塔里木盆地春季沙尘暴频次与大气环流的关系

使用1961-2009年春季NCEP/NCAR再分析资料和塔里木盆地37个气象站沙尘暴频次资料,分析了塔里木盆地春季沙尘暴频次与大气环流的关系。结果表明:①近40 a,在500 hPa高度场上,两者在巴黎盆地和蒙古国中西部存在显著负相关,在乌拉尔河附近存在正相关,蒙古国中西部500 hPa高度场在升高,而乌拉尔地区的在降低,两地间经向环流的减小引起盆地沙尘暴减少。②塔里木盆地春季沙尘暴频次突变与显著负相关区蒙古国西部500 hPa高度场突变相联系,两者的变化趋势基本是相反的,盆地沙尘暴频次突变出现在1985年,500 hPa位势高度突变提前于沙尘暴频次突变,出现在1980年和1984年。③在年际、年代际尺度上,春季500 hPa位势高度场上蒙古国西部气旋和东欧平原反气旋增强的环流形势配置是塔里木盆地沙尘暴多值年的典型背景。     

内蒙古中西部春季沙尘暴年代际振荡及环流特征分析

利用内蒙古中西部50个气象观测站1961—2000年春季沙尘暴日数资料,国家气候中心提供的北半球月平均500 hPa高度场网格尺度为10°(经度)×5°(纬度)的网格点资料、北半球500 hPa月平均环流特征量资料、东亚季风资料分析研究冬春季中高纬度大气环流的年代际尺度的演变特征及其对内蒙古中西部沙尘暴的影响,进一步揭示内蒙古中西部春季沙尘暴年代际变化的原因。结果表明：青藏高原位势高度、贝加尔湖地区位势高度、乌拉尔山地区位势高度、东亚冬季风、亚州经向环流、印缅槽、西太平洋副热带高压强度都对内蒙古中西部春季沙尘暴年代际振荡产生不同的影响。为内蒙古中西部春季沙尘暴的短期气候预测提供年代际尺度上的基本环流背景。     

西北地区春季沙尘暴气候分析及预测方法研究

利用甘肃、宁夏1955-2002年的气象实测资料, 北半球500hPa月高度场, 月平均太平洋海表温度场资料, 将沙尘暴发生的变化趋势看作每年春季的一个气候现象, 分析其发生的气候变化趋势、年代际变化以及与大气环流、海温的相关关系, 得出沙尘暴气候趋势预测的着眼点, 建立沙尘暴短期气候预测概念模型。此模型对沙尘暴发生变化趋势的预测具有一定的实用价值。     

春季天气变率对华北沙尘暴频次的影响

利用欧洲中期数值天气预报中心再分析资料及地面台站观测资料,分析华北春季沙尘暴日数与500 hPa月平均环流及与近地面环流天气变率长期变化的关系,分析时段为1962~2000年。研究发现华北地区春季沙尘暴频次与东亚地区中高纬度500 hPa高度场有显著的负相关,相关中心区在蒙古国及西伯利亚一带,这可能说明高空环流场在这种形势下易于造成高纬度冷空气南下,因此使得华北沙尘暴频次增加。天气过程是形成沙尘暴的直接原因,东亚地区天气变率存在明显的年际和长期变化,研究发现天气变率与沙尘暴频次之间有非常显著的关系：当天气尺度变率增大 (减少) 时,沙尘暴频次也增加 (减少)。其中具体分析了850 hPa低压和地面冷高压活动与沙尘暴的关系,发现东北低压及自蒙古和西伯利亚南下的冷空气活动都对华北沙尘暴频次有明显的影响。近40年来东亚天气变率有显著的减弱趋势,这也在很大程度上解释了沙尘暴频数的显著减少。另外,北极涛动对东亚天气变率和华北沙尘暴频次的年际变化也有一定的影响,北极涛动强的年份华北沙尘暴次数偏少。     

宁夏春季沙尘暴频次异常与北太平洋海温异常的关系研究

利用宁夏沙尘暴频次资料、500 hPa环流特征量资料、NCEP再分析资料、北太平洋海温场格点资料,采用相关分析、合成分析、小波变换、SVD分析,对宁夏沙尘暴频次与北太平洋海温场的关系进行了研究,探讨了北太平洋海温场通过影响大气环流异常再影响沙尘暴异常的途径。结果表明：宁夏春季沙尘暴频次与前一年10月到当年5月加利福尼亚海温有显著的负相关关系,关键区海温冷、暖异常与宁夏春季沙尘暴日数多、少有较好的时频对应关系;另外发生在北太平洋的厄尔尼诺事件对宁夏春季沙尘暴有重要影响,当北太平洋海温场呈厄尔尼诺（拉尼娜）型分布时,宁夏各地沙尘暴日数以偏少（多）为主。加利福尼亚海温通过影响大气环流,进而影响宁夏沙尘暴的发生,冷水年春季（3—5月）,欧亚大陆高空系统较强,环流经向度加大,蒙古气旋加深,有利于极地冷空气南下;从风场形势看,冷水年河套至甘肃、内蒙西部及蒙古国中西部一带高层盛行西北风,而低层多为东南风,这种不稳定形势,也为西北沙尘暴的发生发展创造了有利气候条件。另外,冷水年冬春季东亚大槽位置以偏西为主,极涡强度偏强的年份占优势,西风环流指数负距平的年份偏多,经向环流偏强,冷锋活动频繁,大部分冬季平均气温偏低,表明冬季风偏强的年份为主;而暖水年基本相反。     

甘肃春季沙尘暴环流特征及其时间尺度诊断分析

根据43a甘肃春季沙尘暴日数距平序列选取了甘肃春季沙尘暴多发年和少发年。对甘肃春季沙尘暴多发年和少发年前期冬季(12月至翌年2月)和同期春季(3~5月)500hPa环流距平场合成结果表明, 前期冬季东亚大槽、同期春季蒙古气旋是影响沙尘暴发生多少的主要系统。西风指数和东亚北风指数计算结果表明, 沙尘暴多发年与少发年指数差异明显, 沙尘暴与冬季风联系紧密。甘肃春季沙尘暴小波变换分析, 清楚地反映沙尘暴不同频域的变化特征及其交替作用; 不同频域小波系数变化说明21世纪初沙尘暴将趋于增加。     

塔克拉玛干沙漠和戈壁沙漠春季沙尘暴特征及其气象影响因素对比北大核心CSCD

利用2007—2021年多源环境、气象和卫星遥感资料,对比分析塔克拉玛干沙漠和戈壁沙漠春季沙尘暴事件的时空特征,以及导致这种差异的气象影响因子和环流背景。结果表明:(1)塔克拉玛干沙漠沙尘暴频次多于戈壁沙漠,且多发生在塔克拉玛干沙漠中东部,戈壁沙漠则多发生在中国内蒙古西部和蒙古国中南部;(2)东西向地面冷锋系统为塔克拉玛干沙漠沙尘暴的主要影响系统,且500 hPa高度距平场上亚洲东部中高纬度地区总体呈西低东高形势;南北向地面冷锋系统为戈壁沙漠沙尘暴的主要影响系统,且500 hPa高度距平场上亚洲东部低纬到高纬地区上空高度场异常呈“-+-”的分布;(3)塔克拉玛干沙漠春季沙尘暴的发生与当地前冬降水量显著负相关,与地面温度呈显著正相关;戈壁沙漠春季沙尘暴事件的发生与当地前冬降水量正相关,与地面温度负相关,但不显著。     

北极涛动异常对西北地区东部沙尘暴频次的影响

利用西北地区东部沙尘暴日数资料、北极涛动指数资料、东亚高低空大气环流形势场资料,分析了沙尘暴日数与北极涛动的关系,进而研究了北极涛动异常年东亚大气环流分布特征,探讨了北极涛动影响西北地区东部沙尘暴的可能途径。结果表明：西北地区东部沙尘暴频次呈波动减少之势,20世纪80年代中期发生气候突变;北极涛动指数与西北地区东部沙尘暴频次显著负相关,二者年际、年代际变化都有较好的应关系,北极涛动正位相年,西北地区东部沙尘暴偏少,反之亦然。究其原因：北极涛动异常对东亚冬季风强度、东亚高低空气压场、风场分布形势有重要影响：北极涛动正位相年,东亚冬季风、蒙古高压均偏弱;500 hPa高度场上,春季西风带纬向环流占优势,极涡面积偏小,强度偏弱,贝加尔湖阻塞高压异常强盛,蒙古国及我国华北和西北地区位于贝加尔湖阻塞高压底部的暖区里,地面至高空西北风偏弱;在这种形势下,整个中高纬度冷空气势力较弱,活动次数偏少,不利于大风、寒潮天气的发生,因此沙尘暴频次也偏少。而北极涛动负位相年基本相反。     

季以上尺度预报春季区域性沙尘暴过程的方法研究

应用1954—2003年甘肃省沙尘暴发生时间、站次资料和500 hPa NCEP/NCAR再分析资料,分析了春季候区域性沙尘暴的特征。选择影响甘肃省春季天气的500 hPa七个关键区,通过周期分析发现,这些关键区有30候左右的周期可以通过0.01的信度检验,表明500 hPa侯形势场在一定范围内的确存在30候（150 d）左右显著周期。给出春季区域性沙尘暴发生的典型场,计算它与历年10~12月逐候500 hPa距平场的相似系数,结果表明：准150 d韵律方法预测沙尘暴的历史概括率在71.5%～76.4%之间,最高概括率可达87.5%,最低也有60.0%,漏报率为19.8%～26.0%。尽管如此,可以认为该方法对甘肃省区域性沙尘暴,尤其对典型形势场所对应的沙尘暴天气过程有较高的预测能力。最后给出典型年前期500 hPa要素场的特征。     

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。     

我国高空风速的气候学特征

利用全国119个探空站1980~2006年13个等压面和地面附近的月平均风速资料,分析了不同高度年、季节平均风速的气候学特征。结果表明,全国平均200hPa以下风速随高度增加而增加,200hPa~30hPa之间风速随高度增加而降低,30hPa以上风速随高度增加而再呈增加趋势;春、秋季平均风速随高度变化与年平均相似,但冬、夏季的垂直分布差异明显;700hPa及其以上最大风速出现在1月,最小风速在7月或8月;850hPa和地面最大风速发生在4月;对流层风速年较差从下向上增加,在200hPa附近风速年较差最大。我国地面风速在东、西部地区较大,中部地区较小;500hPa年平均风速分布呈西低东高态势,最大中心出现在辽东半岛东部;200hPa年平均风速在江淮地区出现高值中心;500hPa冬季最大风速区在大陆南部,夏季北移并向西扩展;200hPa各季强风速区基本呈东西走向的带状分布,其中春季在江淮地区,夏季移至西北,秋季位于黄淮地区,冬季位置最南。     

西北地区春季多雨与少雨年的高空环流特征

对西北地区1961—2000年119个气象站的春季降水,分析了其空间分布和时间变化及其多雨与少雨年的500 hPa高度场、OLR场、700 hPa风场、湿度场。结果表明:多雨年中纬度500 hPa春季高度距平场东正西负,东亚大槽弱,欧洲低槽强,700 hPa春季矢量风距平场非洲至欧洲、西伯利亚海和菲律滨海盆为辐散区,印度和中国西北地区为辐合区,北半球欧亚700 hPa春季比湿距平场正中心位于阿拉伯海到孟加拉湾和长江流域,OLR主要负距平中心在东南沿海和孟加拉湾,西北地区亦为负距平,主要正距平中心在西太平洋。少雨年500 hPa春季高度距平场西正东负,中亚到新疆的高压脊强,东亚槽偏强,700 hPa春季矢量风距平场欧洲、西西伯利亚、泰国为辐合区,中国西北地区为辐散区,700 hPa春季比湿距平场正中心位于孟加拉湾和菲律宾海盆,OLR负距平中心在东南沿海—青藏高原北—新疆北部,西北地区亦为正距平,主要正距平中心在西太平洋。     

1960—2017年中国北方气候干湿变化及其与ENSO的关系

基于中国北方424个气象站实测数据,应用FAO Penman-Monteith模型计算潜在蒸散（Potential evapotranspiration,ET₀）,使用降水和潜在蒸散数据计算得到标准化降水蒸散发指数（SPEI）,以此研究了1960—2017年中国北方干湿时空变化特征,分析了ENSO对北方气候干湿变化的影响。结果表明：中国北方干湿变化的线性趋势总体不显著,四季中春季和冬季变湿趋势明显。空间上,西北西部存在明显的变湿趋势,干旱化趋势主要发生在黄土高原、内蒙古东部和东北东部地区。全区各级干旱事件呈减少趋势,各级湿润事件呈增加趋势,其中以中等干旱的减少最为显著。西北西部中等干旱和极端干旱明显减少,东北北部和新疆部分地区极端湿润明显增加。全区四季3类干旱事件均表现为减少的趋势,3类湿润事件均表现为增加的趋势,西北西部四季3类干旱事件均呈减少趋势。ENSO对北方干湿的影响存在一定程度的滞后性。El Ni?o翌年气候湿润,La Nina翌年气候干旱。在年际和春季2个尺度上,SSTA与翌年SPEI存在显著的正相关关系。     

2018年春季中国北方大范围沙尘天气对城市空气质量的影响及其天气学分析

利用多源卫星数据、空气质量数据和再分析资料ERA-Interim分析了2018年春季中国北方一次沙尘天气过程中沙尘气溶胶的光学特性及垂直结构、沙尘天气对颗粒物浓度及空气质量的影响及其机制。结果表明：（1）2018年3月27-30日中国北方地区气溶胶光学厚度、吸收性气溶胶光学厚度和气溶胶指数分别大于0.4、0.035和1.0。沙尘气溶胶主要分布在地面至8 km的范围内,且体积退偏比大部分在0.06~0.4,色比0.6~1.2。（2）各城市颗粒物浓度在一定程度上均受到沙尘天气的影响。3月27-28日,PM_2.5和PM₁₀的平均值分别是国家一级标准的4.1倍和4.3倍。29-30日,PM_2.5和PM₁₀的平均值分别是国家一级标准的3.5倍和3.4倍。28日河北张家口PM₁₀/PM_2.5达4 d之最,最大比值为10.9。（3）低层贝加尔湖高压南压对内蒙古西南部及河西走廊地区的起沙有重要影响,河套地区地面气旋和低层切变是造成华北西部起沙的关键因素,鄂海地区高压脊和东北地区地面的低压系统有利于东北地区的起沙。     

2000年春季中国北方沙尘暴天气气候成因研究

从环境背景和天气气候成因两个方面,分析了2000年春季中国北方沙尘暴频繁爆发的原因。结果表明,① 2000年春季中国北方大风沙尘暴的源地、路径和天气形势可归纳为三种类型;②近年来中国北方干旱加剧土地荒漠化严重,使原本广阔的戈壁沙漠面积逐步扩大,为沙尘暴天气的爆发提供了物质基础;③ 2000年处于反厄尔尼诺(拉尼娜)事件的高峰期,使东亚冬季风加强;同时2000年春季极涡位于东半球新地岛附近,冷空气频繁南下,易形成大风天气;④ 2000年春季我国北方干旱少雨,气温回升迅速且温度偏高,使解冻的地表土层疏松,又提供了丰富的沙尘源。     

中国北方农牧交错带春季风速的年际变化与冬季海温的关系

利用中国北方农牧交错带1979—2016年64个气象台站的逐日风速资料、ERSST海温数据以及ERA-Interim再分析资料,探讨了前期冬季海温与北方农牧交错带春季风速年际变化的关系。研究表明,北方农牧交错带春季的风速存在强烈的逐年波动,年际方差占总方差的比例为36%。影响农牧交错带春季风速年际变化的前期冬季海温在北大西洋20°N~65°N区域呈现“负、正、负”的异常分布,在北太平洋10°N~55°N、130°W~180°区域呈现“负、正”的异常分布。冬季的海温异常与研究区春季风速年际变化联系的桥梁是北半球大尺度大气环流的异常。当北大西洋海温从高纬至低纬呈现“负、正、负”的异常分布时,从北大西洋至东亚位势高度呈明显的“正、负、正、负”的波列特征;当北太平洋海温从高纬至低纬呈现“负、正”的异常分布时,从北太平洋至东亚位势高度呈“负、正、负、正、负、正”的三波型分布。二者均能影响东亚地区春季大气环流的变化,导致东亚地区上空产生一个异常的气旋性环流,该气旋性环流在对流层中层与低层均存在,是造成研究区风速变化的直接原因。冬季海温与研究区春季风速的显著相关,说明冬季海温对农牧交错带春季风速的年际变化具有超前指示意义。利用北大西洋和北太平洋海温异常中心区的冬季海温作为预报因子,建立春季风速预报模型,可以解释风速年际变化的32%,回报交叉验证结果表明,海温与风速的时间滞后关系是显著和稳健的。     

春季东亚副热带西风急流的变化特征及其与中国沙尘天气的关系

利用欧洲中期天气预报中心(European Centre for Medium-Range Weather Forecasts, ECMWF)提供的ERA-Interim全球大气再分析资料及1980-2012年中国北方逐月沙尘暴发生日数资料, 研究了春季东亚副热带西风急流(70°-120°E)的变化特征及其与中国春季沙尘天气之间的关系。结果表明:1980-2012年春季中国上空急流轴存在北移的趋势, 急流中心略向东移, 急流相对强度随年份增强, 与春季沙尘暴发生总站日数的年际变化呈显著负相关。春季沙尘暴多发年, 东亚副热带西风急流有所减弱, 而在哈萨克斯坦东部、蒙古国、中国内蒙古大部分地区及南疆地区等沙尘源地, 200 hPa纬向风速增大; 500、850 hPa风速、位势高度差值场的分布都有利于中国沙尘源地地面风速增大。在中国沙尘源地, 高层西风风速增大, 动量下传, 引起地面大风, 从而容易产生沙尘暴。     

赤道中东太平洋关键区海温对宁夏春季降水的影响

基于宁夏全区范围内24个常规气象站近53 a春季降水量资料和美国气候预测中心1961-2013年Niño1+2和Niño3.4月平均海平面温度指数资料及NCEP/NCAR北半球月平均500hPa高度距平场再分析资料,采用经验正交函数分解(EOF)及滑动相关分析方法,对宁夏逐年春季降水量的空间分布进行分型,并分析了各空间分布型的时间演变特征,进一步研究了赤道中东太平洋关键区(Niño1+2、Niño3.4)海温是如何通过对西太平洋副高及500 hPa中高纬大气环流的影响来影响宁夏的春季降水。结果表明:近53 a来,宁夏春季降水全区一致偏多或偏少分布型的占比超过70%,21世纪后全区降水一致偏少型明显减少;前一年夏秋季节赤道中东太平洋关键区海温与次年宁夏春季降水存在持续5~8个月的显著高相关,其中7~9月相关最显著,且相关程度逐步提高;研究发现,前一年夏秋季节,赤道中东太平洋关键区海温异常,通过海气相互作用,对次年春季北半球500 hPa高度距平场上中高纬度大气环流的配置以及西太平洋副热带高压的位置产生明显的影响,近而影响形成次年春季宁夏降水的水汽来源以及空间分布。因此,这些前期的稳定强信号对宁夏春季降水预测具有明确的指示意义。     

新疆冬季气温年际异常的主模态及其成因分析

基于新疆1961—2016年89个观测站冬季平均气温经验正交分解的空间模态,讨论了与各空间模态及其相联系的北半球中高纬度环流特征,结果表明：新疆冬季平均气温的年际异常空间模态分为全区一致类、南北反相类、东西反相类,根据这三类空间模态的正负位相不同分别分为一致偏冷型、一致偏暖型、北冷南暖型、北暖南冷型、东冷西暖型和东暖西冷型等6个空间分布型。新疆冬季平均气温各空间分布型的环流影响因子既表现了极地和中纬度环流相互作用,也有纬圈方向的波列传播的影响。当北半球中纬度西风偏弱,中高纬度环流经向度加大,乌拉尔山地区的高压脊发展和东亚大槽偏深,50°N以南为负高度距平,新疆冬季平均气温一致偏低;反之则一致偏高。北冷南暖型在40°N以北的区域与一致偏冷型的环流特征基本类似,但在中亚至新疆40°N偏南的区域位势高度偏高;北暖南冷型出现时,乌拉尔山负高度距平和东亚大槽偏弱,新疆上空为浅脊控制,新疆南部受脊后的浅槽影响。东冷西暖型和东暖西冷型区别在于中纬度的500 hPa正高度距平中心的位置和700 hPa气流方向。北极涛动（AO）、区域西风指数、乌拉尔山关键区因子、欧亚纬向环流指数、西藏高原-1指数、西藏高原-2指数、斯堪的纳维亚遥相关型指数(SCA)、亚洲区极涡面积指数等8个气候指数都对新疆冬季平均气温产生了重要的影响。     

西藏高原不同时段雪灾的空间分布及大气环流特征

利用西藏高原38个气象站自建站以来至2008年的10月至翌年4月逐日积雪资料,依据积雪深度和积雪持续日数两项要素组合的雪灾等级指标,分析了前冬、隆冬和春季3个时段西藏高原不同等级雪灾空间分布。结果表明：主要有3个雪灾发生高频中心区,即以聂拉木为中心的喜马拉雅山脉中段区、以嘉黎为中心的那曲地区中东部区及以错那为中心的喜马拉雅山脉东段区;在时段上雪灾主要出现在前冬和隆冬,春季最少,但在前冬和隆冬雪灾频率分布有较大的空间差异;喜马拉雅山脉中段区、阿里地区、那曲站以中灾和重灾为主。利用NCEP/NCAR再分析月平均高度场数据,对区域性雪灾异常年和无雪灾年进行了合成分析,结果表明:前冬和隆冬北半球500 hPa中高纬环流非常相似,自大西洋东海岸向东至西太平有显著的“+-+-”波列,而春季中高纬从欧洲西部为“-+-+-+”波列;3个时段欧洲大陆长波槽脊异常加强,经向环流发展;前冬和隆冬欧亚大陆高度距平场为西高东低,春季正好相反;雪灾年与无雪灾年极涡、乌拉尔山高压脊、贝加尔湖高压脊和北美大槽的强度、位置有较大的差异,而东亚大槽只是春季有所差别外其他时段不明显。