2001年4月8日强沙尘暴天气的数值模拟研究

利用MM5中尺度气象模式对2001年4月7~9日发生在新疆南部、青海北部、甘肃大部、陕西北部、宁夏和内蒙古的大范围大风、强沙尘暴、寒潮和降雪天气过程进行模拟研究。结果表明:MM5中尺度模式能够模拟出这次天气过程的系统变化,小网格尺度的模拟结果较大网格更能够反映出系统的特征;在地形、地貌相对稳定的情况下,特殊的天气环流形势造成的强而持久的大风和激烈的中尺度垂直对流是这次天气过程的主要原因;从空中槽脊形式的配合、发展趋势,地貌、地形特征,地面大风,降温、降压等特征综合分析,提前24 h就能预示出这次大范围的大风、寒潮和沙尘天气的出现。这次过程的特殊之处是:整个模拟过程中模拟区域内在200 hPa以上有弱的层结不稳定状态出现,对流层中、低层层结稳定;沙尘暴发生区域的主要上升气流出现在上午。     

中国北方强沙尘暴受月相调制现象初探

沙尘暴作为多种因素共同作用的产物,其成因机制的研究不可忽视地球外部环境的影响。通过对49年间(1954-2002)中国北方223例典型强沙尘暴事件分析,计算出了沙尘暴发生日期的月球黄经λm、太阳黄经λs,得到月相角D=(λm-λs)。运用统计分析的方法,发现沙尘暴发生的频次与月相角有明显的相关关系。研究结果发现∶(1)沙尘暴发生的频次的极大值区在〔30°,42°〕和〔306°,318°〕的月相角区间内,低值区在〔78°,90°〕和〔258°,270°〕的月相角区间内;(2)沙尘暴发生有明显的小周期(1/4月波),同时,文章还分析了月相对沙尘暴发生的调制机制,探讨月相影响下固体潮、重力场、大气压等对沙尘暴影响的数量级。     

2010春季我国一次强沙尘暴过程分析

2010年3月18~23日,一次强沙尘暴天气过程先后影响了我国21个省(区、市),影响范围约282×104km2,2.7×108人口遭沙尘天气侵袭。通过应用NCEP/NCAR 2.5°×2.5°全球格点再分析资料,从沙尘暴爆发前后的天气形势、气象要素场的特征以及起沙和传输的动力机制等方面对这次沙尘暴过程进行初步分析。同时,利用每日空气污染指数资料和北京能见度资料,分析了沙尘暴期间全国空气污染物浓度的分布和北京地区能见度的变化。结果表明:这次沙尘天气分两个阶段,第一阶段为3月18~21日,第二阶段为3月21~23日,从影响范围及强度方面来说,第一阶段沙尘过程强于第二阶段。蒙古气旋强烈发展是引发此次沙尘暴的主要原因。沙尘暴基本沿西北到华北,华北到华南的路径传播。空气污染指数及能见度变化基本反映了此次沙尘暴的移动路径和强度变化。此次沙尘暴天气的沙尘源地位于蒙古国南部以及中国的新疆南部、东部和内蒙古中西部地区。由于热力和动力(涡度)两种因子的联合作用,使地面气旋一面向前移动,一面加深发展,高空槽因冷平流加深,并因涡度平流而向前移动。冷锋锋生加强,产生大风天气,是引发沙尘暴和推动沙尘长距离输送的动力因子。     

中国北方典型强沙尘暴的地面加热场特征分析

选取了中国北方16个典型强沙尘暴事件, 利用NCEP/NCAR的日平均全球再分析网格点资料, 对这些典型强沙尘暴事件的地面感热通量场、潜热通量场的分布特征进行了分析; 同时对该区域中强沙尘暴的不同发生区地面的加热场也进行了对比分析。结果表明, 通常在典型强沙尘暴事件发生区表现为正的感热通量和正的潜热通量; 沙尘暴多发区域的南疆盆地表现为以潜热加热为主, 西北区东部表现为以感热加热为主, 华北地区北部则表现为感热和潜热加热同等重要; 南疆盆地和西北区东部沙尘暴的发生受下垫面的影响较大, 华北区北部沙尘暴的发生受下垫面的影响相对较小。     

中国北方一次强沙尘暴爆发的数值模拟研究

 利用意大利国际理论物理研究中心发展的耦合了沙尘模块的区域气候模式（RegCM3）对发生在中国北方2006年4月9~11日期间的一次强沙尘暴的爆发进行了数值模拟研究。与实际观测相比,RegCM3成功地模拟出了本次沙尘暴爆发区域、天气形势及相应的沙尘气溶胶光学厚度（AOD）分布。4月9日6时,沙尘暴首先爆发于塔里木和吐鲁番盆地。受蒙古气旋的影响,24 h后甘肃中部及内蒙古西部地区也开始爆发沙尘暴。源区地面起沙率大于3 mg·m-2·s-1,单位面积上的沙尘载荷量高于3 000 mg/m2。对流层中低层沙尘主要向东输送,可影响我国华北绝大部分地区,本次沙尘暴过程造成中国北方主要城市空气质量的下降。模拟的AOD分布特征与地面起沙率和载荷量分布特征相对应,并与TOMS 卫星观测的气溶胶指数(AI)的区域和中心值具有较好的一致性。AOD分布由西向东呈递减的趋势,且有两个大于2的高值中心,一个位于新疆塔里木、吐鲁番盆地和古尔班通古特沙漠地区;另一个位于河西走廊和内蒙古交界地区。对比他人研究结果,RegCM3对沙尘的起沙、传输等过程以及AOD的时空分布模拟合理。     

近50年来中国北方沙尘暴的分布及变化趋势分析

为了得到中国北方沙尘暴分布的总体认识,了解它的变化特征和近期动向,利用1952-2000年间中国西北及华北的强及特强沙尘暴资料等进行了分析。主要结论如下:中国北方的沙尘暴源区主要分布在河西走廊和阿拉善高原、南疆盆地南缘以及内蒙古中部三地区;近50年来中国沙尘暴频数变化的特点是,20世纪60~70年代波动上升,80~90年代波动减少,2000年后又急剧上升,未来可能将进入新一轮沙尘暴活动的活跃期;沙尘暴活动的变化与东亚大气环流的年代际变化和生态环境的变化有关。     

位涡分析在新疆暴雨研究中的初步应用

新疆是全国有名的干旱、半干旱地区,年平均降水量约147mm,不到全国平均值的1/4,但暴雨造成的洪水却是新疆的主要灾害之一。随着新疆气候由“暖干”向“暖湿”型的转变,暴雨出现的频率可能会增加,暴雨带来的洪涝也有可能比以往更加严重,因此有必要加强对新疆暴雨天气的分析研究。本文根据位涡理论,选取2004年7月18日～20日的一次由中亚低涡造成的盛夏暴雨过程做个例分析,对位涡与新疆地区降水和暴雨的关系进行了初步研究。结果表明：对流层高层十位涡能较好地反映冷暖空气的活动及天气系统的演变特征,位涡场比温度场、高度场能更清楚地示踪冷空气,这为研究冷空气的活动,特别是冷空气在触发暴雨中的作用提供了新的思路;对流层低层湿位涡与降水的强弱有良好的对应关系,当包线陡立时,易导致倾斜涡度发展,出现降水：当湿位涡MPV〈0时,在θe线陡峭密集区内易出现暴雨。     

东亚中纬度地区前期降水对中国北方春季强沙尘暴影响初探

利用1980～2002年春季中国北方典型强沙尘暴序列和1979～2002年地面气象台站记录与卫星观测同化处理的格点降水资料(CMAP),分析了中国北方春季强沙尘暴活动与其前期大尺度降水异常的关系。研究结果表明,中国北方春季(3～5月)强沙尘暴活动与东亚中纬度地区前期年(前一年6月至当年5月)平均降水有较高相关,其中蒙古西南部和东南部,中国新疆北部局部地区和内蒙古中部为高相关中心,是重要的沙尘源地。前4个季度中前一年夏季(6～8月)降水与来年春季强沙尘暴活动负相关最高。另外,通过春季强沙尘暴活动与其前期土壤湿度和同期地表植被覆盖状况这两种和降水有关的下垫面因子的相关分析,发现前一年6月至当年5月的年平均土壤湿度及春季平均植被指数均与春季强沙尘暴序列有较高的负相关,而且高相关区的分布与降水场高相关区的分布大致相同。     

中国北方沙尘暴与地温场的相关分析

利用1954—2003年历年沙尘暴实测资料,分析了沙尘暴与3.2 m深度地温场及降水场的关系。结果表明：强沙尘暴多发年与少发年地温场分布差异明显;多发年地温偏低,少发年地温偏高。4月多雨时,沙尘暴频数少,反之频数多。3.2 m地温具有很好的季际连续性,故可以利用冬季甚至上年秋季的地温场来预测春季沙尘暴频次的多寡。     

2000年春季中国北方沙尘暴天气气候成因研究

从环境背景和天气气候成因两个方面,分析了2000年春季中国北方沙尘暴频繁爆发的原因。结果表明,① 2000年春季中国北方大风沙尘暴的源地、路径和天气形势可归纳为三种类型;②近年来中国北方干旱加剧土地荒漠化严重,使原本广阔的戈壁沙漠面积逐步扩大,为沙尘暴天气的爆发提供了物质基础;③ 2000年处于反厄尔尼诺(拉尼娜)事件的高峰期,使东亚冬季风加强;同时2000年春季极涡位于东半球新地岛附近,冷空气频繁南下,易形成大风天气;④ 2000年春季我国北方干旱少雨,气温回升迅速且温度偏高,使解冻的地表土层疏松,又提供了丰富的沙尘源。     

塔里木盆地局地和区域性强沙尘暴天气过程研究

利用1961-2001年塔里木盆地周边地区43站沙尘暴资料,给出了塔里木盆地局地、区域性强沙尘暴天气过程的定义,得到局地和区域性强沙尘暴天气过程1 423次和385次,分析了沙尘暴天气过程的时空分布特征和变化原因,并根据地面冷高压和沙尘暴天气的移动路径对385次区域性强沙尘暴天气过程进行普查分析。结果表明:塔里木盆地局地沙尘暴天气过程的高发中心位于柯坪和民丰,区域性强沙尘暴天气过程集中在塔里木盆地南缘的莎车至且末一线和柯坪,柯坪和民丰是盆地沙尘暴的多发中心;区域性大风天气过程的减少、年平均降水量的增加和年平均气温的升高是塔里木盆地区域性强沙尘暴天气过程趋于减少的重要原因;局地沙尘暴天气过程主要出现在3~9月;区域性强沙尘暴天气过程,集中在4~6月,春季4~5月是连续性多暴发时段,造成区域性强沙尘暴天气过程的冷空气以西进、东灌和西进加东灌为主要路径,盆地热低压的作用不可忽视。     

西北特殊地形与沙尘暴发生的关系探讨

应用西北地区沙尘暴多发区中心站和毗邻站1961-1999年沙尘暴日数、大风日数和降水资料, 参考相应地区的地形和地表覆盖资料, 结合卫星资料监测事实, 分析了沙尘暴中心站沙尘暴高发以及毗邻站沙尘暴发生较少的原因, 探讨了地形与沙尘暴发生的关系。结果表明: ①沙尘暴中心站沙尘暴高发是地表状况、大风和地形共同作用的结果, 而沙尘暴毗邻站沙尘暴较少的主要原因为沙源与大风不匹配; ②地形对沙尘暴发生有重要作用, 干燥的下垫面产生的热力不稳定和特殊地形产生的气流加速和抬升作用, 对局地沙尘暴的形成和强沙尘暴的触发有重要作用; ③大风和降水的配置对沙尘暴发生有一定影响, 大风日数多且降水较少的时段为沙尘暴的高发期, 随着雨季的到来, 沙尘暴日数明显下降; ④下垫面与沙尘暴发生关系密切, 戈壁地表不利于沙尘暴的发生, 植被覆盖度的增加对沙尘暴有明显的抑制作用。     

甘肃中部强沙尘暴成因分析

利用1970—2006年甘肃中部13个县（市）的21例沙尘暴天气过程的各时次高空和地面资料,通过分析沙尘暴过程的影响系统,来研究甘肃中部近年来强沙尘暴天气频繁入侵的成因及特点。结果表明:甘肃武威东南部发生沙尘暴天气时,500 hPa高空出现一支风速≥20 m·s-1西北向的急流轴;河西走廊地形的“狭管效应”作用,使沙尘暴移速增快,强度增强,沙尘在翻越乌鞘岭后,相继侵袭白银、兰州、临夏等广大地区;进入21世纪以来,甘肃中部沙尘暴和强沙尘暴次数逐年增多,强度增强、影响范围扩大。     

中国北方沙尘暴出现阈值风速的估计

 提出了沙尘暴阈值风速的概念以及一个使用沙尘暴持续时间和平均风速计算沙尘暴阈值风速的方法,并利用中国北方283个气象台站1991—2000年的月平均风速资料和同期记录的所有沙尘暴持续时间资料,计算了中国北方各个季节沙尘暴阈值风速分布。计算结果有助于沙尘暴的预报工作。     

淖毛湖地区与我国北方沙尘暴天气的关系

新疆淖毛湖气象站位于东天山与阿尔泰山之间的峡谷盆地中,多大风和沙尘天气。淖毛湖站与周边邻近站相比,对下游沙尘暴天气监测预警有明显的指示意义。作者在分析了2000年春季淖毛湖地区与我国北方地区沙尘暴天气的关系后认为:处于西北冷空气路径咽喉要道的淖毛湖地区与我国西北中部及内蒙古中西部地区的沙尘暴天气不但有极高的相关关系,而且有明显的先兆反映。其中,淖毛湖地区大风、沙尘暴等天气现象,淖毛湖气象站日最大风速、风速风向的时间变化是预报西北中部、内蒙古中西部等地区沙尘暴天气的重要参考指标。淖毛湖气象站的大风、沙尘等天气与下游地区的沙尘暴天气有较好的对应关系。西北路径冷空气必经之地的淖毛湖,其日最大风速和风向的时间变化,可作为预测我国西北中部、东部和内蒙古中西部等地区沙尘暴天气的指标。事实说明,淖毛湖气象站是监测和预测我国下游地区沙尘暴天气较为理想的上游指标站。     

一次东北冷涡暴雨的水汽输送特征和位涡分析

通过对2010年7月27~29日吉林省一次较大范围的冷涡暴雨、大暴雨过程进行诊断分析,建立了此类暴雨的天气概念模型：200 hPa呈现“两脊一槽”型,高空急流呈辐散状位于吉林省上空,急流中心最大风速≥60 m/s;500 hPa东北冷涡强烈发展,鄂海阻高稳定维持是此次强降水发生的重要天气系统,中心最大风速≥20 m/s的偏西风急流带横穿吉林省中部;850 hPa风速≥12 m/s的3条急流带在吉林省中东部地区交汇,形成低层辐合、高层辐散的气旋性涡度柱,较强的垂直上升气柱一直向上伸展到500 hPa附近,极有利于对流的发展和强降水的维持。通过计算整层水汽通量与吉林省逐6 h平均降水量的相关矢量场,结果表明：偏西、偏南及偏北3条水汽通道在吉林省中南部汇集是此次强降水发生的重要条件,暴雨落区与整层水汽通量汇合区密切相关,水汽输送以经向(南北方)水汽流入为主。暴雨期间具有较好的动力、热力及能量条件,特别是湿对流有效位能明显偏强,强降水出现在对流有效位能 (CAPE)值由极大值开始下降的过程中。干侵入是激发冷涡发生、发展的动力条件之一,≥1 PVU(位涡单位)的高位涡舌在下降的过程中,同时南移,与中部地区强降水落区自北向南移动相吻合。     

宁夏北部自然环境对沙尘暴天气的影响分析

通过对宁夏北部1961—2000年沙尘暴和自然环境状况的调查分析,发现该区域地形、地貌和沙源地分布的不同是沙尘暴地域分布不均的主要原因,同时还发现当地沙尘暴的减少趋势与不同年代特有的气候因素有关外,还与人为活动有着直接关系。进入20世纪90年代 ,该区域通过加大植树造林和防护林带建设规模,有效地遏制了土地荒漠化,使沙地面积有所缩小,在大风次数正常偏多的情况下,沙尘暴却明显减少,起沙的风速阈值呈增大趋势, 说明人为改变下垫面的自然环境,使其良性发展,有效地增加地表粗糙度,对抑制区域性沙尘暴的出现是可行的,并由此提出了防治沙尘暴应着眼于环境治理和保护的对策建议。     

新世纪第一场沙尘暴初探

利用实时和历史常规气象观测资料与大气颗粒物污染监测资料,从沙尘暴天气实况、天气气候成因和对城市空气污染影响三方面,对世纪之交发生在我国北方的一次速度较快、强度较大的沙尘暴天气过程做了初步探讨。结果表明:①大型天气环流系统调整时的上下游效应,使乌拉尔山高压脊迅速发展东移,推动西伯利亚的一股较强冷空气南下,影响我国北方地区,加之高空急流动量的下传,是这次沙尘暴天气发生的环流背景和动能基础;②前期12月我国北方较正常年份温暖干燥,表层土质干燥疏松,沙尘源丰富,这是此次沙尘暴天气发生的物质基础;③沙尘天气的发生使我国北方城市空气污染雪上加霜,造成部分城市空气污染异常严重,大气颗粒物污染浓度增加100%~300%。