河西走廊东部冬季沙尘暴的典型个例及气候特征分析

应用1971—2016年河西走廊东部代表站的地面观测资料、NCEP 2.5°×2.5°月均地面至300 hPa高空资料,2006—2016年民勤逐日07和19时每隔10 m加密高空资料,分析了近45年河西走廊东部冬季沙尘暴天气的年际变化特征。同时选取2016年11月两次沙尘暴天气过程从天气学成因、物理量场及近地面边界层特征等方面进行了诊断分析。结果表明:近45年河西走廊东部冬季沙尘暴日数呈减少趋势,产生大风沙尘天气的主要原因不仅与大型冷暖空气强度及环流形势有关,还与冷锋过境时间、日变化、近地层风速和干湿程度关系密切。夜间至早晨近地面逆温厚且强,大气层结稳定,削弱沙暴强度,而午后到傍晚,逆温薄而弱,大气层结不稳定性强,加强了动量下传和风速,增强沙暴强度。近地层越干,风速越大,沙暴越强。     

塔克拉玛干沙漠北缘两种下垫面气象要素廓线特征分析

利用沙漠北缘肖塘气象站的气象观测资料遴选不同天气型,截取哈德、肖塘10m自动气象观测系统2011年7月的梯度资料,对沙漠-绿洲交错带内相距50 km的肖塘、哈德两种不同下垫面近地层风速、温度和相对湿度的日变化规律及其廓线进行对比分析,结论如下：（1）近地层0.5-10 m 高度范围内风速随高度的增大而增大,晴天和雨天1 m、2 m处风速变化较大,发生沙尘暴时2 m为风速切变点,其中肖塘地区比哈德地区风速日变化明显;（2）肖塘地区温度变化也比哈德地区明显,升温快,降温也快,尤其是晴天,这可能是由于下垫面不同造成的结果,发生沙尘暴时2 m温度变化明显;（3）湿度变化与温度变化紧密相关,还与近地面风速的大小有关,晴天时2 m处湿度变化较明显,沙尘暴和降水过程时1 m是相对湿度变化的一个转折点,晴天和沙尘暴天气时哈德地区湿度变化大于肖塘地区,而降水过程情况相反。     

一次蒙古气旋型强沙尘暴的数值模拟试验

利用沙尘数值预报模式对一次典型的蒙古气旋沙尘暴过程进行了数值模拟试验,结果表明:模式对沙尘区范围、强度及蒙古气旋不同发展阶段沙尘暴的强度、位置和演变进行了较成功的模拟。这次过程沙尘主要源于蒙古国南部及我国内蒙古中、西部荒漠化地区,沙尘以细中粉沙为主(d≤22μm)。模式模拟的沙尘暴日变化强于实况,其原因是模式没有考虑沙尘气溶胶辐射反馈机制。沙尘气溶胶的辐射强迫将削弱大气层结的日变化,从而有利于沙尘暴强度的维持。     

内蒙古一次强沙尘暴过程综合观测分析

利用高空、地面常规观测资料和内蒙古沙尘暴监测站的沙尘暴器测资料,对2010年3月19～20日一次强沙尘暴天气过程进行了综合观测分析.结果表明:本次沙尘暴发生前,大气层结稳定并不利于对流的发展.但在700 hPa至500 hPa的强冷平流与850 hPa以下层次的平流差异有利于温度垂直递减率增大,强冷平流的作用使其中心以下层次形成热力不稳定层结,是沙尘暴发生的有利层结条件.当干对流风暴发生并形成沙尘暴天气时,不稳定能量释放,使该层大气趋于中性层结即混合层,混合层可能是其间的一个平衡态.对流层中低层冷平流的强度、位置和层次,一定程度上影响着混合层的厚度和沙尘暴的强度.过程中混合层以下气层温度下降的比较快,加之沙尘暴顶层短波辐射有增温效果,在混合层顶(约500 hPa处)出现逆温盖.强冷空气活动是引发沙尘暴天气的主要原因,沙尘暴天气的发生伴随着地面剧烈降温,相对湿度骤降,气压涌升,地面风速直接影响沙尘暴强度.可吸入颗粒物(PM10)浓度能更加精细的反映和描述沙尘暴强度的变化.粒子散射系数的变化趋势和PM10浓度的变化趋势非常一致,沙尘暴阶段,散射系数基本在1000Mm-1以上,达到强沙尘暴强度阶段,散射系数基本在2000Mm-1以上.     

南疆一次强沙尘暴前后塔中近地面各气象要素的变化特征

利用塔克拉玛干沙漠腹地塔中站2006年4月10日一次强沙尘暴前后连续5天地面、土壤中、以及80 m高塔站梯度观测系统的各气象要素资料,详细地分析了该沙尘暴前后不同沙尘天气日各要素的变化特征.结果表明:这次沙尘暴是南疆气温持续回暖、热低压强烈发展、沙尘暴和浮尘天气持续时间长的一次南疆东灌型强沙尘暴过程.温、湿廓线在沙尘暴过境时,因强湍流交换,整个近地层大气基本上处于中性层结,沙尘暴日为降温增湿的过程;沙尘暴日前后大气层结发生了转变,破坏了晴天正常的逆温、逆湿结构.风速廓线在沙尘暴日满足对数律关系,而在沙尘暴日前后的天气里,风速较小,规律性差.沙尘暴过境时0O cm和5 cm地温变化趋势与1.5 m气温相似,过境前1.5 m气温比5 cm地温达到峰值的时间约提前1～2 h,过境后反而又滞后1～2 h.     

一次蒙古气旋型强沙尘暴过程成因初步分析

利用常规观测资料，对2002年11月10日由蒙古气旋强烈发展引发的强沙尘暴过程进行了分析。结果发现，本次过程蒙古气旋的发展具有两个不同的阶段。在10日白天蒙古气旋的第一个发展阶段，低层的斜压强迫是主要导致气旋发展的因素。在午夜之后出现的第二个发展阶段中，高层强迫是气旋发展的主要动力。第一阶段气旋发展强度明显强于第二阶段。沙尘暴强度与气旋发展强度并不完全一致，沙尘暴强度更明显地受到混合层的日变化因素的影响，使沙尘暴的出现和维持明显滞后于气旋强烈发展。对于具体测站而言，沙尘暴的强度与地面风速的大小具有非常明显的正相关关系。     

一次强沙尘暴的近地层气象要素及内部热力、动力结构特征

针对2009年4月23-24日出现在我国内蒙古中西部的一次强沙尘暴天气过程,利用专门组织观测实验得到的加密探空资料、地面自动观测站资料和其他常规观测资料,深入分析研究了此次沙尘暴发生前后及发生期间,近地层气象要素变化及其内部热力、动力结构特征变化.结果表明,1）沙尘暴发生前,大气的温度垂直递减率大,湿度较大,近地层风速小,风向偏东;在沙尘暴发生期间,大气中出现逆温现象,大气湿度很小,各层风速明显增强,风向偏西且稳定;之后,低层温度显著下降,大气湿度迅速增大,各层风速减小,沙尘暴天气结束.2）沙尘暴发生前,大气层结是条件不稳定的,在沙尘暴过境时,低层大气层结是稳定的,在800600 hPa之间大气层结是中性的,此时低层大气干燥,而在沙尘暴移出测站后,湿度明显增大,因此,“3θ”曲线可以为沙尘暴的监测和预报提供一个有价值的参考数据.3）沙尘暴爆发时的螺旋度是所有观测时次中的最大值,螺旋度与沙尘暴的强度在时间上具有良好的对应关系,即螺旋度越大,对应沙尘暴越强.4）此次强沙尘暴的形成与发展不仅受到环境风速的影响,沙尘暴内部的切向旋转速度和垂直运动速度也对其起到重要的作用.     

通辽市一次沙尘暴过程气象要素及PM_(10)变化特征分析

利用通辽气象观测站高空探测资料、地面常规观测资料和沙尘暴监测资料,对2012年3月29日通辽市沙尘暴天气过程气象要素变化特征及其与沙尘暴强度之间的关系进行了分析,并分析了沙尘暴过程中pM_(10)浓度变化特征。结果表明:蒙古气旋和冷锋是形成这次沙尘暴的主要原因,高空和近地面的风速、风向、温度、湿度及气压变化均与沙尘暴的强度密切相关,pM_(10)浓度与沙尘暴的强度之间有很好的对应关系,强沙尘暴时pM_(10)浓度最大值为13548.8 ug·m~(-3)。     

河西走廊东部西北气流型沙尘暴的大气物理特征分析

利用2006—2022年河西走廊东部常规高空地面观测资料、民勤探空站08时和20时间隔50 m高空加密观测资料,分析冬季和春季西北气流型沙尘暴气象要素时间、垂直结构变化及大气层结特征。结果表明:（1）研究区西北气流型沙尘暴出现在地气温度和温差最大、相对湿度最小、地面气压和风速陡增时,特别春季沙尘暴发生时风速大、地表干且近地层热力对流最强。（2）垂直结构特征是早干晚湿、风速随高度递增,风向先顺转后逆转,低层暖高层冷,而春季低层气温较高,垂直温度梯度增幅大,温度露点差大,冷暖空气强度强且交汇高度较低（1 km附近）,层结更不稳定,易发生沙尘暴。（3）位温随不稳定层结高度变化梯度较大时间春季为08时和冬季为20时,即沙尘暴春季出现早于冬季。春季20时和冬季08时不稳定高度厚而低,因而春季下午到夜间、冬季中午沙尘暴较强。（4）500 hPa冷平流中心强度(≥-34℃) 和西北急流(≥26m/s) 越强,对应700 hPa河西风速大于20 m/s及低层暖区范围越大,沙尘暴强度越强,持续时间越长。     

2010年内蒙古中西部地区一次强沙尘暴的天气分析

文章对2010年3月19日发生在内蒙古中西部地区的一次强沙尘暴天气进行了分析,结果表明,此次强沙尘暴是北路强冷空气引发的锋后西北大风沙尘暴天气过程,不断加强的蒙古冷高压和地面冷锋入侵是沙尘暴爆发的动力机制,强烈地上升运动和暖平流使得沙尘暴发生前内蒙古中西部地区上空积累了大量的不稳定能量,高空冷平流的侵扰促使不稳定能量释放,沙尘天气爆发。此外,高空急流的维持促使低层风速明显加大,有利于沙尘天气发展。沙尘暴发生前在对流层中层出现了逆温层,伴随着沙尘暴的发展,对流层中低层形成了深厚的混合层。沙尘天气结束后,大气层结趋于稳定。     

2006年河套地区一次灾害天气过程诊断分析

应用MICAPS常规气象观测资料和NOAA-12及NOAA-17沙尘暴遥感监测图资料,对2006年4月10—12日发生在河套地区的一次灾害性天气进行诊断分析。结果表明:高空横槽转竖直接诱发寒潮爆发;中尺度切变线、强锋区、蒙古气旋和地面冷锋是引发沙尘暴的主要影响系统;特殊地形、气候条件和富含沙尘源的下垫面是形成沙尘暴的物质基础;高空冷中心强度达-45℃、地面冷高压中心强度达1 060.0 hPa是寒潮爆发的必要条件;沙尘暴发生过程中,各测站均出现了风速剧增、气压升高、气温下降和湿度增大等现象。垂直速度场呈上升运动及高层辐散、低层辐合的物理量场配置对春季沙尘暴预报有较好的指示意义。     

中国北方沙尘暴频数演化及其气候成因分析

利用地面气象观测资料 ,分析了中国北方 195 4～ 2 0 0 1年年、季沙尘暴发生日数的演变规律及其与风速、相对湿度、降水、气温和干燥度的相关关系。结果表明 ,中国北方沙尘暴发生日数在 195 4～ 2 0 0 1年呈波动下降的趋势 ,春季下降趋势最明显。沙尘源区的气候要素对北方沙尘暴发生日数具有比较明显的影响 ,其中风是影响较大的因子。平均风速和大风频率增加 (减少 )均有 (不 )利于沙尘暴天气的形成。气温与沙尘暴日数呈显著的反相关关系 ,反映了北方温度升高可能通过大气环流间接地抑制了沙尘暴的发生。降水增加对沙尘暴发生也有一定抑制作用 ,尤其春季和前冬沙尘源区降水多寡对沙尘暴的发生有着重要的影响。北方沙尘暴频数与沙尘源区的相对湿度或干燥指数也存在较明显的相关关系。在过去的近 5 0a内 ,造成中国北方沙尘暴频率显著下降趋势的直接自然原因是 :沙尘源区和发生区平均风速和大风日数的减少、主要沙尘源区降水量特别是春季和前冬降水量的增加、以及由于源区降水增加引起的大气和土壤湿润程度的改善。     

沙尘气溶胶对半干旱区微气象学特征影响的初步研究

沙尘气溶胶通过改变地表—大气间的短波及长波辐射从而对地气间热量传输产生影响,进而影响到地表能量收支平衡以及近地面层气象要素的分布。半干旱区是我国干旱化表现最为剧烈的地区,也是沙尘暴频发地区和主要源区之一。本文利用吉林通榆半干旱区国际协调强化观测计划基准站2006年4～6月近地层微气象、地表辐射通量和沙尘气溶胶浓度观测资料,对比分析了该地区在典型沙尘暴天气、扬沙天气和晴朗天气等不同天气状况下近地层各气象要素、地表能量平衡及辐射收支的变化特征。结果表明,沙尘气溶胶对半干旱地区地面微气象学特征及辐射收支具有明显的影响,且表现出不同于干旱区的若干特性:半干旱区沙尘天气下的平均风速比晴天高约2m.s-1,而相对湿度则降低了约35%。相对而言,气温和浅层地温的变化对沙尘的影响响应较弱。半干旱区在沙尘天气时地表净辐射小于晴天,感热/潜热通量分别约占净辐射的55%和30%,分别远大于/远小于晴天时的情形。该地区气溶胶质量浓度与日均感热、相对湿度、潜热等要素具有明显的相关,相关系数分别高达0.70、-0.75和-0.62。相比之下,干旱区沙尘天气时的感热通量要小于晴天时的值,而且气象要素的响应更加剧烈。     

我国北方沙尘天气演变趋势及其气候成因分析

利用地面气象观测资料,分析了我国北方1954～2001年年、季沙尘天气发生日数的演变规律及其与主要气候要素,风速、相对湿度、降水、气温和干燥度的相关关系,用NCEP/NCAR再分析资料分析了冬春气压梯度的变化趋势。结果表明:近50年来,造成我国北方沙尘天气频率显著下降的直接自然原因是沙尘源区和发生区平均风速和大风日数的减少、主要沙尘源区降水量特别是春季及其前冬降水量的增加以及由于源区降水增加引起的大气和土壤湿润程度的改善。冬春季节气压梯度的减小是风速减小、进而导致沙尘日数减小的关键间接因素。     

塔克拉玛干沙漠腹地贴地层风沙流结构研究

利用微梯度集沙仪在塔克拉玛干沙漠腹地塔中地区实测的2014年7—8月贴地层输沙量梯度观测资料(观测高度区间0~5 mm、5~15 mm、15~35 mm、35~85 mm),对沙尘天气过程贴地层风沙流结构进行了研究。结果表明:(1)沙尘天气(沙尘暴和扬沙)过程中,随着风速的增大,各高度层输沙量也随之增大。沙尘暴天气中,风速7.5 m·s~(-1)时,15~35 mm处的百分含量超过5~15 mm处的百分含量,风速7.5 m·s~(-1)时,15~35 mm处的百分含量达到最大,其余各高度含量变化不明显。扬沙天气中,风速8.0 m·s~(-1)时,百分含量最大值出现在35~85 mm高度处,占48.9%,风速8.0 m·s~(-1)时,大小依次为:15~35 mm(49.5%)35~85 mm(31.7%)0~5 mm(12.7%)5~15 mm(9.2%)。(2)两种天气过程中,沙粒的平均粒径在垂直高度上均呈现先减小后增大的趋势。粒径峰值均处在125~250 um,极细砂含量最高,细砂次之。与扬沙天气相比,沙尘暴天气过程中极细砂、细砂、中砂在各高度层上的含量略微下降,粉尘含量有所升高。     

延庆-张家口地区复杂地形冬季山谷风特征分析

基于2016年12月—2017年2月和2017年12月—2018年2月两年冬季的近地面自动气象站逐时观测数据以及张家口探空数据分析延庆-张家口一带（包括张家口崇礼、赤城、海坨、小五台山区,延怀、怀涿、洋河、蔚县盆地以及北京延庆、昌平、怀柔部分平原地区）复杂地形的风场精细化时、空分布特征,揭示不同复杂地形下局地风场的时、空变化规律,加深对复杂地形动力、热力作用对近地面风场影响的认识,为冬季山区风场预报以及复杂地形数值模式改进提供参考。结果表明:晴朗小风天风持续性作为矢量平均风速和标量平均风速的比值,可以作为研究风场变化规律的重要参数。根据风持续性的日变化特征,可以将研究区域内所有站点分为10种类型,分别代表不同局地地形特征的影响,风持续与风向变化的相关也很强。研究区域主要有3种类型的地形风:斜坡风、峡谷风以及较大尺度的山区平原风。不同地形特征下的风场、风持续性存在明显不同的日变化特征,山风和谷风相互转化的时间也不同,山区最早,盆地次之,平原区最晚;山风时段持续时间较谷风时段长,风速小;晴朗小风天实测风反映了实际风场的特征,而排除环境背景风场,弱化地形动力作用后整个冬季的局地风作为理论山谷风,更能反映热力作用下的山谷风特征。      

Characteristics of Meteorological Factors over Different Landscape Types During Dust Storm Events in Cele, Xinjiang, China

Landscape characteristics influence meteorological factors, thus affect the occurrence and nature of dust storm events. The present study investigates the spatiotemporal characteristics of six meteorological factors (wind velocity, wind direction, air temperature, relative humidity (RH), photo synthetically active radiation (PAR), and solar radiation) over different landscape types (shifting-sand frontier, semi-fixed sandy land, fixed sandy land, and the inner region of an oasis) before and after dust storms during four typical dust storm events in an oasis-desert ecotone in Cele, Xinjiang, China. The results show that the average wind velocity decreased significantly from the shifting-sand frontier to the inner oasis, which was mainly attributable to the vegetation coverage. Before the dust storm events, there were obvious differences in air temperature and RH either in the horizontal or vertical direction over the different landscape types. However, these factors were very similar during and following the dust storm events. PAR and solar radiation were significantly reduced during the dust storm events and the subsequent sand-blowing and floating-dust conditions. This effect was much stronger than during similar weather conditions without dust storm events such as sand-blowing and overcast and/or rainy days. Additionally, the variation in the meteorological factors among the different landscapes was also affected by the prevailing wind direction during the dust storm events. However, the landscape type slightly changed the prevailing wind direction, with the greatest dispersion distribution of wind direction in the inner oasis. The findings of this study are helpful for understanding the function of landscape types in the occurrence of dust storms, as well as for providing a theoretical basis for prevention of dust storms.     

Characteristics of Meteorological Factors over Different Landscape Types During Dust Storm Events in Cele,Xinjiang,China

Landscape characteristics influence meteorological factors, thus affect the occurrence and nature of dust storm events. The present study investigates the spatiotemporal characteristics of six meteorological factors(wind velocity, wind direction, air temperature, relative humidity(RH), photo synthetically active radiation(PAR), and solar radiation) over different landscape types(shifting-sand frontier, semi-fixed sandy land, fixed sandy land, and the inner region of an oasis) before and after dust storms during four typical dust storm events in an oasis-desert ecotone in Cele, Xinjiang, China. The results show that the average wind velocity decreased significantly from the shifting-sand frontier to the inner oasis, which was mainly attributable to the vegetation coverage. Before the dust storm events, there were obvious differences in air temperature and RH either in the horizontal or vertical direction over the different landscape types. However, these factors were very similar during and following the dust storm events. PAR and solar radiation were significantly reduced during the dust storm events and the subsequent sand-blowing and floating-dust conditions. This effect was much stronger than during similar weather conditions without dust storm events such as sand-blowing and overcast and/or rainy days. Additionally, the variation in the meteorological factors among the different landscapes was also affected by the prevailing wind direction during the dust storm events. However, the landscape type slightly changed the prevailing wind direction, with the greatest dispersion distribution of wind direction in the inner oasis. The findings of this study are helpful for understanding the function of landscape types in the occurrence of dust storms, as well as for providing a theoretical basis for prevention of dust storms.     

内蒙古东部春季三类沙尘天气气溶胶散射系数及其与PM10、能见度相关性分析

利用内蒙古东胜、锡林浩特两站2004~2006年春季（3~5月）积分浊度计的观测资料,结合同期PM10质量浓度、大气能见度等资料,分析了背景、扬沙、沙尘暴、强沙尘暴等不同强度沙尘天气气溶胶散射系数的分布特征,讨论了不同强度沙尘天气过程中散射系数、PM10、能见度的日变化规律,以及不同强度沙尘天气过程中散射系数与PM10质量浓度、散射系数与能见度的相关关系。结果表明:散射系数能够很好地反映沙尘天气强度;随沙尘天气强度增强,散射系数日变化从双峰型向单峰型转变;沙尘天气强度较弱时,PM10与散射系数的日变化不相似,强沙尘暴过程中PM10与散射系数的日变化有一定的相似性;能见度与散射系数日变化趋势相反;散射系数与PM10质量浓度呈正相关性,沙尘天气越强,相关性越好,背景、扬沙、沙尘暴、强沙尘暴相关系数分别为0.201、0.809、0.898和0.953;散射系数与能见度有指数相关关系,随沙尘天气强度增强二者相关性逐渐增强,背景、扬沙、沙尘暴、强沙尘暴相关系数分别为-0.773、-0.870、-0.918和-0.940。     

巴丹吉林沙漠北缘沙尘天气过程中近地面气象要素变化及风沙流结构分析

提要：利用2013年春季在巴丹吉林沙漠北缘拐子湖地区的沙尘暴加强观测资料,对比分析该地区典型流动沙面晴天、扬沙和沙尘暴三种天气背景下各气象要素的变化特征及差异,同时对沙尘暴过程中近地层风沙活动特征进行分析。结果表明,随风速增加沙尘天气强度逐步提升且沙尘天气来临前风速、风向均表现出明显的调整现象,此后爆发过程中风速、风向相对稳定。随沙尘天气强度的增加气温逐渐减小且沙尘天气过程中地面呈利于沙尘起动的暖干状态,同时地面气压不断升高。悬浮的沙尘会导致拐子湖流动沙地各层地温有减小趋势,但减小程度相对较弱,使沙尘天气下各层地温仍保持良好的梯度变化和正弦型日变化趋势。拐子湖流沙地春季起沙风速为6.5m/s,输沙通量垂直分布状况在20cm左右具有明显的分段现象。地表100cm内总输沙量的50%和90%分别集中在地表20cm和56cm高度以内。观测期间整个5月地表0～100cm高度内的输沙通量为420.96kg/m。