南疆西部秋季一次罕见暴雪过程诊断分析

利用常规气象观测资料,FY-2G卫星、喀什多普勒雷达、全球同化系统(global data assimilation system, GDAS)数据及NCEP(1°×1°)再分析资料,对2020年11月20—23日发生在南疆西部喀什、克州地区的一次暴雪天气过程进行了多尺度诊断分析。结果表明：500 hPa中亚低涡为此次暴雪天气过程发生的大尺度环流背景,700～850 hPa切变线提供有利的动力条件,中低层持续上升运动以及低层辐合、高层辐散的配置为暴雪提供动力支持;HYSPLIT水汽后向轨迹模拟结果显示,此次暴雪水汽源地主要在里海—咸海、西西伯利亚,不同高度上两者水汽贡献率有明显差别,里海水汽贡献率大于西西伯利亚水汽贡献率,因此偏西路径水汽输送占比略多;整个暴雪天气过程中雷达回波以层状云回波为主,回波强度仅为20～25 dBz,但有弱的对流特征;降雪开始时卫星云图上云顶亮温迅速下降,降雪区处于其等值线边缘的梯度大值区。     

南疆西部沙尘天气长期变化及突变特征分析

利用南疆西部15个国家气象站1961—2019年逐日沙尘天气资料,采用气候倾向率和统计检验等方法对南疆西部沙尘天气的时空变化特征进行分析。研究表明：春季为南疆西部沙尘暴及浮尘天气出现最多的季节、扬沙天气出现次多的季节,分别占全年沙尘暴、扬沙、浮尘的49%、38%、43%;夏季为扬沙天气出现最多的季节、是沙尘暴、浮尘天气出现次多的季节,分别占全年沙尘暴、扬沙、浮尘的35%、43%、35%;冬季为低频季节,发生占比分别为7%、6%、14%。南疆西部沙尘天气呈东多西少特征,山区沙尘天气日数明显少于平原,浮尘天气平原地区分布均匀,沙尘暴、扬沙平原东部和南部区域多于平原腹地。沙尘天气日数年际变化振幅较大,沙尘暴、扬沙、浮尘日数整体呈明显减少趋势。浮尘年际变化周期显著,其次为扬沙与沙尘暴,1984和1977年为沙尘暴、浮尘统计定义上的突变年份,扬沙存在2个突变点,分别为1982和1992年。沙尘暴和扬沙的主导风向为偏西北风,浮尘主导风向为偏东北风,主导风向与地形影响关联密切。     

南疆西部两种强对流天气环境参数特征分析

利用南疆西部近20 年暖季（5-9 月）多源气象资料,通过箱线图的形式对冰雹（102 次）和短时强降水（159次）,以及上述个例中的特强强对流个例的关键环境参数分布特征和预报阈值进行讨论。结果表明：(1) 850 hPa和500 hPa之间的温差、地面至700 hPa露点温度、大气可降水量和暖云层厚度等关键参数的分布特征可以区分短时强降水和冰雹。短时强降水和冰雹对应参数的最低阈值：850 hPa 和500 hPa 间温差分别为29 ℃、31 ℃、地面至700 hPa露点温度分别为4 ℃和-3 ℃、对流有效位能分别为1152 J·kg-1和1470 J·kg-1、0-6 km垂直风切变分别为4.0 m·s-1和7.0 m·s-1。(2) 强降水暖云层厚度最低阈值为1.2 km。冰雹适宜的融化层高度在3.5~4.3 km;(3) 特强强对流天气主要体现在水汽条件有所加大、对流有效位能的增大、有效抑制的减小和0-6 km垂直风切变的增强。同时,对南疆西部强对流天气短临预报的潜势进行初探,为本地分类强对流天气智能网格预报奠定基础     

2014年南疆西部一次大风天气过程分析

利用常规地面、高空观测资料和NECP逐日4次 1?ｘ 1?网格再分析资料,对2014年5月22日发生在南疆西部地区的一次翻山型大风天气过程的物理机制进行了诊断分析。结果表明：本次大风是高压脊衰退,冷空气沿西北路径爆发产生的大风天气过程;喀什站与乌鲁木齐、塔什干指标站气压差有明显的指示意义：喀什站与乌鲁木齐站气压差由负转正达到 3hPa左右,与塔什干站气压差达到最大-26hPa左右,此时可作为出现全区性大风的参考时间节点,当喀什站与乌鲁木齐站气压差扩大到-15hPa左右,维持稳定,与塔什干气压差减小至-13hPa左右,可作为全区性大风结束的参考时间节点;同时大风出现及结束时间节点在地理上呈现阶梯性变化特征;高空急流、垂直速度圈、变压中心以及冷锋的位置变化相互制约影响;高空急流、垂直环流圈的共同作用是高空动量下传重要动力机制;低层南疆盆地的辐合、帕米尔高原的辐散加剧了南疆盆地上升减压和帕米尔高原中低层的下沉加压,是又一动力强迫机制;中低层300hPa-850hPa较深厚的强冷平流输送,盆地热低压发展是翻山大风形成的热力因子。     

南疆西部两次极端暴雨中尺度特征对比分析

利用常规气象观测、地面区域气象站逐小时观测数据、FY-2G云顶亮温、喀什CR/CC雷达产品及NCEP再分析等资料,对比分析南疆西部2020年4月17—24日和2021年6月15—17日(分别简称“过程1”、“过程2”)两次极端暴雨过程环流背景和短时强降水环境条件、中尺度特征。结果表明：两次过程均发生在500 h Pa“东西夹攻”的有利环流背景下,100 hPa南亚高压分别呈东部型和双体型,低空急流、切变线和地面中尺度辐合线是两次暴雨重要的触发系统。两次强降水均发生在对流云团发展最强盛、范围最大时或TBB梯度最大处。但雷达回波特征明显不同,“过程1”影响系统为线性多单体强风暴,最大反射率因子达65 dBZ,具有中小尺度辐合和旋转特性,强降水期间VIL维持40 kg/m²以上并有跃增现象,更有利于产生强对流。“过程2”影响系统为分散性普通单体风暴,径向速度高层辐散不明显,VIL值明显小于“过程1”。     

1996年6月中旬南疆西部大降水天气学分析

1996年6月15～20日，南疆西部普降大雨，出现了洪水。本文就产生大降水的天气学特征进行了分析，认为东西夹攻型以及卡拉奇低涡的发展维持是南疆西部大降水发生的主要环流特点，并结合高中低层流场情况及特殊地形对大降水的影响进行了分析，同时还总结了预报着眼点及此次预报服务的得失。     

湖北异常初雪日的成因分析及预测

统计湖北省76站1961/1962—2012/2013共52年大范围初雪偏早/偏晚年份,揭示初雪日异常早/晚年同期环流特征,初雪偏晚当年11月至次年2月海温、高度场及低层风场的典型分布表现为:中高纬的西北太平洋海温及新西兰东侧南太平洋海温异常偏高,有利于乌拉尔山脊减弱、贝加尔湖低压及阿留申地区低压减弱,东亚大槽偏强同时孟加拉湾槽偏弱,对应500 hPa高度距平场上欧亚大陆自北至南呈"—+—"的波列分布,中国大陆地区低层风场被北风距平控制;反之,初雪偏早。2013/2014年关键区海温及环流分布符合典型的初雪偏晚对应特征。利用1961—1992年11月关键区海温首次建立湖北初雪日预测模型,准确预测2013年冬季初雪偏晚,同时针对1993—2012年初雪早晚的回报检验准确率达75%,为预测湖北初雪发生的早晚提供了新方法。     

南疆西部一次突发极端暴雨成因分析

利用常规观测、NECP1°×1°再分析、FY2D卫星高分辨率云图及多普勒雷达产品等资料,对2015年8月31日南疆西部突发极端暴雨进行天气诊断及中尺度分析。结果表明:突发暴雨发生在蒙古至贝加尔湖的高压脊经向发展,西西伯利亚低压底部分裂短波槽影响南疆西部的环流背景下,500 h Pa以低槽后干冷的西北气流为主,翻山冷空气和低层高温高湿的环境条件有利于强对流天气的发生发展。突发暴雨与持续性暴雨的水汽输送、水汽辐合及路径均有差异,突发暴雨水汽主要来自南疆盆地前期高能高湿的环境。中低层中尺度切变及辐合是导致暴雨落区及强度不同的原因之一。"人字形"切变,θse能量锋区,中尺度气旋与暴雨中心有很好的对应关系,雷达出现的"逆风区"、VIL大值区和云图出现的干舌在短临预报预警中有一定的指示意义。     

南疆大风气候特征分析及其对沙尘天气的影响

利用1961-2015年南疆23个地面气象站大风和沙尘暴资料,采用大风集中度和大风集中期的方法,讨论了年内大风频数的时空分布特征及其对沙尘天气的影响。结果表明：（1）沙尘天气频数和大风天气频数有着良好的正相关关系;南疆沙尘天气年际变化趋势与大风天气基本一致,1979年后发生突变性减少,2000年以后趋于平稳。（2）南疆地区年内大风季节长短较为固定（4-8月）,月内大风次数均在20次以上,年内大风天气出现最多的时段主要是5月中下旬到6月初期间,且有提前出现的趋势。（3）盆地北部是大风频发区,大风次数年际变化较为剧烈;盆地南部是大风少发区,大风次数年际变化幅度不大。其中盆地北部等地区（喀什、巴州北部）年内大风天气发生情况较为集中,大风季节较短,爆发期在5月下旬以后;盆地南部等地区（和田、克州等地区）年内大风天气发生情况较为分散,大风季节较长,爆发期主要在5月中旬以前。     

北疆气温持续偏低2月上旬创极值南疆西部暴雪天气2月中旬创新高

2005年1～2月新疆主要天气气候特点是，气温：北疆持续偏低，南疆1月份大部地区略偏高，2月份大部地区较常年偏低；降水：1月份全疆大部分地区略偏少，2月份除南疆西部地区明显偏多外，全疆大部地区接近常年。1月份北疆冬麦区有10cm以上稳定积雪，部分牧区积雪偏厚，月内气象条件对冬麦安全越冬较有利，但对北疆牧业生产及交通运输有一定影响。月内塔城发生雪灾，伊犁河谷发生多起雪崩。2月份北疆冬麦区最大积雪深度基本保持在10cm以上。     

南疆夏季异常高温的气候背景分析

利用1951-2005年若羌、且末及和田3个代表站55 a气温和北半球500 hPa高度及北太平洋海温资料,分析了南疆地区夏季高温年的气候变化,并对其形成进行海温场背景分析。发现南疆地区夏季高温的形成与北半球大气环流和北太平洋海温异常变化相联系。前期10月和2月相关的北半球副高特征指数对南疆地区夏季温度有很好的指示性;南疆地区夏季高温年发生的前期1月份开始,即在北太平洋建立西南海区高东北海区低的海温距平分布型,这种分布型持续到5月份结束。但这2个海区前期海温的异常变化不同,表现为:1-2月份西南海区海温变化幅度小,东北海区海温变化幅度大。3-5月份则西南海区海温变化幅度大,东北海区海温变化幅度小。     

基于RBF网络的新疆特重雪灾区最大积雪深度预测研究

新疆是我国积雪资源最丰富的区域之一,也是雪灾多发区之一,预测最大积雪深度,可以为雪灾的预警与防范提供参考和依据。本研究基于建立的雪灾灾损指数,确定了新疆特重雪灾区域;进一步聚焦特重雪灾区的8个县（市）,包括阿勒泰市、福海县、青河县、塔城市、托里县、沙湾市、尼勒克县和伊宁县,分别建立县域RBF网络模型,预测2021—2050年年最大积雪深度,结果表明：该模型可用于新疆特重雪灾区最大积雪深度预测,但预测精度仍有待提升;塔城市、尼勒克县将于2025—2029年连续出现最大积雪深度偏高事件,2039年青河县将出现最大积雪深度的极大值,因此应关注可能发生雪灾的年份与县(市),积极做好雪灾的防御工作。     

基于RBF网络的新疆特重雪灾区最大积雪深度预测研究

新疆是我国积雪资源最丰富的区域之一,也是雪灾多发区之一,预测最大积雪深度,可以为雪灾的预警与防范提供参考和依据。本研究基于建立的雪灾灾损指数,确定了新疆特重雪灾区域;进一步聚焦特重雪灾区的8个县（市）,包括阿勒泰市、福海县、青河县、塔城市、托里县、沙湾市、尼勒克县和伊宁县,分别建立县域RBF网络模型,预测2021—2050年年最大积雪深度,结果表明：该模型可用于新疆特重雪灾区最大积雪深度预测,但预测精度仍有待提升;塔城市、尼勒克县将于2025—2029年连续出现最大积雪深度偏高事件,2039年青河县将出现最大积雪深度的极大值,因此应关注可能发生雪灾的年份与县(市),积极做好雪灾的防御工作。     

南疆盆地1 96 1—2005年气温变化特征

通过对新疆南疆盆地近45a气温变化特征分析,发现南疆盆地年平均气温在1989年开始发生暖突变。从1980年代末夜间温度开始异常升高,白天温度也随之升高,从而导致南疆盆地整体温度异常暖突变。最高、最低气温和气温日较差的变化具有明显的季节差异。在各个季节中,秋季和冬季温度的异常偏暖对年平均温度异常暖突变的贡献最大。在各种温度升高过程中,升温幅度最大的是最低气温,而最高气温的升温幅度远小于最低气温,从而日较差表现为减小的趋势。     

天山山区与南北疆夏季温度变化对比分析

利用新疆1959～2000年夏季温度资料,采用滑动平均、最大熵谱、经验正交、线性回归方法,分析天山山区近42年来夏季温度变化的基本特征,并与南疆、北疆进行比较。结果表明：①天山山区在夏季温度的冷暖变化阶段以及最炎热、最凉爽年出现的年份与南疆和北疆不同;②夏季温度空间分布的同向性变化北疆最大,天山山区居中,南疆最小;夏季温度空间反向变化南疆和天山山区较大,北疆较小;③夏季温度的年代际变化趋势不同,天山山区持续增温,北疆波动增温,南疆变化稳定;④三种夏季增温的覆盖范围以最低温度为最广,其增温率天山山区最大,南疆最小,北疆居中。     

基于FY-3号气象卫星的中国典型积雪覆盖区的时空动态研究

基于风云三号(FY-3)气象卫星的积雪产品数据(snow cover),提出了基于经验模态分解的趋势提取方法,探讨了2010—2019年中国积雪时空动态变化趋势。结果表明:1)中国积雪覆盖频率(Snow Cover Frequency,SCF)具有显著的季节性特征,呈现先增加后减少的特点,每年2月、3月SCF达到当年最大;东北的SCF呈显著下降的年际变化趋势,其他地区变化不大。2)中国整体的积雪覆盖率(Snow Cover Rate,SCR)下降了约1.2％,内蒙古和西藏的SCR下降了约1.5％,其他地区的SCR变化不显著;主要积雪覆盖区的SCR均在2016年发生由增加到减少的转变。     

南半球环状模气候影响的若干研究进展

南半球环状模是南半球热带外地区环流变率的主导模态。由于南半球环状模在空间上的大尺度特征,全球多个地区的气候均与南半球环状模的变化有关。探讨南半球环状模的气候影响,是近几十年来得到广泛关注并迅速发展的新方向。围绕这个方向,分别回顾了南半球环状模对南半球和北半球气候影响的研究进展,重点阐述了南半球环状模对中国气候影响的相关工作,并从长期变化尺度上,列举了南半球环状模与气候变化方面的研究成果。纵观近几十年的研究发现,针对南半球环状模对南半球的气候影响,目前已有比较系统的认识。总体而言,在年际尺度上,南半球环状模可以通过影响垂直环流和风暴轴的位置,改变表面风速对下垫面的热力和动力驱动作用,进而对南半球的海-气-冰耦合系统产生调控。这种调控多表现出纬向对称性,同时也存在纬向非对称的局地特征。在气候变化的尺度上,南半球环状模是过去半个世纪里南半球气候变化的主要驱动力之一。关于南半球环状模对北半球尤其是中国气候的影响问题,目前也取得了许多有意义的结果。例如,南半球环状模对东亚、西非、北美的夏季风和东亚冬季风均有作用,并且可以调控中国春季华南降水等。海-气耦合过程在南半球环状模对北半球气候的影响中扮演着重要角色,与南半球环状模信号的跨季节存储和由南半球向北半球的传播均有密切关系。但是,与南半球相比,南半球环状模对北半球气候影响的研究,还有许多问题值得深入讨论和研究：一是体现在对南半球环状模信号向北传播机制上的深入认识,二是将南半球环状模的信号作为因子在季节气候预测中的实践。     

ECMWF细网格模式降水产品在北疆暴雪中的应用检验

2012年4月,ECMWF细网格（0.25o×0.25o）数值预报产品投入新疆天气预报业务化应用。本文通过对ECMWF细网格模式LSP大尺度降水预报产品在2012年前冬3场暴雪天气中的预报效果分析检验得出：LSP预报的暴雪量值总体偏小,提前1 d较提前2 d的预报效果有所改善,较早时次的预报结果也有一定的应用价值;暴雪预报的开始时间偏早3h左右,结束时间相对准确;LSP累计降水量级检验提前2 d和分级降水检验提前12 h的暴雪预报准确率较高,空报率较低。在观测站点相对密集的成片暴雪天气中,LSP预报的暴雪落区和量级较为准确,零散暴雪点的预报效果相对较差。检验分析结果可为ECMWF细网格降水预报产品的释用提供一定的参考,为业务人员制作北疆暴雪天气的定点、定时、定量预报提供一定依据。