影响北京地区的沙尘暴

利用1971-1996年的地面气象月报和地面天气图资料,借助地理信息系统,逐次分析了影响北京地区沙尘暴天气过程的演变规律,确定了影响北京地区沙尘暴天气过程的移动路径和源地。结果表明:北京地区沙尘暴主要发生在春季和初夏,以4月为最多。根据沙尘暴的起源,可将影响北京的沙尘暴天气过程分为外源型和内源型两类。沙尘暴的移动路径主要包括北路和西路两条。外源型沙尘暴的入侵地点集中在:1)内蒙古乌兰察布盟和锡林郭勒盟西部的二连浩特市、阿巴嘎旗;2)哈密市以东至内蒙古阿拉善盟的中蒙边境。内源型沙尘暴的起源地主要集中在腾格里沙漠及其周边地区。     

GRAPES沙尘数值预报系统对一次沙尘暴沙尘浓度同化模拟试验分析

为了提高沙尘模式的预报准确率,通过在区域天气数值模式GRAPES（Global/Regional Assimilation and PrEdiction System）的三维变分同化系统中增加沙尘浓度这一控制变量的方法建立了GRAPES₃DVAR_DUST沙尘同化系统。利用中国北方8个观测站提供的沙尘PM10数据和沙尘模式（GRAPES_CUACE/Dust系统）提供的背景场,对2008年2月29日-3月1日发生在中国北方的一次沙尘暴天气进行了控制试验和一次同化与间断同化的敏感性试验,结果表明:（1）引入该同化系统后,一次同化和间断同化试验模拟的地面沙尘浓度分布较未同化的控制试验结果更接近卫星监测,而间断同化的结果又好于一次同化;（2）一次同化试验与控制试验对单站PM10浓度的演变预报较差;（3）间断同化试验较准确地再现了单站PM10浓度的连续演变;（4）间断同化试验效果整体上优于一次同化试验。总体而言,引入沙尘同化系统在一定程度上可以提高沙尘模式对沙尘天气的预报准确率。     

50年来中国沙尘暴的多时间尺度变化特征

采用中国强沙尘暴序列及其支撑数据集,对1958—2007年中国沙尘暴的时间序列进行小波分析,揭示了中国沙尘暴多时间尺度的复杂结构和总体变化趋势,给出不同时间尺度下沙尘暴变化的突变点,并对未来变化趋势进行了展望。结果表明：中国沙尘暴呈明显振荡式减少趋势,距平值在1985-1986年出现转折;50a中沙尘暴变化呈现从多到少的振荡形式,其减少趋势的振荡变化主要受6—8a和2～3a尺度变化的叠加影响,6～8a尺度变化出现了4次突变;1966、1985和2001年沙尘暴出现较强的变化是多时间尺度叠加的结果。2008年后的10～15a中,沙尘暴总体减少趋势将减缓,其平均值在1958-2007年平均值和1983-2007年平均值之间,2011年前后可能出现一个接近2001和2002年平均情况的峰值,随后仍和缓减少。     

北京地区沙尘天气的气候特征分析

利用1954～2001年北京地区(20个气象站)逐月沙尘资料，重点对北京地区沙尘天气的空间分布特征、沙尘日数的年际变化规律、沙尘日数的月变化进行分析；分析了近3年北京地区出现的沙尘天气特点及成因；对近48年的沙尘天气出现日数变化规律进行了小波分析，浮尘天气有12～14年超长周期和2～4年短周期，扬沙天气有8-12年超长周期。     

应用OMI卫星资料监测蒙古戈壁沙尘的传播

利用2005—2007年OMI(Ozone Monitoring Instrument)卫星的气溶胶指数AI(Aerosol In-dex),分析了沙尘传播的特征。结果表明,蒙古戈壁与北美西海岸地区(40°-50°N,120°-130°W)的AI指数之间有较高的相关性,两地具有源区和被影响区的关系。通过计算沙尘传播时间的滞后相关系数,得到从蒙古戈壁到美国西海岸的沙尘传播时间约为6～7天,且通过了99%信度。利用滞后相关系数,获取了沙尘传播信号,并对沙尘的远距离传播进行了预报。     

2000～2002年青岛地区沙尘天气分析

利用气象台沙尘天气常规观测资料和micaps天气图资料,借助美国国家海洋和大气局(NOAA)后向轨迹模式(HYSPLIT),分析了影响青岛市的沙尘来源、移动路径,以及沙尘粒子的干沉降通量.结果表明:青岛市沙尘天气主要发生在春季,一天中出现沙尘频率最高时刻是14时.影响青岛的沙尘暴天气主要爆发于蒙古国,在境内的浑善达克沙地、科尔沁沙地以及蒙晋冀长城沿线得到加强后到达青岛.影响青岛的沙尘天气移动路径主要是偏西和偏北两条路径,偏西路径是爆发于蒙古国的沙尘暴由内蒙古中部入侵,沿着山西北部-河北-山东-青岛的路径到达青岛;偏北路径是爆发于蒙古国的沙尘暴由内蒙古东部入侵,经内蒙古东部的浑善达克沙地或科尔沁沙地至河北北部,再沿京津地区-山东-青岛的路径到达青岛.每年由青岛入黄海的沙尘粒子干沉降通量为51.3 g m-2a-1,春季的干沉降通量为o.20 g m-2d-1,整个黄海每天的总干沉降量为7.58×105g.     

北京地区沙尘天气监测预报预警业务系统

在北京地区沙尘天气发生、发展的天气学分析研究和沙尘数值模式预报研究以及卫星遥感监测沙尘等方法的应用基础上 ,对相关的研究成果进行应用开发、集成 ,形成一套完整的业务系统。该系统由沙尘天气历史数据库、沙尘天气动态监测、沙尘天气概念模型、沙尘数值预报和沙尘天气预警 5个子模块组成。在近两年的北京市沙尘天气预报服务中 ,本系统得到充分的应用 ,提高了沙尘天气预报服务的效率 ,在实际业务中发挥了重要作用 ,可应用于气象业务部门及相关部门。     

“4.12”沙尘暴天气的数值模拟及诊断分析

利用MM5中尺度数值模式,以T106实况资料作为初值场和侧边界值,对甘肃省河西走廊2000年4月12日强沙尘暴的强风天气形势和地面风场进行了数值模拟,并利用模式输出结果对这次过程作了诊断分析。模拟和诊断分析结果表明：MM5中尺度模式能模拟出产生这次强沙尘暴的强风天气形势和上升运动;沙尘暴爆发前3h河西走廊出现西北大风,并有大风向这一地区的明显辐合;沙尘暴发生在地面处于于暖状态的地区;位涡的水平分布特征对沙尘暴的出现时间和落区有一定的指示意义。沙尘暴区上空螺旋度垂直分布为高层负值,低层正值。螺旋度正值的演变与沙尘暴的出现有一定的对应关系。     

北京沙尘天气的变化特征及其沙尘源地分析

通过对北京市沙尘天气的变化特征、出现沙尘天气的天气形势、移动路径、关键区域和地表特征的分析,以及与降水量的相关分析,研究了北京市沙尘天气的变化趋势及其沙尘源地的基本特征。结果表明,近56年来,北京市浮尘、扬沙和沙尘暴等天气现象均呈现出不规则的波动减少的变化态势;进入北京的冷空气和沙尘主要有偏西、西北和偏北三条移动路径;蒙古气旋加冷锋是北京产生沙尘天气的最主要天气系统;影响北京的沙尘质点主要来源于我国内蒙古以及中蒙边境地区;从地表特征来看,北京市周边地区存在着大片的沙尘来源地。沙尘天气与降水量的相关分析表明,沙尘源区的春季降水对当年北京市三种沙尘天气的影响突出,而本地的降水更多的是仅仅影响当年的沙尘暴天气。要缓解北京市的沙尘天气灾害,除了在北京市及其周边地区植树造林、建立生态屏障外,还要加强对沙尘源地的监测与管理,坚持以草定畜、适度放牧,严防植被破坏,同时要及时预报沙尘天气的影响范围和持续时间,把危害降到最低程度。     

Review of the Field Measurements and Parameterization for Dust Emission During Sand-Dust Events

Dust emission generated by wind erosion is a basic process before the transport and deposition of dust particles. Parameterization of dust emission flux is important for accurate simulation and prediction of dust events. Field observation and numerical simulation are two approaches to understand the complex process of dust emission. Great progress has been made on the characteristics and mechanism of dust emission during dust storm events. This review introduces the major factors influencing dust emission and summarizes the calculation methods of several key parameters of dust emission, including the threshold friction velocity u.t, threshold wind speed Ut, streamwise saltation flux Q, and （vertical） dust emission flux F, from perspectives of both observation and parameterization. The paper also discusses the improvement, application, and validation of different dust emission schemes in dust models. Existing problems and future research directions are elaborated as well.     

中国区域降雪量和降雪频率对沙尘天气的影响作用分析

1970—2000年间气象台站降雪量和沙尘天气统计结果显示,在中国冬春季主要积雪覆盖区域,沙尘天气发生频次相对较低,各类沙尘天气基本发生在积雪覆盖率低、年降雪量少的区域。时间序列分析结果进一步显示,年降雪量和沙尘天气之间存在显著的负相关,降雪量的增多对沙尘天气的年发生次数具有明显的抑制作用。同时,年降雪频率也是影响沙尘天气爆发频次的重要因素之一。对于中国西北干旱少雪的地区,尤其体现在新疆北部地区,年降雪频率的增加能够显著地减少各类沙尘天气的发生次数。     

中国北方4月沙尘暴与西风环流的关系

选用中国185个气象站建站～2000年历年各月沙尘暴日数资料，分析了近40年来中国北方4月沙尘暴的气候特征及其对西风环流异常的响应，并对4月多、少沙尘暴年的前期和同期大气环流特征进行了对比分析。结果表明：我国北方4月沙尘暴日数在全区域空间尺度上具有较好的一致性，在区域尺度上存在东西反位相差异。沙尘暴总体在减少。多沙尘暴年，欧亚大气环流的经向度加大，我国北方高空纬向西风位置偏南、强度偏强；少沙尘暴年，大气环流的经向度减小，高空纬向西风位置偏北、强度偏弱。进一步研究发现，前一个月的流场特征及高空纬向风分量可作为预报下一个月沙尘暴日数的指标。     

西北地区一次沙尘暴过程的诊断分析及地形影响的模拟试验

以实况资料作初始场,利用改进的MM4中尺度模式对西北地区2001年4月8~9日强沙尘暴天气过程的位势涡度、涡度、垂直速度、螺旋度等热、动力物理量的水平和垂直分布特征进行了分析,发现各物理量场在沙尘暴发展的不同时期有着很好的配置,物理量量值及其分布特征的变化与沙尘暴天气的形成、发展、消弱的不同时期有着很好的对应。通过改变秦岭及河西走廊地形进行数值模拟试验,发现秦岭地形对此次沙尘暴天气系统影响很弱,而河西走廊地形对沙尘暴天气系统影响较大,河西走廊狭窄的地形为沙尘暴形成提供了有利的地理环境。     

乌拉特中旗一次强沙尘暴天气成因分析

利用常规气象观测资料、亚欧天气分析图,对2010年3月19日的一次由蒙古冷涡强烈发展而引发的强沙尘暴天气过程,从天气学成因、动力机制等方面进行分析。表明,强冷空气的卷入使蒙古冷涡强烈发展,为沙尘暴的发生提供了动力条件;蒙古冷涡的垂直结构提供了动量下传机制,在地面冷锋后部形成大风区,为沙尘暴的形成提供了基本条件。通过对这次蒙古冷涡引发的强沙尘暴天气过程的分析,找出蒙古冷涡引发的沙尘暴天气过程的一些特点和预报着眼点。     

2008年2月29日影响内蒙古西部地区一次沙尘天气过程分析

利用常规观测资料和MICAPS提供的相关资料,对2008年2月29日至3月1日在我区阿拉善盟、巴彦淖尔市西部、鄂尔多斯市西部发生的区域性沙尘暴天气的环流形势及物理量进行分析。分析表明:(1)本次沙尘暴过程基本属于蒙古气旋和干冷锋混合型,有利的气候背景是本次沙尘暴的基础。(2)影响这次沙尘暴天气的高空急流主要是250hPa附近的西风急流,较强西风急流通过动量下传引起地面大风,造成地面减压,促进了蒙古气旋的发展,从而促进了沙尘暴的发展。(3)在40～45°N,95～109°E整层强烈辐合、上升造成很强的抽吸作用可导致强烈辐合,在近地面形成大风和沙尘的扬起提供了较好的条件。     

夏季风北边缘与沙尘暴的研究

使用1951—2000年相关资料,分析了夏季偏南风强度和夏季风北边缘、冬季风指数和春季偏北风以及沙尘暴的年际、年代际变化,并研究了它们的联系过程。结果表明,夏季风北边缘与沙尘暴、北边缘与冬季风和冬季风与沙尘暴的距平相关百分率分别是0.75,0.58和0.70,而且7~8月110°~120°E偏南风和12月~2月90°~100°E偏北风与3~5月90°~100°E偏北风的分析结果也相同。它们相互联系的过程是:夏季偏南风偏强(弱)—北边缘偏北(南)—冬季风偏强(弱)—冷空气偏强(弱)—春季偏北风偏强(弱)—沙尘暴偏多(少)。这些为沙尘暴的长期预测提供了一个新的事实依据。     

2006年春季内蒙古一次强沙尘天气分析

应用基本气象观测资料和NCEP/NCAR再分析资料,对2006年4月16—17日发生在内蒙古的一次区域性的大风沙尘暴天气过程,从天气学成因、动力机制、物理量场等方面进行了分析。结果表明:蒙古气旋是这次沙尘暴天气的主要影响系统;蒙古气旋的强烈发展和冷锋后大风是起沙的主要动力;前期持续增温使得低层大气处于不稳定层结;中低层强的上升气流及低层强辐合,为沙尘暴爆发提供了有利的抬升,有利于沙尘的起沙及远距离传输。     

The Variability of Spring Sand-Dust Storm Frequency in Northeast Asia from 1980 to 2011

The characteristic distributions of regional sand-dust storm(SDS) weather processes over Northeast Asia from 1980 to 2011 were investigated using the shared WMO surface station meteorological data,atmospheric sounding data,China high density weather data,NCEP/NCAR reanalysis data,as well as the archived original weather maps of China.The concentration-weighted trajectory(CWT) method was used to calculate the SDS frequency from the discrete station data and to track the large-scale regional SDS weather processes in Northeast Asia.A spline trend analysis method was employed to investigate the variability of the SDS weather systems.The results show that during 1980-2011,the SDS weather processes exhibit both a historical persistence and abrupt transitions with an approximate 10-yr high-low occurrence oscillation.Through composite analysis of atmospheric circulation during high and low SDS years,it is found that the SDS occurrences are closely related to the anomalies of arctic vortex and midlatitude westerly,and the circulation patterns around the Lake Baikal.During the high frequency years,the meridianal flows in the upper and mid troposphere above the high SDS corridor in East Asia(from the Lake Balkhash along Northwest and North China,Korean Peninsula,and Japan Islands) are apparently stronger than the meridianal flows during the low SDS frequency years,favoring the development and transport of SDSs in the midlatitude regions.     

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。     

一次沙尘暴过程锋生函数和地表热通量的数值诊断

沙尘暴是我国西北地区春季常发生的一种灾害性天气现象。本文利用国家气象中心改进的PSU／NCAR的非静力中尺度模式MM5，对1995年5月16日我国西北地区发生的一次沙尘暴天气个例进行了锋生函数和地表热通量的诊断分析。结果表明，沙尘暴过程是冷锋在移至我国西北地区时产生的一种强烈锋生过程；地表感热通量明显大于地表潜热通量；有无地面热通量对比试验表明，热力因子在沙尘暴产生过程中具有重要作用。