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。     

春季东亚高空西风急流变异与东亚夏季副热带季风活动遥相关特征

利用1948-2006年NCAR/NCEP再分析资料,计算了200 hPa纬向风的方差场,定义了春季东亚对流层上层(200 hPa)的西风急流指数JEAS,分析了其与东亚夏季副热带季风强度指数ISMφ的相关关系.结果表明①JEAS主要反映出春季东亚高空西风急流的强度和东西方向位置的变化,并且与东亚夏季副热带季风存在显著的负相关,当西风急流发生强(弱)的异常时,预示东亚夏季副热带季风在30°N-35°N的江淮流域地区活动偏弱(强);②JEAS与南印度洋经北太平洋至东太平洋地区的夏季200 hPa速度势场呈准大圆路径" 、-、 "显著相关波列,当西风急流偏强(弱)时,一般对应着夏季北太平洋地区的加热场偏强(弱);③西风急流强(弱)的异常,与500 hPa夏季西北太平洋副热带高压在30.N以北的西太平洋地区活动减弱(增强)对应;④当西风急流强时,将强迫出滞后3个月的850 hPa风矢量场的主要分布特征是,亚洲大陆为反气旋性环流,东亚沿岸出现明显的南风负异常,东亚夏季副热带季风较常年弱,反之东亚夏季副热带季风强.     

春季西风急流异常对甘肃极端天气的影响

采用1970-2011年春季甘肃42 a的气象观测资料、MICAPS常规资料,按照春季发生的各类别灾害性天气标准,分析研究了干旱、大风、强沙尘暴（黑风）、强寒潮等天气过程与西风急流振荡之间的关系。结果表明:①西风急流轴、核的振荡强度与范围,与甘肃春季极端天气的发生发展有直接的关联性,尤其是西风急流在欧亚范围内稳定,且向高纬度65°N地区发展时,易造成甘肃河西及河东大部分地方持续性的干旱。②西风急流带南下发展到巴尔喀什湖附近,转折为“L” 型流场,并向东南方向发展时,其中短波分裂急流轴、核直入甘肃,易造成春季的强寒潮等极端天气事件。③只要有较强的高空急流带引导,近地面强风场中就有急流发展,大风、强沙尘暴、寒潮等极端天气就会袭击甘肃。     

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。     

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。     

2011年一次蒙古气旋黑风暴过程综合分析

利用高空及地面常规观测资料、T639的物理量初始场和12 h以内的预报资料、锡林浩特市沙尘暴监测站的沙尘暴器测PM10、NEP、VIS资料,对2011年5月11日发生在锡林郭勒盟北部的黑风暴过程进行综合分析。结果表明:(1）700 hPa以下形成的伸展高度较高的混合层和超绝热层,为黑风暴的发生提供了非常有利的条件;(2）高空急流下落至700 hPa左右与700 hPa以下的混合层很好衔接为此次沙尘暴过程动量下传提供必要条件;(3）高空急流与地面气旋的配置为气旋的加强、特强沙尘暴维持较长时间提供有利的条件;(4）地面气象要素与沙尘暴器测微气象要素的变化很好地反映了沙尘暴发生期间的特征;(5）地面气象要素、器测微气象要素、多个物理量场的变化很好地反映了强沙尘暴的特性。     

近5a我国沙尘暴与高空急流关系的统计分析

利用Micaps常规资料,对我国2000-2004年的沙尘暴与高空急流进行了统计与分析。结果表明:沙尘暴具有很强的季节和日变化规律;有三个多发区;范围大、强度强的沙尘暴大都伴有强蒙古气旋和冷锋。沙尘暴与高空急流总是相伴出现。急流造成的沙尘暴可分为两类:单急流型和双急流型。沙尘暴多出现在西风、西南风、西北风急流的左侧及其右后方,以及西北+西南型双急流中心的左前+左后方。统计中还发现,在一些双急流中存在急流异变,急流异变对沙尘暴的发生和发展具有重要作用。     

陕西强沙尘暴、特强沙尘暴天气气候特征分析

 从陕西1954—2003年所有沙尘暴记录所对应的3次或4次定时能见度观测资料中挑出最小能见度小于500 m的作为强沙尘暴记录,小于200 m的作为特强沙尘暴记录。然后挑取在一次过程中有3个或3个以上气象站出现强沙尘暴的过程共41次作为强沙尘暴过程,有3个或3个以上气象站出现特强沙尘暴的过程共6次作为特强沙尘暴过程。分析结果表明,20世纪90年代是陕西强沙尘暴、特强沙尘暴过程最少的时期。陕西强沙尘暴过程主要发生在春季,冬季次之,其中春季4月最多, 冬季2月最多。除春季、冬季外,6、11月也有发生。根据41次强沙尘暴过程出现前一日08时500 hPa环流形势分析,将造成陕西强沙尘暴天气的环流形势及影响系统分为蒙古冷（横）槽型、脊前下滑槽型、短波槽东移型和西北气流型4类,其中蒙古冷（横）槽型是造成陕西强沙尘暴天气最多的一种形势,占总次数的44%。陕西6次特强沙尘暴过程的环流形势及影响系统全为蒙古冷（横）槽型。根据地面冷空气入侵陕西的路径分析,将造成陕西强沙尘暴天气的冷空气路径分为西路、西北路、北路三条。     

临夏州"010408"强沙尘暴、寒潮天气过程分析

应用常规各时次的高空、地面资料,对2001年4月7～9日临夏州出现的强沙尘暴、寒潮天气过程的影响系统演变进行分析。结果表明,500hPa西风急流轴(≥20m·s-1),从泰梅尔半岛迅速向南扩展,高空锋区随急流持续南压,促使中高纬度地区有效位能和动能增加;在地面,中高纬度强大的冷高压向南发展,与中、低纬度持续性低值区之间产生了很强的气压梯度带。这种高低空系统叠加后,在受灾区附近动力扰动的作用下,出现了这次强沙尘暴、寒潮天气过程。     

高空急流带对甘肃沙尘暴强度的影响

 利用1970—2010年3—5月甘肃41 a的气象资料、Micaps常规资料,按照强沙尘暴天气过程标准,分析研究了48例强沙尘暴过程与高空偏北急流带振荡的关系。结果表明,高空急流带(核)的引导作用,与甘肃强沙尘暴发生、发展、强度以及波及范围有直接的关系,尤其是偏北急流带发展到巴尔喀什湖附近转为“C”型或“L”型流场时,其中短波分裂强冷空气和扰动性急流向甘肃发展,造成春季突发性很强的沙尘暴,甚至出现“黑风”。这种天气过程移速快,影响范围广,生命史短,破坏力极大。     

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。     

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。     

典型槽型转脊型黑风天气过程成因分析

2010年4月24-27日甘肃省河西走廓、西北东部及华北出现了大风沙尘暴天气过程,河西走廓出现黑风天气,损失十分严重。针对这次罕见的槽型转脊型黑风天气过程,应用2002-2011年3-5月逐日08时和20时高空流场资料、高空图资料和地面每隔3 h天气图资料,对其天气形势演变、高空垂直风场及水平相对螺旋度场进行了深入对比分析。结果表明:4月24日20时700～500 hPa有较强冷空气入侵,700 hPa大气层结存在剧烈的高低空不稳定,≤-1 000 m2·s-2强螺旋度负值中心是黑风爆发的动力因素,25-27日08时700 hPa≥15 m·s-1低空急流区的存在是这次大风天气得以持久维持的关键原因。     

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。     

青藏高原风季大风集中期、集中度及环流特征

利用青藏高原气象台站逐日最大风速数据和JRA-55再分析资料，通过引入集中期和集中度的概念，分析了1971-2012年高原大风在风季的分布形态及其环流背景。结果表明：青藏高原的大风天气在春季（3-5月）最多，在夏末秋初（8-10月）最少。1971-2012年，大风日数以14 d/10a的速度减少，同时大风日数的年较差也在缩小。大风集中期随纬度增大而延后，并且在近42年大体呈提前的趋势，从3月底4月初提前至2月底3月初。大风集中度则有增大的趋势，并取决于大风日数，大风日数越多，集中度越低。高原大风集中期受到急流系统经向位移的制约，2月和3月北非和西亚地区的副热带急流以及4月中层西风带偏南时，伴随着副热带气压偏低，青藏高原春季大风天气偏多，大风集中期偏晚。反之，大风天气偏少，集中期偏早。大风集中度的大小则与中亚和高原地区2-4月副热带急流强度有关，2月和4月副热带急流偏弱、3月急流偏强时，大风日数集中在3月，集中度较高。反之，集中度较低。春季（3月）高原大风天气是冷、暖空气系统共同作用的结果，高原东部的大风天气多受北方冷空气系统影响，高原西部的大风天气多受南方暖空气系统影响、以西南风为主。