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。     

一次特强沙尘暴成因及近地面要素脉动特征

本文利用实况观测资料以及NCAR/NCEP再分析格点资料,分析了2010年4月24日河西走廊一次特强沙尘暴成因,重点探讨了沙尘暴过境民勤时近地面层气象要素脉动特征及其相互关系。结果表明：（1）造成本次特强沙尘暴过程的影响系统为乌拉尔山脊前低槽,由于槽后脊前强偏北气流将极地的干冷空气不断输送到低压槽中,低槽发展,槽前锋区加强,从而为形成本次特强沙尘暴提供了有利的环流场形势。（2）在沙尘暴过境前后,民勤近地面气象要素变化特征明显。（3）沙尘暴过境时,民勤3 h变压对风速有明显影响,变压梯度的显著差异引起大风,且随3 h变压调整风速也相应呈波动变化,瞬变周期约8 h;PM₁₀、能见度也随风速而产生波动变化,3 h变压、地面风速、PM₁₀之间相互作用,呈现明显的脉动特征。     

内蒙古地区沙尘暴的分布特征

使用1995—2007年13 a内蒙古地区118个地面测站的沙尘暴、能见度、风速风向观测资料,确定了不同范围、不同强度沙尘暴标准,给出了特强、强、次强和弱沙尘暴日的个例谱;对地理分布、时间分布、气象要素分布特征进行分析。结果表明,近13 a内蒙古地区有5个沙尘暴多发中心,强和特强有两个高发区。年变化显著,1995年沙尘暴开始减少,1999年开始增加,2001年达到最多,之后开始减少,2003年沙尘暴次数最少,2004年开始呈波动增加趋势。在一年内,沙尘暴、强和特强沙尘暴集中出现在春季的3—5月,4月最多,沙尘暴下旬相对集中,上、下旬是大、小范围强和特强沙尘暴易发时段。3—5月,平均地面气温高于5 ℃,平均地面相对湿度低于40%的地区是沙尘暴多发区。     

200 hPa高空急流与宁夏春季沙尘暴过程的特征分析

 利用NCAR/NCEP全球再分析资料，首先分析了1955年到2003年宁夏春季沙尘暴过程与200 hPa急流的关系，发现2月、3月200 hPa的U、V风场与宁夏春季沙尘暴关系密切。然后对1970\_1999年66次宁夏强和特强沙尘暴过程发生前200 hPa急流的演变情况进行了分析，结果表明：宁夏强和特强沙尘暴过程发生前后，高空急流主要表现为3种类型：一是西风急流型;二是副热带急流型;三是西风急流与副热带急流振荡合并型。最后以2001年4月8日宁夏特强沙尘暴天气过程为例，对其发生前后高空急流演变与沙尘暴落区、垂直环流特征及其对沙尘暴的作用进行了分析和探讨，得到了一些新的启示。     

宁夏盐池地区沙尘暴发生特征的统计分析

利用盐池气象站沙尘暴历史观测资料，从沙尘暴发生频次、灾害类型分型等几个方面进行了统计和研究。在对沙尘暴灾害强度聚类分析的基础上，对影响宁夏盐池地区的沙尘暴灾害进行了危害强度客观分类，并分析了该区沙尘暴历史变化和年、月、目的不同时间尺度变化。结果表明，宁夏沙尘暴年发生次数有减少的趋势，但发生1～2次特强沙尘暴的概率明显增多；沙尘暴强度与造成沙尘暴天气的天气系统、起沙源地和位置密切相关。沙尘暴分为西北气流型、锋线型、局地中小尺度大气型。特强沙尘暴的沙源地可能在腾格里沙漠、乌兰布和沙漠和巴丹吉林沙漠等更远的沙源地，强沙尘暴源于毛乌素沙地、乌兰布和沙漠、腾格里沙漠或巴丹吉林沙漠。弱至强沙尘暴可能与盐池南部荒漠化草场植被破坏和沙漠化有关、属就地起沙类型、不能造成特强沙尘暴灾害。     

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。     

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。     

塔里木盆地一次东灌型沙尘暴环流动力结构分析

利用NCEP再分析资料和常规地面观测资料,对2006年4月10日塔里木盆地发生的一次东灌型沙尘暴,从气候背景、环流形势、螺旋度场、锋生次级环流、温度平流等方面进行分析,揭示了此类沙尘暴强盛期的环流动力结构。结果表明：①里咸海脊、乌拉尔脊、新地岛脊同位向叠加,西西伯利亚横槽转竖南下,引导泰米尔半岛强冷空气爆发直插新疆,东灌进入南疆盆地,造成大范围沙尘暴天气;②西西伯利亚地面冷高压爆发性南下并强烈发展是造成此次沙尘天气的根本原因;③盆地前期的干暖形势为沙尘暴的产生提供了有利的热力条件;④沙尘暴区上空螺旋度垂直分布为低层正值、高层负值,构成低空强辐合、高空强辐散的上升运动区,揭示强旋转上升运动是大范围沙尘暴发生的动力条件;⑤高空急流入口区次级环流下沉支导致高层动量下传 ,促使对流层中低层风力加大,冷锋南压,驱动沙尘天气的发生。     

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。     

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。     

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。     

地面冻结状况与春季沙尘暴发生的关系

利用30年地面气象观测数据,以内蒙古锡林郭勒盟中西部地区为研究区,以土壤表面冻结终日与沙尘暴发生日数为指标,分析了地面冻结终日与春季沙尘暴发生日数之间的关系。研究结果表明:在研究区内,土壤表面冻结终日与春季沙尘暴发生日数之间呈现负的相关关系,说明土壤表面冻结终日对春季沙尘暴的发生有一定的影响,也表明了其对沙尘暴的发生有进行指示和监测的潜力;但部分地区的相关关系不显著,说明土壤表面冻结状况只是影响春季沙尘天气的一个因子,它对沙尘天气所产生的影响是有限的。     

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。     

西北地区气溶胶的源和汇与沙尘暴研究综述

西北地区是我国沙尘暴发生次数频繁、发生强度最大的地区,近年来发生的大沙尘暴源地均位于新疆、甘肃和内蒙古的干燥沙漠或戈壁地带。由这些地区起源的沙尘既对全球气候有影响,又对全球化学物质的循环有重要意义。该地区荒漠化严重,已成为全球四大沙尘暴高发区之一的中亚沙尘暴区的重要组成部分,文中综合论述了中国西北地区沙尘气溶胶的源和汇与输运过程,概括性总结了近20多年来对西北地区沙尘暴的研究成果。     

1960-2012年河西走廊中部沙尘暴空间分布特征和变化规律

利用6个常规气象站1960—2012年的沙尘暴观测资料,分析了河西走廊中部近53年沙尘暴日数的年代际、年际、季节、各月变化和空间分布,并用Mann-Kendall检验法检验河西走廊中部沙尘暴序列是否存在突变现象;在分析沙尘暴变化规律的基础上,建立了河西走廊中部沙尘暴日数的均生函数预测模型。结果表明：该地区1960—2012年的沙尘暴日数以11.75 d/10a的倾向率递减;20世纪60年代至80年代中期为沙尘暴多发期,进入80年代末沙尘暴日数开始明显下降;20世纪70年代最多,60年代次之,80年代到90年代中期逐渐递减,从1997年开始到2004年又处于逐渐上升的趋势,突出年份是2001年,此年共21 d发生了沙尘暴天气;20世纪80年代河西走廊中部沙尘暴日数有一明显减少的突变,具体时间是1983年。与沙尘暴日数相关性最强的是年平均气温,呈显著负相关,其次是春季平均气温、冬季蒸发量和春季蒸发量,有5个站点的沙尘暴日数与春季平均气温呈显著负相关、与冬季蒸发量和春季蒸发量呈显著正相关,有3个站点的沙尘暴日数与冬季平均气温和冬季降水量呈显著负相关。据预测,2013-2032年河西走廊中部沙尘暴日数将呈继续减少趋势。     

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。     

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。