近日，Journal of Climate期刊在线发表了中国海洋大学海洋与大气学院最新科研成果“The Frequency and Intensity of Extreme Dust Events and Related Driving Factors in Major Dust Sources Based on MERRA-2 Aerosol Reanalysis”（基于MERRA-2气溶胶再分析数据的全球主要沙尘源区极端沙尘事件频次、强度及相关驱动因素）。该成果第一作者为海洋与大气学院青年教师祝清哲，通讯作者为兰州大学大气科学学院刘玉芝教授。
随着数值模式的发展和资料同化技术的进步，气溶胶再分析产品的精度逐步提升并越来越广泛地应用于沙尘天气相关研究中。然而在极端天气事件愈发频繁和剧烈的背景下，气溶胶再分析产品对极端沙尘事件的表征能力目前仍不清楚。因此，本研究基于多源卫星观测评估了MERRA-2气溶胶再分析产品对全球主要沙尘源区极端沙尘事件的表征能力，并进一步分析了极端沙尘事件的频次、强度和驱动因素。研究结果表明，MERRA-2对极端沙尘事件的适用性具有显著的区域差异：该数据在中东和北非表现良好，而在塔克拉玛干沙漠表现不佳。具体而言，MERRA-2能够很好地再现卫星观测得到的中东和北非地区极端沙尘事件频次、强度和年际变化特征；而在塔克拉玛干沙漠，MERRA-2与卫星观测在极端沙尘事件频次和强度的年际变化以及极端沙尘事件的月度占比上存在很大差异（图1），并且MERRA-2对该区域极端沙尘事件的强度存在明显低估。
我们从资料同化角度解释了MERRA-2适用性的显著区域差异。MERRA-2在沙漠地区同化了AERONET站点观测和MISR卫星反演结果，在塔克拉玛干沙漠仅有一个位于沙漠边缘的AERONET站点被同化至MERRA-2；而在中东和北非，被同化的AERONET站点分别为4个和7个。此外，MISR的气溶胶光学厚度（AOD）在中东和北非与MODIS的差异较小，但在塔克拉玛干沙漠MISR的AOD显著低于MODIS的结果。根据MERRA-2开发团队的对比，去除气溶胶资料同化的AOD值会显著低于AOD观测值。因此，塔克拉玛干沙漠最少的资料同化站点和最大的MISR数据偏差造成了MERRA-2气溶胶再分析产品在塔克拉玛干沙漠较差的适用性。
最后基于MERRA-2气溶胶再分析产品和MODIS卫星观测，我们发现2000-2023年，中东和北非的极端沙尘事件频次先增加后减少，其中北非的极端沙尘事件强度更高。中东和北非的春季极端沙尘事件均由东大西洋/西俄罗斯型遥相关（EA/WR）驱动，而不是由北大西洋涛动驱动。EA/WR导致地中海上空的异常高压和欧亚大陆上空的异常低压，相应的罗斯贝波传播使北非和中东相继出现极端沙尘事件（图2）。此外，极端沙尘事件期间的沙尘光学厚度是一个独立模态，而不是春季沙尘光学厚度的简单加强。这些结果强调了MERRA-2气溶胶再分析产品适用性的区域差异和极端沙尘事件相对于春季沙尘活动的独特性。
图1.（a1-c1）2000-2023年塔克拉玛干沙漠、中东和北非地区春季逐日沙尘光学厚度箱型图及极端沙尘事件阈值。（a2-c2）MODIS和MERRA-2的极端沙尘事件频次年际变化时间序列。（a3-c4）MODIS和MERRA-2中春季极端沙尘事件在3、4和5月的占比。（d）MODIS和MERRA-2给出的2000-2023年春季极端沙尘事件频次趋势。
图2.（a1）北非极端沙尘事件期间大气环流和位势高度相较于春季均值的差异及（a2）相应的罗斯贝波通量。（b1）中东极端沙尘事件期间大气环流和位势高度相较于春季均值的差异及（b2）相应的罗斯贝波通量。（c1）北非和中东极端沙尘事件合并后大气环流和位势高度相较于春季均值的差异及（c2）相应的罗斯贝波通量。
发表文章列表：
Zhu, Q., Liu, Y., & Xiao, N., (2025). The Frequency and Intensity of Extreme Dust Events and Related Driving Factors in Major Dust Sources Based on MERRA-2 Aerosol Reanalysis. Journal of Climate, 38, 4491-4504.
文章链接：https://doi.org/10.1175/JCLI-D-24-0702.1