近年来强沙尘暴天气气候特征的分析研究

2000～2002年春季(3～5月)中国北方有12次强沙尘暴天气过程发生,其中11次与蒙古气旋有关.作者从干旱气候背景、环流状况、沙尘源、沙尘路径及天气系统等方面进行了分析,并集中对引发强沙尘暴的蒙古气旋进行了诊断分析.结果表明:在这3年中,春季我国北方强沙尘暴天气主要与蒙古气旋的发展移动有关,气旋冷锋后的大风是强沙尘暴天气发生的主要动力因子;蒙古国南部、巴丹吉林沙漠、腾格里沙漠、乌兰布和沙漠和毛乌素沙地是强沙尘暴过程的主要沙尘源地;影响我国的强沙尘暴的沙尘路径至少可分为3种类型,即偏西路径、西北路径和南疆盆地型,以西北路径居多;我国北方春季的连续干旱、气温偏高及冷空气活跃是强沙尘暴天气形成的重要气候背景.     

2013年春季沙尘天气特征及其成因

2013年春季,我国共出现了7次沙尘天气过程,其中沙尘暴2次,扬沙5次,是沙尘天气频次总体偏少,但发生时间偏早、影响范围较广的一年。通过对2012/2013年冬季及2013年春季天气气候特征的分析表明：（1）2012/2013年冬季,西伯利亚高压脊较常年平均明显偏弱,影响我国北方地区的西北气流及冷空气偏弱,我国大部地区气温偏高,不利于冬季土壤冻结,土质较为疏松,加之蒙古国及内蒙古大部地区纬向风为偏西风的正距平区,有利于起沙及沙尘粒子向偏东方向输送,这是造成2013年沙尘天气早发的主要原因;（2）2013年春季,我国北方大部地区处于该弱脊脊前西北气流,我国北方除东北地区气温较常年偏低外,其他大部地区气温均偏高,土壤解冻较早,加之3~4月降水偏少,植被状况偏差,土质疏松,是形成沙尘天气的主要原因;（3）气温偏高、降水偏少、土壤湿度降低,但2013年春季沙尘暴反而减少了,说明这些因素并不是沙尘暴发生的直接因素,而是造成沙尘暴发生的短期天气气候变化的间接原因。     

宁夏不同强度沙尘暴环流差异特征的对比分析

利用宁夏1970—2003年沙尘暴过程资料及NCEP/NCAR(1971—2000年)逐日全球再分析资料,依据沙尘暴强度划分标准,对同期宁夏不同强度沙尘暴过程的环流差异特征进行合成对比诊断分析。结果表明:在不同环流背景下,特强、强及一般性沙尘暴过程频次明显不同,一脊一槽、西北路径冷空气是宁夏区域性特强和强沙尘暴过程最主要的环流和冷空气类型;而在基本相同的大尺度环流背景下,由于乌拉尔山高压脊、贝加尔湖冷低压、蒙古气旋及地面冷高压等的强度和位置不同,造成的沙尘暴强度有显著差异。同时,200 hPa高层西风急流的不同分布,与宁夏沙尘暴的强度也有密切关系。     

北极涛动与我国北方强沙尘暴的关系

使用1954—2003年北极涛动指数、500hPa纬向环流指数和沙尘暴等气候观测资料,针对我国北方春季沙尘暴年际和年代际变化趋势,分析了以北极涛动为代表的大气环流异常变化的气候特征,揭示了其与我国春季沙尘暴相关的事实。结果表明：近50年北极涛动指数表现出由负位相向正位相转变的趋势,当冬季(12月～2月)北极涛动为负位相时,相应的纬向环流指数为负距平,中高纬度西风气流偏弱,有利于极地冷空气向南输送,西伯利亚高压偏强,我国北方春季易多发区域性沙尘暴;反之则不易发生区域性沙尘暴。     

2002年我国沙尘暴的若干特征分析

利用2002年的地面观测资料和NCEP/NCAR的再分析资料对2002年3、4月沙尘暴发生频率以及相应的月和候的环流形势特征进行了分析。结果表明，东亚大槽发展和加深是造成该年沙尘暴偏北路径多的主要成因，并且是影响华北、东北甚至华中的一种主要环流形势。东北低涡维持期间生成的副冷锋次天气尺度系统，可以产生强局地沙尘暴。使用GMS-5的卫星观测资料的亮温数据，对沙尘暴在冷涡天气下的沙尘输送情况进行了分析。给出了沙尘暴在向下游输送沙尘时的空间分布，特别指出了在东北冷涡强烈发展的形势下，沙尘可以向东北方向输送，影响东北、远东，甚至更北的地区。     

宁夏春季沙尘暴气候趋势及成因分析

对20世纪60年代以来宁夏春季沙尘暴变化趋势进行分析，结果表明：沙尘暴具有明显的年代际变化特征，80年代中期宁夏春季沙尘暴发生突变，在此之前为沙尘暴高发期，其后沙尘暴日数明显减少。为探究形成这一变化趋势原因，从形成沙尘暴的动力因子入手，对大气环流、海温、大风日数、平均气温等的长期变化趋势进行分析，发现北半球极涡强度指数、极涡面积指数、亚洲西风环流指数、Nino3区海温及宁夏春季大风日数、冬季平均气温、冬春季平均气温温差与沙尘暴存在较为一致的年代际变化特征，即决定冷空气活动频次的诸因子在80年代中期也发生了突变。由此可见，在同一生态背景下，冷空气活动次数对形成春季沙尘暴的变化趋势起着至关重要的作用。     

2002年春季我国沙尘天气特征及成因分析

利用逐日8个时次地面天气图资料，分析了2002年春季(3～5月)全国沙尘天气的时空分布特征。结果表明：2002年春季我国出现了12次沙尘天气过程，其中强沙尘暴过程有4次；北方地区有3个沙尘暴多发中心；与过去45年相比，北方大部地区的沙尘天气较同期偏少，但浑善达克沙地周边地区却明显偏多。另外，沙尘天气还具有早春多于晚春、高频期集中、影响范围广、强度强等明显特点。进一步分析表明，前期我国北方持续气温偏高降水偏少，大大降低了浅层土壤墒情，地表干燥，3月及4月上中旬，冷空气又频繁影响我国，从而导致沙尘天气接连不断爆发，4月下旬以后，我国北方几次较明显的降水过程很好地抑制了沙尘天气的形成。     

1964-2013年中国北方农牧交错带温度和降水时空演变特征

基于中国气象局1964-2013年温度和降水格点观测数据,利用旋转经验正交分解对中国北方农牧交错带进行了气候分区,并分析研究了该地区近50年的温度和降水变化特征。结果表明:(1)我国北方农牧交错带共可分西区、中区、东区南段、东北段4个区域。(2)整体来看,近50年农牧交错带增暖显著,其中最低温和冬季增温贡献最大;年降水量略有减少(50年减少约13 mm),主要表现为夏季降水减少。(3)分区来看,中区增温最快;西区年降水量是减少的,主要发生在春季;中区与东区南段年降水量也是减少的,主要发生在夏季;而东区北段年降水量是增加的,主要是春季降水的贡献。(4)1998年以来,农牧交错带存在同全球变暖停滞类似的增温停滞现象,且停滞程度更明显。     

冬季风异常对中国春季北方沙尘日数的影响

基于1981 ～2010年台站沙尘观测资料和NCEP/NCAR再分析资料分析了我国北方春季沙尘日数的时空分布.沙尘频发区主要位于新疆南部和内蒙古西部,这两个中心全季沙尘日数均在10日以上.研究时段内北方沙尘日数呈显著减少趋势.相关分析发现,春季北方沙尘日数与前冬冬季风环流系统关系密切.春季沙尘日数偏多时,前冬东亚大陆陆地-西太平洋气压差较常年偏大,东亚大槽偏深,低层我国北方地区-蒙古国北风分量偏强,高层的东亚副热带纬向急流偏强、高纬度急流偏弱.上述环流型对应于强冬季风特征,反之亦然.进一步分析指出,冬季风强(弱)年,我国北方大部分地区春季低层辐散(辐合),降水偏少(多),低层北风偏强(弱),促使(抑制)春季沙尘的发生.     

2006年春季我国沙尘天气特征及成因分析

利用全国673个站每日8个时次的地面天气报告资料和T213模式产品,分析了2006年春季我国沙尘天气的主要特征及其成因。结果表明:2006年沙尘暴、强沙尘暴范围偏大、沙尘天气强度偏强;2006年春季我国北方沙尘天气过程(17次)偏多、强沙尘暴过程(5次)是2000年以来最多的一年,其中2006年4月9 11日强沙尘暴天气过程的影响范围和强度为20世纪90年代以来第三位;沙尘多发期长、结束晚。2006年春季北方大部地区气温偏高,致使地表层解冻快,土质疏松;降水偏少,地表干土层增厚,为沙尘天气的发生提供了有利的条件。2006年春季东亚大槽偏强,影响我国的冷空气活动较频繁且势力较强,蒙古气旋活动频繁。前期偏暖少雨与冷空气和蒙古气旋的共同作用,是造成2006年春季我国沙尘强度明显偏强且多发期结束晚的主要原因。     

冬季东亚副热带急流和温带急流协同变化与我国冷空气活动的关系

利用NCEP/NCAR再分析资料和地面台站气温观测资料,分析了冬季东亚副热带急流（EASJ）和东亚温带急流（EAPJ）强度变化特征及其与我国境内冷空气活动的关系。以（45°N～60°N, 70°E～110°E）和（27.5°N～37.5°N,130°E～160°E）区域平均的300 hPa全风速分别表征冬季EAPJ和EASJ的强度,将两支急流的强度变化分为四种情况：EAPJ和EASJ同强（SS）、同弱（WW）、以及强弱（SW）、弱强（WS）。分析四种急流强度变化情形下中国境内冷空气活动强度、路径、持续时间以及源地的不同特征,发现当EAPJ和EASJ均强时,冷空气从内蒙古中东部入侵,主要影响华北、东北和东部沿海地区,强度较弱,持续时间短,冷空气源地位于新地岛以东的洋面及陆地上;当EAPJ和EASJ均弱时,冷空气从新疆北部入侵,影响我国大部分地区,强度强,持续时间长,冷空气源地位于巴尔喀什湖西部;当EAPJ强,EASJ弱时,冷空气从我国东北入侵,主要影响我国东北部,中国南部降温不明显,冷空气强度较强,持续时间短,冷空气源地位于中、西西伯利亚地带;当EAPJ弱,EASJ强时,冷空气从内蒙古中部入侵,进而影响华北和我国东部地区,但冷空气强度较弱,冷空气源地位于贝加尔湖的西侧。进一步分析急流强度四种变化情形下的环流特征发现,EAPJ、EASJ均弱时,西伯利亚高压偏强,阿留申低压偏弱,东亚大槽偏深,中国东部的偏北风强,而EAPJ弱、EASJ强时,尽管西伯利亚高压和阿留申低压偏强,东亚大槽偏深,但中国东部的偏北风并不是很强,而另两种情况时,西伯利亚高压较弱,东亚大槽也较弱,中国东部的偏北风偏弱。     

2009年初冬鄂尔多斯市一次暴雪低温天气

进入2009年11月以来,北半球极地冷空气偏强,位置偏西,欧亚大陆大气环流的经向度加大,造成冷空气活动频繁、强度增强。蒙西山地聚集的强冷空气东移路径由原来经蒙古中部影响我国东北地区变为经河套及华北大部爆发南下影响我国长江以北的大部地区,从而导致2009年11月上旬末至中旬鄂尔多斯市大部地区的强降雪及雪后持续低温天气,11月中旬鄂尔多斯市各地平均气温在-10．8—8．0℃之间,较正常年份同期偏低5～9℃,为有气象记录以来同期最低值,11月的平均气温为1986年以来同期最低值。低温暴雪天气给鄂尔多斯市各地的居民生活、交通运输及农牧业种养殖等造成严重影响。     

1971-2016年塔里木盆地冷空气过程频数变化特征

利用南疆塔里木盆地周边50个气象站1971年1月1日-2016年12月31日的最低气温资料,依据《冷空气等级标准》（GB/T20484-2006）,整理出塔里木盆地近46a来冷空气过程数据,采用合成、线性倾向估计、Morlet小波、Mann-kendall、滑动平均和累积距平检验等方法分析了单站及整个塔里木盆地冷空气频数的空间、时间变化特征。结果发现:（1）中等及以上等级冷空气高发地多分布于盆地西部的高原、北部的山区和东部的风口地带,单站各等级冷空气总体上呈线性减少趋势,整个塔里木盆地冷空气、寒潮减少趋势明显,递减率均为0.19次/10a,其余等级变化趋势不明显;（2）塔里木盆地冷空气年均103.2次,弱冷空气86.3次占总次数的83.6%,中等强度冷空气10.4次占10.1%,较强、强、寒潮分别为2.5、2.3、2.2次,合计占冷空气总次数的6.8%;（3）各等级冷空气持续1～3d的频率高达87.4～95.4%,弱冷空气持续1d的频率最高,其余等级持续2d的频率最高,3d及以上的频率随着持续时间的增加明显下降;（4）各等级冷空气的年代际频次变化不大,1970年代较强、强及寒潮频次最多,分别为2.8、2.4、2.9次,1980年代弱冷空气最多,达86.6次,近6a(2011-2016年)中等强度冷空气最多,达10.8次;（5）不同等级冷空气的出现具有较强的季节性,中等、较强冷空气夏季频率最高,分别占30.1%和57.9%,强冷空气春季最高,占到40.1%,寒潮冬季最高,占38.9%;（6）各等级冷空气均有8～10a的年际尺度周期,年代际周期却不一致,寒潮在1979年发生显著的减少突变。     

乌拉特中旗一次强沙尘暴天气成因分析

利用常规气象观测资料、亚欧天气分析图,对2010年3月19日的一次由蒙古冷涡强烈发展而引发的强沙尘暴天气过程,从天气学成因、动力机制等方面进行分析。表明,强冷空气的卷入使蒙古冷涡强烈发展,为沙尘暴的发生提供了动力条件;蒙古冷涡的垂直结构提供了动量下传机制,在地面冷锋后部形成大风区,为沙尘暴的形成提供了基本条件。通过对这次蒙古冷涡引发的强沙尘暴天气过程的分析,找出蒙古冷涡引发的沙尘暴天气过程的一些特点和预报着眼点。     

一次特大暴雨过程的数值模拟试验

利用MM5V3非静力模式对2003年8月25日12：00至26日00：00发生于鲁西南地区的一次特大暴雨天气过程进行了数值模拟分析.模式较成功地模拟了这次特大暴雨天气过程,再现了中β尺度低涡的发生、发展和消亡过程.数值模拟结果表明：本次暴雨过程具有较强的中尺度特征,暴雨区上空低层近东西向的切变线及其强烈的辐合上升运动和高空急流核人口处右侧的辐散上升运动的耦合,是导致中β尺度低涡迅速发展而产生此次特大暴雨的触发机制,西南急流和低空偏东风回流的水汽输送以及层结不稳定对这次特大暴雨的产生有重要作用.     

1971-2015年北疆地区不同等级冷空气时空统计特征分析

选取北疆50个测站1971-2015年的逐日平均气温和最低气温资料,运用小波分析、M-K突变检验等统计方法分析了北疆地区不同等级冷空气活动过程的时空变化特征。分析表明：近45年北疆地区冷空气活动持续日数在1～15d,平均持续日数为1.79 d。其中弱冷空气过程持续日数以1～2 d为主;中等强度冷空气、较强冷空气和寒潮过程以1～3 d为主;而强冷空气过程以2～4 d为主。近45年北疆单站冷空气发生频次为95.3次/a,且具有盆地多、山地少的特点;其中中等强度冷空气为11.8次/a,自东向西逐渐减少;弱冷空气、较强冷空气发生频次为70.9次/a、1.8次/a,呈自西南向东北逐渐减少的趋势;强冷空气和寒潮发生频次为4.2次/a 、7.3次/a,呈现由西南向东北增加趋势。近45年北疆地区冷空气活动频次总体呈减少趋势,年代际表现为先减少后增加的特点, 70年代最多,90年代最少,减少速率为0.33/10a;弱冷空气和较强冷空气呈增加趋势,增加速率为0.17/10a和0.03/10a;中等强度冷空气、强冷空气和寒潮活动频次呈下降趋势,其中寒潮的下降速率达-0.37/10a;不同等级冷空气活动频次均存在一个15-20a的显著周期,突变点出现在1980、2003年左右。     

入侵冷空气强度对台风变性过程的影响

利用WRF中尺度模式对0716号"罗莎"台风的变性过程进行数值试验研究,讨论不同强度的入侵冷空气对台风变性过程的影响,结果表明适当强度冷空气入侵有利于斜压能的积累和释放,是导致台风变性的重要因素,而太强或太弱的冷空气都不利于台风的变性加强。当冷空气减弱时,台风登陆后边界层的热量通量减少,在没有新的能量供给的情况下,台风由于边界层摩擦作用和水汽供应不足而逐渐消散;当入侵冷空气过强时,台风内部会被迅速填塞,暖心变为冷心,从而逐渐消散。     

2006年北京一次持续浮尘天气过程的分析

使用NCEP/NCAR再分析资料对2006年4月7~11日北京浮尘天气过程的持续性进行分析,指出此次浮尘天气过程主要受500 hPa西西伯利亚冷涡、鄂霍次克海暖高压以及青藏高原高压脊影响;700 hPa有干冷空气不断向北京地区输送,冷平流和斜压性都很强,大风和沙尘暴发生在强冷平流区域;由于华北南部地区近地面至中低层存在弱的不稳定层结,容易产生弱的上升运动。在近地面低压前部偏东风的作用下将沙尘粒子向北京地区输送,北京地区上空大气在中低层基本处于中性或不稳定层结状态,沙尘粒子不易在北京上空沉降,造成较长时间的浮尘天气。     

近60a阿勒泰地区不同等级降温日气候特征

利用阿勒泰地区7个气象站自建站至2014年12月31日的逐日气温资料,以日最低气温及其降温幅度为指标,整理出阿勒泰地区近60 a降温日数据库,按降温幅度将降温日分为寒潮、强降温、较强降温、中等强度降温和弱降温5个等级,分析了全地区各站不同等级降温日数的气候特征。结果表明:(1)阿勒泰地区寒潮日数和强降温日数在地区偏东、偏北多,向偏西偏南逐步递减,其它等级降温日数在河谷平原多,向西、向东逐步递减。寒潮、强降温和中等强度降温日数的EOF分解第一模态方差贡献率较大,全地区呈较好的一致性,较强降温和弱降温日数的EOF分解主要模态分别有3个和5个。(2)阿勒泰地区寒潮日数在冬季12月最多,强降温日数在秋季9月最多,较强降温日数主要集中在夏季6—8月,中等强度和弱降温日数在各季分布较平均。(3)近60 a来,阿勒泰地区各站的年寒潮和强降温日数呈明显减少趋势,年较强降温日数呈明显增多趋势,年中等强度降温日数没有明显的线性变化趋势,年弱降温日数呈地区西部减少、中、东部增多的趋势,且东部增多趋势较显著。     

近50年冬季中蒙500 hPa高度场与中国北方地面气温的变化及联系

通过对冬季中蒙地区500hPa高度场与我国160个测站月平均地面气温场的分析,对51年来中国北方冬季气温出现年代际变暖趋势的原因进行了探讨。结果表明：1951—2001年期间,蒙古及中国北方地区冬季气温出现明显的正趋势变化;中蒙地区500hPa高度的正趋势变化对应中高纬度强的纬向环流、弱的经向环流,以及弱的冷空气;中蒙地区的正趋势变化与中国北方地区冬季气候变化有较好的关系。