2007-2016年东亚沙尘暴事件的时空变化与地表条件和气候变化的关系外文翻译资料

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2007-2016年东亚沙尘暴事件的时空变化与地表条件和气候变化的关系

Linchang An^a,b,c,Huizheng Che^a,⁎ ,Min Xue^a,Tianhang Zhang^c,Hong Wang^a,Yaqiang Wang^a,Chunhong Zhou^a,Hujia Zhao^a,Ke Gui^a,b,Yu Zheng^a,d,Tianze Sun^a,b,Yuanxin Liang^a,b,Enwei Sun^d,Hengde Zhang^c,Xiaoye Zhang^a

a中国气象科学研究院大气成分研究所，大气化学重点实验室，中国北京100081

b中国科学院大学地球科学学院，中国北京100081

c国家气象中心，中国北京100081

d南京信息工程大学，中国南京210044

强调

• 东亚地区的沙尘暴（2006-2017）显著减弱。
• 增加沙尘源地的植被覆盖可以控制土壤退化。
• 极涡通过降低风速来间接影响沙尘暴。

文章信息

文章历史：

2018年1月5日收到

2018年3月6日以修订形式收到

2018年3月7日已接受

在线提供xxxx

编辑：陈健敏

关键词：

沙尘暴

地表条件

NDVI

气候变化

图形概要

摘要

我们利用地面测站观测资料、数值模拟、从卫星和再分析资料获得的地表植被指数，分析了2007年至2016年东亚沙尘暴（SDSs）的频率和强度。 还分析了沙尘暴与地表条件和天气环流模式的关系。 统计分析表明，2007年至2016年春季沙尘暴事件的数量和强度呈下降趋势。 春季沙尘暴的总数量从2011年之前的每年至少10次降至2011年之后的每年10次以下。主要尘源地区地表尘埃浓度年均总变化量每年减少33.24mu;g/ m³ （-1.75％）。 地表附近和地下温度的变化以及降水量和土壤含水量均有利于植被覆盖的改善，从而降低了沙尘暴的强度和频率。 伴随高纬度冷空气涌入的强风呈现下降趋势，导致沙尘暴数量减少，并在沙尘暴年代际减少中起关键作用。 研究期间极涡的强度下降与沙尘暴强度和频率的下降密切相关。

copy;2018 Elsevier BV保留所有权利。

* 通讯作者。

电子邮件地址：chehz@cma.gov.cn （H. Che）。

https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2018.03.068

• 1. 018 Elsevier BV保留所有权利。

1.引言

沙尘暴（SDSs）是对环境和人类活动可能造成灾难性影响的自然事件（Sun et al.,2001; Zhou and Wang, 2002; Tam et al., 2012）。 东亚地区的沙尘暴事件主要发生在春季，可能导致能见度下降至lt;10公里，甚至偶尔降至lt;0.1公里。 直径lt;10微米的颗粒浓度显着增加，这会影响空气质量并可能导致人体呼吸系统症状（Zhang et al., 1998;Kim et al., 2001; Seinfeld et al., 2004; Che et al., 2006; Meng and Lu,2007）。 沙尘颗粒通过改变辐射平衡来影响天气系统和气候，直接通过吸收和散射辐射，间接通过影响云层作为云凝结核时候（Tegen, 2003; Gong et al.,2006; Che et al., 2013; Bi et al., 2014; Huang et al., 2014; Che et al.,2015）。 此外，必需的微量营养素通过这些沙尘颗粒进入海洋，通过诸如颗粒漂浮，吸附和共同沉淀等过程提供营养物质（Yuan and Zhang, 2006; Wang et al., 2009; Martiacute;nez-Garcia et al., 2011; Tanet al., 2012; Tan et al., 2013; Fan et al., 2017)。

近年来，有关东亚地区沙尘暴的分布和频率的研究很多。 地面观测记录，卫星数据和粉尘模型结果被用来分析东亚地区沙尘暴的分布和频率（Zhang et al., 2003a; Mikami et al., 2005; Xu et al., 2011; Li et al., 2012; Chen et al., 2017a）。 特别地，集合沙尘暴预报系统CUACE / Dust（中国统一的大气粉尘化学环境）已经开发并成功用于东亚地区的沙尘暴预测（Gong and Zhang, 2008）。 东亚地区的主要粉尘来源地为蒙古和中国北部的沙漠和半干旱地区（Wang et al., 2006; Wang et al.,2008a），每年〜800 Tg的沙尘颗粒被注入大气。 这些颗粒中约有30％在沙漠地区进行再沉积，约70％离开源区，并被运往中国北部、、朝鲜半岛、日本和北太平洋海域，有些颗粒甚至达到美国和法国（Zhang et al., 1997; Chun et al., 2001; Zhang et al., 2003b;Grousset et al., 2003; Mukai et al., 2004; Che et al., 2005; Yuan and Zhang, 2006; Gong et al., 2007; Zhang et al., 2008）。 造成东亚地区沙尘暴分布和频率变化的原因主要有两个：（1）源区地表条件的变化（2）近地表层风的变化（Zhang et al., 2005; Yu et al., 2009），这两个原因都与气候变化密切相关。降水，土壤湿度，低气温，表层土壤条件以及人类活动是决定植被覆盖的重要因素，并间接影响沙尘暴事件（Natsagdorj et al., 2003;Liu et al., 2004;Lee and Sohn, 2011;， 。Wang et al., 2018）。 此外，沙尘暴的分布和频率与近地面风密切相关，近地面风与大尺度大气环流如极涡，冷空气活动，地表压力场等有关（Littmann, 1991; Qian et al., 2002; Zhao et al., 2004; Yang et al.,2007）。

尽管已经进行了许多研究，但仍缺乏具有极好的时间和空间分辨率的高质量粉尘数据。 地面观测资料缺乏长期连续的浓度记录，观测站的空间分辨率也限制了研究。 卫星观测数据和模式模拟结果具有良好的时间和空间分辨率，并且有大量的算法研究（Qu et al., 2006; Chen et al., 2017a, ,2017b），数据的准确性还有待提高。 大多数以前的研究往往只关注地面条件，或者只研究气候事实。 研究仍然需要理解来分析与沙尘暴有关的因素。 虽然大量的研究致力于研究沙尘暴事件的增加，但近年来沙尘暴显着减弱的原因很少受到关注。

因此，本文通过使用地面观测数据和粉尘模型结果来综合研究近年来东亚地区沙尘暴分布和频率的减少，以获得更好的空间和时间分辨率和准确性。 我们详细分析了2007〜2016年东亚地区沙尘暴的分布情况和发生频率，比较气候因素（如温度，气压，风，极涡等）的变化与沙尘暴的发生之间的关系，以确定沙尘暴年际变化的主要控制因素。 这项研究可能为东亚地区沙尘暴的预防和减灾提供科学支持。

2.材料和方法

2.1．地面站的观测资料

中国气象局（CMA）将沙尘暴的天气现象划分为五个级别：浮沉；扬沙；沙尘暴；强沙尘暴和特强沙尘暴。当风从地面吹来灰尘或沙子时，这种天气现象用近地表风速和水平能见度来表征（表1）。

表格1 风沙和沙尘天气现象中的风速和能见度

根据中国673个标准地面站的记录（图1），我们记录了三个等级的沙尘事件：扬沙或浮沉（BSD）；沙尘暴和强沙尘暴。 当在沙尘事件期间，至少有5个相邻的地面标准站在相同观测时间记录扬沙或更强的沙尘现象时，记录BSD。 如果在沙尘天气中至少有3个相邻的标准站在相同观测时间记录沙尘暴（SDS）或更强的沙尘现象，则记录沙尘暴（SDS）事件。 当在沙尘天气中至少有3个相邻的标准站在相同的观测时间记录到强沙尘暴或更强的沙尘现象时，记录特强沙尘暴过程。 如果沙尘事件满足这些条件中的两个或三个，则会记录最严重的等级（CMA，2006）。 由于低能见度，BSD被命名并记录为弱于SDS事件。 因此我们将三个等级的沙尘事件描述为沙尘暴。

图1.中国673个标准地面气象站的位置

2.2.CUACE / Dust模型的表面粉尘浓度

中国统一的大气粉尘化学环境（CUACE / Dust）是一种用于预测东亚地区沙尘暴的中尺度数值模式。 该模式包括一个带有排放，干/湿沉积和其他动力大气过程的全面的沙尘气溶胶模块。 CUACE / Dust将来自CMA地面粉尘监测网络的观测数据结合起来，并在数据同化系统中从中国对地静止卫星中检索粉尘信息（Gong and Zhang, 2008; Wang et al., 2008b）。 威胁评分系统评估了CUACE / Dust在2006年对所有可用观测结果的表现，并给出了24小时预测的平均威胁评分为0.31，48小时预测为0.23，72小时预测为0.21 （Zhou et al.,2008）。 CUACE /Dust操作始于2007年，我们使用表面粉尘浓度产品对2007年和2016年发生的119次沙尘暴事件进行了评估。结果表明，24小时预测的平均威胁评分为0.31（表2），表明24 h地表粉尘浓度非常准确。 本研究中CUACE / Dust模式的范围为70°E〜140°E，15°N〜55°N，覆盖东亚，尺寸为81times;141，分辨率为54 km（〜0.5°）。

表2 2007年至2016年沙尘事件中的CUACE / Dust威胁评分