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。     

宁夏一次大风扬沙天气过程机制分析

利用宁夏25个常规地面观测站逐时资料和欧洲中期天气预报中心（ECMWF）ERA-Interim逐6 h 0.125º×0.125º分辨率再分析资料,对宁夏2016年5月11日大风扬沙天气过程的天气形势、影响系统及其热力、动力条件和形成机制进行了分析。结果表明：（1）大风和扬沙呈现出时间位相上的不一致性,沙尘超前大风约6 h。（2）200 hPa高空急流、500 hPa锋区、700 hPa低空急流和地面冷锋是此次过程的主要影响系统。（3）大风在不同阶段对扬沙起不同作用,在初期有利于扬沙的传输,后期对扬沙起抑制作用。（4）动量下传和变压风是大风形成和发展的直接原因,感热通量通过加强地面湍流形成混合层,从而引导动量下传是其间接原因,动量下传的重要机制是对流层高层高位涡的下传,过程风力最强时位涡高值区（≥2.0 PVU）由200 hPa下传至520 hPa。（5）扬沙的产生主要是冷平流和感热通量形成的热力不稳定共同作用的结果,变压风和动量下传大风是扬沙的输送机制,次级环流缺失和冷平流中心过低（750 hPa）对沙尘输送高度的抑制作用是沙尘天气偏弱的主要原因。     

The Circulation Dynamical Structure of a Severe Dust Storm Process in Northwest China

 根据常规观测资料和美国NCEP/NCAR提供的1°×1° 6 h再分析资料,对2006年4月9—11日我国西北地区大范围沙尘天气过程环流动力特征等进行了分析。结果表明,高空急流、相对涡度和垂直速度在沙尘暴发生发展的不同时期有着较好的配置,沙尘暴发展的强盛期,相对涡度和垂直速度的不对称结构亦较强,在高空急流中心下方存在一个北部上升南部下沉的反环流,沙尘暴主要发生在高空急流中心南侧37°—44° N范围内,即在反环流区域的下沉气流区和热低压北部上升气流区。     

河西走廊东部强沙尘暴分布特征及飑线天气引发强沙尘暴特例分析

利用2004年1月～2008年10月河西走廊东部6站的地面观测资料,采用统计学方法分析了强沙尘暴的分布特征.发现强沙尘暴主要出现在2～6月,1～3月出现的强沙尘暴主要为高压脊前强西北气流动量下传风所致;4～7月出现的强沙尘暴主要为冷空气东移南下伴随地面冷锋过境锋面大风所致.河西走廊东部的飑线活动造成的强沙尘暴出现在4～6月,均为冷锋型,其中5月居多,出现的7次强沙尘暴中有4次伴有飑线,说明5月份强冷锋东移经河西走廊特殊峡管地形时易诱发飑线,飑线活动造成的强沙尘暴爆发性强,往往造成严重灾情.利用常规探测、地面加密观测、T213数值预报产品和fy-2c/2 d红外卫星云图资料对2008年5月2日河西走廊东部飑线引发的强沙尘暴过程进行了天气动力诊断和中尺度分析.结果表明:中尺度飑线所伴随的强风暴是产生强沙尘暴的主要原因;500 hPa阶梯短波槽是中尺度飑线产生的大尺度触发系统,河西走廊中西部700 hp变形场、中尺度低压为强沙尘暴形成和维持提供了必要的动力条件;地面冷锋前上升运动与高空急流入口区次级环流的上升气流的叠加,为深对流发展提供了深厚的垂直环流发展条件,是促使飑线发生和沙尘卷起的基本动力;地面热低压的加强和午后气温的日变化加大了冷锋前后的温度和气压梯度,为大风、强沙尘暴爆发提供了必要的热力不稳定条件;强沙尘暴出现在垂直螺旋度为-200 m~2/s~2中心的下游,垂直螺旋度对飑线的发展和沙尘暴的落区具有较好的指示意义;中尺度飑线发生在不稳定层结内,较强的不稳定层结为强沙尘暴形成、发展提供了位能转化为动能的基本条件.     

高空急流对一次强沙尘暴过程沙尘传输的影响

使用GRAPES_SDM沙尘暴数值模式,对2011年4月28-30日中国北方强沙尘暴天气进行分析,讨论高空急流在此次过程中对沙尘传输的影响,得出以下结论:（1）GRAPES_SDM沙尘暴模式较好地模拟了此次沙尘暴过程的范围和强沙尘暴中心,整体模拟效果较好;（2）沙尘天气发生时间及移动路径与200 hPa高空急流的加强、移动发展有很好的对应关系;（3）高空强纬向风速的加强能够促使中低层形成垂直环流圈,其下沉支流使高空动量有效下传到近地面,进而在地面形成大风及扬沙和沙尘暴天气,强沙尘暴中心位于此垂直环流圈的下沉支;（4）等熵位涡与高空急流及地面沙尘浓度分布演变有很好的对应关系,等熵位涡位于高空急流北侧,地面沙尘浓度中心位于高空急流出口区、等熵位涡中心西南侧、等值线密集带;高层高值位涡区向下延伸的路径与高空急流北侧纬向风速等值线密集带有非常好的对应关系。本文还通过对高空急流轴线动力、热力结构垂直剖面的分析,探讨了高空急流对大范围沙尘天气影响的可能机制。     

内蒙古沙尘暴天气系统及预报指标探讨

根据21 世纪15 a 来出现在内蒙古的沙尘暴个例,归纳形成沙尘暴的高空环流背景和地面天气系统,提炼预报指标。结果显示：沙尘暴是强冷空气爆发南下的过程,具有冷空气强、锋区强、高空急流强的特征;造成内蒙古沙尘暴的高空环流背景可分为高脊移动型、冷槽下滑型、横槽型和低涡旋转型等四个类型;强烈发展的蒙古气旋和冷锋是造成沙尘暴的主要地面天气系统。沙尘暴预报应主要着眼于高空急流轴的位置、乌拉尔山高压脊、高空锋区、蒙古气旋及冷锋、地面变压中心、高空正涡度平流中心与地面气旋相叠置的区域等方面。     

南疆盆地翻山型沙尘暴环流动力结构分析

2003年4月8日至9日发生了一次超极地冷空气入侵新疆并翻越天山造成南疆盆地大范围强沙尘暴过程,分析沙尘暴强盛期的高度场、高空急流异变、螺旋度场、散度场和不稳定发展,揭示了该类沙尘暴强盛期的环流动力结构。结果表明:①伊朗高压的爆发性发展与乌拉尔山脊叠加形成长波脊,导致泰米尔半岛的极地强冷空气南下,并直插新疆越过天山到达塔里木盆地,造成大范围沙尘暴天气;②强沙尘暴天气产生的根本原因是西西伯利亚地面冷高压爆发性南下并强烈发展;③高空西风急流发生异变在南疆盆地上空形成急流区,并通过动量下传导致地面大风,是大范围沙尘暴发生的动力条件;④沙尘暴区上空螺旋度垂直分布低层为正值、高层为负值,揭示强的旋转上升运动是大范围沙尘暴发生的动力条件。⑤低层辐合高层辐散的垂直结构,易于发生近地面大风和上升气流;⑥该次沙尘暴是一次大范围强对流天气,大气层结处于对流中性或对流不稳定状态,但都有强的斜压不稳定发展,并冷暖空气交换剧烈。沙尘暴影响前塔里木盆地有一个能量明显聚集期,但聚集时间很短。     

一次秋季沙尘暴的诊断和天气雷达观测分析

使用NCEP 1°×1°每天4次的再分析资料对2006年10月5日发生在甘肃、内蒙古西部、蒙古国南部沙尘暴天气的位势涡度、干侵入、局地垂直螺旋度进行了诊断分析。分析结果表明：对流层高层的高位势涡度库位势涡度柱向下、向南伸展,在等熵面陡立处,垂直涡度分量急剧增大,使锋面低压迅速发展,低空急流形成;高空干冷空气向东南下侵,蒙古国南部从西到东的大风、沙尘暴由下滑冷锋引起,持续时间长,强度强;河西走廊、内蒙古西部的大风、沙尘暴由上滑冷锋引起,持续时间短,强度相对弱。利用张掖CINRAD-CC天气雷达观测数据对导致张掖沙尘暴的β中尺度双阵风锋结构进行了初步分析,认为第二条阵风锋使风速忽然加大,阵风锋的辐合上升使沙尘扬起抬升,能见度讯速下降。     

河西走廊罕见强沙尘天气传输及其过程持续特征

2021年3月15—19日河西走廊出现了近10 a范围最广、持续时间最长的罕见强沙尘天气过程。利用MICAPS常规气象观测资料以及物理量场资料,从天气气候成因、环流形势演变、物理量诊断等方面分析了此次强沙尘天气的传输及过程持续特征。结果表明：（1） 2021年3月14日受强烈发展的蒙古低压槽影响,蒙古国南部及内蒙古中西部爆发了强沙尘暴,前期蒙古国及中国北方异常增暖是导致沙尘暴爆发的诱因之一。（2） 受高空贝加尔湖深厚低压槽后西北气流引导冷空气东移南下、高空急流动量下传、配合地面冷锋过境共同影响,蒙古国中西部高低空的沙尘粒子被输送到河西走廊,造成河西走廊15日凌晨到上午出现局地强沙尘暴和扬沙天气。（3） 强沙尘暴出现后,700 hPa、850 hPa及近地面内蒙古、华北、宁夏及陕西一带盛行偏东气流将蒙古国及内蒙古的沙尘输送到了河西走廊,造成河西走廊15日下午至19日出现浮尘天气。（4） 沙尘天气维持期间,地面冷高压移速缓慢,河西走廊位于地面冷高压后部,地面风速和湿度较小,不利于沙尘的沉降和水平扩散;河西走廊上空盛行下气沉流、逆温层深厚、大气干燥及层结稳定,不利于低层沙尘的垂直扩散和沉降,对沙尘的持续维持起到促进作用。     

干旱区一次锋面过境短时暴雨中尺度系统分析

利用加密自动站、卫星云图及雷达图像等资料,对2010年6月7日白天到夜间宁夏中北部地区出现的短时暴雨天气成因及中尺度系统演变进行分析。结果表明,此次短时暴雨是在“东高西低”稳定的环流形势和锋面过境背景下,500 hPa西风槽,700 hPa切变线、低涡、低空急流,850 hPa切变线,地面冷锋等主要影响系统相互配合、共同作用下发生的;大降水落区位于低空急流左侧与切变线尾部的辐合区,这可作为宁夏中尺度暴雨天气系统的一种典型特征;逆风区的出现和S型风场、锋面过境雷达图像特征是此次强降水典型的雷达回波特征,逆风区分布与中尺度系统走向基本一致。     

毛乌素沙漠边缘地区春末夏初沙尘暴天气的物理量场结构

沙尘暴天气是毛乌素沙漠边缘内蒙古、甘肃、宁夏、陕西等地区春末夏初特有的一种灾害性天气。应用欧洲中心再分析资料的气压场和各种物理量场,选取了5个沙尘暴个例,分析了沙尘暴时期各层气压场的特征和物理量的空间结构。结果表明：蒙古高压是影响沙尘暴的主要天气系统。在沙尘暴发生时,蒙古高压前部整层都为宽广而强劲的西北气流,从地面可伸展到200 hPa附近,其物理属性是干、冷,其前部近乎于东北—西南向的区域,是锋区的密集带,也是各种物理量表现最为敏感的区域,垂直速度场为上升运动区,涡度场为正涡度区,高—低层散度差值场为正值,这些物理量都为沙尘暴的发生起到了推动和加强作用。     

一次东北冷涡暴雨的水汽输送特征和位涡分析

通过对2010年7月27~29日吉林省一次较大范围的冷涡暴雨、大暴雨过程进行诊断分析,建立了此类暴雨的天气概念模型：200 hPa呈现“两脊一槽”型,高空急流呈辐散状位于吉林省上空,急流中心最大风速≥60 m/s;500 hPa东北冷涡强烈发展,鄂海阻高稳定维持是此次强降水发生的重要天气系统,中心最大风速≥20 m/s的偏西风急流带横穿吉林省中部;850 hPa风速≥12 m/s的3条急流带在吉林省中东部地区交汇,形成低层辐合、高层辐散的气旋性涡度柱,较强的垂直上升气柱一直向上伸展到500 hPa附近,极有利于对流的发展和强降水的维持。通过计算整层水汽通量与吉林省逐6 h平均降水量的相关矢量场,结果表明：偏西、偏南及偏北3条水汽通道在吉林省中南部汇集是此次强降水发生的重要条件,暴雨落区与整层水汽通量汇合区密切相关,水汽输送以经向(南北方)水汽流入为主。暴雨期间具有较好的动力、热力及能量条件,特别是湿对流有效位能明显偏强,强降水出现在对流有效位能 (CAPE)值由极大值开始下降的过程中。干侵入是激发冷涡发生、发展的动力条件之一,≥1 PVU(位涡单位)的高位涡舌在下降的过程中,同时南移,与中部地区强降水落区自北向南移动相吻合。     

2011年大理州入汛后首场区域性大雨过程分析

分析2011年6月27～28日大理地区人汛来首场强降水天气过程的影响系统、物理量特征以及风廓线雷达资料,结果表明此次区域性强降水过程的主要影响系统是东移的中纬度槽和低层的切变线;区域性强降水开始前,大理上空是不稳定能量的密集区且大气处层结于不稳定状态;从水汽条件看,过程开始前低层湿度虽大,但没有水汽的强辐合;强降水出现时存在剧烈的上升运动释放不稳定能量,且低层正涡度高层负涡度,散度场上低层辐合高层辐散,但低层辐合并不强;信噪比和垂直速度在降水的持续时间和降水强度方面与降水对应关系非常密切,强降水出现时间及持续时间与40dbz高信噪比出现时间一致,垂直速度负值绝对值越大降水越强,厚度越厚持续时间越长;强降水出现时水平风随高度存在多层切变,强降水出现期间水平风矢量达到最高的位置,随着降水的减弱,测量到的水平风矢量高度明显降低。     

近20 a塔城地区暖区暴雪环流分型及成因分析

选用2000—2019年11月—次年3月塔城地区7个国家气象观测站逐日降水、温度、常规地面和高空观测资料、美国国家环境预报中心（NCEP）再分析资料,确定近20 a塔城地区暖区暴雪天气过程并进行分析。结果表明：（1） 塔城地区暖区暴雪发生于塔额盆地的塔城站、裕民站和额敏站,塔城站出现频次最多;时间分布上,11月和12月出现暖区暴雪的频次最高,且主要集中在11月中旬—12月上旬,1月次之,2月最少。（2） 塔城地区暖区暴雪分为3类：低槽前部型、横槽底部型和西北急流型,地面低压为西方和西北路径。低槽前部型是最典型的暖区暴雪形势,主要出现在11月—12月上旬,发生在西西伯利亚低槽前部锋区与南支中纬度短波槽汇合区,地面低压为西北路径;横槽底部型主要出现在11月—次年1月,发生在极锋锋区底部偏西气流和中纬度暖湿西南气流汇合的强锋区中,地面低压为西方路径;西北急流型主要出现在11—12月,发生在极锋锋区西北气流中,地面低压为西北路径。（3） 500~300 hPa强西北或偏西急流、700 hPa偏西低空急流、850 hPa暖式切变的叠置区与暖区暴雪落区一致,低槽前部型和西北急流型为锋前暖区产生暴雪,横槽底部型为低压右前部暖锋锋生产生暴雪。（4） 低槽前部型和横槽底部型的水汽均为偏西路径,来自地中海、阿拉伯海的水汽经里海、咸海增强后向暴雪区输送;西北急流型有偏西和西北2条水汽输送路径,来自高纬度巴伦支海的水汽与来自中低纬度里海、咸海、地中海、阿拉伯海的水汽在巴尔喀什湖附近汇合后向暴雪区输送,较强的水汽输送伴随低层明显的水汽辐合,强辐合中心位于850~700 hPa之间。     

南疆西部暴雨过程的动力热力结构分析

利用常规气象观测资料和ECMWF提供的ERA-Interim 0.125°×0.125°再分析资料,通过对2012年5月21~23日和2013年5月26~29日南疆西部两次暴雨过程中等熵面特征的对比分析,得到暴雨过程中的动力热力结构模型。结果表明：南疆西部暴雨过程是在中亚低涡系统影响下,高、中、低空急流耦合并叠加地形强迫的综合作用下形成的。中亚低涡前部中高层向东输送的冷空气翻山后下沉,与低层南疆盆地东部向西输送的冷空气汇合抬升,与中层暖空气交汇,同时上升运动加强促使水汽辐合凝结,是降水的重要原因,短时强降水时冷空气强度弱于暖空气,持续性降水时反之。中低层等熵面位涡与降水关系密切。