盛行风条件下横向沙丘群丘间走廊中次生气流的研究初报

按照经典风沙物理学理论，横向沙丘下风侧由于气流分离会产生横轴涡旋，然而我们多年来在科尔沁沙地多处开展的沙丘群考察和观测中，经常观察到西北风天气条件下丘间走廊里发育着稳定的南向和西南向气流。为了解这种次生气流的基本特征，我们选择科尔沁沙地西部一片典型横向沙丘群，利用自动气象站进行了风季强风天气的风力观测。结果表明：（1）这种次生气流比较稳定，冬季基本以南风为主，春季以西南风为主；（2）风速会大幅度降低，幅度30%~50%；（3）冬季湍流强度明显小于春季，表明不同季节的局地大气层结状况影响丘间走廊的次生气流；（4）冬季的次生气流主要加深走廊底部，协助沙丘前移，而在春季除了加深走廊外，还促进了走廊的拓宽。     

走廊南山河流纵剖面高海拔裂点的成因

河流水力侵蚀物理模型表明基岩河道纵剖面在均衡状态时表现为平滑上凹的形态,其特征反映了构造、基岩抗侵蚀能力和气候的作用;然而自然界河道纵剖面多呈现以裂点为特征的不均衡形态,不均衡的剖面形态以及裂点的研究同样可以对外力作用的变化起到很好的指示作用。位于北祁连的走廊南山高海拔河道纵剖面普遍呈现不均衡形式且发育海拔较高的裂点。通过对裂点成因分析发现,这些裂点并不主要受控于岩性、气候、构造等因素,而反映了冰川作用遗留地形与河流地形的分界。这一结果说明在对河道纵剖面高海拔裂点进行分析时要考虑到古冰川遗留地形也会对现代河道纵剖面产生重要影响,为进一步认识和理解造山带地貌演化以及控制因素提供了思路。     

黄河北流河道变迁与史前的灾害事件

水利史的研究已经证实,历史上黄河北流的河道以禹贡河为北界,以现行河道为南界,在这一区域内摆动迁徙。黄河北流从未进入河北平原的中-西部的白洋淀流域区。造成河道这种演化特点的主要原因是河北平原基底活动构造等因素的影响。除此之外,另一个尚未探索的原因是远古时代河北平原曾发生过一次规模宏大的陨石雨撞击灾害。撞击的结果壅塞了当时黄河下游河道,形成了白洋淀流域区,最终促成了北流河道演化的基本格局。文章最后推测这一史前的天文-地质灾害可能是"女娲补天,大禹治水"等神话的事实基础。     

北极加拿大海盆中一个次表层涡旋的结构研究

利用2003年7-9月中国第二次北极科学考察期间,在北冰洋加拿大海盆的一个冰站上得到的温度、盐度和流速的连续剖面观测资料,对一个次表层的北冰洋涡旋进行了分析。在温度断面图中,该涡旋表现为一个核心位于60m深度、最低温度为-1.5°C的孤立冷水块,比周边水体的温度低约0.5°C。涡旋中的等密度面呈现凸透镜的结构,表明该涡旋是反气旋式的。虽然同步观测的流场中确实存在速度接近0.4ms-1的异常强流,但实测流场的结构却与一个典型的涡旋流场相去甚远。进一步分析发现,涡旋所在的次表层流场存在变化幅度与涡旋旋转速度相当的惯性频率振荡。在滤除惯性流和平均流之后,得到了轴对称的涡旋流场,涡旋的最大流速半径约为5km。对涡旋核心及其周边海域水体的温盐性质对比分析表明,该涡旋可能在楚科奇陆架上形成,然后向东北方向运动并进入了加拿大海盆。     

水沙条件对黄河下游河道输沙功能的影响

提出河道输沙功能指标F_s为进入某一河道的泥沙总量(干流与支流输入沙量之和)与输出这一河道的泥沙量之比。河道输沙功能与来水量和来沙量有密切关系,若来水减少,来沙增多,则河道输沙功能减弱。来沙中大于0.05 mm粗泥沙含量百分比与河道输沙功能指标成负相关。来沙系数、特别是粗泥沙的来沙系数,是决定黄河下游输沙功能的重要因子;来沙系数越大,则河道输沙功能指标越低。场次洪水的输沙功能指标随场次洪水最大含沙量的增大而降低,历年河道输沙功能指标随各年中高含沙水流频率的增高而降低。小浪底水库修建后,为我们通过调水调沙提高河道输沙功能提供可能。研究表明,场次洪水平均含沙量35 kg/m³,或场次洪水平均来沙系数为(0.015 kg·s)/m⁶,是在调水调沙中实现河道输沙功能优化的最优含沙量和最优来沙系数,平滩流量则是实现河道输沙功能最大化的最优流量级。     

黑河流域莺落峡站河道内生态需水研究

生态需水是当前水问题研究中的一个热点问题, 对于生态环境急剧恶化的内陆干旱区来说, 这一研究尤为紧迫。气候变化及人类活动导致水文变异, 进而改变了当地生态系统的水文及生态平衡状况。文章采用黑河流域莺落峡站1947-2006 年月径流序列资料, 运用差积曲线-秩检验联合法来识别水文过程变异点并分析变异成因, 然后对各月平均流量序列用线性矩法推求GEV分布参数, 求出概率密度最大流量, 将其视为相应月河道内生态流量, 可以得到黑河莺落峡站河道内生态需水情况。结果表明, 基于水文变异情况分析河道内生态需水的计算方法在黑河上游是可行的;水文变异前后, 站点满足生态需水频率会发生显著变化, 因气候原因而导致的径流量变化是很难避免的, 科学合理计算生态需水对干旱区河流生态管理和经济社会可持续发展有重要作用和意义。     

三门峡水库影响渭河下游河道横向演变的研究

多沙河流修建水库影响库区河道演变,建库前后河道遵循不同的演变规律,兴建三门峡水库后的15年间赤水河河口至陈村河段发生了7次自然裁弯,三门峡水库改建后20年间却没有发生一次自然裁弯,这是一个非常有趣的现象。文中利用渭河下游河道的实测资料,对比兴建三门峡水库前后以及三门峡改建前后渭河下游河道的横向演变,得到如下几点认识:(1)侵蚀基准面的变化是引起渭河下游河道横向摆动的主要因素;(2)洪水比降变平,相应河道弯曲系数变大,河道由稳定型向摆动型发展;洪水比降变陡,相应河道弯曲系数变小,河道由摆动型向稳定型发展;(3)滩地的泥沙组成代表河岸的可动性。河岸可动性增大,河道由稳定型向摆动型发展,河岸可动性变小,河道由摆动型向稳定型发展;(4)河道断面形态的调整是对基准面变化和来水来沙变化的复杂响应过程;(5)来水来沙影响渭河下游河道横向演变。     

试论苏北废黄河三角洲的发育

废黄河三角洲是黄海的古三角洲,它形成于明、清黄河南流的时期(1194—1855年)。笔者根据近年来实地考察和前人的研究资料,重点讨论了三角洲的形成范围、地貌结构及其沉积特点,发育模式和形成机制以及它对上游河道发育的影响,这有助于现代黄河三角     

塔里木河现代河道冲淤变化的探讨

通过对现代塔里木河干流河道大断面的泥沙堆积情况、河道的基本特征和上游来水来沙条件的研究，认为塔里木河河道冲淤较大，主槽摆动频繁；涨水时低滩地淤积，落水时冲刷；每经一个汛期，滩面有所抬高；长时期内滩槽相对高差变化不大；河道淤积量大小主要取决于上游来沙、来水量，尤其是汛期水沙量对河道变迁的意义重大     

汶川地震引发的次生灾害链

汶川地震造成了大量的滑坡、崩塌,并诱发了多种地质和生态灾害链式发生.2008-2009年期间,在汶川地震震区开展了野外调查与试验,研究了各种不同的灾害链的形成条件及其链生机制.识别出了4种类型的灾害链,并重点研究了7起灾害链事件.发现灾害链中,每一级灾害事件都由其前一级灾害事件诱发.各级次生灾害造成的物质搬运量都远小于其上一级灾害所造成的物质搬运,灾害性沿灾害链呈现逐级衰减的趋势.由此定义灾害链衰减率为灾害链中某级次生灾害所造成的物质搬运或者灾害影响区面积与其上一级灾害所造成的物质搬运或灾害影响区面积之间的比值.汶川地震引起的次生灾害链衰减率在2％～30％.采用底栖动物作为指示物种,评价次生灾害链对震区河流生态造成的影响,发现受灾害链影响的河道中,底栖动物物种数急剧降低,生物多样性下降.     

北极海冰与大气环流耦合主模态的时空特征分析

对1979—2009年月平均的CFSR（The Climate Forecast System Reanalysis）海冰密集度（SIC）和海平面气压（SLP）资料进行多变量经验正交函数分解（MV—EOF）,得出耦合主模态,并通过对温度、位势高度和风场的回归分析,进一步探寻海冰与大气环流的关系,第一模态SLP的特征为北极涛动（AO）,SIC呈离散的正负中心分布但大体为东西反位相,AO正位相时,喀拉海、拉普捷夫海、东西伯利亚海和鄂霍次克海海冰减少,巴芬湾、波弗特海、楚科奇海和白令海海冰增加。耦合第二模态的SLP呈偶极子分布,负、正异常中心在巴伦支海和波弗特海,SIC在巴伦支海,弗拉姆海峡,格陵兰海,拉布拉多海和白令海,鄂霍次克海地区有正异常,在喀拉海、拉普捷夫海、东西伯利亚海、楚科齐海和波弗特海为负异常。耦合第三模态SLP在冰岛地区存在负异常中心,在拉普捷夫海地区有正异常中心,SIC在巴伦支海北部、弗拉姆海峡、格陵兰海为负异常,其余地区全为正异常。 对SLP和SIC分别进行EOF分解,并与耦合模态进行比较,SLP的EOF主模态的时空分布与耦合模态中SLP的时空分布十分相似,SIC的EOF模态的时空分布则与耦合模态中SIC的时空分布有较大差别,说明耦合模态对SIC的分布影响较大,即大气环流对海冰分布的影响为主要的过程,海冰对大尺度的大气环流的模态的影响不明显。     

对北极极涡的认识

极涡是北极中上层对流层和平流层大气的持续性大尺度气旋性环流,它的活动和变化控制着泛极地半永久性活动中心和副极地短时间尺度的气旋活动。极涡强度变化直接关系到北极大气、海洋、海冰和生态环境,影响低层大气环流,影响副极地甚至中纬度天气。中国第2次北极科学考察期间正是北极平流层中上层暖性反气旋性环流向冷性气旋性环流转变和极涡建立时期。一些学者已通过平流层和对流层耦合机制的研究探索极涡变化对低层环流的作用。平流层爆发性增暖对极涡变化影响早已引起人们关注。本文概述我们对极涡的认识,总结近期有关极涡变化对低层环流的作用以及它对气候影响的机制研究的进展,并讨论对一些问题的看法。     

Some discussions on Arctic vortex

The Arctic vortex is a persistent large-scale cyclonic circulation in the middle and upper troposphere and the stratosphere. Its activity and variation control the semi-permanent active centers of Pan-Arctic and the short-time cyclone activity in the subarctic areas. Its strength variation, which directly relates to the atmosphere, ocean, sea ice and ecosystem of the Arctic, can affect the lower atmospheric circulation, the weather of subarctic area and even the weather of middle latitude areas. The 2003 Chinese Second Arctic Research Expedition experienced the transition of the stratosphereic circulation from a warm anticyclone to a cold cyclone during the ending period of Arctic summertime, a typical establishing process of the polar vortex circulation. The impact of the polar vortex variation on the low-level circulation has been investigated by some scientists through studying the coupling mechanisms of the stratosphere and troposphere. The impact of the Stratospheric Sudden Warming (SFW) events on the polar vortex variation was drawing people's great attention in the fifties of the last century. The Arctic Oscillation (AO), relating to the variation of the Arctic vortex, has been used to study the impact of the Arctic vortex on climate change. The recent Arctic vortex studies are simply reviewed and some discussions on the Arctic vertex are given in the paper. Some different views and questions are also discussed.     

西北东部气候异常特征及其对冬季高原感热的响应

利用1960—2000年西北东部100个测站,经过面积权重区域平均的降水、气温资料,对该区域气候异常进行分析。结果表明：①对异常旱涝年,亚洲西风带环流及西太平洋副热带高压的位置最为关键。异常涝年,亚洲地区经向环流占优势,东亚大槽偏东,西太平洋副热带高压偏北;异常旱年,亚洲地区纬向环流占优势,东亚大槽偏西,西太平洋副热带高压偏南。②对异常冷暖年,极涡、西风带环流以及西太平洋副热带高压的状况最为关键。气温异常偏高年,北半球极涡强度及亚洲极涡强度均偏弱,欧亚地区盛行纬向环流,西太平洋副热带高压面积偏大,强度明显偏强,西伸脊点明显偏西,位置偏北;气温异常偏低年,北半球极涡强度及亚洲极涡强度均偏强,欧亚地区盛行经向环流,西太平洋副热带高压面积偏小,强度明显偏弱,西伸脊点明显偏东,位置偏南。③冬季高原感热与滞后一个季度的夏季降水、气温的相关较春季的相关更好。     

新疆塔城地区极端气温变化特征及其影响因子分析

利用塔城地区7个国家气象观测站1961—2018年逐日气温资料,选用国际通用的10个极端气温指数,分析塔城地区极端气温的时空变化特征及其影响因子。结果表明:(1)塔城地区极端气温指数暖化趋势明显,最低气温极低值以0.97℃·(10a)^-1的倾向率显著升高,最高气温极高值以0.09℃·(10a)^-1的倾向率不显著升高;冷昼、冷夜、霜冻、冰冻日数分别以1.75、5.24、4.07、1.84 d·(10a)^-1的趋势减少,暖昼、暖夜、夏季、热夜日数分别以1.79、5.89、2.18、2.08 d·(10a)^-1的趋势显著增加;选取的10个极端气温指数未来变化趋势均与过去58 a趋势相同,且持续性较强。(2)冷指数与暖指数变幅表现出明显的不对称性,最低气温极低值变幅大于最高气温极高值,夜指数的变幅大于昼指数;大部分极端气温指数表现为地区北部的变暖幅度大于地区南部。(3)最低气温极低值、冷昼、冷夜在20世纪80年代初期发生暖突变;暖昼、暖夜、夏季、热夜、霜冻在90年代中期发生暖突变。(4)整体上来看,大气环流变化对冷指数的影响高于暖指数,其中冷昼、冷夜、霜冻、冰冻日数与冬季北半球、亚洲极涡面积指数正相关,与太平洋、北美、大西洋欧洲区极涡面积及欧亚、亚洲经向环流指数正相关,与欧亚、亚洲纬向环流、西藏高原指数负相关;暖昼、暖夜、夏季、热夜日数与夏季北半球、西太平洋副热带高压面积及西藏高原指数正相关。(5)冷、暖指数受大西洋、热带太平洋地区海表温度变化的影响存在差异;夜指数比昼指数对海表温度的响应更明显。     

宁夏春季典型沙尘暴年环流特征量分析

利用近1960-2000年宁夏春季沙尘暴发生次数及常规气象与环流特征量、海温等资料, 首先分析得出了宁夏近41a来沙尘暴发生频次的变化规律; 其次通过对宁夏典型沙尘暴多、少年气候特征对比分析, 发现沙尘暴多、少年前期气象要素及环流特征量存在明显差异: 沙尘暴少(多)发年前一年夏季及前一年夏季到当年春季累积降水量偏多(少); 冬春季冷空气活动次数偏少(多); 前期及同期北半球极涡面积偏小(大)、强度偏弱(强); 冬季东亚大槽位置偏东(西)、强度偏弱(强); 前一年春季北太平洋海温距平场表现为厄尔尼诺遥相关分布型(反厄尔尼诺遥相关分布型)。依据作用机理, 提出了在西北地区生态环境局部治理、整体恶化背景下, 宁夏春季沙尘暴发生频次减少, 主要是东亚环流调整、冬季风减弱所致, 同时还形成了宁夏春季沙尘暴短期气候趋势预测概念模型。     

区域扬沙强度与环流动力条件相关性的遥感分析

大气环流动力条件是沙尘暴发生、发展的重要影响因素之一。提出了一种新的沙尘暴分析预测模式,它以TOMS-EP卫星逐日大气气溶胶指数（Aerosol Index）数据提取区域气溶胶指数积分强度和以西风急流表征的大气环流动力条件,通过给出两者的相关性,来实现分析预测沙尘暴的目的。与此前有关沙尘暴预报的研究相比,有如下进展:①提出和试验了通过TOMS-EP数据提取大气环流动力条件的方法;②修正了区域气溶胶指数积分强度的定义和改善其提取精度;③提出和试验了表现扬沙强度的气溶胶指数积分强度与环流大气环流动力条件之间较稳定的统计相关形式,和试验分析了季节对这种相关关系的影响;④试验和分析了沙尘暴起尘的环流动力条件。本研究提出的模式/方法有可能为分析预报沙尘暴的发生时间和强度提供新的参考数据。     

地球自转速率变化影响大气环流的事实及机制探讨

通过相关分析从统计学角度探讨了地球自转速率变化对北半球月平均500HPa大气环流的影响,同时探讨了这一影响的物理机制。     

气候变暖背景下祁连山区秋季层状云变化特征

利用祁连山区及周边29 个气象观测站近41 年秋季云形状和气温观测资料, 分析了祁连山区秋季层状云出现频率的空间分布与时间变化特征, 探讨了秋季层状云出现频率与气候变暖的关系, 并选用同期NCEP/NCAR全球再分析资料, 对祁连山区秋季层状云的环流特征和水汽输送进行了分析。结果表明:①祁连山区秋季层状云出现频率为8%～26%, 呈西少东多的空间分布。②近41 年来, 祁连山区秋季增温1.2℃, 气温变化的倾向率为0.29℃/10a, 80 年代中期以后发生了增温的突变。③祁连山区秋季层状云的出现频率呈明显的减少趋势, 近41 年来减少约11%, 倾向率为-2.7%/10a, 尤其在20 世纪80 年代中期以后与同期祁连山区显著增温相对应, 层状云出现频率减少更为明显, 层状云出现频率与气温呈明显的反相变化趋势。④在气候变暖的背景下, 祁连山区的层状云出现频率减少, 减少的幅度从西北向东南递增。当祁连山区秋季平均气温在升高1℃ 时, 祁连山区层状云出现频率减少2%～10%, 祁连山西段、中段减少2%～4%, 祁连山东段减少4%～10%。⑤祁连山区秋季层状云偏多与偏少年在欧亚500 hPa 环流场上存在明显的差异, 层状云偏多年, 极涡向亚洲北部伸展, 东亚大槽较偏弱, 乌拉尔山高压脊偏强, 脊前偏北气流引导极地冷空气沿偏西北路径向中国西北地区输送, 中亚地区到高原上不断有低值系统发展东移, 同时南支槽加强, 来自阿拉伯海、南海、东海的暖湿气流向内陆地区的输送明显加强, 与进入高原北部的冷空气交绥, 从而使祁连山区层状云出现频次增多;层状云偏少年, 中亚-中国西北地区暖性高压异常加强, 东亚大槽偏强, 冷空气活动路径偏东, 亚洲大陆至西太平洋冬季风特征明显, 偏北风加强, 不利于东南暖湿气流向西北内陆地区的输送, 冷暖气流在祁连山区交绥次数减少, 从而使祁连山区层状云出现频次减少。⑥印度洋沿孟加拉湾的向北的水汽输送, 副热带西太平洋的偏东气流在南海和中南半岛附近转为向北的水汽输送, 地中海、里海的西风带纬向水汽输送是3支影响祁连山区秋季层状云多寡的水汽输送通道, 进而对祁连山区秋季降水产生影响。     

宁夏不同强度沙尘天气动力机制

利用常规气象观测资料和ECMWF逐6 h 0.25°×0.25°再分析资料,对宁夏2013年5月18日雷暴大风、2月28日大风沙尘和3月9日大风强沙尘天气过程的环流形势和高、低空急流的耦合作用进行了对比分析。结果表明:在“西高东低”环流形势下,受蒙新高压脊、西风槽、地面气旋和冷锋、高低空急流的共同影响,在中低层90°-110°E形成次级环流,对流层中上部高空急流和高位涡通过次级环流动量下传使中低层形成低空急流,同时在边界层发生强烈湍流混合,产生地面强风及沙尘,但由于冷空气强度及南下方式、高压脊线位置及强度、高低空急流活动的区域、低空急流南下位置、高空强风速下传的高度、次级环流的强弱不同,高层高位涡和低层850 hPa低空急流在宁夏上空活动与否,是导致宁夏出现不同强度风沙天气的重要动力因素。