我国北方区域沙尘天气的时间特征分析

将我国北方沙尘主要影响区划分为3个区（西北区、华北区、东北区）,用网格面积加权计算区域平均的方法,比较了各区沙尘天气的时间演化特征。结果表明：西北部沙尘日数的量级明显多于东北部;沙尘暴的发生有比较明显的日变化特征,各区白天较夜间更易发生沙尘暴,2区（华北区）和3区（东北区）发生沙尘暴初始时刻的峰值出现在14：00,1区（西北区）出现在15：00～16：00;2区和3区出现沙尘天气的极值在4月,而1区在4、5两个月都是极值期;春季是各区沙尘天气的多发期,1区夏季沙尘天气发生的频次也较高;各区的沙尘日数均在20世纪80年代中期前后发生了由多到少的跃变,1区和2区的突变点在1987年,3区在1983年。我国北方3个区沙尘天气的日、月、季节变化有明显的区域特征,其中1区表现得较为独特,2区和3区则比较接近。     

A Case Study of the Impacts of Dust Aerosols on Surface Atmospheric Variables and Energy Budgets in a Semi-Arid Region of China

The authors present a case study investigating the impacts of dust aerosols on surface atmospheric variables and energy budgets in a semi-arid region of China. Enhanced observational meteorological data, radiative fluxes, near-surface heat fluxes, and concentrations of dust aerosols were collected from Tongyu station, one of the reference sites of the International Coordinated Energy and Water Cycle Observations Project (CEOP), during a typical dust storm event in June 2006. A comprehensive analysis of these data show that in this semi-arid area, higher wind velocities and a continuously reduced air pressure were identified during the dust storm period. Dust storm events are usually associated with low relative humidity weather conditions, which result in low latent heat flux values. Dust aerosols suspended in the air decrease the net radiation, mainly by reducing the direct solar radiation reaching the land surface. This reduction in net radiation results in a decrease in soil temperatures at a depth of 2 cm. The combination of increased air temperature and decreased soil temperature strengthens the energy exchange of the atmosphere-earth system, increasing the surface sensible heat flux. After the dust storm event, the atmosphere was dominated by higher pressures and was relatively wet and cold. Net radiation and latent heat flux show an evident increase, while the surface sensible heat flux shows a clear decrease.     

2002年我国沙尘暴天气特征分析

利用逐日8个时次地面天气报告资料，分析了2002年全国沙尘暴的时空分布特征。结果表明：2002年出现的12次沙尘暴过程以3月18～22日的强沙尘暴过程影响范围最广、强度最强；我国北方地区浑善达克沙地及其周边地区的沙尘暴日数最多。另外，2002年我国沙尘暴高频期集中、早春多于晚春。主要原因是前期北方持续气温偏高、降水偏少，3—4月上中旬影响我国的冷空气十分频繁且强度较强，4月下旬—5月上旬我国北方地区出现了几次较大范围降水，5月中下旬影响我国的冷空气势力较弱且位置偏东。     

位涡诊断在黄土高原强对流风暴预报中的应用

利用位涡理论,对2004年6月15~16日宁夏、内蒙、陕西、山西和河南出现大范围的强对流风暴和局地冰雹天气过程作了诊断分析。个例分析发现,干位涡空间结构表现为:从风暴区下游到风暴区形成随高度向西倾斜的大值正位涡柱,风暴区形成对流层高层大值正位涡中心和对流层中低层伴有位涡梯度增强的位涡等值线密集区的叠置。对流层低层干位涡场特征表现为,风暴区形成干位涡等值线密集区和风场切变的耦合。对流层低层湿位涡场特征表现为,风暴区形成湿位涡正压项小于0对流不稳定舌和湿斜压中心以及湿位涡斜压项等值线密集区的耦合。风暴发生前,对流层中层500hPa河套生成经向位涡等值线密集区,500hPa蒙古地区强偏北气流中同时出现正位涡扰动和指向河套的正位涡平流,对黄土高原大范围强对流风暴的发生有指示意义。     

一次雷暴大风引发的强沙尘暴天气的中尺度系统分析

使用探空、地面和张掖多普勒天气雷达观测资料对2013年7月30日发生在河西走廊的一次强沙尘暴天气进行了分析。结果表明：这次雷暴大风沙尘天气是对流层低层冷平流作用下,不稳定能量释放形成的β、γ中尺度对流系统造成的,雷暴下击暴流的辐散流和密度流是引发地面强风和沙尘暴的直接因素。高层干、中层相对湿和低层干的层结,易产生雷暴大风天气。1 h正变压和负变温演变能很好地反映雷暴下击暴流形成的雷暴高压和冷池的强弱变化,同时也反映了下击暴流的辐散气流和冷池密度流造成的地面大风及沙尘天气的变化。     

出流边界对京津冀地区强对流局地新生及快速增强的动力效应

针对2014年7月16日发生在京津冀地区包含三次风暴过程的强对流"事件",通过雷达、探空和自动站等观测资料分析,以及基于雷达资料快速刷新四维变分同化（RR4DVar）和三维数值云模式的高分辨率模拟,研究了在京津冀复杂地形条件下导致对流风暴局地新生及快速增强的对流尺度热力和动力机制,重点分析了出流边界在对流风暴局地新生及快速增强过程中的动力效应。探空观测和模拟结果均显示,16日当天从上午到傍晚,京津冀地区存在有利于对流风暴发生、发展的中尺度环境条件,包括明显的热力不稳定、强的偏南低空急流和低层垂直风切变等。在本次强对流"事件"中,首先是东移的近地面切变线在中午12:00（北京时,下同）左右触发了天津地区多单体对流风暴的局地新生和快速加强,并产生了明显的向西北移动的出流边界。随后,在京津冀西北部山区形成的一个产生向南出流的风暴单体于下午18:00左右抵达北京西北部山边,由于地形强迫,沿山坡加速下滑的风暴出流与沿山坡上行的低层偏南暖湿气流相互作用,增强了山坡附近的低层辐合和垂直上升,同时在向南和向西北移动的出流边界"碰撞"形成的动力不稳定配合下,使得风暴单体在下山过程中迅速发展为强超级单体风暴。两条出流边界在风暴附近的"碰撞"及其和低层偏南暖湿气流的相互作用,具有复杂地形条件下导致风暴新生和加强的"三重点"关键区特征。在22:00左右,由超级单体风暴形成的出流边界抵达京津冀南部平原地区,与偏南低空急流和低层偏东风湿空气产生的辐合区相互作用,形成新的类似于"三重点"的关键区,导致在辐合区内沿出流边界出现暖湿空气的强烈上升。在出流边界的动力不稳定触发下,沿出流边界附近不断有对流单体新生和增强,最终在23:00左右形成了一条近似东西走向的线状多单体风暴系统。     

蒙古气旋爆发性发展导致的强沙尘暴个例研究

对2001年4月6～7日发生在中国北方的一次强沙尘暴过程,从沙尘源、干旱气候背景、天气系统及起沙和扬沙的动力机制进行了初步研究,揭示了强沙尘暴与蒙古气旋和高空急流活动的关系.得出:位于内蒙古西部的巴丹吉林沙漠和中部的浑善达克沙地,是沙尘暴的主要沙尘源区;持续两年的干旱是强沙尘暴形成的气候背景;蒙古气旋的爆发性发展和冷锋后大风是起沙的主要动力;湍流输送和高空急流出口区左侧气流辐散强迫形成的干对流上升气流是沙尘向高空输送的动力机制等结论.作者认为强沙尘暴是挟带大量沙尘的强干对流风暴.     

天津春季沙尘天气日数变化规律及小波变换特征

根据沙尘天气标准确定了1961～2003年天津逐年的春季沙尘天气日数且形成序列，分析了春季沙尘天气的演变规律，并应用小波分析方法分析了其多时间尺度的变化特征。结果表明：天津地区春季的沙尘天气以每10年-5.9天的变化速率呈显著的下降趋势；20世纪60-70年代处于沙尘多发期，90年代最少；春季沙尘天气具有40年、4～6年和16年的明显周期。t检验结果显示，气候突变大约发生在1980年前后。     

一次新生脉冲风暴分析

本文利用多普勒天气雷达、地面自动站等高时空分辨率观测资料和NCEP1×1°再分析资料,对2017年7月28日南充市区由脉冲风暴引起的局地强对流天气的背景、环境条件、雷达特征、大风成因等进行了研究和探讨。结果表明:(1)此次强对流天气过程以受西太平洋副热带高压控制为背景,有异常强的对流不稳定能量和十分充足的水汽;边界层切变线与弱冷空气回流进入盆地东北部及下垫面加热不均匀导致的强温度梯度是风暴新生的触发机制;在弱垂直风切变的环境条件下,使得过程中雷暴具有脉冲风暴特征。(2)此次过程有多个脉冲风暴的活动,造成南充城区大风的脉冲风暴主要有两个,1号风暴单体在强的温度梯度触发后,快速向上向下发展,成熟崩塌时以下击暴流的形式形成强的地面辐散气流,造成高坪站大风;强的下沉气流到达地面形成冷中心,冷中心与前方的暖中心形成强的温度梯度即冷池密度流,冷池密度流产生强的气压梯度力风,再叠加单体下层辐散气流造成了华凤镇的极端大风。      

基于风暴相对螺旋度的降雨预报方法研究

风暴相对螺旋度是一个衡量对流风暴发展强度的物理量,所以对强对流天气的预报具有实际意义。通过提取2008-2010年3年天津地区153个降雨过程的多普勒天气雷达风场数据来计算了风暴相对螺旋度,然后将风暴相对螺旋度与从雷达反射率因子图中提取的风暴信息相融合,得到基于风暴相对螺旋度的降雨预报模型。经过2014年4月到8月天津地区59个降雨过程对本文所提出的降雨预报模型进行验证,结果表明本文提出的降雨预报模型的准确率达到61%,其中提前2小时预测降雨占41%,在2小时间以内预测降雨占59%。上述结果说明,风暴相对螺旋度在结合其他降雨特征后对降雨具有良好的预报效果。     

2017年5月14日合肥地区雷暴大风过程机理分析

利用地面、探空、机场自动观测、多普勒雷达等资料,以多普勒雷达数据产品为重点,对合肥机场及周边地区一次雷暴大风的成因进行了分析。结果表明：机场西北部两个对流风暴在3—6 km高度层合并,5 km高度处形成强反射率因子核,强反射率因子核高度10 min内迅速下降4 km,风暴内下沉气流在地面形成强冷池,强冷池的快速移动导致机场大风形成。下沉气流产生的初始原因是降水粒子的下降拖曳作用;吸入作用、水成物与环境间的负浮力增大、动量下传、补偿性气流的作用是下沉气流产生的重要原因。机场西南部的大风带由雷暴出流边界过境造成,出流边界破坏了边界层结构导致超折射现象的消失。风暴后部持续的冷空气补充和风暴前部源源不断的上升气流维持稳定的垂直环流,持续的下沉补偿气流导致机场东部大风的长时间维持。     

2002年我国沙尘暴的若干特征分析

利用2002年的地面观测资料和NCEP/NCAR的再分析资料对2002年3、4月沙尘暴发生频率以及相应的月和候的环流形势特征进行了分析。结果表明，东亚大槽发展和加深是造成该年沙尘暴偏北路径多的主要成因，并且是影响华北、东北甚至华中的一种主要环流形势。东北低涡维持期间生成的副冷锋次天气尺度系统，可以产生强局地沙尘暴。使用GMS-5的卫星观测资料的亮温数据，对沙尘暴在冷涡天气下的沙尘输送情况进行了分析。给出了沙尘暴在向下游输送沙尘时的空间分布，特别指出了在东北冷涡强烈发展的形势下，沙尘可以向东北方向输送，影响东北、远东，甚至更北的地区。     

Determining the source of dust storms with use of coupling WRF and HYSPLIT models: A case study of Yazd province in central desert of Iran

Dust storm, which has a significant impact on regional air quality, is one of the most hazardous meteorological phenomena in the arid areas. Yazd province is one of the arid areas in Iran that is exposed to dust storms. In this study, two cases of dust storms of Yazd province are studied with the use of coupling numerical models and aerosol optical depth (AOD) from MODIS data. We investigated synoptic condition of such dust storms that were formed downstream of upper level through in the area by focusing on two storms, on May 24 and 25, 2014. For this purpose, a dynamic coupling of this case is done using WRF output the HYSPLIT model. This model was implemented to investigate the sources of the dust storms by calculating the back trajectories from the receptor sites. The trajectories indicated that the first and the second case storms occurred in the northeast and the south of Yazd respectively. These results also showed a good agreement with MODIS aerosol optical depth data and HYSPLIT back trajectories paths.     

Temporal distribution of weather catastrophes in the USA

The temporal distributions of the nation’s four major storm types during 1950–2005 were assessed, including those for thunderstorms, hurricanes, tornadoes, and winter storms. Storms are labeled as catastrophes, defined as events causing $1 million or more in property losses, based on time-adjusted data provided by the insurance industry. Most catastrophic storms occurred in the eastern half of the nation. Analysis of the regional and national storm frequencies revealed there was little time-related relationship between storm types, reflecting how storm types were reported. That is, when tornadoes occurred with thunderstorms, the type producing the greatest losses was the one identified by the insurance industry, not both. Temporal agreement was found in the timing of relatively high incidences of thunderstorms, hurricanes, and winter storms during 2002–2005. This resulted in upward time trends in the national losses of hurricane and thunderstorm catastrophes, The temporal increase in hurricanes is in agreement with upward trends in population density, wealth, and insurance coverage in Gulf and East coastal areas. The upward trends in thunderstorm catastrophes and losses result from increases in heavy rain days, floods, high winds, and hail days, revealing that atmospheric conditions conducive to strong convective activity have been increasing since the 1960s. Tornado catastrophes and their losses peaked in 1966–1973 and had no upward time trend. Temporal variability in tornado catastrophes was large, whereas the variability in hurricane and thunderstorm catastrophes was only moderate, and that for winter storms was low.     

一次南方春季强对流过程中影响对流发展的环境场特征分析

利用地面自动站资料、多普勒雷达资料、FY-2E卫星云图及NCEP FNL 1°×1°逐6h分析场资料,分析了2010年5月5-7日我国南方春季大范围强对流天气过程中尺度对流系统(MesoscaleConvective System,MCS)的发生、发展特征,重点探讨了环境条件差异及其对MCS的影响。结果表明,由于环境场三维动力结构、水汽条件和热力不稳定条件配置的差异,造成对流发展的多样化特征。利用相对风暴螺旋度分析了环境场动力特征对MCS组织结构的影响。重庆上空中高层较干且具有较强的垂直切变,环境场气旋式旋转相对深厚,随着锋面强迫抬升克服对流抑制作用后,局地激发出相对孤立的类似超级单体的强对流风暴,造成冰雹和雷暴大风等天气;而贵州湿层相对深厚,高低空急流的耦合机制更明显,贵州北部的多单体对流风暴组织程度较高,MCS尺度相对较大,局地短时强降水较明显;广东具有最强的垂直切变和深厚湿层,在浅薄冷空气的触发机制下,发展出深厚湿对流形式的中尺度对流复合体,出现了高度组织化的线状对流带,MCS尺度大、持续时间长,造成较强的降水。     

河西走廊夏季强沙尘暴数值模拟试验

影响我国的沙尘暴灾害性天气多发生在春季,很少在夏季发生。文章利用我国科学家自主研发的GRAPES-DAM沙尘气溶胶模式对2005年7月一次罕见的影响河西走廊地区的群发性强沙尘暴进行了数值模拟,对夏季小概率强沙尘暴灾害天气的可预报性进行了个例研究。试验结果表明:模式对此次过程的地面大风、沙尘暴的范围、移动等均能做出较好的模拟;对于夏季群发性强沙尘暴过程,基于数值预报方法的沙尘气溶胶模式在天气模式预报准确的条件下,可以对这种小概率事件做出有应用意义的预报结果。     

一次雷暴大风的物理环境场和多普勒雷达回波特征

2009年8月27日15-18时,石家庄地区出现雷暴大风等灾害性强对流天气过程,石家庄地区北部新乐县境内的多普勒雷达探测到了此次天气过程中完整的阵风锋、飑线、中气旋等中尺度天气系统,并对此次雷暴大风的环境场和多普勒雷达产品进行分析。结果表明：低层逆温、中低层垂直风切变较强的不稳定层结为强对流天气的发生发展提供了有利的环境条件。阵风锋对对流风暴发展强度具有反馈作用,当二者逐渐远离时,对流风暴强度减弱甚至消亡;当二者逐渐靠近时,对流风暴发展加强,甚至发展为超级单体对流风暴。多单体对流风暴带状排列构成飑线系统,所经测站出现风速突增、风向急转、气压涌升、气温下降,钩状回波、人字型回波、弓形回波和深厚持久发展的中气旋是本次天气过程中的超级单体对流风暴所具有的典型特征。地面破坏性大风主要由超级单体对流风暴所引发。     

复杂地形下雷暴增强过程的个例研究

本文基于多普勒雷达变分同化分析系统（VDRAS）反演的对流层低层热力和动力场,并结合多种稠密观测资料,对北京地区2009年7月22日一次弱天气尺度强迫下雷暴在山区和平原增强的机理进行了较深入的分析。研究结果表明：雷暴过程受大尺度天气系统影响不明显,对流前期地面弱冷锋,是此次雷暴新生的触发机制,高层冷平流、低层偏南暖湿气流的稳定维持和对流不稳定能量的聚集是本次雷暴增强的必要条件。雷暴从河北北部移进北京西北山区后,在下山和到达平原地区时,经历了两次明显的发展增强阶段。雷暴第一阶段下山增强,地形强迫起着主要作用,具体表现在三个方面：（1）地形斜坡使得雷暴冷池出流下山加速与稳定维持的偏南气流形成了强的辐合区;（2）地形抬升使得偏南暖湿入流强烈地上升,从而加剧了对流的发展;（3）地形抬高了冷池出流高度,使得出流与近地面偏南气流构成随高度顺转的低层垂直风切变,低层暖空气之上有冷平流叠加,使得雷暴前方的动力和热力不稳定增强。雷暴第二阶段在平原地区再次增强的主要原因是：组织完好的雷暴到达平原地区后,其冷池与低层暖舌在城区（朝阳地区）的对峙,产生了强的扰动温度梯度;强的冷池出流与势力相当的偏南暖湿气流相互作用产生了强的辐合上升气流,并与下沉气流在较长时间内共存;冷池出流形成的负涡度与低层切变产生的正涡度达到近似平衡状态。运用RKW理论,三者导致雷暴前方低层的辐合抬升最强,最有利于雷暴的维持发展。     

2013年湖南首场致灾性强对流天气过程成因分析

应用湖南多部雷达和探空资料、中小尺度自动气象站资料、南岳高山站逐时观测资料及LAPS局地分析资料,对2013年3月19日湖南首场致灾性强对流天气过程的成因进行综合分析,并探讨强冰雹和雷暴大风预警着眼点及其可预警性。结果表明:强对流发生前,近地面晴空辐射增温、对流不稳定层结、强的垂直风切变、强温度梯度直减率以及近地层较好的水汽条件为强对流风暴发生发展提供了良好的潜势条件;中低层冷平流、地面中尺度辐合线、能量锋和露点锋以及近地面层弱辐散、中低层强辐合、高层强辐散的动力耦合结构是强对流发生的有利天气背景,中低层冷空气是这次强对流过程的触发机制;强对流风暴的前期以超级单体风暴和多单体风暴为主,超级单体风暴东移北上过程中与湖南西部不断新生的对流回波结合后发展成飑线,飑线维持、发展过程中出现"弓形"回波、中层径向辐合(MARC)、低层辐散、速度大值区等特征;在短临预警服务中,中低层明显的钩状回波结构、持续偏高的反射率因子和垂直积分液态水含量(VIL)值为靖州强冰雹预警的发布提供了有效依据,而低仰角距离地面1 km内的径向速度大值区(大于20 m.s-1)则为道县雷暴大风预警提供重要参考。     

动力和能量参数在强对流天气预报中的应用研究

较强的热力不稳定和适宜的动力环境是强对流发展的基础 ,造成灾害的强对流一般是一种深厚对流 ,深对流指数和对流有效位能可反映对流上升运动的潜势和强度 ,对流有效位能还隐含地反映了对流层大气总体垂直热力结构。下沉对流有效位能和大风指数反映了对流下沉运动和下击暴流潜势 ,对流下沉和中层干空气的入侵高度、干燥程度及对流层中下层的稳定度和湿度有关。强风暴特别是超级单体一般都具有很高的螺旋性 ,高螺旋度有利于风暴生命的维持 ,而风暴相对螺旋度则对风暴发生及风暴类型有一定的预示。粗里查逊数反映了对流能量和环境场动力之间的平衡关系 ,能量螺旋度指数反映了动力和能量对强对流天气发展的共同效应 ,它们都综合了动力和热力两方面的因子 ,对强风暴及其类型的预报有指示意义。风暴强度指数和瑞士雷暴指数成功地把动力和对流能量参数结合起来 ,在实际研究和业务工作中这种方法值得借鉴。随着高分辨率中尺度和风暴模式的发展 ,模式输出的对流动力和能量参数将有广泛的应用前景。