2018年春季北京一次沙尘天气边界层特征及来源分析

2018年3月27-28日,内蒙古中东部、中国东北地区、华北等地出现一次大范围沙尘天气。28日凌晨,沙尘进入北京,受此影响北京出现了严重的污染天气。本文利用中国气象局地面常规观测资料、气溶胶激光雷达、风廓线雷达资料、生态环境部大气成分等资料分析了北京沙尘天气前后边界层特征、沙尘来源以及沙尘天气前后大气污染特征。结果表明：此次沙尘天气期间,北京沙尘气溶胶退偏振比约为0.25-0.40,退偏振比数据显示此次沙尘首先从高空进入北京,比地面提前6 h。此次影响北京的沙尘主要来自于北路,东路沙尘有一定补充;沙尘影响时段,北京Ca、Fe、Na、K、Mn等元素浓度显著升高,与该物质地壳丰度相当,污染物元素Cu、Zn、Pb、Cd、As等浓度有所降低,丰度远大于该物质在地壳中丰度。     

近40年来塔什干低涡活动特征的统计分析

利用1971-2010年NCEP/NCAR逐日再分析资料,根据塔什干低涡定义,分析了塔什干低涡的时空分布特征、移动路径及其对南疆天气的影响.结果表明:(1)1971-2010年,塔什干低涡过程平均每年出现7.95次,成熟期生命史平均为3.1天,4天以上的仅有13.5％; (2)4-6月和9-10月是塔什干低涡活动的两个高峰期,其中5月出现次数最多,其次是10月和6月;(3)塔什干低涡频次的年代际变化呈抛物线型,1970-1980年代由78次增加到83次,之后逐渐减少,年低涡频次存在7年左右的显著振荡周期,同时具有1 3年的次振荡周期;(4)塔什干低涡活动有两个高频中心,分别位于67.5°E,40.0°N和72.5°E,35.0°N,移动路径以偏东方向为主,占84％,西退塔什干低涡仅有5.7％;造成南疆显著降水天气的塔什干低涡占其总数的23.3％,夏季此类低涡所占比例最高,达41.2％.     

北疆汛期降水集中程度的特征分析

基于1961－2007年新疆北部104站逐日降水资料,分析了天山山区、天山北麓、伊犁河谷和北疆北部汛期降水集中度和集中期的气候特征。结果表明,北疆北部汛期降水总量虽然最小,但年际变化较大。天山山区汛期降水总量虽然最大,但年际变化较小,说明山区降水稳定。北疆以及四个子区域多年平均的汛期降水集中度约为0.2左右,汛期降水集中期出现在32-37候。北疆北部汛期降水集中度和集中期的年际变化均相对较大。北疆地区汛期降水偏多时,降水量在整个汛期分布比较均匀,而汛期降水偏少时,降水量比较集中。     

2018年10月乌鲁木齐暴雪过程锋面分析

利用地面常规观测、NCEP/NCAR0.25°×0.25°再分析及风廓线雷达等资料，诊断分析了2018年10月17—18日乌鲁木齐极端暴雪天气过程的锋面特征。结果表明：在欧洲高压脊衰退，中亚长波槽分段东移的背景下，天山北坡强烈锋生并持续近30小时，此次锋生是热力和动力共同作用的，天山附近锋面呈带状准垂直分布，动力锋生激发的次级环流使垂直运动维持发展，为大暴雪提供动力条件； 400～600 hPa西南和地面～850 hpa西北路径输送的水汽，在600～800 hPa强烈辐合，为乌鲁木齐暴雪提供充沛水汽。风廓线雷达监测资料水平风向风速的垂直变化、Cn2能够反映锋生和水汽的演变特征，也从观测事实上证实了锋面对动力抬升及水汽辐合的重要作用。     

塔什干低涡天气过程的计算机识别

根据塔什干低涡的定义,利用NCEP／NCAR日平均再分析高度场、温度场资料,运用计算机编程自动识别、追踪塔什干低涡的中心位置、中心强度和持续时间,进而获取塔什干低涡天气过程的数据集。此计算机识别程序中有两个关键判断条件：一是某格点i的高度值小于其外围格点高度值,二是低涡范围内任意格点的纬向温度二阶导数大于零。实践证明该方法对塔什干低涡系统的识别准确且省时省力,同时避免了人工挑选的主观性误差。     

新疆中强天气过程GRAPES区域模式降水预报检验

利用2009年新疆地面气象观测站的实况降水资料和GRAPES区域模式的降水预报产品,根据降水预报产品在新疆实际天气预报业务工作中的应用制定检验方案,对GRAPES区域模式12 h降水预报产品进行检验。结果表明:GRAPES区域模式的降水落区位置和落区面积预报准确率北疆高于南疆,降水落区位置预报偏南的概率比较高;各时效降水中心强度预报易偏强,随预报时效延长其准确率呈降低趋势。     

新疆213数值预报降水评价

利用2006年新疆107个测站的实况降水资料和T213模式的降水预报值,根据中短期天气预报质量检验办法中客观降水检验方法,对T213数值降水预报产品的24 h预报能力进行了分析检验,结果表明：（1）T213对新疆地区暴雨和大暴雨基本无预报能力。（2）T213在新疆区域对于小量和中量降水的整体预报能力北疆要明显好于南疆。（3）T213的预报能力存在一定的季节性,对弱降水过程预报能力较差。（4）从小量到大量降水,T213的空报率和漏报率都很高,整体预报效果不好。     

GRAPES_SDM沙尘模式在新疆的客观检验

使用天气学检验方法,对新疆2008-2013年春季沙尘天气GRAPES_SDM沙尘模式预报情况进行检验评估,通过TS、预报效率等检验统计量分析了在新疆的预报效果,通过平均误差、均方根误差、误差标准差等格点误差和站点误差量的分析,分析了主要预报要素的客观检验结果,指出近地面气温和风速的误差为初始条件的不确定以及观测和预报分辨率尺度不一致造成的随机性误差。在此基础上给出了新疆南疆盆地和新疆东部地区数值预报业务的误差特征,并根据检验结果定性地分析了模式预报系统性和非系统性误差的可能来源。     

新疆南部地区暖冬年与春夏季降水的相关分析

利用春夏季(3~8月)12个站降水资料以及冬季(12~02月)温度资料,通过统计方法选取新疆南部地区温度异常年份与春夏季降水异常年份,并进行相关分析,结果表明:暖冬年份对应的来年春夏季总降水量偏多;反之,冷冬年对应的春夏季降水总量偏少。再利用NCEP/NCAR1960-2000年全球月平均网格点资料分析500 hPa高度场环流特征,结果表明:暖冬年前期环流特征为西低东高型,冷冬年前期环流特征为西高东低型,具有反位相关系。暖冬年后期才为西高东低型,与冷冬年前期相较起点晚,从而影响到来年的环流入夏时间,这可能就是导致暖冬年份来年降水增多的原因之一。     

1971—2010年中亚低涡活动特征

利用1971—2010年NCEP/NCAR逐日再分析资料,对中亚低涡的活动规律及不同移动路径对新疆天气的影响进行分析。结果表明:40年共出现305次中亚低涡过程,低涡成熟期维持日数共1166 d;中亚低涡随纬度分布有两个高频活动区域:47.5°~55°N (北涡) 和35°~47.5°N (南涡),北涡表现出明显的季节变化,夏季所占比例最大为52%,而南涡活动四季差别不明显。中亚低涡的成熟期生命史2~3 d占56%,4~5 d占27.5%,5 d以上占16.5%。低涡活动具有明显的月、季节、年际和年代际变化,且呈显著的年代际增加趋势。南、北涡均出现东北、偏东和东南向移动路径,并影响新疆不同区域的天气。中亚低涡可造成新疆出现低温大风天气 (干涡) 和强降水天气 (湿涡),干涡占60%,且季节分布比较均匀;湿涡占40%,季节分布差异大,其中,夏季最多占57%,秋、春季次之。