沙尘天气的数值预报

沙尘天气预报的核心问题是要理解沙尘天气形成的物理机制,并定量地描述风沙的分布、强度、输送与沉降.沙尘天气的形成是一个复杂的物理过程,涉及到大气运动与地表状况等诸多因素.作者介绍了一个以数值预报为核心、以卫星观测与地理信息系统为资料背景的沙尘天气集成预报系统,特别是其中的起沙模式.作者运用该系统预报了2002年春季的沙尘天气,并用天气观测和采样观测资料对预报效果进行了鉴定.分析表明,预报系统不仅能定性预报沙尘天气的空间分布与时间演变,而且能定量预报沙尘源地、大气中的沙尘浓度、沙尘的输送以及沉降.模式72 h的预报仍然有较高的可信度.另外讨论了存在的问题和今后的研究方向.       

嵌套网格空气质量预报模式系统的发展与应用

主要综述中国科学院大气物理研究所自主开发的嵌套网格空气质量预报模式系统(NAQPMS,Nested Air Quality Prediction Modeling System)的历史发展与应用情况.模式发展伊始为欧拉污染物输送实用模型,利用其研究东亚硫氧化物的跨国输送问题,得出中国对于周边国家的输送量不大的结论; 在系统中嵌入适合东亚的起沙机制模块,用来模拟沙尘发生、输送及沉降等过程,估算亚洲大陆沙尘气溶胶对海洋地区的输送与沉降通量,为研究海洋生物地球化学循环提供基础数据; 利用该系统研究沙尘及其土壤粒子对酸雨的中和作用,发现沙尘输送对东亚酸雨的分布影响很大; 发展城市尺度高分辨率气象和空气质量预报技术,使模式水平分辨率达到500 m,并应用于台北高浓度臭氧和PM10的模拟; 研究和集成区域及城市尺度大气污染预报理论和模拟技术,研制成目前的嵌套网格空气质量预报模式系统,以探讨不同尺度各种污染(如沙尘暴、城市光化学烟雾、酸雨、高浓度悬浮颗粒物等)的变化规律.在模式系统中初步建立资料同化模块,开展大气化学成分及沙尘输送模拟的资料同化研究.系统已经在北京、上海、深圳、郑州等城市环境监测中心实施空气质量的实时预报.未来,系统将集成到全球环境大气输送模式(GEATM),以实现从城市群到全球具有双向耦合功能的模式系统.     

沙尘暴天气数值预报系统及其预报效果检验

沙尘暴天气数值预报系统包括区域大气模式、陆面过程模式、风沙模式(包括风蚀、输送和沉降模式)和地理信息系统。用该系统对2002年3月20日和4月7日2次沙尘天气进行了预报试验,利用地面观测资料和卫星观测资料对模式输出的主要沙尘天气预报产品进行了对比分析。分析结果认为,沙尘暴天气数值预报系统对沙通量、尘通量和垂直积分质量有很好的预报能力,但仍需改进陆面参数和沙尘气溶胶的初始值。     

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。     

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大气科学中的非线性与复杂性丑纪范本书围绕着天气和气候何以会永不重复地发展变化 ,呈现出剧烈的突变与相对的静止的问题 ,阐述人们对大气中非线性相互作用的认识过程和现有成就。介绍了大气科学中四种研究方法 :观测研究、动力学理论研究、实验室模拟和数值模拟的由来和发展 ,各自的长处和短处 ,彼此如何取长补短 ,相互配合的情况。从哲学的视角上讨论了天气和气候的可预报和不可预报问题 ,还讨论了非线性大气动力学的成就和面临的若干问题。大 3 2开本　定价 :1 8 0 0元中国沙尘气候图集王锦贵　任国玉沙尘暴是我国北方沙漠和沙地及其周…     

亚洲沙尘暴数值预报模式（CUACE—Dust）对吉林省主要城市预报能力检验分析

本文利用亚洲沙尘暴数值预报模式（CuACE—Dust）近地面层沙尘浓度GRADS格式产品和文本格式城市最高浓度和最高沙尘暴等级产品,结合吉林省主要城市长春、白城、延吉地面观测资料,通过有无检验和分级检验两种方式,利用TS评分、预报偏差、预报效率等检验统计量对最终检验数据进行分析,从而得到该模式对吉林省沙尘天气预报能力的结论及相关原因分析,为吉林省沙尘暴天气预报方法试着做出初步探索。     

内蒙古东部春季三类沙尘天气气溶胶散射系数及其与PM10、能见度相关性分析

利用内蒙古东胜、锡林浩特两站2004~2006年春季（3~5月）积分浊度计的观测资料,结合同期PM10质量浓度、大气能见度等资料,分析了背景、扬沙、沙尘暴、强沙尘暴等不同强度沙尘天气气溶胶散射系数的分布特征,讨论了不同强度沙尘天气过程中散射系数、PM10、能见度的日变化规律,以及不同强度沙尘天气过程中散射系数与PM10质量浓度、散射系数与能见度的相关关系。结果表明:散射系数能够很好地反映沙尘天气强度;随沙尘天气强度增强,散射系数日变化从双峰型向单峰型转变;沙尘天气强度较弱时,PM10与散射系数的日变化不相似,强沙尘暴过程中PM10与散射系数的日变化有一定的相似性;能见度与散射系数日变化趋势相反;散射系数与PM10质量浓度呈正相关性,沙尘天气越强,相关性越好,背景、扬沙、沙尘暴、强沙尘暴相关系数分别为0.201、0.809、0.898和0.953;散射系数与能见度有指数相关关系,随沙尘天气强度增强二者相关性逐渐增强,背景、扬沙、沙尘暴、强沙尘暴相关系数分别为-0.773、-0.870、-0.918和-0.940。     

地形对沙尘暴的影响及敏感试验研究

在初步探讨地形影响沙尘扬升、传输、沉降等动力过程可能机制的基础上,利用沙尘数值预报模式对一次强沙尘暴过程进行了模拟研究,结果表明:沙尘暴形成阶段沙尘主要来源于阿尔泰—萨彦岭及以东地区,这部分沙尘主要向东扩展,该区域地形对其强度具有重要影响;内蒙古中西部、甘肃、宁夏等地的起沙主要在沙尘暴持续阶段产生影响,之后主要向南输送,青藏高原东侧地形绕流对其强度具有影响。地形影响可以使沙尘的扩展分为两种不同的方式,当上下游地形落差较小时形成整体推进式传输,此时沙尘位于对流层低层,没有上下沙尘层的分离;当上下游地形落差较大时形成分离式传输,沙尘位于对流层中层且在传输过程中沉降很弱,同时与地面附近的沙尘层分离。源于蒙古国、内蒙古等地的沙尘往往产生整体推进式传输;而产生于青藏高原的沙尘常形成分离式传输。     

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中国北方沙尘暴研究牛生杰著该书内容涉及：沙尘暴发生频次的时空分布及其变化趋势;沙尘暴热力、动力结构及近地层要素变化特征;沙漠地区的大气扩散规律和边界层结构以及起沙通量模型;沙尘气溶胶微结构;沙尘气溶胶光学特性反演及其辐射模型;沙漠地区云凝结核、冰核的时空分布规律及其对云和降水的影响。该书适用于大气物理学、大气化学、大气环境、     

沙尘天气定量分级方法研究与应用

利用已有的关于能见度与沙尘浓度统计反演关系的研究成果,对沙尘天气进行了定量分级研究.利用2004、2005年春季3～5月沙尘天气地面气象观测资料,采用沙尘天气的强度分类与反演的沙尘浓度分级的统计方法,建立了不同沙尘天气(扬沙、沙尘暴和强沙尘暴)对应的沙尘浓度等级,并通过对2006年沙尘天气的实例分析,验证了该种分级方法的可用性.通过由能见度反演的观测结果与沙尘数值预报模式的对比分析,探讨了沙尘数值预报业务模式产品的天气学释用方法,建立了不同强度沙尘天气与沙尘数值模式输出的浓度之间的定量分级关系.     

2009年4月北方一次强沙尘暴过程的特征分析和数值模拟

利用观测资料对2009年春季4月22-24日强沙尘暴过程的近地面气象要素(气温、气压、风速)变化和PM10进行分析.结果表明:蒙古气旋和冷锋是这次强沙尘暴的主要影响系统;沙尘暴过程前后温、压和风速有剧烈变化;PM10的强度能较好地反映沙尘暴强度.在观测资料分析基础上,利用沙尘暴数值预报系统对此次过程进行了模拟,采用模拟结果对地面沙尘浓度和起沙进行了分析.结果表明:模式能较好地模拟出这次沙尘天气的时间和空间演变特征,模拟沙尘浓度大值区与强沙尘暴的范围较为一致,比较白天早间和下午的沙尘浓度分布,发现其具有日变化;这次大范围的沙尘天气的起沙中心分别是南疆塔里木盆地、甘肃、内蒙古的西部及蒙古国南部,垂直沙通量超过50 mg·m2·s-1;沙尘浓度垂直输送的高度在550hPa以下,起沙后的沙尘粒子主要靠对流层低层的大风长距离地输送;对不同地区起沙过程贡献最大的沙尘粒子的粒径不尽相同,但是对起沙量贡献最大的是粒径在2μm相似文献   

触发2023年春季中国北方沙尘暴的沙源累积和天气扰动机制

2023年3—4月,我国共出现10次沙尘天气过程,其中3月19—24日和4月9—13日的沙尘过程分别达到强沙尘暴和沙尘暴等级,给人群健康、生态环境和交通运输带来了严重不利影响。后冬至前春的欧亚大气环流异常呈纬向带状分布,导致沙源地的地表气温以及土壤温度持续偏暖、降水整体偏少、蒸散发效应显著。疏松的沙源为春季沙尘天气提供了丰富的物质基础。触发3月19—24日和4月9—13日沙尘暴过程的天气扰动系统都是蒙古气旋,但两次蒙古气旋及其与后部冷高压的配置存在差异,这也直接造成两次沙尘暴过程在强度、路径和持续时间上的差别。此外,本文也从气候累积效应和天气扰动机制两个方面分析了沙尘事件的研究重点,并侧重讨论了开展沙尘次季节-季节以及年代际预测的必要性和关键点。     

沙尘辐射效应对天气和沙尘输送影响的数值模拟

现有的沙尘气溶胶数值预报模式大多是单向模式, 即只考虑气象场对沙尘气溶胶的输送作用, 而忽略沙尘气溶胶的辐射效应对气象场的反馈作用。本文利用一个考虑了沙尘气溶胶短波辐射效应的天气－沙尘双向模式, 对南疆盆地一次冷空气东侵而引起的沙尘天气进行数值模拟。通过比较考虑与不考虑辐射效应的两组试验, 分析了在沙尘暴－强浮尘过程中沙尘辐射效应对气象要素和沙尘输送的影响, 结果表明: 沙尘辐射效应的考虑明显改进后期强浮尘天气过程中海平面气压变化、地面气温日变化和气温垂直变化的预报; 前期沙尘暴过程沙尘辐射效应引起中低层主导风增大, 但同时使起沙量降低及沉降量减少; 沙尘辐射效应与地形的共同作用使沙尘的沉降量比起沙量减少的更显著, 从而使盆地内浮尘天气维持。     

中国沙尘暴天气研究进展及主要科学问题

沙尘暴是一种危害极大的灾害性天气。近年来,沙尘暴天气受到广泛关注。概述了我国沙尘暴的成因、源地和移动路径、分布特征及演变规律,探讨了沙尘暴天气的大气环流特征、物理化学特性和数值模拟及预报方法,基于中国气象事业发展战略,针对未来沙尘暴的主要科学问题进行了展望,试图为今后沙尘暴研究提供基本框架与思路。     

一次蒙古气旋型强沙尘暴的数值模拟试验

利用沙尘数值预报模式对一次典型的蒙古气旋沙尘暴过程进行了数值模拟试验,结果表明:模式对沙尘区范围、强度及蒙古气旋不同发展阶段沙尘暴的强度、位置和演变进行了较成功的模拟。这次过程沙尘主要源于蒙古国南部及我国内蒙古中、西部荒漠化地区,沙尘以细中粉沙为主(d≤22μm)。模式模拟的沙尘暴日变化强于实况,其原因是模式没有考虑沙尘气溶胶辐射反馈机制。沙尘气溶胶的辐射强迫将削弱大气层结的日变化,从而有利于沙尘暴强度的维持。     

浑善达克沙地沙尘气溶胶的粒谱特征

浑善达克沙地是我国主要沙尘气溶胶源地之一,但对其沙尘气溶胶特征一直缺乏研究.2001年4月末到5月初,在内蒙古浑善达克沙地利用PMS Fssp-100型激光粒谱仪进行了大气气溶胶的外场观测,取得了晴天、扬沙和沙尘暴天气条件下沙尘粒子的数浓度采样资料,通过统计分析研究,总结出浑善达克沙地在不同天气条件下近地面沙尘气溶胶的粒谱分布规律.所得统计结果表明了与其他源地沙尘气溶胶的共同点、差异之处及其原因.这一结果也为沙尘气溶胶辐射气候效应的数值模拟提供了新的实测依据.     

2004 年春季一次较强沙尘暴的实时预报与特征分析

首先对2004年春季最强的一次沙尘天气过程进行了简要分析,然后利用业务化的集成沙尘数值预报系统对其进行了数值预报试验,并在检验了预测结果的可用性的基础上,进一步分析了沙尘浓度、起沙量等模式输出结果的特征。结果表明:该预测系统对沙尘天气的起沙和输送过程预报能力较好;对沙尘天气的发生、发展和消亡过程有预报意义。这次过程的沙尘源地主要是蒙古国南部和中蒙边境沙地,包括毛乌素沙地、腾格里沙漠和浑善达克沙地;起沙和输送过程中各种粒子的贡献随着沙尘天气发生区域的不同而不同,这次过程中起沙量贡献主要是粒径为2~22μm的粒子,在大气中长时间长距离输送的粒子主要是粒径小于11μm的粒子。     

2006年春季最强沙尘暴过程的数值分析

对2006年春季最强的一次沙尘暴过程(4月9～11日)的影响系统和天气概况进行了分析之后,利用包含较先进的陆面过程方案,具有清晰物理概念的沙尘数值预报系统对该次强沙尘暴过程的地面沙尘浓度、起沙量的空间分布和时间演变进行模拟和分析.该系统能较好复制出这次沙尘天气过程的时间和空间演变特征,沙尘发生、结束的时间以及(在较大范围的)强度变化,也能较好再现沙尘天气的日变化特征.该次大范围强沙尘天气模拟的起沙源在塔里木盆地、吐鲁番盆地、甘肃西北、蒙古南部、内蒙古阿拉善和浑善达克沙地及其毗邻地区.在不同地区起沙过程中贡献最大的粒子粒径在不同的地区有所不同,但主要是粒径为2～22 μm.研究表明,具有风蚀物理学基础的该沙尘数值预报系统,不但物理图像清楚,而且效果也比较好.     

“亚洲沙尘暴及其数值预报系统”投入业务运行

该项目在亚洲沙尘暴的源区、发生、输送、沉降形式以及天气、气候和沙漠化因素对其影响程度等多个关键方面取得创新性研究进展。首次通过明确的证据指出，天气、气候因素而非沙漠化因素是控制亚洲和我国沙尘暴发生的主导因素。政府间气候变化委员会第4次评估报告中引用了此项目获得的四方面的成果：亚洲沙尘暴源区分布图，亚洲沙尘总释放量及对区域和全球的贡献，气候因素较沙漠化因素对亚洲沙尘暴有决定性作用，     

基于定量监测的沙尘暴定量预报方法

近年来,内蒙古自治区建立了6个沙尘暴监测站,对沙尘天气进行了连续、定量观测,在预报业务工作中可以得到器测能见度、PM10、TSP等定量数据,为沙尘暴的定量分析和预报提供了基础条件.选取了2004-2007年间内蒙古地区10次较强沙尘暴天气过程,利用内蒙古自治区的6个沙尘暴监测站器测资料,结合常规观测资料进行了分析.分析表明:器测数据具有连续、稳定、定量的优势;但器测数据与现行沙尘天气业务标准存在很大差异,需要新的分级标准.在现有数据条件下,初步确定了器测能见度、PM10的沙尘天气分级标准;讨论了沙尘暴形成的定量条件和机制,以沙尘综合指数、摩擦速度等为预报因子建立了器测能见度、PM10的沙尘暴定量预报方程.该预报方法在2008年的业务试用中预报效果较好.