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。     

宁夏强沙尘暴形成机制的探索和研究

宁夏沙尘暴天气主要发生于每年的３～５月，其中４月份出现频数最高，是此类天气发生及预报的关键期。影响宁夏的强沙尘暴天气的强冷空气主要取道于乌鲁木齐—哈密—野马街—酒泉＿贺兰山西侧这一沙漠通道上；而当强冷空气急行东南下时，地面冷高压不断发展、加强和整体东移是产生强沙尘暴天气的必要条件。春季西北地区变化剧烈的热力条件是中小尺度天气系统发展和上下层冷暖空气交换的主要物理原因之一，同时也是强沙尘暴、沙尘暴天气日变化明显的关键所在。诊断分析认为，正是在极有利的大尺度环境、高空干冷急流和强垂直风速、风向切变及强热力不稳定层结条件下，引起锋区前后的巨大压、温梯度。在动量下传和梯度偏差风及高空强大下击暴流的共同作用下，使近地层风速陡升，掀起地表沙尘，形成强沙尘暴天气     

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。     

河西走廊盛夏一次沙尘暴天气过程成因

为了研究夏季沙尘暴的发生发展规律、提高沙尘暴的预警准确率,利用常规气象观测资料、NCEP/NCAR 1°×1°再分析资料和FY2C云图资料,对2013年7月30日河西走廊盛夏季节的大风沙尘暴天气过程成因进行分析。结果表明:(1)冷空气以阶梯槽形势分裂南下,为大风沙尘暴发展提供了对流不稳定的环境场条件;(2)近地面层强大气斜压性、地面鞍型场结构和气温日变化促使地面冷锋进入河西走廊后锋生,是造成这次沙尘暴的直接原因;(3)河西走廊中东部近地面的辐合上升气流与高空急流入口处右侧辐散抽吸作用叠加,触发了大风沙尘暴的爆发;(4)温度平流上冷下暖的垂直分布为沙尘暴的爆发提供了热力不稳定条件,存在对流有效位能大值中心,有利于沙尘粒子扬起,增大沙尘暴的强度;(5)沙尘暴出现时西风急流风速增大、高度降低,由急流中心向地面伸展的最大风速带将高空动量向下传播,北风前锋到达之处,沙尘暴爆发。另外,与春季特强沙尘暴天气相比,夏季沙尘暴的形成需要更大的启动风速、上升运动和热力不稳定条件。     

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.     

一次强沙尘暴天气的成因分析

利用常规观测资料和NCEP/NCAR再分析资料以及MM5模拟结果,对2006年3月27日发生在河北省南部邢台、邯郸等地的一次强沙尘暴天气过程进行分析,结果表明,强沙尘暴天气是由高空横槽和地面冷锋后西北大风引起的,高空急流的加强及中尺度反环流圈的形成,促使高层动量下传到地面则是强沙尘暴发生的另一个重要原因;低层螺旋度正值中心变化对强沙尘暴预报有一定的指示作用;沙尘暴区始终位于低层螺旋度正的极大值中心南侧,沙尘暴爆发时,沙尘暴区上空螺旋度值出现次大值中心,随着螺旋度中心值增大沙尘暴强度增强。     

相似离度在甘肃省冬春季强沙尘暴天气入型判别和预报中的应用研究

利用探空、地面资料分析了1955—2002年甘肃省发生强沙尘暴天气的环流特征，揭示出甘肃沙尘暴天气的5种环流类型：冷锋后偏西型、强锋区下动量下传型、冷高压南部型、热低压前部型和河西小槽型的平均环流场特征。在此基础上，分析指出造成甘肃省冬、春季强沙尘暴天气的影响关键区和关键天气系统，并利用场相似预报方法建立了甘肃省冬、春季强沙尘暴预报业务系统，在实际业务中发挥了较好的效益。     

河西走廊中东部春季沙尘暴变化特征及其典型个例分析

河西走廊中东部是我国春季沙尘暴的高发区和重灾区,近40 a来共造成经济损失超15×108元,近百人死亡。该区春季沙尘暴具有明显的日变化,为了深入分析其时间变化规律,提高预报预警能力,利用该区3个代表站1961—2019年沙尘暴地面观测资料及2019年5月2次沙尘暴过程的气象资料,采用天气学、动力学和统计学相结合的方法,得出该区春季沙尘暴的昼夜时间变化特征和预报着眼点。结果表明:(1)河西走廊中东部春季沙尘暴日数近60 a呈减少趋势,20世纪80年代显著减少;各站不同强度沙尘暴昼夜变化明显:白天多且风速较大,20世纪80年代后一般沙尘暴多于强沙尘暴,高发区均在民勤。(2)沙尘暴过境时各站盛行风向昼夜一致,集中在西北风到偏北风之间;强沙尘暴最强出现在00:00—01:00、18:00—19:00,一般沙尘暴最强出现在08:00—09:00。(3)进一步对2019年5月午后和夜间发生的2次沙尘暴过程进行对比分析:午后过程风力大、有灾情;夜间过程强度强、持续时间长。2次过程虽然中低层形势基本相同,沙尘暴出现在水平螺旋度负值中心下游及地气温差大值时,但高空500 hPa形势不同:午后过程为横槽转竖,气温日较差、风速日变化大,层结不稳定,有高空风动量下传,且近地面层最大风速出现高度低;夜间过程主要是不稳定低槽发展和蒙古气旋底部冷锋影响,配合强的垂直上升运动,但垂直风切变小。(4)河西走廊中东部春季沙尘暴不仅与大型的环流形势有关,还与垂直速度、水平螺旋度、全风速等物理量,以及地面温湿风日变化、不稳定参数和边界层要素有关。     

冷锋型和蒙古气旋型沙尘天气过程典型个例对比分析

利用观测资料和NCEP再分析资料,对冷锋型和蒙古气旋型两类沙尘天气过程的典型个例进行对比分析。结果表明:斜压强迫在两类过程中均较为显著,冷锋型沙尘天气过程中,随高度降低高空槽明显加深;蒙古气旋型则在对流层低层（850 hPa）、中层（500 hPa）形成切断低压。冷锋型沙尘天气过程高空锋区位置较蒙古气旋型偏南,且南压更为明显;冷锋型沙尘天气过程沙尘天气区位置也较蒙古气旋型偏南,且主要向东南方向扩展。冷锋型地面高、低压强度对比明显大于蒙古气旋型,且地面风速与能见度的反相关性高于蒙古气旋型,锋后降温也较蒙古气旋型显著。冷锋型锋前上升运动中心位于700 hPa,锋后下沉运动中心位于600 hPa。蒙古气旋型气旋中心及其附近300 hPa以下均有强的上升运动。冷锋型锋面附近正涡度随高度增高而增大,蒙古气旋型气旋中心及其附近为正涡度。最后给出了冷锋型和蒙古气旋型沙尘天气过程的天气学概念模型。     

2011年4月28-29日中国北方强沙尘暴发生机制位涡分析

利用实况观测资料及NCEP1°×1°再分析资料和位涡理论,对2011年4月28-29日发生在中国北方的一次强沙尘暴发生机制进行研究.结果表明:500 hPa强斜压槽为此次沙尘暴的主要影响系统,同时,高原到新疆低层暖高压为沙尘暴的发生提供了有利的不稳定条件;沙尘暴主要发生在地面冷锋后部,是一次锋面后部大风型沙尘暴过程,地面3h变压(▽P3)对沙尘天气的移动路径有明显的指示作用;强沙尘暴发生前CAPE增大,形成了有利的不稳定条件;500 hPa位涡对沙尘暴影响系统有明显的指示意义,0.5 PVU等值线可作为沙尘天气区的分界线;此次沙尘暴发生过程在位温剖面上表现为高纬的冷空气向低纬度扩展的过程;等熵面高值位涡系统由高层向低层下滑中,由于等熵面坡度增加和位涡守恒,使低层垂直涡度增大,导致地面气旋环流的发展和风速的增强,从而导致了此次沙尘暴天气的发生.     

淖毛湖地区与我国北方沙尘暴天气的关系

新疆淖毛湖气象站位于东天山与阿尔泰山之间的峡谷盆地中,多大风和沙尘天气。淖毛湖站与周边邻近站相比,对下游沙尘暴天气监测预警有明显的指示意义。作者在分析了2000年春季淖毛湖地区与我国北方地区沙尘暴天气的关系后认为:处于西北冷空气路径咽喉要道的淖毛湖地区与我国西北中部及内蒙古中西部地区的沙尘暴天气不但有极高的相关关系,而且有明显的先兆反映。其中,淖毛湖地区大风、沙尘暴等天气现象,淖毛湖气象站日最大风速、风速风向的时间变化是预报西北中部、内蒙古中西部等地区沙尘暴天气的重要参考指标。淖毛湖气象站的大风、沙尘等天气与下游地区的沙尘暴天气有较好的对应关系。西北路径冷空气必经之地的淖毛湖,其日最大风速和风向的时间变化,可作为预测我国西北中部、东部和内蒙古中西部等地区沙尘暴天气的指标。事实说明,淖毛湖气象站是监测和预测我国下游地区沙尘暴天气较为理想的上游指标站。     

塔里木盆地局地和区域性强沙尘暴天气过程研究

利用1961-2001年塔里木盆地周边地区43站沙尘暴资料,给出了塔里木盆地局地、区域性强沙尘暴天气过程的定义,得到局地和区域性强沙尘暴天气过程1 423次和385次,分析了沙尘暴天气过程的时空分布特征和变化原因,并根据地面冷高压和沙尘暴天气的移动路径对385次区域性强沙尘暴天气过程进行普查分析。结果表明:塔里木盆地局地沙尘暴天气过程的高发中心位于柯坪和民丰,区域性强沙尘暴天气过程集中在塔里木盆地南缘的莎车至且末一线和柯坪,柯坪和民丰是盆地沙尘暴的多发中心;区域性大风天气过程的减少、年平均降水量的增加和年平均气温的升高是塔里木盆地区域性强沙尘暴天气过程趋于减少的重要原因;局地沙尘暴天气过程主要出现在3~9月;区域性强沙尘暴天气过程,集中在4~6月,春季4~5月是连续性多暴发时段,造成区域性强沙尘暴天气过程的冷空气以西进、东灌和西进加东灌为主要路径,盆地热低压的作用不可忽视。     

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。     

一次夏季强沙尘暴形成机理的综合分析

利用沙尘暴发生前夕酒泉基准站的探空资料、沙尘暴发生前后地面自动站观测资料和有关台站的常规观测资料对2004年7月12日出现在我国内蒙古西部和河西走廊西端的一次沙尘暴天气过程,从大气层结稳定度、地形因素对沙尘暴影响的机理以及下垫面性质等方面进行了分析,并对天气现象发生时地面气象要素和地温的变化进行了研究。结果表明：①大气层结的不稳定起了激发作用;②该地区特殊的地形条件所造成的“狭管效应”起到了加强作用;③沙尘暴爆发前风速迅速增大,为起沙提供了动力条件;④气压和相对湿度在沙尘暴发生前夕和沙尘暴过程的中后期有明显扰动, 沙尘暴结束后温度、气压、相对湿度和地面等气象要素有显著性突变。     

环流及冷空气类型与宁夏沙尘暴落区的对应关系

利用台站1970-1997年常规地面观测资料及NCEP/NCAR(1970-1997年)逐日全球再分析资料,按不同分类标准,对同期发生的沙尘暴天气过程的环流背景、冷空气路径及影响系统等进行合成对比诊断分析。结果表明:在相同的大尺度环流背景和冷空气路径下,由于影响系统的类型、强度、位置等不同,其影响区域会有所差异,且高低层大气的温度距平场及纬向风距平场的不同分布,与沙尘暴的落区也有密切关系。同时,依据诊断分析的结果,简要给出了宁夏沙尘暴天气的预报着眼点。     

中国西北干旱区沙尘暴源地风沙大气边界层特征

应用西北干旱区沙尘暴源地甘肃省民勤县1971-2008年共1 811个大风/沙尘暴个例的逐日08：00和20：00高空资料、降水、日最高气温以及沙尘暴实时资料,详细探讨了不同月份和季节干湿变化、沙尘暴强度、沙尘暴出现时间和持续时间的大气边界层垂直结构变化特征。结果表明：（1）沙尘暴发生时4-5月最大混合层较厚,在2 500 m以上;而强沙尘暴发生时6-7月较厚,7月最厚为2 530 m。3-8月沙尘暴发生时最大混合层厚度低于大风发生时的200～400 m;4-5月下午沙尘暴发生时最大混合层较深厚,在2 700 m左右。沙尘暴持续时间与最大混合层厚度成反比。（2）沙尘暴发生时扰动和锋面逆温频次多而强,扰动逆温明显较强,达2.5 ℃/100m,锋面逆温高度在700～1 000 m,扰动逆温高度在150～400 m之间;而大风发生时辐射和锋面辐射逆温频次多而强,强沙尘暴发生时锋面逆温明显较强,这说明沙尘暴多由风场的剧烈扰动和锋面过境引起。（3）白天800 hPa以上有干气层存在,夜间干暖和逆湿现象显著。近地层越干冷、西北风越强,强沙尘暴持续时间越长。     

河西走廊边界层高度与风沙强度的关系

以中国风沙高发区河西走廊为研究对象，应用河西走廊敦煌、酒泉、张掖和民勤4站2006—2017年逐日19：00每50 m加密高空资料和07：00规定层、特性层高空资料，分别采用平滑位温法、T-LnP法，统计分析了该区边界层高度的变化特征及其影响因子、边界层高度与风沙强度的关系，得出边界层高度与风沙强度成正比。进一步从地面风速、相对湿度、地气温差日变化得到春季午后风沙天气多发和强发的主要成因，得到了沙尘暴不同环流形势下的边界层高度持征，以及高空风速≥15 m·s^-1的最低高度与风沙强度的关系，从而为风沙天气预报提供技术帮助。结果表明：河西走廊年均边界层高度1 700~2 200 m，4—6月较高，在3 000 m以上，敦煌4—5月在3 500 m以上。边界层高度与最高气温、最低气温和0 cm最高地温较密切，与最高气温、极大风速成正比。边界层高度随着风沙强度的增强而增高，4月强沙尘暴和大风的边界层高度均大于3 100 m。春季风速随着风沙强度的增强而增大，最大风速集中时间在12：00—18：00，春季13：00—14：00风速最大、相对湿度最小、地气温差最大，因而也是风沙天气出现最多和强度最强的时段。沙尘暴持续时间越短，边界层越高，4—6月下午的沙尘暴较高，为2 800~3 100 m。沙尘暴不同环流形势的边界层高度中西风槽型整体较低；平直西风型4、6月和8月较高，均达3 100 m以上，8月为3 580 m；而西北气流型高于西风槽型，5—6月大于3 200 m。不同风沙强度高空风速≥15 m·s^-1的最低高度，冬春季较低，夏秋季高；浮尘较高为4 884 m，大风伴沙尘最低为2 471 m，大风沙尘暴07：00较19：00高600 m左右，明显较边界层高1 000~2 000 m。