項目名稱： 亞洲沙塵暴及其數值預報系統的研究

推薦單位： 中國氣象局

項目簡介： 本項目屬大氣科學基本理論研究

主要研究內容

   從各個重要方面系統研究了亞洲沙塵暴的形成與發展，率先指出其主要源區位置、并最終完整獲得亞洲沙塵暴10個源區的分布，首次定量估算出亞洲沙塵的總釋放量約為 800百萬噸/年，證明地質時期早已存在的沙漠－沙地是亞洲沙塵暴最主要的源地，近幾十年我國因沙漠化因素導致的新增沙源地對沙塵暴的貢獻與天氣和氣候因素相比不是主導因素，在亞洲沙塵理化特性、區域及全球尺度、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性的認識，還分辯出亞洲沙塵在近源及遠源區域的主要沉降過程，并證明晚第四紀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流變化緊密聯系，發現沙塵變化導致的海陸熱力差異快速變化與東亞冬季風系統快速變化密切相關，研發建立了亞洲沙塵暴數值預報系統（CUACE/Dust），并投入國家的業務運行，取得了良好的預報效果。

科學價值

   本成果在亞洲沙塵暴的源區、釋放量、輸送、沉降、對氣候的影響、天氣氣候和沙漠化因素對其影響程度等多個關鍵方面在國際上率先、較系統地發表了研究進展，在國際學術界產生了重要影響，并研發建立了其數值預報系統，成為國家的業務運行系統，為減緩沙塵暴危害，為國土沙漠化治理的宏觀決策發揮了重要作用。

同行引用評價情況

   共發表論文 180 篇，SCI期刊論文53篇，其中國際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.》上發表的有關亞洲沙塵暴源區、釋放總量、控制因素等成果被政府間氣候變化委員會（IPCC）第四次評估報告（AR4）詳細引用，有關亞洲沙塵暴各側面研究成果多數被SCI引用超過百次，包括《Nature》、《Science》等多種SCI期刊的文章對此給予了很高評價，在國際學術界產生了重要影響。張小曳當選世界天氣研究計劃"國際沙塵暴發展研究計劃"科學指導委員會主席。

主要發現點：

   1)亞洲沙塵的源區：首次指出亞洲沙塵主要源區的位置，并最終完整獲得其10個源區的分布，發現蒙古南部的沙漠和戈壁源區、以塔克拉瑪干沙漠為主體的中國西部高沙塵沙漠區，和以巴丹吉林-騰格里-烏蘭布和沙漠構成的中國北部高沙塵沙漠區是亞洲沙塵的3個主要源區。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 800百萬噸/年，這約相當于全球沙漠釋放總量的一半，3個主要源區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流控制下的沙塵源區"擺動"有關。代表性論文[1]。 [大氣物理、元素地球化學]

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

   4)理化特征及輸送：對亞洲沙塵暴關鍵區域大氣沙塵氣溶膠理化特征有了較全面和深入的認識。提出亞洲沙塵區域尺度輸送受季風環流控制，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完成，無論冰期、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性的認識。代表性論文[4, 5, 7, 8, 9]。[大氣物理、元素地球化學]

   5)沉降：分辯出亞洲沙塵在近源和遠源區域的主要沉降過程，并證明晚第四紀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、大氣物理]

   6)數值預報系統：在上述觀測與數值模擬結合的基礎研究成果基礎上，研發建立了亞洲沙塵暴數值預報系統（CUACE/Dust），并投入國家的業務運行，該系統的起沙、輸送、沉降等物理機制先進、合理，取得了良好的預報效果，并得到廣泛應用與推廣，為我國沙塵暴預報和預警以及減緩沙塵暴影響做出了積極貢獻。代表性文章[3, 8, 10]。出版專著 《亞洲沙塵暴及其數值預報系統》[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

   總體負責，是所列各項目和基金的主持人，對本成果取得起了決定性的作用和貢獻，對各主要發現點均有重要貢獻，包括：首次指出并最終分辨出亞洲沙塵的源區分布；定量估算出其總釋放量；獲得其與大尺度大氣環流相聯系的證據；主持開展了亞洲沙塵理化特性的系統研究；提出其區域－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源的沉降過程，以及沉降后的再改造份額；提出沙塵變化導致的海陸熱力差異變化與東亞冬季風系統快速變化密切相關；證明了天氣、氣候因素而非沙漠化因素是控制亞洲和我國沙塵暴發生的主導因素；主持建立了沙塵暴數值預報系統及其投入業務運行的工作。投入的工作量占本人工作量的80%。

王亞強

   對本成果第1、3、4、6發現點作出了重要貢獻。在沙塵氣溶膠同位素特征及源解析方面取得重要進展。獲得了中國沙塵暴源區表土及沙塵氣溶膠的碳酸鹽含量、碳、氧同位素變化特征，及其對沙塵暴進行源區示蹤的意義；利用軌跡統計法探討了影響北京、西安的沙塵傳輸路徑及源區；在亞洲沙塵暴源區、控制因素、傳輸路徑、理化特征、數值預報系統等方面均有重要貢獻。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發現點作出了重要貢獻。發現夏季降水及其隨后春季平均的植被指數與春季強沙塵暴序列存在顯著的負相關，因夏季降水引起土壤濕度異常的強持續性是前一年夏季降水變化影響隨后春季植被狀況和我國北方強沙塵暴活動的關鍵物理機制。我國北方春季強沙塵暴日數與春季西西伯利亞地區對流層（特別是600hPa）風速之間存在很高的正相關，據此指出西西伯利亞一帶的高空風速是影響中國北方強沙塵暴活動的關鍵區。在本成果中的投入時間占總工作時間的60%。

周自江

貢獻主要集中在第1、3發現點，包括：給出了近50年中國沙塵暴的時間序列和空間分布特征；揭示了歐亞中高緯大氣環流形勢和東亞冬季風強度的變化對中國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中國沙塵暴的相對影響程度；參與確定亞洲沙塵暴的源區分布、釋放總量和強度級別等。本項目工作量占本人工作總量超過了60%。

王丹

對本成果第1、4發現點做出了重要貢獻，尤其在沙塵氣溶膠的理化特性的實驗與分析研究方面作出了基礎性的貢獻。本成果中的工作量占本人工作總量的50%。