内蒙古一次沙尘过程的数值模拟

利用WRF-chem模式耦合Shao04起沙参数化方案，研究了2015年内蒙古春季一次冷涡沙尘过程。对比分析模式模拟结果和Micaps、CLIPSO、PM₁₀观测资料后发现，WRF-chem可以较好地刻画沙尘的水平和垂直输送。此次沙源地主要分布在蒙古国南部、内蒙古中部偏北区域和浑善达克沙地。蒙古国南部和内蒙古中部偏北区域最大起沙量分别为77.4 g·m^-2和112.7 g·m^-2，最大干沉降分别为253.2 μg·m^-2·s^-1和427.2 μg·m^-2·s^-1，内蒙古中部偏北区域的沙尘柱总量（87.3 g·m^-2）大于蒙古国南部（41.3 g·m^-2）。浑善达克沙地土壤干燥，所以沙尘排放量（215.6 g·m^-2）、柱总量（132.7 g·m^-2）、沉降速率（809.3 μg·m^-2·s^-1）均较高。沙尘在锋前暖湿气流的抬升作用下，可以实现上对流层-下平流层之间的输送，高层的沙尘虽然浓度较低，却可以输送更远。沙尘气溶胶夜间增加大气层顶向上的长波辐射，同时加热大气，增加边界层高度。     

一次典型蒙古气旋沙尘暴的对流层顶演变及沙尘垂直输送特征

利用高分辨率中尺度数值模拟结果,对一次蒙古气旋沙尘暴过程的对流层顶折叠和沙尘对流层-平流层输送特征进行分析研究。结果发现:本次过程蒙古气旋的发展由对流层中低层斜压强迫引发,对流层中高层高空位涡下传是蒙古气旋发展的另一影响因素。蒙古气旋发展阶段,对流层中高层为低压槽,对流层顶折叠呈漏斗状;随着蒙古气旋的成熟及高空切断低涡的形成,对流层顶折叠变为双漏斗状,位置偏于低涡区南侧,分别位于低槽槽线中段和低涡中心附近。之后的气旋减弱阶段,对流层顶折叠逐渐与低涡区趋于重合。高空急流位于漏斗状对流层顶折叠区南支附近,当对流层顶折叠加强时,高空急流核向下拉伸,反之,高空急流核则趋于水平。对流层顶折叠呈漏斗状的气旋发展阶段,对流层-平流层输送气流位于漏斗东侧、北侧,即气旋暖区螺旋上升气流,位置越偏东、偏北,输送气流的强度和范围越大;气旋成熟阶段,对流层顶折叠呈双漏斗状(经向)和平直带状(纬向),低涡中心附近的准垂直上升气流、低涡中心以东的低涡区偏南上升气流、以及低涡前部槽前强上升气流均产生明显的对流层-平流层输送。气旋减弱阶段,偏南上升气流、准垂直上升气流导致的对流层-平流层输送明显减弱,低涡东北象限偏东气流则能够形成不可逆的对流层-平流层输送。     

导致一例强沙尘暴的若干天气因素的观测和模拟研究

利用常规观测资料和数值模拟方法对 2 0 0 1年 4月 6～ 8日由蒙古气旋强烈发展触发的内蒙古地区强沙尘暴天气过程进行了分析研究。结果表明 :在这次“锋面气旋型”沙尘暴过程中 ,气旋冷锋是该天气系统引发沙尘暴的主要因素 ,冷锋过境对沙尘暴的触发作用远强于气旋发展。影响沙尘暴的天气因素中 ,地面大风形成主要源于气旋发展和锋后强冷平流 ,高空动量的有效下传则是另一重要原因。高空急流加强及其形成的次级环流使高空动量下传到对流层中层 ,其下方形成深厚混合层使这一动量继续下传到地面 ,是高空动量有效下传的机制。“混合层”可以从本质上反映有利沙尘暴形成的大气层结特征 ,其强度和高度很大程度决定沙尘暴的强弱。这次过程深厚混合层的形成是深厚干对流和强沙尘暴产生的主要原因。而它的形成则是长时间地面加热的结果 ,这也是特强沙尘暴仅发生在内蒙古中部偏北地区而不是下垫面条件更为适宜的内蒙古西部的原因。混合层空气的平流作用对内蒙古中部偏北地区深厚混合层的形成具有相当的贡献 ,其作用程度与地形分布密切相关。地面热通量试验证明地面加热不仅对冷锋过境产生的上升运动强度具有直接影响 ,也影响混合层形成和高空动量下传 ,并因此影响沙尘暴强度。     

内蒙古中西部沙源地影响沙尘暴扩展过程的数值模拟研究

 通过对2002年3月18—22日沙尘暴过程进行的数值模拟及针对内蒙古中西部沙尘源地影响的敏感性试验研究，结果表明, 内蒙古中西部荒漠化草原生态的迅速恶化是2001年前后沙尘天气的频繁发生的部分原因。由于沙源地海拔高度的不同和风速随高度的变化，在沙尘远距离输送过程中可能出现两个不同高度而相互孤立的优势沙尘输送带，分别位于对流层和地面附近。其传输距离、传输速度、影响地区、影响时间存在巨大差异。内蒙古中西部沙源地的起沙主要通过地面附近的沙尘输送带向东、向南传输。其通过对流层的传输随沙尘区的不断扩展而越来越弱，进而被其他更高海拔高度的沙源地起沙所取代。     

2000年8月16日环北京地区强降水过程分析

2000年8月16—17日,环北京地区出现较大范围暴雨天气过程。利用NCEP再分析资料并结合地面、高空观测资料,对本次暴雨过程的成因进行了初步的分析,结果表明:在高空西来槽和东北冷涡的环流形势下,高空辐散强迫抽吸作用和低层辐合共同作用造成强上升运动、低层有向北京地区的水汽输送,在以上两个条件成熟的情况下,前期对流不稳定能量的聚集和适时释放,也是造成此次强降水的主要原因之一。     

内蒙古两类持续型沙尘暴的天气特征

利用观测资料对内蒙古地区两种不同类型的持续型沙尘暴过程进行了对比分析,结果表明:天气系统的稳定少动是这两类沙尘暴在同一地区长时间持续的共同原因。在这2次过程沙尘暴的持续期,大气层结的日变化受到不同程度削弱。主要原因是沙尘气溶胶的辐射反馈效应。在冷锋型沙尘暴过程的持续期,地面风速出现的明显日变化加强了沙尘暴强度的日变化。而在高压底部型沙尘暴过程中,暖平流和中尺度低压辐合抬升产生的对流进一步削弱了层结日变化。这一因素以及期间地面风速的相对稳定使沙尘暴强度未发生明显改变。     

蒙古气旋爆发性发展导致的强沙尘暴个例研究

对2001年4月6～7日发生在中国北方的一次强沙尘暴过程,从沙尘源、干旱气候背景、天气系统及起沙和扬沙的动力机制进行了初步研究,揭示了强沙尘暴与蒙古气旋和高空急流活动的关系.得出:位于内蒙古西部的巴丹吉林沙漠和中部的浑善达克沙地,是沙尘暴的主要沙尘源区;持续两年的干旱是强沙尘暴形成的气候背景;蒙古气旋的爆发性发展和冷锋后大风是起沙的主要动力;湍流输送和高空急流出口区左侧气流辐散强迫形成的干对流上升气流是沙尘向高空输送的动力机制等结论.作者认为强沙尘暴是挟带大量沙尘的强干对流风暴.     

蒙贝低涡类环北京暴雨过程分型研究

利用天气观测资料、NCEP/NCAR再分析资料对1998—2008年发生的20例蒙贝低涡导致的环北京暴雨过程进行了分型研究。依据环流特征和天气系统配置,将该类暴雨过程分为两脊一槽型、阻塞型和低涡—副高南北对峙型。其中,两脊一槽型是斜压性较强的冷涡暴雨过程,天气和次天气尺度强迫均对暴雨发生产生影响,水汽来源于对流层低层西南气流的输送。阻塞型具有明显的局地对流暴雨特征,由两高之间宽广低压带上活跃的中尺度对流系统引发,高低空急流区产生的次天气尺度强迫是中尺度对流系统的触发因素之一。低涡—副高南北对峙型是低涡底部发展中的高空槽与北抬西太平洋副高相互作用产生的系统性暴雨过程,这一相互作用常强迫产生西南低空急流,为系统性暴雨的发生提供了充沛的水汽供应。     

2006年春季内蒙古一次强沙尘天气分析

应用基本气象观测资料和NCEP/NCAR再分析资料,对2006年4月16—17日发生在内蒙古的一次区域性的大风沙尘暴天气过程,从天气学成因、动力机制、物理量场等方面进行了分析。结果表明：蒙古气旋是这次沙尘暴天气的主要影响系统;蒙古气旋的强烈发展和冷锋后大风是起沙的主要动力;前期持续增温使得低层大气处于不稳定层结;中低层强的上升气流及低层强辐合,为沙尘暴爆发提供了有利的抬升,有利于沙尘的起沙及远距离传输。     

地形影响沙尘传输的观测和模拟研究

文中基于观测资料和数值模拟方法,研究了东亚地形对中国沙尘传输的影响,结果表明:东亚地区沙尘天气多发区主要位于中国南疆盆地和内蒙古西部及蒙古南部.南疆盆地沙尘天气集中在盆地南缘;而蒙古、内蒙古西部沙尘天气主要出现在沙漠腹地.青藏高原东北侧到黄土高原中部是沙尘天气次多发区.蒙古、内蒙古西部沙漠腹地多发区的形成不仅由于这里提供了丰富的沙源,同时也具备了沙尘暴迅速增强的条件:阿尔泰-萨彦岭南侧的峡谷地形强迫形成峡谷急流,明显增强了该区域地面风速;萨彦龄山地南坡携带大量沙尘的向南下坡气流遇到东-西向的峡谷气流时受到阻挡形成聚集;同时,这一地区起伏的地表产生的地形波加强了地面起沙.这种大量沙尘在大气中聚集之后再进行传输的特征可以视为在大气中形成了沙尘"中继站".导致沙尘进一步向东输送的地形因素是阿尔泰-萨彦岭山地南侧的峡谷地形,而萨彦岭山地南坡的下坡气流和青藏高原东北侧的地形强迫绕流是导致沙尘向南输送的原因.由于青藏高原地形绕流的强大以及冷锋过程的相对频繁使得沙尘的向南输送更为强盛,这也是青藏高原东北侧沙尘天气多发区的形成原因.