沙尘暴个例的热力动力结构分析

运用Micaps常规气象观测资料,结合天气动力学分析方法,从沙尘暴发生发展的动力、热力角度,对2011年4月29—30日发生在巴彦淖尔市沙尘暴天气个例深入分析,结果表明:沙尘暴发生前,近地层气温较高,200h Pa附近有超低温,垂直温度梯度增大,对流旺盛。高空急流入口左侧辐合下沉运动形成逆温层,有利于不稳定能量在底层积累。500 h Pa以下高度相对湿度由底层到高层迅速增大,500 h Pa高度以上相对湿度呈减小趋势。饱和假相当位温曲线在600 h Pa以下与温度轴成钝角,饱和假相当位温曲线和假相当位温曲线距离较远,表明600 h Pa以下大气层结呈不稳定结构,且近地层到高空水汽含量较小,不稳定结构为沙尘暴发生提供了有利条件。200 h Pa附近,位温、假相当位温、饱和假相当位温三条曲线一致向左倾斜又向右倾,表现明显的超低温,假相当位温曲线上低层偏南风,高层西风、西北风,整个对流层大气表现顺滚流。700—850 h Pa高空槽前有一致的暖平流,槽后有一致的冷平流,暖区的上升运动和冷区的下沉运动得到发展,形成明显的对流运动,由冷区的下沉运动、低层由冷区指向暖区的水平运动和暖区的上升运动构成了一个垂直方向上的次级环流,次级环流的下沉支处于高空急流轴入口区的左侧下方,进一步把高空急流的动量传递到地面,次级环流在低层由冷区指向暖区的水平运动加大地面风速,致使风力增大,为此次沙尘暴提供了动力条件。     

呼和浩特地区一次强沙尘暴过程个例分析

文章对2005年5月8～10日呼和浩特地区一次强沙尘暴过程进行了天气学分析及物理量诊断,结果表明：本次过程系统发展的主要强迫来自对流层高层,高空锋区的动量下传导致强地面风产生是沙尘暴发生的动力条件;沙尘暴发生前层结稳定度的降低及沙尘暴发生期间中性混合层的维持,为沙尘暴发生提供了适宜的层结条件。同时,大气整层的正涡度和对流层中低层的上升运动,也是沙尘暴形成和增强的重要原因。     

2006年夏季塔中一次沙尘暴发生期间近地层气象特征个例分析

利用塔中80 m梯度铁塔探测系统所观测的沙尘暴及气象数据,分析了塔克拉玛干沙漠腹地晴天与沙尘暴发生期间近地层的气象要素特征及相关性:与晴天相比,沙尘暴期间温度变化小,垂直梯度不明显,夜晚逆温现象弱;湿度与温度呈负相关,沙尘暴的发生能使近地层大气相对湿度增加;风速的迅速增加促成了沙尘暴的爆发,随着风力减弱沙尘暴消失。     

内蒙古地区沙尘暴个例谱

使用1995—2008年14年内蒙古地区118个地面测站沙尘暴、能见度、风速风向观测资料,确定了不同范围、不同强度沙尘暴标准,给出了特强、强、次强和弱沙尘暴个例谱。为从事沙尘暴研究工作者提供参考。刘景涛等[1]曾应用内蒙古中西部74个地面测站1957—1996年沙尘暴资料给出内蒙古中西部地区强和特强沙尘暴过程个例谱。     

2000年6月4日沙尘暴过境时敦煌地面气象要素及地表能量平衡特征的变化

利用在敦煌进行的"我国典型干旱区陆-气相互作用试验"观测资料,分析了2000年6月4日在我国西北所发生的沙尘暴过境时的地面气象要素的变化以及地表能量平衡变异特征.结果表明,在沙尘暴过境时地面水平风风向经历了从稳定到多次调整,再到稳定,最后崩溃的演变.风向调整时,风速减弱,而调整之后,风速加大,同时伴有很强的上升气流.沙尘暴天气来临前,地面空气呈干热状态,处于低气压控制之下;而在沙尘暴过境时和过境后,地面空气显得相对湿冷,地面气压急剧上升,并处于高压控制之下.沙尘暴过境前后,地表的能量平衡关系遭到破坏,净辐射大幅减少,地气间的感热和潜热输送变弱,土壤全天向上释放热量.     

一次强沙尘暴的近地层气象要素及内部热力、动力结构特征

针对2009年4月23-24日出现在我国内蒙古中西部的一次强沙尘暴天气过程,利用专门组织观测实验得到的加密探空资料、地面自动观测站资料和其他常规观测资料,深入分析研究了此次沙尘暴发生前后及发生期间,近地层气象要素变化及其内部热力、动力结构特征变化.结果表明,1）沙尘暴发生前,大气的温度垂直递减率大,湿度较大,近地层风速小,风向偏东;在沙尘暴发生期间,大气中出现逆温现象,大气湿度很小,各层风速明显增强,风向偏西且稳定;之后,低层温度显著下降,大气湿度迅速增大,各层风速减小,沙尘暴天气结束.2）沙尘暴发生前,大气层结是条件不稳定的,在沙尘暴过境时,低层大气层结是稳定的,在800600 hPa之间大气层结是中性的,此时低层大气干燥,而在沙尘暴移出测站后,湿度明显增大,因此,“3θ”曲线可以为沙尘暴的监测和预报提供一个有价值的参考数据.3）沙尘暴爆发时的螺旋度是所有观测时次中的最大值,螺旋度与沙尘暴的强度在时间上具有良好的对应关系,即螺旋度越大,对应沙尘暴越强.4）此次强沙尘暴的形成与发展不仅受到环境风速的影响,沙尘暴内部的切向旋转速度和垂直运动速度也对其起到重要的作用.     

三类沙尘暴过程环流特征和动力结构对比分析

利用地面、高空气象观测资料、NCEP再分析资料等对冷锋、蒙古气旋、高压底部倒槽型3类天气过程的大尺度环流、动力和热力结构特征进行了对比分析。结果表明,从大尺度环流特征来看,冷锋型、蒙古气旋型均在高纬地区形成尺度较大的槽涡,槽涡底部出现低槽分离并向南发展,在中纬度诱发地面冷锋及蒙古气旋,其差异在于蒙古气旋过程中往往在中纬度对流层中低层形成切断低涡;蒙古冷高压底部倒槽型过程中,中高纬度为脊前西北气流,中纬度蒙古冷高压与向北发展的倒槽在中纬度相遇形成准静止锋,并在其南侧诱发沙尘暴。从动力、热力结构来看,冷锋型、蒙古气旋型在对流层中低层均呈现典型的斜压结构,冷锋型过程锋区异常陡立,700 hPa以下近于垂直,上升运动呈倾斜形态,并在对流层中低层形成高值中心;蒙古气旋型过程中,气旋区形成8~10个纬距上升气柱,贯穿整个对流层;蒙古冷高压底部倒槽型过程中,沿经向700 hPa以上形成南北风的明显交汇,而在其下方形成南侧沙尘区上升、北侧高压区下沉的垂直正环流。     

宁夏春季沙尘暴与气象要素及环流指数的关系

利用1961-2000年宁夏中北部5站的地面观测资料分析了前期气温、降水对宁夏中北部沙尘暴发生频数的影响,并讨论了亚洲环流指数与沙尘暴发生频数的关系。结果表明：宁夏中北部春季沙尘暴发生的频数与前一年的降水量和前冬气温的关系都呈反相关;春季3、4月沙尘暴的发生频数与同期亚洲环流指数为正相关关系。由于地貌和下垫面的差异以及人类活动的影响,所选各站的春季沙尘发生频数与其上年降水量的相关程度有明显差异;而各站所处的地理位置、上风方下垫面状况的差异可能是造成亚洲环流指数与其沙尘暴发生频数的相关程度差异的原因。     

蒙古气旋爆发性发展导致的强沙尘暴个例研究

对2001年4月6～7日发生在中国北方的一次强沙尘暴过程,从沙尘源、干旱气候背景、天气系统及起沙和扬沙的动力机制进行了初步研究,揭示了强沙尘暴与蒙古气旋和高空急流活动的关系.得出:位于内蒙古西部的巴丹吉林沙漠和中部的浑善达克沙地,是沙尘暴的主要沙尘源区;持续两年的干旱是强沙尘暴形成的气候背景;蒙古气旋的爆发性发展和冷锋后大风是起沙的主要动力;湍流输送和高空急流出口区左侧气流辐散强迫形成的干对流上升气流是沙尘向高空输送的动力机制等结论.作者认为强沙尘暴是挟带大量沙尘的强干对流风暴.     

辽宁沙尘暴天气预报方法研究

通过对1971～2002年辽宁3站以上44个强沙尘暴个例进行分析，从辽宁沙尘暴的天气形势、影响系统入手，确定沙尘暴气象要素场及物理量场演变特征；分析辽宁沙尘暴的影响路径，结合地面观测资料对辽宁沙尘暴关键区进行监测预警；利用数值预报产品制作辽宁沙尘暴客观预报产品，并建立辽宁沙尘暴预报流程。     

塔克拉玛干沙漠腹地沙尘暴发生条件分析

利用塔中气象站1997—2002年的气象资料, 从沙尘源丰富程度、风动力条件和空气稳定度等方面分析了塔克拉玛干沙漠腹地沙尘暴的成因。结果表明:在塔克拉玛干沙漠腹地, 沙尘源极为丰富, 为沙尘暴发生提供了必要条件, 降水基本不能改变沙面的湿润状况, 沙尘源丰富度不是沙尘暴发生的限制因子; 风动力是沙尘暴发生的重要条件, 而月平均风速和大风日数是风动力的重要定量表征指标; 空气稳定性也是沙尘暴发生的重要条件, 温度和天气过程是其重要标志, 沙尘暴发生与温度呈正相关, 沙尘暴多发生在夏季和午后; 降水是沙漠腹地天气过程的重要指标, 月降水日数和降水总量与沙尘暴日数呈正相关; 20世纪90年代以来沙尘暴逐年减少, 这种变化趋势可能与全球气候变化有关。     

A Case Study on the Triggering of Thermal Convective Precipitation

Thermal convective precipitation （TCP） often occurs over mainland China in summer when the area is dominated by the western Pacific subtropical high （WPSH）. It is well known that the WPSH often brings about large scale subsidence, then why could deep moist convection occur and where does the water vapor come from？ In this paper, a deep convective precipitation case that happened on 2 August 2003 is studied in order to address these two questions. First, the characteristics of the TCP event are analyzed using the Tropical Rainfall Measuring Mission （TRMM） satellite data, automatic weather station observations, and the data from the US National Centers for Environmental Prediction （NCEP）. Second, water vapor sources are identified through examining surface evaporation, water vapor advection, and water vapor flux divergence calculated by using a regionally averaged water vapor budget equation. Furthermore, using an Advanced Regional Eta-coordinate Model （AREM）, contributions of sensible and latent heat fluxes to the TCP are compared through four sensitivity experiments. The results show that in the regions controlled by the WPSH, surface temperature rises rapidly after sunrise. Upon receiving enough sensible heat, the air goes up and leads to convergence in the lower atmosphere. Then the water vapor assembled from the surroundings and the ground surface is transported to the upper levels, and a favorable environment for the TCP forms. A model data diagnosis indicates that about half of precipitable water comes from the convergence of horizontal fluxes of water vapor, and the other half from surface evaporation, while little is from advection. Additional sensitivity experiments prove that both sensible and latent heating are essential for the onset of the TCP. The sensible heat flux triggers thermodynamic ascending motion, and the latent heat flux provides water vapor, but the contribution to TCP from the latter is a little smaller than that from the former.     

冬季乌鲁木齐市低层大气O3垂直分布观测的个例分析

为了揭示乌鲁木齐冬季边界层O_3垂直分布特征,利用系留气艇于2008年1月11-13日在乌鲁木齐市区进行了边界层O_3观测试验。利用本次观测试验的数据并结合相关气象资料,对观测期间边界层O_3的垂直分布特征及其影响因子进行了分析。结果表明:白天近地面500～800 m高度以下O_3浓度较低,该高度以上存在O_3高浓度分布区,夜间整个观测高度范围内O_3浓度均较低;O_3浓度分布与太阳辐射、温度层结、风、相对湿度等因子密切相关,O_3高浓度分布区出现在逆温层底以上,且O_3浓度与相对湿度呈显著的反相关分布;近地面的NO_x对O_3浓度有着重要影响。由此表明乌鲁木齐冬季低层大气O_3的分布在各种因素的影响下具有明显的时空变化。     

Relation of the Second Type Thermal Helicity to Precipitation of Landfalling Typhoons: A Case Study of Typhoon Talim

This study utilized the MM5 mesoscale model to simulate the landfalling process of Typhoon Talim. The simulated typhoon track, weather patterns, and rainfall process are consistent with the observation. Using the simulation results, the relation of the second type thermal helicity (H ₂) to rainfall caused by the landfalling typhoon Talim was analyzed. The results show that H ₂ could well indicate the heavy inland rainfall but it did not perform as well as the helicity in predicting rainfall during the beginning stage of the typhoon landfall. In particular, H ₂ was highly correlated with rainfall of Talim at 1-h lead time. For 1–5-h lead time, it also had a higher correlation with rainfall than the helicity did, and thus showing a better potential in forecasting rainfall intensification. Further analyses have shown that when Talim was in the beginning stage of landfall, 1) the 850–200-hPa vertical wind shear around the Talim center was quite small (about 5 m s⁻¹); 2) the highest rainfall was to the right of the Talim track and in the area with a 300-km radius around the Talim center, exhibiting no obvious relation to low-level temperature advection, low-level air convergence, and upper-level divergence; 3) the low-level relative vorticity reflected the rainfall change quite well, which was the main reason why helicity had a better performance than H ₂ in this period. However, after Talim moved inland further, 1) it weakened gradually and was increasingly affected by the northern trough; 2) the vertical wind shear was enhanced as well; 3) the left side of the down vertical wind shear lay in the Lushan and Dabieshan mountain area, which could have contributed to triggering a secondary vertical circulation, helping to produce the heavy rainfall over there; hence, H ₂ showed a better capacity to reflect the rainfall change during this stage.     

一次强烈发展西南低涡的中尺度结构分析

通过对1989年7月8～10日发生于四川盆地东部的西南低涡的诊断分析,揭示了西南低涡成熟期的三维结构。结果表明,成熟阶段的西南低涡正涡度可伸展到100 hPa以上,中心轴线垂直;其流场和高度场表现为贯穿对流层的中尺度气旋和低压;涡区内动量、层结、垂直运动等呈非对称分布,是一个准圆形而非对称的中尺度系统。     

2006年春季南北疆沙尘暴的气候预测

利用1961～2005年北疆9个气象站和南疆15个气象站逐日沙尘暴日数、平均气温、气温日较差、平均地面温度、地气温差、平均风速、降水量、平均相对湿度,计算得到北疆和南疆春季沙尘暴日数和前期气候要素,通过相关分析得到北疆和南疆春季沙尘暴的气候影响因子。利用前期气候影响因子分别建立了北疆和南疆春季沙尘暴日数气候预测方程6个。预计2006年春季,北疆沙尘暴日数1.4～2d,南疆沙尘暴日数7d,它们虽比历年平均值偏低,但高于近15a的平均值。     

北京地区一次降雹过程和冰雹微物理特征

对2000年5月17日降雹现场进行了实地考查，同时收集了部分冰雹样品，进行了冰雹切片实验，分析研究了雹谱、雹击带和冰雹的微物理结构特征。应用天气图、雷达探测冰雹云回波和探空资料，分析了冰雹云形成的天气条件、大气层结和冰雹云回波结构。     

东亚冬季风异常的空间结构及与海陆热力差异的联系

对NCEP／NCAR再分析资料采用经验正交函数和奇异谱分析方法研究东亚冬季风异常的空间结构和时间变率，在进行相关分析的基础上用奇异值分解方法研究东亚冬季风异常与海陆热力差异的联系。分析结果表明：在东亚季风区内冬季风异常有明显的地理差异，根据经向风的气修平均图及均方差图上极值中心的位置、形态，确定三个区域。WM1、WM2、WM3区为东亚冬季风的三个子系统，分别位于南海、东海、日本海上。三个子系统强度的年际、年代际变率都不同。近40aWM3区冬季风呈减弱趋势，而WM1、WM2区冬季风没有明显的减弱趋势，不同地区海陆热力差异明显不同子系统的强度，WM1、WM2区冬季风与热带西太平洋海温相关紧密，WM3区冬季风与高纬度海陆热力差异相关密切。     

基于火箭探空资料的冰雹云内部结构个例分析

利用探空火箭、新一代天气雷达和气象探测资料对2015年7月17日延安宝塔区冰雹云进行了综合探测,结果表明:（1）当日08:00（北京时,下同）500 hPa河套低涡分裂东移,有较强冷平流且移动速度较快,地面14:00升温明显造成了这次降雹。（2）偏后位置的冰雹云内部温、湿条件以及对流指数（T_g）、整层比湿积分（IQ）、总指数（TT）均小于外部的自然大气;层结稳定度指数（K）、抬升指数（LI）、沙氏指数（SI）冰雹云内部比外部自然大气偏小;热力参数风暴强度指数（SSI）冰雹云内部低于外部自然大气;冰雹云内部能量参数（CAPE）明显低于自然大气;冰雹云内部0°C层高度低于冰雹云外部自然大气。（3）火箭探测的位置偏冰雹云后部,冰雹云由低层到高层风向呈逆时针变化,探空仪摆动明显,?20°C温度层偏高,气流较强,整层偏下沉气流。（4）冰雹云0°C附近,在温度区间?1.8～5.0°C、厚度1.0 km范围内有最大湿度区,湿度达80%以上,最大湿度87.1%,为冰雹的形成提供了水汽条件。（5）紧贴0°C下正温区,有最大水平风速为19 m s?1急流,厚度为0.022 km。在温度区间?4.8～5.0°C、厚度1.6 km范围内维持13 m s?1以上水平风速,为冰雹的形成提供了动力场条件。（6）在温度区间?8.7～?9.2°C、厚度0.2 km,有小于或等于2 m s?1弱风区;弱风区下方,在温度区间?4.6～?8.8°C、厚度0.889 km有上升气流,平均上升速度1.79 m s?1,最大上升速度4 m s?1,这种配置为冰雹的生长提供了环境场。