河西走廊东部云量时空变化特征

利用河西走廊东部5个气象站1961~2013年总云量和低云量观测资料,运用线性趋势法、方差分析和累积距平等方法,系统分析了河西走廊东部云量的时空分布及变化特征。结果表明,受地理位置、海拔高度和天气系统的影响,河西走廊东部总云量和低云量均表现为自东北向西南递增的空间分布特征,其中低海拔平原区小于高海拔山区,南部山区天祝最多,沙漠戈壁干旱区民勤最少。近53a来,河西走廊东部总云量和低云量的年、年代际变化均呈增多趋势,低云量的增多趋势尤为显著(民勤除外);总云量、低云量的时间序列分布存在5~7 a、5~6 a的准周期变化,且前者突变时间为1997年,后者突变时间1987年和1996年。总云量春季最多、冬季最少,低云量夏季最多、冬季最少。各地各季节总云量近53 a间总体上均呈增多趋势,气候倾向率冬季最大、秋季最小;除民勤外,各地各季节低云量也呈增多趋势,气候倾向率春季最大、冬季最小。总云量和低云量的月变化特征明显且变率较大,总云量的峰值出现在5~6月和9月,低谷出现在12月;低云量的峰值出现在7月(天祝峰值在8月),低谷出现在12月到次年1月。     

河西走廊东部降水资源变化特征比较

利用1961～2007年河西走廊东部5站(凉州区、民勤、永昌、古浪、乌鞘岭)逐日降水资料,分析了河西走廊东部平原区和山区不同强度降水的演变特征。结果表明:近47a来,河西走廊东部共出现3次暴雨天气,其中平原区出现2次,山区出现1次,都出现在20世纪80～90年代;河西走廊东部平原区总降水日数、小雨日、中雨日和大雨日都呈减少趋势,而山区总降水日数、小雨日、中雨日和大雨日都呈增加趋势;平原区总雨日的减少主要体现在小雨频率的减少,中雨的贡献最小,山区总雨日的增加主要体现在小雨频率的增加,大雨的贡献最小;河西走廊东部平原区和山区近47a来总降水强度和小雨、大雨降水强度都表现出一定增强趋势,而中雨强度都有变小的趋势;平原区和山区总降水强度增强主要体现在小雨、大雨降水强度的增强,中雨的贡献很小;河西走廊东部平原区和山区年平均降水量总体都呈增加趋势;平原区小雨、大雨的贡献率总体为增加趋势,中雨贡献率总体呈减少趋势;山区小雨、中雨的贡献率总体呈减少趋势,大雨贡献率总体为增加趋势;平原区年降水量增加主要是小雨和大雨的贡献,山区则主要是大雨的贡献。     

河西走廊沙尘暴的时空变化特征与其环流背景

利用近50年来的气象台站观测资料和NCEP／NCAR再分析气候资料,分析了河西走廊沙尘暴频数的空间分布特征和时间变化规律以及有利于中国北方沙尘暴多发／少发的环流气候背景。结果表明：河西走廊沙尘暴的分布主要是沙漠边缘干旱化不稳定过渡带的产物,即在同样的大气条件下,下垫面条件决定沙尘暴的空间分布;河西走廊沙尘暴的时间分布主要与大风有关,在日变化、年变化、年际变化和年代际变化中都是如此,即在确定的下垫面条件下,大气(风)状况决定沙尘暴的时间变化;蒙古低(槽)、乌拉尔高(脊)的环流形势配置是沙尘暴过程中的典型背景条件,不仅在天气尺度是如此,在年际、年代际尺度也是如此;河西走廊沙尘暴的EOF分析表明,沙尘暴频数在20世纪末到本世纪初有一个明显的回升趋势,上升幅度已接近总下降幅度的四分之一至三分之一。     

河西走廊东部“2018.3.19”强沙尘暴特征分析

利用常规气象观测资料和ECMWF数值预报产品初始场资料,对2018年3月19日河西走廊东部的大风强沙尘暴天气过程进行了分析。结果表明:500 hPa蒙古西部到新疆东部低槽是此次区域性大风沙尘暴发生的影响系统,700 hPa河西走廊东部变形场是大风沙尘暴的触发系统,午后气温日变化加大了地面冷锋前后的气压梯度和温度梯度,冷锋前后Δp3达8.3h Pa,造成冷锋移至河西走廊东部产生强烈锋生是沙尘暴爆发的直接原因;随着河西走廊东部上空高空西风急流风速增大、高度降低,风速为14 m·s~(-1)的强风速带伸展到地面,将高空动量向下传播,加之北风前锋到达之处,沙尘暴爆发;沙尘区低层辐合、高层辐散,以及无辐散层和-52.6×10~(-3)hPa·s~(-1)的强上升运动一致,有利于增大近地面沙尘浓度;V-3θ曲线显示强垂直风速切变和上干下湿的状态,为此次沙尘暴的发生发展提供了不稳定的环境条件;前期降水稀少,气温异常偏高的气候背景和边界层逆温层破坏,中低层干热及地面风速增大,为沙尘暴天气爆发提供了前期气候背景和不稳定及动力条件。     

河西走廊东部西北气流型沙尘暴的大气物理特征分析

利用2006—2022年河西走廊东部常规高空地面观测资料、民勤探空站08时和20时间隔50 m高空加密观测资料,分析冬季和春季西北气流型沙尘暴气象要素时间、垂直结构变化及大气层结特征。结果表明:（1）研究区西北气流型沙尘暴出现在地气温度和温差最大、相对湿度最小、地面气压和风速陡增时,特别春季沙尘暴发生时风速大、地表干且近地层热力对流最强。（2）垂直结构特征是早干晚湿、风速随高度递增,风向先顺转后逆转,低层暖高层冷,而春季低层气温较高,垂直温度梯度增幅大,温度露点差大,冷暖空气强度强且交汇高度较低（1 km附近）,层结更不稳定,易发生沙尘暴。（3）位温随不稳定层结高度变化梯度较大时间春季为08时和冬季为20时,即沙尘暴春季出现早于冬季。春季20时和冬季08时不稳定高度厚而低,因而春季下午到夜间、冬季中午沙尘暴较强。（4）500 hPa冷平流中心强度(≥-34℃) 和西北急流(≥26m/s) 越强,对应700 hPa河西风速大于20 m/s及低层暖区范围越大,沙尘暴强度越强,持续时间越长。     

河西走廊东部近50年沙尘暴气候预测研究

应用甘肃省河西走廊东部武威市5站(乌鞘岭、古浪、永昌、凉州区、民勤)近50年月、年气象资料和沙尘暴个例,详细分析了沙尘暴产生的气候背景和气候影响因子。在分析二十多种气象要素的基础上,做出沙尘暴不同时间、不同范围的日数和强度预报方程。研究表明：河西走廊东部的沙尘暴是武威市北部干旱气候、丰富的地表沙源与大风天气相互作用的结果;沙尘暴日数与该市中北部冬春季的气温、年降雨量和大风日数有关;沙尘暴强度与武威市前期的干旱、异常增温、强大风日数有关。     

河西走廊东部“2008.5.2”强沙尘暴成因分析

利用常规探测、地面加密观测、涡度相关系统、T213L19数值预报产品、以及FY-2c/2d红外卫星云图资料,对2008年5月2日河西走廊东部的大风强沙尘暴过程的成因进行了天气动力诊断和中尺度分析。结果表明:地面冷锋伴随的强风暴是产生强沙尘暴的主要原因。500 hPa阶梯形短波槽为沙尘暴的发展提供了大尺度环流背景,700 hPa变形场是大风沙尘暴的触发系统,地面热低压的发展加大了冷锋前后的气压和温度梯度,为对流发展提供了热力不稳定条件。高空急流入口区南侧的次级环流为深对流发展提供了深厚的垂直环流发展条件,是沙尘暴发生的基本动力;地面摩擦风引发的强动量通量为沙尘卷起提供了基本的动能。较强的不稳定层结为对流发展提供了位能转化为动能的基本条件。垂直螺旋度对沙尘暴的落区具有较好的指示意义。     

河西走廊沙尘暴特征及气候成因分析

本文主要分析了河西走廊春季沙尘暴多发的原因,指出河西走廊所处的特殊的地理位置和独特的地形地貌以及干旱少雨的气候背景是沙尘暴频繁发生的主要原因。河西走廊的沙尘暴过程次数自1955年以来总体呈减少趋势,上世纪70年代最多,90年代最少。研究发现,河西走廊沙尘暴发生与东亚冬季风的强弱有直接关系．并且与前期秋、冬季赤道中东太平洋海温关系密切．海温偏高时,东亚冬季风较弱,河西走廊发生的沙尘暴较少,海温偏低时,东亚冬季风较强,河西走廊春季容易发生沙尘暴。     

1960-2017年河西走廊东部寒潮时空变化特征

利用甘肃河西走廊东部5个气象站1960—2017年平均气温和最低气温逐日资料,采用线性趋势法、Mann-Kendall检验及Morlet小波分析等方法,从单站和区域角度出发,统计分析河西走廊东部地区寒潮的时空变化特征。结果表明:河西走廊东部单站寒潮次数及强度存在明显的空间差异,除武威站外寒潮频次自北向南逐渐减少,而寒潮强度则呈现南北两端强、中间弱的分布特征。单站寒潮主要发生在9月到次年5月,而区域性寒潮多发生在10月至次年5月,单站和区域性寒潮在春季最易发生,而最强区域性寒潮易出现在秋季。近58 a来,河西走廊东部民勤、永昌、武威3站寒潮次数均发生了由多到少的显著突变,突变点分别为1973、1973、2014年,且5站寒潮频次均存在41 a左右的周期变化;区域性寒潮频次呈现明显的"显著减少-波动变化-缓慢增加"阶段性年代际变化,但未发生显著突变,且具有42 a、15 a、8 a、4 a的变化周期。现行寒潮统计标准无法完全反映气温缓慢下降的冷空气活动。     

河西走廊东部强降温变化特征和典型环流型

利用河西走廊东部1961—2010年5个气象站日最低气温观测资料,计算了50 a强降温24 h(48 h)最低气温下降≥8(10)℃、最低气温≤4℃次数,采用统计学方法系统分析了该区域强降温的时空分布以及强度等气候特征,然后利用19912010年ECMWF 500 hPa(2.5°×2.5°)数值预报格点资料,分析了该地强降温的环流特征,最后研究了强降温次数与大气环流特征量的关系。结果表明,受地形地貌、地表植被以及山脉阻挡的影响,河西走廊东部强降温次数的地域分布存在明显差异,海拔较高的山区和北部沙漠边缘强降温次数明显多于绿洲平原区。强降温天气具有明显的区域性特征,随着强降温站数的增多,强降温的次数在减少;24和48 h强降温年代、年次数总体呈减少趋势,其强降温次数时间序列均存在4~6 a的准周期变化,但未出现突变现象。强降温天气主要发生在1-5和9-12月,4月强降温次数最多。各强度强降温次数的变率较大,随着降温强度的增大,强降温次数迅速减少,24 h强降温强度呈较弱减弱趋势,48 h强降温强度呈较弱增强趋势。河西走廊东部强降温天气的典型环流形势分为西北气流型和偏北气流型两大类,其中西北气流型次数多于偏北气流型。河西走廊东部月强降温次数与表征高空冷空气的强度和移动路径的大气环流特征量表现为显著的正相关,说明河西走廊东部强降温次数与高空冷空气的强度和移动路径的关系密切,高空冷空气的强度和移动路径是强降温预测的强信号。     

河西走廊东部寒潮时空变化特征及典型个例分析

利用1986—2015年河西走廊东部5个气象站逐日气温、大气环流特征量和2016年5月常规天气图和物理量场,分析了河西走廊东部寒潮时空分布及其与大气环流特征量的关系和2016年5月3次寒潮天气过程天气成因。研究表明：河西走廊东部寒潮频次由北向南减少,中部最少;寒潮频次年际差异较大,总体呈下降趋势;寒潮主要出现在1—5月和10—12月,频次站次4月最多,6月最少,春季寒潮频次最多;寒潮最早出现在9月1日（永昌）、最晚出现在6月7日（乌鞘岭）。月寒潮频次与月亚洲、北半球的极涡面积和强度、北极涛动、亚洲经向环流和冷空气指数呈显著正相关,与北半球极涡中心纬向位置和强度、东亚大槽强度、西藏高原1和2指数呈负显著相关,前一月亚洲、北半球极涡面积和强度、北半球极涡中心强度、北极涛动指数对月寒潮预报预测具有良好的指示意义。使用多元回归建立寒潮月频次预报方程,通过了=0.1显著性水平检验。2016年5月3次寒潮天气均与极涡中心偏强有关,前期升温明显、高空强盛冷平流强盛、地面冷高压强烈是造成三次寒潮天气的主要原因,500 hPa横槽转向南压造成的降温幅度比小槽东移更大、影响范围更广。     

河西走廊东部冬季沙尘暴的典型个例及气候特征分析

应用1971—2016年河西走廊东部代表站的地面观测资料、NCEP 2.5°×2.5°月均地面至300 hPa高空资料,2006—2016年民勤逐日07和19时每隔10 m加密高空资料,分析了近45年河西走廊东部冬季沙尘暴天气的年际变化特征。同时选取2016年11月两次沙尘暴天气过程从天气学成因、物理量场及近地面边界层特征等方面进行了诊断分析。结果表明:近45年河西走廊东部冬季沙尘暴日数呈减少趋势,产生大风沙尘天气的主要原因不仅与大型冷暖空气强度及环流形势有关,还与冷锋过境时间、日变化、近地层风速和干湿程度关系密切。夜间至早晨近地面逆温厚且强,大气层结稳定,削弱沙暴强度,而午后到傍晚,逆温薄而弱,大气层结不稳定性强,加强了动量下传和风速,增强沙暴强度。近地层越干,风速越大,沙暴越强。     

河西走廊东部大风气候特征及预报

利用河西走廊东部1971—2010年4个气象站大风（≥6级,即10min平均风速≥10.8～13.8m/s）资料,系统分析了该区大风的时空分布、强度和持续性等气候特征。结果表明,河西走廊东部大风天气主要发生在山区和沙漠边缘;年、年代际大风日数总体呈减少趋势,3—5月是大风的高发期,占全年大风日数的34.8%～56.8%,其次是2月、6月和11月;各强度大风日数的变率较大,随着大风强度的增强,大风日数迅速减少;大风天气具有持续性特征,最大风速大多出现在持续大风时段内。采用2003—2007年逐日20时ECMWF数值预报格点场资料,按照Press准则进行预报因子初选,运用逐步回归预报方法进行预报因子精选,使用最优子集回归建立大风预报方程,并用双评分准则（CSC,couple score criterion）确定各季节各地大风预报全局最优的显著性方程,预报方程通过了α=0.01的显著性检验。预报方程回代拟合率为66.7%～73.4%,预报准确率为58.8%～67.5%,达到了一定的预报水平,可为大风的业务预报提供客观有效的指导产品。采用最大靠近原则确定了大风预报临界值和预报、预警的级别。     

河西走廊东部风能资源分布特征及开发利用

利用河西走廊东部5站1971-2004年逐日4次定时地面气象观测资料和2005-2006年地面自动气象观测站逐小时气象观测资料,用统计学方法分析了该区域近地面风速及风能的演变和分布。结果表明：河西走廊东部环境风速的气候变化比较稳定,但探测环境变化较大的站点风速下降十分明显;风能分布具有山区最大、沿河西走廊峡管和荒漠地带次之、中部武威绿洲盆地最小的地域分布特点;南部山区年平均风速均大于等于3．5m·s^-1、全年各月平均风速均大于等于3．0m·s^-1,且全年风向、风速跃变小,习平均有效风能时数大于等于13．9h,年平均有效风能时数大于等于5000h,因此具有较大的风能开发利用价值;北部荒漠和沙漠地区年平均风速为2．7m·s^-1,一年中3～7月风速较大,日平均有效风能时数为8．7h,年平均有效风能时数为2913h,年平均有效风能密度为82．7W·m^-2,具有季节性风能开发利用价值;位于绿洲盆地的凉州区由于各项风能参数均较小,不适宜进行风力发电。根据河西走廊东部地域和气候特点,分析了风能开发利用前景。     

河西走廊夏季强沙尘暴数值模拟试验

影响我国的沙尘暴灾害性天气多发生在春季,很少在夏季发生。文章利用我国科学家自主研发的GRAPES-DAM沙尘气溶胶模式对2005年7月一次罕见的影响河西走廊地区的群发性强沙尘暴进行了数值模拟,对夏季小概率强沙尘暴灾害天气的可预报性进行了个例研究。试验结果表明:模式对此次过程的地面大风、沙尘暴的范围、移动等均能做出较好的模拟;对于夏季群发性强沙尘暴过程,基于数值预报方法的沙尘气溶胶模式在天气模式预报准确的条件下,可以对这种小概率事件做出有应用意义的预报结果。     

河西走廊“2010.04.24”特强沙尘暴特征分析

利用全天空成像仪、地面、高空气象观测资料、数值模式资料和NCEP/NCAR再分析资料,对2010年4月24日甘肃河西走廊的特强沙尘暴过程进行了分析。结果表明,从观测到沙尘至天空完全被沙尘遮蔽,仅仅只有2.5min;中西伯利亚—新疆北部的偏北大风携带着极地强冷空气入侵,造成了甘肃河西走廊的特强沙尘暴。进一步的分析还表明,沙尘区域上空存在一个西风急流中心,其高度在200-250hPa之间,沙尘暴爆发时,风速增大到40m.s-1,高度降低,范围扩大。由急流中心向地面伸展的最大风速带将高空动量向下传播,引发了河西走廊的沙尘暴;南北风的变化主要发生在250hPa以下,最大中心高度均位于400hPa附近,北风前锋到达之处,沙尘暴爆发;冷空气爆发时,首先造成地面气温的急剧下降,其次是700hPa和500hPa气温下降;地面热低压的强烈发展,一方面使气压梯度加大,另一方面导致边界层对流不稳定,二者的作用都增强了沙尘暴的强度。     

河西走廊东部城市空气质量预报系统

利用气象和环保资料详细分析了武威市空气质量的特点,针对不同季节、不同时次分别建立了沙尘暴短时、短期预报模式及空气质量统计预报、潜势预报模式,经检验效果良好。应用Fortran和VB语言设计编程,建立了武威市空气质量预报系统,该系统包括沙尘暴预报预警服务系统、空气质量统计预报系统和空气质量潜势预报系统,直接和MICAPS系统接口,具有资料处理、动力统计预报、潜势预报等模式计算及资料采集、处理、模式运行、预报显示、产品分发、资料查询、预报评分等多种功能,在业务应用中效果良好。     

河西走廊东部甜菜含糖量预测模式

运用灰色系统理论中的关联度方法,分析影响武威黄羊镇糖厂含糖量的气象因素,并建立了不含导数项的线性静态模式。经残差修正后,预测精度达９８．１１％。     

河西走廊东部近57年不同等级冷空气时空变化特征及寒潮分析

利用河西走廊东部5个国家气象观测站1961—2017年的日最低气温,统计分析其5个等级冷空气的时空变化和降温幅度,并用NCEP月平均500 hPa位势高度场、风场分析本地寒潮显著极端年的特征。结果表明:(1)冷空气年均日数:Ⅰ级最多,Ⅳ和Ⅴ级基本接近,Ⅲ级最少。空间分布Ⅰ级偏北沙漠区少、中部平原区多;其余四级分布均为偏北沙漠区偏多。时间分布Ⅱ、Ⅳ和Ⅴ级春季4—5月最多,夏季最少;Ⅲ级集中在夏季7—8月;Ⅰ级月季出现频率接近,夏季8月略多。(2)年降温日数Ⅴ和Ⅳ级呈明显减少趋势,Ⅰ～Ⅲ级线性不明显,但Ⅰ和Ⅱ级增多。年均降温频数的年代际差异不大,整体呈先降后升,但其主要周期有差异。(3)平均降温幅度季节变化只有Ⅴ级明显,Ⅳ级相近,而Ⅰ～Ⅲ级最大分别出现在春季、秋季和夏季;Ⅴ级24 h、48 h、72 h最大降温幅度分别为9.9、12.2、14.3 ℃。(4)寒潮次数有12个极端年,显著偏多(少)年寒潮天数差异10月最大,夏季较小。河西走廊东部500 hPa位势高度场在显著偏多年为明显的西北气流控制,配合负距平中心;乌拉尔山脊前有极地干冷空气输送有利于寒潮天气发生。偏少年以纬向平直西风气流为主,有明显的正距平高度,冷空气下滑少降温不易发生。