中国北方沙尘暴灾害形成机理与荒漠化防治研究

论文摘要

沙尘暴是在特定的地理环境和下垫面条件下,由特定的大尺度环流背景和天气系统所诱发的灾害性天气,主要发生在沙漠及其临近的干旱与半干旱地区。沙尘暴的频频发生是草原退化、土地荒漠化的指示器、加速器和催化剂,也是生态环境恶化的重要标志,具有重要的警示作用。世界范围内沙尘暴多发区位于中亚、北美、中非和澳大利亚,我国主要分布在西北及华北大部分地区,属于中亚沙尘暴区的一部分,是全球现代沙尘暴的频发区之一。开展对沙尘暴及其灾害的深入研究对我国生态环境建设和可持续发展,以及防灾减灾和应对气候变化具有非常重要的意义。鉴于此,论文首先对国内外沙尘暴研究进展进行了系统的回顾和归纳,提出了论文的研究内容和目标。然后,将地面气象资料、遥感资料、以及其他有关资料与数值模式相结合,研究了中国北方沙尘暴时空分布的特征;分析了影响沙尘暴发生发展的主要因素及其相互关系,在此基础上,探讨了沙尘暴灾害形成机理及其内在规律;研究了植被参数变化对沙尘起沙影响机理;通过对现有沙尘暴防治方法与政策的分析,提出了现有方法和政策所存在的弊端,探讨了我国防治沙尘暴的体制机制,提出了新的防治沙尘暴灾害的对策方案。主要研究结论如下:1.沙尘暴既是自然灾害,也是人为灾害,同时也是环境灾害（生态灾害）。我国北方大风频繁（尤其是春季）,客观上为沙尘暴的发生、发展和强度变化提供了动力条件;长期干旱的背景和脆弱的自然生态环境,加之沙质地表广阔,以及独特的地形、地貌,成为有利于沙尘暴天气的孕灾环境;随着人口增加和人类对土地资源和水资源的不合理利用,对沙尘暴的发生具有加强作用,人类活动的干扰已逐渐成为沙尘暴频发的重要促发因素。总之,沙尘暴及其强度变化是气候因子（风）、环境因子和人类活动共同作用的产物。2.中国沙尘暴空间格局总体呈西南-东北分异。中国沙尘暴发生发展的重点区域在西北,并相对集中分布在新疆南部、西藏北部、青海中西部、内蒙中西部、甘肃、宁夏、陕西北部、山西北部、河北北部及河南部分地区。灾害发生的最大、最小年份和多年平均状况的影响界线分布基本一致,只是影响程度不同。沙尘暴影响重度区域从11月一直延续到次年6-7月,时间跨度很长,按年内变化趋势可以分为三种类型和两个过渡带。影响较严重的省份达14个省（直辖市、自治区）,影响面积达624万平方公里,占我国国土面积的65%,重灾区主要分布于西藏、新疆、内蒙、甘肃、青海和宁夏一带。近40—50年来,我国北方沙尘暴天气总体呈下降趋势,有四个区域呈上升趋势,范围比较小,分别是北疆西部,以昭苏为中心;青海西北部,以芒崖为中心;青海东部,以兴海为中心;内蒙古中部,以朱日和为中心。尽管沙尘暴频次总体上在降低,但强度在增加,近年来有增强的趋势。内蒙古的荒漠区沙尘暴发生频率高于草原区和农业区,农业区的沙尘暴下降趋势比较明显,农牧交错区的沙尘暴年变率较大,证明沙尘暴发生频率受下垫面生态环境状况的影响。朱日和是内蒙古沙尘暴发生频繁的站点。3.中国北方沙尘灾害是气象条件、生态环境和人类活动共同作用的结果。沙尘暴发生日数和持续时间与四季的降水、温度、植被覆盖度和大风日数具有很好的相关性。其中,与降水量和植被覆盖度呈负相关关系,与大风日数和温度呈正相关关系;特别是,上年夏季和本年春季的降水量,以及上年夏季的植被覆盖度和本年春季的温度相关程度最为显著。降水和温度主要通过影响地表植被覆盖度来影响区域沙尘暴的发生频率和持续时间。沙尘暴的频繁发生主要是由于降水的持续减少,使地表干燥及植被覆盖度降低造成的。影响春季、全年沙尘暴日数和年沙尘暴持续时间的各因子中,植被覆盖度的周期变化是影响沙尘暴频率的重要影响因子,其次是大风日数和降水量的影响,温度对沙尘暴的影响是最小的,但也是不可忽视的因子。大风日数和温度组成沙尘暴产生的动力因子,植被覆盖度和降水组成沙尘暴形成和搬运的阻力因子。动力因子远低于阻力因子,阻力因子是沙尘暴产生的内因所在,而动力因子是外因,当植被覆盖差,降水少,达到了沙尘暴发生的临界状态时,动力因素才能成为沙尘暴产生和搬运的主导因子,从而影响沙尘暴的产生和发展。可见,改善北方干旱半干旱地区的植被覆盖,恢复生态环境,是控制沙尘暴之根本。4.影响我国沙尘暴的沙源和移动路径。影响我国沙尘暴天气的主要沙源是起源蒙古国南部的戈壁地区,在途径我国北方沙漠或沙地时得到加强或补充,其次是我国境内沙源所致。影响我国沙尘天气的路径主要分为三类:即偏西路径、西北路径和偏北路径。影响北京地区的沙尘暴路径主要是北方路径和西北路径,北方路径:内蒙古乌兰察布盟和锡林郭勒盟西部→浑善达克沙地→张家口→北京;西北路径:新疆东北部至内蒙古阿拉善盟北部→河西走廊→贺兰山分为南北两路→分别经毛乌素沙地和乌兰布和沙漠→包头、呼和浩特→张家口→北京。北京沙尘暴的主要沙尘来源为新疆东北部、阿拉善高原、鄂尔多斯、阴山北坡、浑善达克沙地和坝上高原,只有这些地区的生态环境得到改善,才能减缓沙尘暴对华北地区的影响。5.土地退化、草原沙化,植被覆盖度下降是沙尘暴发生发展的指示器、加速器和催化剂。土地利用/覆盖格局的变化,以及土地退化、荒漠化带来的植被覆盖度下降,导致生态环境安全水平大幅下降,是沙尘暴发生发展的指示器、加速器和催化剂。研究结果也表明,土地利用/覆盖变化及植被覆盖度与沙尘暴频次和强度变化有着显而易见的耦合关系,因此,遏制沙尘灾害的治本办法,不在于治理沙尘暴本身,而在于消除产生土地退化、生态安全下降的社会原因,处理好发展与生态环境建设的关系。6.采用沙尘天气集成数值预报系统,并与国家气象中心T213全球业务模式的嵌套,将T213模式的分析和预报结果为沙尘天气数值预报系统提供初始场和侧边界资料,着重从叶面积指数变化和植被覆盖度变化对风蚀起沙影响进行数值模拟研究,进一步探讨了植被参数变化对沙尘起沙的内在机理。7.分析了人类活动对中国北方荒漠化的影响。几千年来,特别是近代以来,由于人类人口数量的增加和人类活动增多,加剧了北方荒漠化的蔓延,并成为造成荒漠化的不断发展的主要原因。而人类活动主要是通过对水资源、植被、土壤和气候等方面加剧了我国西北地区荒漠化问题。8.引入市场机制,吸引社会力量,建立以企业为主体的中国北方荒漠化防治模式。研究提出,在现阶段,我国可以通过引入PPP机制,加强企业和政府部门的合作,解决荒漠化治理过程中的资金短缺、管理落后、效率低下等问题。为进一步有效的治理荒漠化,需要转变我国的政府转变为服务型政府;需要制定优惠的资金政策,明确的产权政策和生态补偿政策来引入市场机制;还需要健全荒漠化治理法律体系,明确各级政府的治理责任,加大对违法犯罪行为的处罚力度保护治理成果和进行持续的宣传教育。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 概论
• 1.1 研究的意义与依据
• 1.2 沙尘暴研究进展
• 1.2.1 沙尘暴的定义与分级标准
• 1.2.2 沙尘暴的天气学特征分析
• 1.2.3 沙尘暴的卫星遥感监测分析
• 1.2.4 沙尘暴的气候学特征分析
• 1.2.5 沙尘暴的数值模拟研究
• 1.2.6 沙尘暴的分布规律研究
• 1.2.7 沙尘暴形成机理研究
• 1.3 论文的基本框架
• 1.3.1 研究目标
• 1.3.2 研究思路
• 1.3.3 论文框架
• 第二章 中国北方沙尘暴的时空分布和变化趋势分析
• 2.1 近50年来中国北方沙尘暴时空分布及季相差异
• 2.1.1 数据来源与研究方法
• 2.1.1.1 沙尘暴数据
• 2.1.1.2 下垫面数据
• 2.1.1.3 数据处理方法
• 2.1.2 沙尘暴时空分布格局及其季节差异
• 2.1.2.1 沙尘暴年日数空间格局
• 2.1.2.2 沙尘暴多年月平均日数空间格局及其变化规律
• 2.1.2.3 沙尘暴年内动态变化特征
• 2.1.2.4 全国主要省市区沙尘暴平均强度比较分析
• 2.2 中国北方沙尘暴变化趋势分析
• 2.2.1 数据处理方法
• 2.2.2 结果与分析
• 2.3 小结
• 参考文献
• 第三章 中国北方沙尘暴灾害形成机理的研究
• 3.1 数据来源与处理方法
• 3.1.1 数据来源
• 3.1.1.1 气象数据来源与处理
• 3.1.1.2 地形与沙漠数据来源与处理
• 3.1.1.3 土地利用/覆盖数据来源与处理
• 3.1.1.4 植被覆盖度数据来源与处理
• 3.2 沙尘暴影响因子分析
• 3.2.1 相关分析
• 3.2.2 主导因子分析
• 3.3 沙尘暴与气候的关系分析
• 3.3.1 沙尘暴频次与大风日数的关系
• 3.3.2 沙尘暴频次与降水、温度的关系
• 3.4 沙尘暴与沙源及移动路径分析
• 3.4.1 沙尘暴与沙源的关系分析
• 3.4.2 沙尘暴与移动路径的关系
• 3.4.3 沙尘暴与土地沙漠化的关系
• 3.4.4 影响北京沙尘暴天气的移动路径与沙源关系分析
• 3.5 沙尘暴与土地利用,覆盖的关系分析
• 3.6 沙尘暴与植被覆盖度的关系
• 3.6.1 年最大植被覆盖度变化规律
• 3.6.2 春季和夏季的植被覆盖度变化规律分析
• 3.6.2.1 植被覆盖度变化强度分析
• 3.6.2.2 植被覆盖度变化趋势分析
• 3.6.3 植被覆盖度对沙尘灾害的影响
• 3.7 沙尘暴灾害的形成机理探讨
• 3.8 小结
• 参考文献
• 第四章 植被参数变化对沙尘起沙影响机理的数值模拟研究
• 4.1 前言
• 4.2.集成的沙尘天气数值预报系统
• 4.2.1 模式的输入和嵌套
• 4.2.2 地理信息系统
• 4.2.3 风蚀方案
• 4.2.3.1 水平沙通量
• 4.2.3.2 起沙
• 4.2.3.3 沙尘传输和沉降
• 4.2.4 模式系统预报性能分析
• 4.3.叶面积指数对风蚀起沙的影响
• 4.3.1 叶面积指数
• 4.3.2 叶面积指数变化对风蚀起沙的影响
• 4.4.植被覆盖对风蚀起沙的影响
• 4.4.1 植被覆盖
• 4.4.2 植被覆盖变化的影响
• 4.5.结论
• 第五章 人类活动对北方荒漠化影响与对策研究
• 5.1 荒漠化的概念及分类
• 5.2 荒漠化的主要特征
• 5.3 人类活动对北方地区荒漠化的影响
• 5.3.1 人类活动对水资源的影响
• 5.3.2 人类活动对植被的影响
• 5.3.3 人类活动对土壤的影响
• 5.3.4 人类活动对气候的影响
• 5.4 中国北方荒漠化防治的现状和存在的问题
• 5.4.1 三北防护林体系的建设
• 5.4.2 治沙工程
• 5.4.3 封山禁牧,舍饲圈养
• 5.4.4 退耕还林
• 5.5 中国北方荒漠化防治的对策分析
• 5.5.1 以往政府主导型荒漠化治理结构的弊端分析
• 5.5.2 以市场为主导治理荒漠化的概念模型
• 5.5.2.1 荒漠化企业主导型治理结构
• 5.5.2.2 荒漠化治理的PPP模式
• 5.5.3 以市场为主导治理荒漠化的对策分析
• 5.5.3.1 改革管理体制,转变政府职能。
• 5.5.3.2 调整现行政策,引入市场机制
• 5.5.3.3 健全法制体系,明确治理责任,保护治理权益,增强法律宣传
• 5.6 小结
• 参考文献
• 第六章 结论与讨论
• 6.1 主要研究结论
• 6.2 主要创新点
• 6.3 讨论与展望
• 在读期间参加的科研活动和发表论文情况
• 致谢