Twentieth century dust lows and the weakening of the westerly winds over the Tibetan Plateau［J］.Geophysical Research Letters，2015，42（7）：2434-2441.
6	张莉，丁一汇，任国玉.中国北方沙尘天气演变趋势及其气候成因分析［C］//中国气象学会.新世纪气象科技创新与大气科学发展：中国气象学会2003年年会“气候系统与气候变化”分会论文集.北京：中国气象学会，2003：5.
7	杨晓军，张强，叶培龙，等.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，2021，41（3）：245-255.
8	Yin Z H，Wan Y，Zhang Y J，et al.Why super sandstorm 2021 in North China［J］.National Science Review，2021，8（9）：nwab165.
9	周自江，章国材.中国北方的典型强沙尘暴事件（1954-2002年）［J］.科学通报，2003（11）：1224-1228.
10	Zhao X J，Zhuang G S，Wang Z F，et al.Variation of sources and mixing mechanism of mineral dust with pollution aerosol：revealed by the two peaks of a super dust storm in Beijing［J］.Atmospheric Research，2007，84（3）：265-279.
11	Zhang X Y，Arimoto R，An Z S，et al.Dust emission from Chinese desert sources linked to variations in atmospheric circulation［J］.Journal of Geophysical Research：Atmospheres，1997，102（D23）：28041-28047.
12	陈磊，顾润源，姜学恭，等.内蒙古中西部一次强沙尘暴天气过程的诊断分析Ⅰ：背景场分析［J］.干旱区资源与环境，2013，27（1）：137-141.
13	叶笃正，丑纪范，刘纪远，等.关于我国华北沙尘天气的成因与治理对策［J］.地理学报，2000（5）：513-521.
14	Tsoar H.Sand dunes mobility and stability in relation to climate［J］.Physica A Statistical Mechanics and its Applications，2005，357（1）：50-56.
15	Shi L，Zhang J H，Yao F M，et al.Drivers to dust emissions over dust belt from 1980 to 2018 and their variation in two global warming phases［J］.Science of The Total Environment，2021，767（1）：144860.
16	毛东雷，蔡富艳，雷加强，等.新疆策勒不同下垫面大气降尘时空分布特征［J］.干旱区研究，2017，34（6）：1222-1229.
17	徐立帅，郑伟，郑新倩，等.塔里木盆地南缘策勒绿洲荒漠大气降尘特征［J］.沙漠与绿洲气象，2018，12（4）：58-64.
18	凌裕泉.最大可能输沙量的工程计算［J］.中国沙漠，1997，17（4）：30-36.
19	Niu Q H，Qu J J，Zhang K C，et al.Thermodynamic effects on particle movement：wind tunnel simulation results［J］.Chinese Geographical Sience，2012，22（2）：178-187.
20	Lancaster N.Development of linear dunes in the southwestern Kalahari，Southern Africa［J］.Journal of Arid Environments，1988，14（3）：233-244.
21	Wang H B，Jia X P，Kuan L，et al.Horizontal wind erosion flux and potential dust emission in arid and semiarid regions of China：a major source area for East Asia dust storms［J］.Catena，2015，133：373-384.
22	Gong S L，Zhang X Y，Zhao T L，et al.Sensitivity of Asian dust storm to natural and anthropogenic factors［J］.Geophysical Research Letters，2004，31（7）：L07210.
23	Tanaka T Y，Chiba M.A numerical study of the contributions of dust source regions to the global dust budget［J］.Global and Planetary Change，2006，52（1）：88-104.
24	Fryrear D W，Bilbro J D，Saleh A，et al.RWEQ：improved wind erosion technology［J］.Journal of Soil and Water Conservation，2000，55（2）：183-189.
25	Han Q J，Qu J J，Dong Z B，et al.The effect of air density on sand transport structures and the adobe abrasion profile：a field wind-tunnel experiment over a wide range of altitude［J］.Boundary-Layer Meteorology，2014，150（2）：299-317.
26	Tanaka C Y，Chiba M.Global simulation of dust aerosol with a chemical transport model，MASINGAR［J］Journal of the Meteorological Society of Japan，2005，83（A）：255-278.
27	Wang Z F，Hiromasa U，Huang M Y.A deflation module for use in modeling long-range transport of yellow sand over East Asia［J］.Journal of Geophysical Research Atmospheres，2000，105（D22）：26947-26959.
28	Shao Y P，Wyrwoll K-H，Chappell A，et al.Dust cycle：an emerging core theme in Earth system science［J］.Aeolian Research，2011，2（4）：181-204.
29	王建华.中国1∶200万沙漠分布图（1974）.国家青藏高原科学数据中心［Z/OL］.DOI：10.3972/westdc.009.2013.db.CSTR：18406.11.westdc.009.2013.db.
30	Tsogtbaatar J，Khudulmur S.Desertification Atlas of Mongolia［M］.Ulaanbaatar，Mongalia：Institute of Geoecology，Mongolian Academy of Sciences，2014：1-43.
31	Chao L，Mahowald N M，Corral J D.Sensitivity study of meteorological parameters on mineral aerosol mobilization，transport，and distribution［J］.Journal of Geophysical Research：Atmospheres，2003，108（D15）：AAC 5-1.
32	Miller R L，Tegen I，Perlwitz J.Surface radiative forcing by soil dust aerosols and the hydrologic cycle［J］.Journal of Geophysical Research：Atmospheres，2004，109（D04203）：1-24.
33	康杜娟，王会军.中国北方沙尘暴气候形势的年代际变化［J］.中国科学D辑：地球科学，2005，36（11）：1096-1102.
34	Liu B L，Qu J J，Kang S C.Response of dune activity on the Tibetan Plateau to near future climate change［J］.Climate Research，2016，69（1）：1-8.
35	黄麟，吴丹，孙朝阳.基于规划目标的京津风沙源治理区生态保护与修复效应［J］.生态学报，2020，40（6）：1923-1932.
36	张爽，徐海，蓝江湖，等.中国北方近500年沙尘暴活动及机制［J］.中国科学（D辑）：地球科学，2021，51（5）：783-794.
37	Chen F H，Chen S Q，Zhang X，et al.Asian dust-storm activity dominated by Chinese dynasty changes since 2000 BP［J］.Nature Communications，2020，11（1）：992.

[1]	宫毓来, 马绍休, 刘伟琦. 机器学习与统计模型在石羊河流域气候降尺度研究中的适用性对比[J]. 中国沙漠, 2022, 42(1): 196-210.
[2]	雷燕慧, 丁国栋, 李梓萌, 迟文峰, 高广磊, 赵媛媛. 京津风沙源治理工程区土地利用/覆盖变化及生态系统服务价值响应[J]. 中国沙漠, 2021, 41(6): 29-40.
[3]	李玲萍, 李岩瑛, 李晓京, 王博, 胡丽莉. 河西走廊不同强度冷锋型沙尘暴环流和动力特征[J]. 中国沙漠, 2021, 41(5): 219-228.
[4]	马晓慧, 庞奖励, 刘小槺, 丁丹, 岳晓晓, 贾飞飞. 瓦窑沟剖面记录的早中全新世毛乌素沙地东南缘气候变化[J]. 中国沙漠, 2021, 41(5): 71-80.
[5]	张小梅, 靳鹤龄, 刘冰. 末次盛冰期以来库布齐沙漠环境变化[J]. 中国沙漠, 2021, 41(5): 81-93.
[6]	马永桃, 任孝宗, 胡慧芳, 刘敏, 孟琪. 基于地理探测器的浑善达克沙地植被变化定量归因[J]. 中国沙漠, 2021, 41(4): 195-204.
[7]	韩兰英, 张强, 马鹏里, 王有恒, 黄涛, 贾建英, 王鑫, 王小巍, 刘卫平, 李丹华, 卢国阳, 黄鹏程, 白冰. 气候变暖背景下黄河流域干旱灾害风险空间特征[J]. 中国沙漠, 2021, 41(4): 225-234.
[8]	王有恒, 谭丹, 韩兰英, 李丹华, 王鑫, 卢国阳, 林婧婧. 黄河流域气候变化研究综述[J]. 中国沙漠, 2021, 41(4): 235-246.
[9]	贺晓慧, 司建华, 赵春彦, 王春林, 周冬蒙. 西藏沙棘（*Hippophae thibetana*）潜在地理分布及其对未来气候变化的响应模拟[J]. 中国沙漠, 2021, 41(3): 101-109.
[10]	何远政, 黄文达, 赵昕, 吕朋, 王怀海. 气候变化对植物多样性的影响研究综述[J]. 中国沙漠, 2021, 41(1): 59-66.
[11]	邓迪, 赵泽斌, 马媛. 基于GIS的柠条锦鸡儿（*Caragana korshinskii*）分布模型[J]. 中国沙漠, 2020, 40(5): 74-80.
[12]	韩超, 肖生春, 丁爱军, 滕泽宇. 腾格里沙漠南缘青海云杉(Picea crassifolia)和油松(Pinus tabulaeformis)年轮记录的气候变化[J]. 中国沙漠, 2020, 40(2): 50-58.
[13]	李想, 苏志珠, 马义娟, 张彩霞, 柳苗苗. 毛乌素沙地东南缘全新世气候不稳定性[J]. 中国沙漠, 2020, 40(2): 109-117.
[14]	赵泽芳, 卫海燕, 郭彦龙, 栾文飞, 赵泽斌. 气候变化下的孑遗植物裸果木(Gymnocarpos przewalskii)适宜生境分布[J]. 中国沙漠, 2020, 40(2): 125-133.
[15]	王娟, 李兴财. 沙尘暴过程中5~7 000 m高度大气电场及其对颗粒带电量影响[J]. 中国沙漠, 2020, 40(1): 23-28.