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甘肃省及其周边沙尘暴的监测、预报及机理研究

时间:2005-03-19 18:16来源:甘肃环境保护 作者: 点击:
甘肃省及其周边沙尘暴的监测、预报及机理研究     2003-9-7 18:12:52 1、 项目名称甘肃省及其周边沙尘暴的监测、预报及机理研究 2、 项目的目的意义及必要性目的:通过对我省及其周边地区历年来沙尘暴的研究,进行有组织的

甘肃省及其周边沙尘暴的监测、预报及机理研究

    2003-9-7 18:12:52

1、 项目名称甘肃省及其周边沙尘暴的监测、预报及机理研究

2、 项目的目的意义及必要性目的:通过对我省及其周边地区历年来沙尘暴的研究,进行有组织的、科学的布点;根据不同的观测和监测设备,研究监测我省沙尘暴的方法;建立我省沙尘暴监测网络体系和数据库;发展和建立我省沙尘暴的预警和预报系统;深入研究该区域沙尘暴的成因和机理;进而为本省防御沙尘暴提供有效的监测网络体系和预警及预报系统。

意义:该项目通过省环保管理及业务部门、高教学校与中科院有关研究所的有机结合和优势互补,将为甘肃省及其周边地区沙尘暴的发生和发展提供有效的监测网络体系和可用的预警及预报系统;通过观测数据库和高分辨模式模拟数值试验研究,将为沙尘暴的成因、机理和防御提供可靠的物理依据。因此该项目既有实用价值,又具科学意义。

必要性:沙尘暴是一种极具破坏力的自然灾害。我省是沙尘暴的多发区和重灾区之一。从1952年至今,已先后发生沙尘暴51次。当强沙尘暴出现时,会给农林业、畜牧业、电力、通信、交通和人民生命财产造成严重危害。1993年5月5日特强沙尘暴及其近年频发的沙尘暴给甘肃及其周边地区造成了严重的水土流失、土地沙漠化、土壤退化等一系列生态环境危机,使其走向可持续发展的道路更加艰难,面临着诸多问题。因此,监测、预报及研究沙尘暴发生与发展机理已是本地区刻不容缓的严酷现实和困难的科学问题。

3、国内外研究进展世界范围内的沙尘暴多发区主要位于中亚、北美、中非及澳大利亚的荒漠及荒漠化地区。我国西北(包括甘肃省及其周边)地区是中亚沙尘暴多发区的一部分。近十几年来,国外学者主要从以下几方面进行了研究:沙尘暴形成的天气背景、下垫面条件;沙尘的起沙机制;沙尘的长距离输;沙尘气溶胶的辐射反馈机制。这些研究主要针对非洲撒哈拉沙漠地区。日本更关注我国沙尘输送对日本影响的研究。在我国,近年对多例沙尘暴进行了分析研究;有学者研究沙尘辐射加热对低空锋生的影响,有的对强沙尘暴的发生及沙尘输送过程进行了数值模拟研究;同时对沙尘暴的机理也进行了一些研究。但至今,对我国沙尘暴的监测、观测、预报及机理研究还很少,对甘肃及其周边地区这方面的研究就更少。因此,对甘肃及其周边地区应尽快开展这方面的综合研究工作。

4、建议合作国家或单位,以及在本领域的优势,是否与对方有合作基础 建议合作国家:美国、日本。 建议合作单位:;中国环境监测总站和省内各地州市站;甘肃省气象局和兰州中心气象台。 在本领域的优势:甘肃省环境监测中心站自1993年"5.5"黑风暴以来,组织全省各级环境监测站开展对沙尘暴的监测;本省近几年的沙尘暴监测数据与全国其它环保部门相比是最完善的。兰州大学大气科学系在"93.5"黑风暴后,曾主持了这方面的国家自然科学基金研究课题,并在强沙尘暴成因及机制的中尺度数值模拟研究方面获得了一些国内领先的科研成果;该课题组近年又开发了多重嵌套的、非静力中尺度模式模拟系统;这为进一步发展沙尘暴预报系统及机理研究提供了坚实的基础。中科院寒旱所的原沙漠和高原大气所在沙漠化防治,沙尘源类型、分布和形成的动力过程,以及沙尘暴个例谱与成因分析和数值研究等方面都有一些国内领先的研究成果。这些单位的重组和优势互补,将是国内其他省市在沙尘暴研究方面难以取代的一支研究力量。 是否与对方有合作基础:在国内,无论是这些建议单位还是建议合作单位,都有长期科研合作的基础;同时,这些建议单位及其人员和美国、日本及其他一些国家相关的单位与科学家有着不同形式的合作研究关系。如能在这方面得到国外的资助与合作,该项目将具有国际意义。

5、承担单位工作基础条件(项目负责人实力,研究、试验设施,本领域研究基础等)(1)项目负责人实力项目负责人程麟生,兰州大学大气科学系教授,博士生导师。 1984-1986年在美国国家大气研究中心(NCAR)进行合作研究(访问学者)。1999年10-12月再次访问美国NCAR,进行短期合作研究。现任中国计算物理学会理事,国务院学位委员会大气科学学科评议组成员。1987-1999年,先后主持或承担国家科技攻关项目四项,国家自然科学基金五项;1999-2003年,承担国家重点基础研究项目(G1998040907)中一项;在国内外学术刊物上发表论文60余篇。1990-1994年先后合作审校 、翻译专著两本:《中尺度气象模拟》(气象出版社,1990),《风暴和云动力学》(气象出版社,1993);撰写著作两本:《大气数值模拟》(气象出版社,1991),《中尺度大气数值模式和模拟》(气象出版社,1994)。参加的国家自然科学基金重大项目《HEIFE》(第五课题主持人)(1987-1994)于1995年获中国科学院自然科学一等奖。通过主持国家自然科学基金"我国西北地区特强沙尘暴的成因分析和数值模拟研究"项目,对西北和甘肃地区沙尘暴的机理作过系统而深入的分析和数值研究,本人和研究组成员先后发表了如下论文: [1] Cheng, L., et al., 1995:Influence of Mesoscale Model Resolution on the Evolutive Simulatio of the " 95.5" Black Storm. WMO/TD, No.699:323-328. [2] Cheng, L., and C. Liu, 1996:Mesoscale Numerical Experiments of Developing Mechanism for the "93.5" Black Storm and Parameterization of Sand-Dust Transport. J. Hydrometeo. Ecolo. No.4: 55-72. [3] 刘春涛,程麟生,1997: 黑风暴的沙尘形成与输送参数化及中尺度数值试验。气象学报,Vol.55, No.6:726-738。 [4] 张小玲,程麟生,1997: "93.5"黑风暴期间中尺度涡旋发生发展的涡源诊断。兰州大学学报,Vol.33, No.4:123-131。 [5] 宋振鑫,程麟生,1997 :"93.5"黑风暴扰动能源的诊断分析。兰州大学学报,Vol.33, No.4:116-122。 [6] 冯霞,程麟生,1997:"93.5"黑风暴发展期中尺度热量和水汽诊断。气象,Vol.23, No.3:8-14。 [7] 程麟生 等,1998:"93.5"黑风暴发展机制的动力和热力诊断及防御对策。《西部资源环境与可持续发展文集》,兰州大学出版社,p. 176-185. [8] 程麟生,1998:西北地区黑风暴灾害及成因的分析与数值模拟研究。《西部资源环境与可持续发展文集》,兰州大学出版社,p. 186-195 [9] 程麟生,1998:中国沙尘暴的研究。中国气象年鉴,气象出版社,p. 259-262。 [10] 王文,程麟生,1999:"93.5"黑风暴的对称不稳定诊断分析。高原气象,Vol. 18, No.2:127-137。 [11] Liu, C., L. Cheng, 1999, Parameterization of Mobilization and Transport of Sand-Dust during Black Storm and Mesoscale Numerical Experiments. ACTA Meteo.SINICA,Vol.13, No.3:316-330. (2)研究、试验设施 甘肃省环境监测中心站:拥有仪器设备共计135台(套)(500以上);省站目前已开展各类型监测项目共149余项,主要有水质与废水、空气与废气、噪声、土壤、植物等方面的监测内容。 兰州大学大气科学系:单双点声雷达(M300C)1台,系留探空系统(TS-2A)2套,低空探空仪1台,双向风标风速仪1台,温度廓线仪1台,超声温风仪1台,VSAT接收站1个,高档微机20台,SGI Origin 2100 计算服务器1台。 寒旱所:原沙漠所有大型风洞实验室,激光雷达1台,还有其他许多研究沙尘方面的仪器。原高原大气所有大型计算机1台,还有成套边界层观测实验仪器设施。(3)本领域研究基础:兰州大学大气科学系是国家大气科学一级学科点,也是我国中、西部地区唯一的大气科学多层次人才培养基地。在本领域研究基础有:大气动力学和数值天气预报、中尺度大气数值模式和模拟、气象资料同化、大气污染与控制、大气边界层与大气扩散、卫星遥感和大气气溶胶等。本学科先后获"国家科技进步二等奖"、"中国科学院自然科学一等奖"等国家和省部级科技进步奖十余项。撰写专著和研究生教材十余部。作为国家自然科学基金重大项目 "黑河地区地-气相互作用的实验研究"主要参加单位,该项目于1995年获中国科学院自然科学一等奖。大气科学系和国内外有着广泛的学术交流和联系,特别是美国、英国、日本及一些欧洲国家。大气科学系所在的资源环境学院有"西部环境教育部重点实验室"。甘肃省环境监测中心站是国家二级监测站,是国家环境监测网中心组成成员单位,是本省环境监测的数据中心、技术中心、培训中心和网络中心。各类专业技术人员占全站职工的75%,其中高级工程师10人,工程师23人,助理工程师和技术人员26人。我站拥有仪器设备共计135台(套)(500以上)。中科院寒旱所的原沙漠和高原大气所是该项目中一支极具实力的研究力量,不仅有一批高、中级科学家,还有大量供试验研究用的设备。因此,该项目组成单位和成员有进行本领域研究的基础。

6、项目合作研究主要内容 (1) 建立甘肃及其周边地区沙尘暴历史数据库。(2) 建立甘肃省及其周边地区沙尘暴地面监测网和沙尘暴信息与资料收集系统。(3) 研究极轨、静止卫星遥感监测沙尘暴的综合技术,并实现实时监测。(4) 开发、研制沙尘暴监测仪器,特别是沙尘暴的三维监测技术和仪器。(5) 研究沙尘源类型、分布及粒度和理化性质以及沙尘源多相应力形成沙尘的动力过程。(6) 研究沙尘风能扬析机理与本省沙尘产出量、扬析排放量及产出与输出平衡时空变化规律。(7) 研究沙尘暴起沙、扬沙及其沉降机制,发展沙尘输送参数化方案。(8) 研制沙尘暴预报的中尺度数值模式及其模拟系统。(9) 研究沙尘暴的动力、热力机制及发生发展结构。(10) 建立甘肃及其周边地区沙尘暴的监测网和预报系统。

7、预期达到目标(1) 提出比较科学的、能客观描述甘肃及周边地区各类沙尘暴强度的定量指标;建立可视化和具有追加功能的沙尘暴历史数据库。(2) 建立基于通讯网络和气象台站以及环境监测站的沙尘暴常规监测网,提供沙尘暴天气的加密观测资料。(3) 提出利用极轨、静止卫星判识沙尘暴的方法和标准,以及极轨、静止卫星遥感监测沙尘暴的综合技术。(4) 完成对沙尘暴地面监测仪器的开发与研制。(5) 给出沙尘形成的系统动力过程。(6) 给出甘肃河西沙尘产出与输出平衡时序过程。(7) 提出沙尘暴起沙、扬沙和沉降机制以及沙尘输送参数化方案。(8) 建立适用于甘肃及周边地区沙尘暴预报的中尺度数值模式及其模拟系统。(9) 提出沙尘暴的动力、热力机制及发生发展结构。(10) 完成对甘肃地区沙尘暴监测网及预报系统的建立。

8、建议合作的方式(1) 中外合作:中外两方投入项目的总经费应大体相当(以人民币计)。外方经费以投入高性能仪器和技术为主,中方经费使用按经费预算表执行。(2) 中方合作:合作单位推荐项目专家组领导成员;专家组撰写项目申请书,分解课题和研究任务,并与甘肃省环保局共同讨论组织实施项目及项目经费分配问题。(3) 中外合作或中方合作各单位对项目监测和观测资料及其资料库共享。(4) 所有合作单位必须按计划、按期完成研究任务,提交高质量的研究成果。(5) 所有研究成果,各单位共享。

TAG:甘肃 沙尘暴 监测 预报 研究  (责任编辑:admin)
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