河西走廊东部寒潮时空变化特征及典型个例分析

利用1986—2015年河西走廊东部5个气象站逐日气温、大气环流特征量和2016年5月常规天气图和物理量场,分析了河西走廊东部寒潮时空分布及其与大气环流特征量的关系和2016年5月3次寒潮天气过程天气成因。研究表明：河西走廊东部寒潮频次由北向南减少,中部最少;寒潮频次年际差异较大,总体呈下降趋势;寒潮主要出现在1—5月和10—12月,频次站次4月最多,6月最少,春季寒潮频次最多;寒潮最早出现在9月1日（永昌）、最晚出现在6月7日（乌鞘岭）。月寒潮频次与月亚洲、北半球的极涡面积和强度、北极涛动、亚洲经向环流和冷空气指数呈显著正相关,与北半球极涡中心纬向位置和强度、东亚大槽强度、西藏高原1和2指数呈负显著相关,前一月亚洲、北半球极涡面积和强度、北半球极涡中心强度、北极涛动指数对月寒潮预报预测具有良好的指示意义。使用多元回归建立寒潮月频次预报方程,通过了=0.1显著性水平检验。2016年5月3次寒潮天气均与极涡中心偏强有关,前期升温明显、高空强盛冷平流强盛、地面冷高压强烈是造成三次寒潮天气的主要原因,500 hPa横槽转向南压造成的降温幅度比小槽东移更大、影响范围更广。     

河西走廊东部近57年不同等级冷空气时空变化特征及寒潮分析

利用河西走廊东部5个国家气象观测站1961—2017年的日最低气温,统计分析其5个等级冷空气的时空变化和降温幅度,并用NCEP月平均500 hPa位势高度场、风场分析本地寒潮显著极端年的特征。结果表明:(1)冷空气年均日数:Ⅰ级最多,Ⅳ和Ⅴ级基本接近,Ⅲ级最少。空间分布Ⅰ级偏北沙漠区少、中部平原区多;其余四级分布均为偏北沙漠区偏多。时间分布Ⅱ、Ⅳ和Ⅴ级春季4—5月最多,夏季最少;Ⅲ级集中在夏季7—8月;Ⅰ级月季出现频率接近,夏季8月略多。(2)年降温日数Ⅴ和Ⅳ级呈明显减少趋势,Ⅰ～Ⅲ级线性不明显,但Ⅰ和Ⅱ级增多。年均降温频数的年代际差异不大,整体呈先降后升,但其主要周期有差异。(3)平均降温幅度季节变化只有Ⅴ级明显,Ⅳ级相近,而Ⅰ～Ⅲ级最大分别出现在春季、秋季和夏季;Ⅴ级24 h、48 h、72 h最大降温幅度分别为9.9、12.2、14.3 ℃。(4)寒潮次数有12个极端年,显著偏多(少)年寒潮天数差异10月最大,夏季较小。河西走廊东部500 hPa位势高度场在显著偏多年为明显的西北气流控制,配合负距平中心;乌拉尔山脊前有极地干冷空气输送有利于寒潮天气发生。偏少年以纬向平直西风气流为主,有明显的正距平高度,冷空气下滑少降温不易发生。     

河西走廊东部降水资源变化特征比较

利用1961～2007年河西走廊东部5站(凉州区、民勤、永昌、古浪、乌鞘岭)逐日降水资料,分析了河西走廊东部平原区和山区不同强度降水的演变特征。结果表明:近47a来,河西走廊东部共出现3次暴雨天气,其中平原区出现2次,山区出现1次,都出现在20世纪80～90年代;河西走廊东部平原区总降水日数、小雨日、中雨日和大雨日都呈减少趋势,而山区总降水日数、小雨日、中雨日和大雨日都呈增加趋势;平原区总雨日的减少主要体现在小雨频率的减少,中雨的贡献最小,山区总雨日的增加主要体现在小雨频率的增加,大雨的贡献最小;河西走廊东部平原区和山区近47a来总降水强度和小雨、大雨降水强度都表现出一定增强趋势,而中雨强度都有变小的趋势;平原区和山区总降水强度增强主要体现在小雨、大雨降水强度的增强,中雨的贡献很小;河西走廊东部平原区和山区年平均降水量总体都呈增加趋势;平原区小雨、大雨的贡献率总体为增加趋势,中雨贡献率总体呈减少趋势;山区小雨、中雨的贡献率总体呈减少趋势,大雨贡献率总体为增加趋势;平原区年降水量增加主要是小雨和大雨的贡献,山区则主要是大雨的贡献。     

河西走廊东部大风气候特征及预报

利用河西走廊东部1971—2010年4个气象站大风（≥6级,即10min平均风速≥10.8～13.8m/s）资料,系统分析了该区大风的时空分布、强度和持续性等气候特征。结果表明,河西走廊东部大风天气主要发生在山区和沙漠边缘;年、年代际大风日数总体呈减少趋势,3—5月是大风的高发期,占全年大风日数的34.8%～56.8%,其次是2月、6月和11月;各强度大风日数的变率较大,随着大风强度的增强,大风日数迅速减少;大风天气具有持续性特征,最大风速大多出现在持续大风时段内。采用2003—2007年逐日20时ECMWF数值预报格点场资料,按照Press准则进行预报因子初选,运用逐步回归预报方法进行预报因子精选,使用最优子集回归建立大风预报方程,并用双评分准则（CSC,couple score criterion）确定各季节各地大风预报全局最优的显著性方程,预报方程通过了α=0.01的显著性检验。预报方程回代拟合率为66.7%～73.4%,预报准确率为58.8%～67.5%,达到了一定的预报水平,可为大风的业务预报提供客观有效的指导产品。采用最大靠近原则确定了大风预报临界值和预报、预警的级别。     

河西走廊东部风能资源分布特征及开发利用

利用河西走廊东部5站1971-2004年逐日4次定时地面气象观测资料和2005-2006年地面自动气象观测站逐小时气象观测资料,用统计学方法分析了该区域近地面风速及风能的演变和分布。结果表明：河西走廊东部环境风速的气候变化比较稳定,但探测环境变化较大的站点风速下降十分明显;风能分布具有山区最大、沿河西走廊峡管和荒漠地带次之、中部武威绿洲盆地最小的地域分布特点;南部山区年平均风速均大于等于3．5m·s^-1、全年各月平均风速均大于等于3．0m·s^-1,且全年风向、风速跃变小,习平均有效风能时数大于等于13．9h,年平均有效风能时数大于等于5000h,因此具有较大的风能开发利用价值;北部荒漠和沙漠地区年平均风速为2．7m·s^-1,一年中3～7月风速较大,日平均有效风能时数为8．7h,年平均有效风能时数为2913h,年平均有效风能密度为82．7W·m^-2,具有季节性风能开发利用价值;位于绿洲盆地的凉州区由于各项风能参数均较小,不适宜进行风力发电。根据河西走廊东部地域和气候特点,分析了风能开发利用前景。     

近50年河西绿洲地面风的时空变化特征

根据河西绿洲13个气象台站1951年1月—200O年12月的地面风资料,统计分析了河西绿洲地面风的时空变化特征。河西绿洲大多数台站夏季盛行偏东风,冬季盛行偏西风,各站的最大风速一般出现在春季。绿洲中静风频率较高,绿洲各站地面风平均风速在20世纪5O年代有一峰值,但时间跨度较短,之后波动增加,至70年代达到峰值,然后逐渐减少。河西绿洲大部分台站从70年代盛行风向发生了改变。河西绿洲一些站的地面风向存在昼夜反向的特征。     

河西走廊近40a气候生产潜力特征研究

根据河西走廊20个气象台站1971—2006年4—9月温度和降水资料,采用Thornthwaite Memorial模型计算气候生产潜力,使用Mann-Kendall检验、EOF经验正交函数、敏感性分析等研究其时空变化特征。分析表明,河西走廊农业气候资源与地理分布显著相关,东南部明显优于西北部。气候变化显著趋暖,气候生产潜力减少趋势明显,减少中心向西偏移,严重限制了西部农业发展。气候生产潜力对温度响应东部比西部明显,特别是祁连山东段增暖增益显著;对降水响应西部比东部明显,尤其是西部及临近沙漠边缘地带干旱区增湿增益显著;暖湿效应使气候生产潜力普遍增加。在农业集中区降水对气候生产潜力影响比温度显著,从根本上看降水是研究区域农业增产的首要因素。     

河西走廊沙尘暴的时空变化特征与其环流背景

利用近50年来的气象台站观测资料和NCEP／NCAR再分析气候资料,分析了河西走廊沙尘暴频数的空间分布特征和时间变化规律以及有利于中国北方沙尘暴多发／少发的环流气候背景。结果表明：河西走廊沙尘暴的分布主要是沙漠边缘干旱化不稳定过渡带的产物,即在同样的大气条件下,下垫面条件决定沙尘暴的空间分布;河西走廊沙尘暴的时间分布主要与大风有关,在日变化、年变化、年际变化和年代际变化中都是如此,即在确定的下垫面条件下,大气(风)状况决定沙尘暴的时间变化;蒙古低(槽)、乌拉尔高(脊)的环流形势配置是沙尘暴过程中的典型背景条件,不仅在天气尺度是如此,在年际、年代际尺度也是如此;河西走廊沙尘暴的EOF分析表明,沙尘暴频数在20世纪末到本世纪初有一个明显的回升趋势,上升幅度已接近总下降幅度的四分之一至三分之一。     

河西走廊近57年来干旱灾害特征时空演化分析

根据1960-2016年河西走廊及其周边地区15个气象站点的逐月降水系列数据,采用标准化降水指数表征年、季的干旱等级,分析了河西走廊的15个气象站点的干旱频率、干旱站次比和干旱强度的演化趋势。结果表明:(1)近57年来,河西走廊地区年尺度、春季、夏季和冬季的干旱站次比均呈减小趋势,秋季干旱站次比呈现出不显著的增加趋势,其中春季和秋季全域性干旱发生的频率都高于29. 8%;(2)河西走廊地区年尺度和四季的干旱强度均呈减小趋势,研究区的干旱强度主要以轻度干旱和中度干旱为主;(3)干旱的空间分布具有明显的区域特征,其中酒泉和玉门是干旱频发地区,河西走廊地区有66. 7%的站点在年和季节尺度上都呈干旱减弱的趋势。干旱的减弱有利于当地的农业生产和生态环境,但是在气候变化的背景下,河西走廊地区局地暴雨和山洪灾害发生的可能性变大,要在抗旱的同时加强洪涝灾害的防御。     

河西走廊太阳辐射时空分布特征及太阳能资源评估研究

利用1961—2020年河西走廊3个太阳辐射站和19个气象站资料,推算河西走廊各站太阳总辐射量,得出该地区太阳总辐射空间分布和时间变化特征,进一步采用相关系数法分析了太阳总辐射的气候影响因素。结果表明：(1)太阳总辐射空间分布在年及春、夏、秋季呈西北向东南递减,冬季呈西北向东南增加。(2)太阳总辐射在月际和季节分布上呈单峰型,5月最强,12月最弱,夏季最强,冬季最弱。(3)年太阳总辐射呈增加趋势,其线型倾向率为6.3 MJ/(m²·10 a),其中夏、秋、冬季总辐射呈减少趋势,夏季下降最明显,而春季呈明显增加趋势。(4)年、季总辐射都表现出2～3、5～6 a短周期及8～10 a长周期振荡。(5)太阳总辐射量与相对湿度、降水量、总云量、低云量及浮尘、扬沙、沙尘暴日数总体呈负相关,与气温和日照时数呈正相关。(6)河西走廊太阳能资源丰富程度和稳定度表现一致,都呈现为由西北向东南递减的趋势,资源相对丰富的地区稳定度也相对较高。     

河西走廊东部冬季沙尘暴的典型个例及气候特征分析

应用1971—2016年河西走廊东部代表站的地面观测资料、NCEP 2.5°×2.5°月均地面至300 hPa高空资料,2006—2016年民勤逐日07和19时每隔10 m加密高空资料,分析了近45年河西走廊东部冬季沙尘暴天气的年际变化特征。同时选取2016年11月两次沙尘暴天气过程从天气学成因、物理量场及近地面边界层特征等方面进行了诊断分析。结果表明:近45年河西走廊东部冬季沙尘暴日数呈减少趋势,产生大风沙尘天气的主要原因不仅与大型冷暖空气强度及环流形势有关,还与冷锋过境时间、日变化、近地层风速和干湿程度关系密切。夜间至早晨近地面逆温厚且强,大气层结稳定,削弱沙暴强度,而午后到傍晚,逆温薄而弱,大气层结不稳定性强,加强了动量下传和风速,增强沙暴强度。近地层越干,风速越大,沙暴越强。     

近30a牡丹江市寒潮的时空分布特征及其变化分析

本文利用牡丹江市7个观测站1981-2010年的逐日平均气温和最低气温资料,根据牡丹江市地方寒潮标准,统计各个测站的历年寒潮发生次数;在GIS技术支持下,选取7个测站分析寒潮发生次数的时空变化规律.研究结果表明:牡丹江市30 a共发生寒潮149次,年代际间呈减少趋势;综合三季看,冬季最多,秋季次之,春季最少.绥芬河是寒潮高发区,东宁最少;全年、春季和冬季寒潮频次的区域分布自东向西递减,秋季寒潮呈现中心多四周少的空间分布.     

河西走廊东部“2018.3.19”强沙尘暴特征分析

利用常规气象观测资料和ECMWF数值预报产品初始场资料,对2018年3月19日河西走廊东部的大风强沙尘暴天气过程进行了分析。结果表明:500 hPa蒙古西部到新疆东部低槽是此次区域性大风沙尘暴发生的影响系统,700 hPa河西走廊东部变形场是大风沙尘暴的触发系统,午后气温日变化加大了地面冷锋前后的气压梯度和温度梯度,冷锋前后Δp3达8.3h Pa,造成冷锋移至河西走廊东部产生强烈锋生是沙尘暴爆发的直接原因;随着河西走廊东部上空高空西风急流风速增大、高度降低,风速为14 m·s~(-1)的强风速带伸展到地面,将高空动量向下传播,加之北风前锋到达之处,沙尘暴爆发;沙尘区低层辐合、高层辐散,以及无辐散层和-52.6×10~(-3)hPa·s~(-1)的强上升运动一致,有利于增大近地面沙尘浓度;V-3θ曲线显示强垂直风速切变和上干下湿的状态,为此次沙尘暴的发生发展提供了不稳定的环境条件;前期降水稀少,气温异常偏高的气候背景和边界层逆温层破坏,中低层干热及地面风速增大,为沙尘暴天气爆发提供了前期气候背景和不稳定及动力条件。     

河西走廊东部强降温变化特征和典型环流型

利用河西走廊东部1961—2010年5个气象站日最低气温观测资料,计算了50 a强降温24 h(48 h)最低气温下降≥8(10)℃、最低气温≤4℃次数,采用统计学方法系统分析了该区域强降温的时空分布以及强度等气候特征,然后利用19912010年ECMWF 500 hPa(2.5°×2.5°)数值预报格点资料,分析了该地强降温的环流特征,最后研究了强降温次数与大气环流特征量的关系。结果表明,受地形地貌、地表植被以及山脉阻挡的影响,河西走廊东部强降温次数的地域分布存在明显差异,海拔较高的山区和北部沙漠边缘强降温次数明显多于绿洲平原区。强降温天气具有明显的区域性特征,随着强降温站数的增多,强降温的次数在减少;24和48 h强降温年代、年次数总体呈减少趋势,其强降温次数时间序列均存在4~6 a的准周期变化,但未出现突变现象。强降温天气主要发生在1-5和9-12月,4月强降温次数最多。各强度强降温次数的变率较大,随着降温强度的增大,强降温次数迅速减少,24 h强降温强度呈较弱减弱趋势,48 h强降温强度呈较弱增强趋势。河西走廊东部强降温天气的典型环流形势分为西北气流型和偏北气流型两大类,其中西北气流型次数多于偏北气流型。河西走廊东部月强降温次数与表征高空冷空气的强度和移动路径的大气环流特征量表现为显著的正相关,说明河西走廊东部强降温次数与高空冷空气的强度和移动路径的关系密切,高空冷空气的强度和移动路径是强降温预测的强信号。     

河西走廊东部冬季浅层地温与春季沙尘天气的关系

利用河西走廊东部民勤、凉州、永昌3个气象站1960~2010年冬季0、5、10、15、20 cm地温和1961~2011年春季沙尘暴和扬沙天气的常规观测资料,分析了河西走廊东部冬季浅层地温和春季沙尘天气日数的时空特征,进而探讨了春季沙尘天气与冬季浅层地温的关系。结果表明:受海拔高度、地理位置等影响,河西走廊东部冬季浅层地温有明显地域差异,其中高海拔的永昌最低,低海拔的民勤次之,而海拔介于民勤和永昌之间的凉州最高;春季沙尘天气日数自低海拔地区向高海拔地区逐渐减少,即民勤最多、凉州区次之、永昌最少;河西走廊东部的沙尘天气日数与浅层地温在空间上呈一定的负相关,二者的年变化趋势明显相反,即冬季浅层地温总体呈逐年升高的趋势,而春季沙尘日数呈逐年减少的趋势,且都存在6~7 a和9~10 a的周期;相关分析表明,河西走廊东部春季沙尘日数与冬季浅层地温呈负相关,其中与0 cm地温的相关性最显著。     

1961-2017年京津冀地区寒潮活动特征

基于1961—2017年京津冀地区126个气象观测站逐日最低气温和降水资料,分析该区域寒潮发生频次时空变化特征,在此基础上通过定义的干湿判别指标分析区域性寒潮的干湿特征。结果表明：(1)京津冀地区单站寒潮年平均发生频次空间分布呈西北多东南少,86%的站点寒潮年发生频次呈减少趋势。(2)1961—2017年寒潮累计发生站次呈显著减少趋势(P<0.001),气候倾向率为-5.7站次·a^-1,且在1983年发生突变。1961—1971年寒潮累计发生站次出现峰值,从1972年开始锐减,2007—2017年寒潮平均发生站次为历史最少。(3)1961—2017年区域性寒潮发生频次年际变化总体呈递减趋势,气候倾向率为-0.282次·(10 a)^-1, 1960年代冬季区域性寒潮发生频次最多,1970年代秋季和春季最多,2000年代冬季和春季为次高峰期,2011—2017年3个季节最少。区域性寒潮发生频次季节分布中以秋季出现最多、其次是冬季、春季最少;10月、11月寒潮最为活跃。(4)京津冀地区区域性寒潮过程干过程发生频次最多,2011—2017年区域...     

河西走廊地-气之间感热交换的年变化与年际变化

本文利用1971～1980年河西走廊12站地面月半均气候资料,计算并分析了河西走廊地-气之间感热交换的时空变化特征。结果表明:河西走廊各站地面感热通量的年变化与地面净辐射能收支的年变化完全一致,此特点与高原不同;在该区内地面感热通量的年变化有明显的地域差异;功率谱分析发现,该区月平均地面感热通量有显著的准3年周期波动。     

河西走廊大风持续时间的气候特征

分析了河西走廊1980~2010年一日大风持续时间的气候特征。结果表明:河西走廊一日大风平均和最长持续时间的空间分布特征与大风日数基本一致,总体上自东向西、自南向北增多,且随海拔高度的升高而增多。全区年大风平均持续时间在7~207 min之间,平均为65 min。大风一日最长持续时间是1 390 min。酒泉市大部、永昌、民勤和乌鞘岭年大风平均和最长持续时间偏长,其余地方偏短。各季大风平均和最长持续时间,春季最长、冬季次长、夏季最短、秋季次短。年一日大风持续时间的频率为偏态分布,在0~2 h的累积频率为0.67。风速偏小站大风的持续时间基本为0~12 h,风速偏大站大风的持续时间在12~24 h,这说明风速越大,大风的持续时间越长。     

1980～2017年四川盆地寒潮及其气温变化特征

利用“中国地面气候资料日值数据集(V3.0)”1980～2017年的地面日平均气温、最高气温和最低气温资料,按照四川盆地寒潮业务标准统计分析了38年四川盆地出现的77次区域寒潮特征及其日平均气温、最高气温和最低气温的变化特征,结果发现:近38年四川盆地区域寒潮频次呈不显著的增加趋势,增速为0.18次/10a,而强度呈显著增强趋势,增速为1.14℃/10a;平均最高气温和最低气温均表现为弱的升高趋势,且冬季比春、秋季升温趋势显著。寒潮天气过程中24h内主要表现为最高气温的下降,最低气温普遍下降不明显且近50%的站点趋于上升;最高气温累计降幅,春、秋季明显大于冬季,而最低气温累计降幅季节差异不大。给出72h气温累计变化趋势,类同24h。      

1960—2006年重庆高温日数时空变化特征

利用重庆市1960-2006年35个地面气象站逐日气温资料,分析了近47年来重庆市高温日数的时空变化特征.结果表明:重庆市有四个主要的高温多发区,分别在东北角的巫山、北部的万州、中部的涪陵和丰都一带以及西南角的万盛和綦江附近;较重高温、严重高温和特别严重高温的最大值分别为21d/a、14d/a和2d/a左右.重庆市高温日主要发生在7月和8月,其中8月的高温日数和高温强度都大于7月;近47年全市高温日数大体呈现出"增加-减少-增加"的变化趋势;尤其是大于40℃的高温日数变化最为明显.