北京大学物理学院大气与海洋科学系2021级博士研究生刘冠宇在李婧老师和国际气候与环境科学中心（ICCES）李熙晨研究员的指导下，利用社区大气模式第四版CAM4和随机森林回归模型RFR，研究了1981-2021年戈壁沙漠和华北地区沙尘活动的变化。并具体探究了北大西洋、热带太平洋海温和北极海冰浓度对东北亚春季沙尘活动的相对贡献。研究表明，在三大洋盆中，热带太平洋海温变率对戈壁沙漠的沙尘影响更大，而北大西洋海温变率对华北地区沙尘的驱动更为重要。相关成果以“Impact of Sea Surface Temperature Variability at Different Ocean Basins on Dust Activities in the Gobi Desert and North China”为题发表于2022年7月20日的《Geophysical Research Letters》。
2021年3月的“华北超级沙尘暴”等极端事件对人类生活、社会经济和农业生产影响重大（图1）。除了局地气象要素可以影响沙尘活动，不同洋盆的海温（SST）变率通过遥相关的大气波列也可以影响其频率。因此，研究不同洋盆海温变率对我国华北地区沙尘的影响具有重大意义。
图1 2021年3月15日华北地区沙尘
图2 不同海洋变率对戈壁沙漠和华北地区沙尘的贡献示意图。箭头的颜色：海洋变率对春季戈壁沙漠和华北地区沙尘活动百分比的贡献；方框内的颜色.社区大气模式第四版(CAM4)的集合平均强迫趋势
研究发现，北大西洋海温正异常、热带太平洋海温的负异常（类似于拉尼娜事件）和前一年夏天北极海冰浓度的异常偏少均可通过促进更有利的局地气象条件，促进沙尘在戈壁沙漠的产生及其在华北地区的输送。上述遥相关模式可以用大气动力学的既定机制来解释（图2）。在三大洋盆中，热带太平洋海温变率对戈壁沙漠的沙尘影响更大，而北大西洋海温变率对华北地区沙尘的驱动更为重要。考虑到观测中的各洋盆海温变率，热带太平洋对两区域的影响最大（图3）。
图3 北大西洋海温（℃）增加1%、北极海冰浓度（%）减少1%和Niño 1+2区海温（℃）减少1%对 (a) 戈壁沙漠和 (b) 华北地区春季沙尘活动频率的贡献；北大西洋海温（℃）、北极海冰浓度（%）和Niño 1+2区海温的气候变率（用年时间序列的标准差代表）对 (c) 戈壁沙漠和 (d) 华北地区春季沙尘活动频率的贡献。黑色虚线代表SDAF=0，所有春季沙尘活动频率的变换均通过p<0.1的Student t-检验。
这项研究为更好理解东北亚沙尘活动的变率原因和提升该区域沙尘的建模和预测能力提供了理论支持。本研究的合作者包括北京大学物理学院大气与海洋科学系2022届博士研究生姜中景。
论文原文链接
https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1029/2022GL099821
