高空急流对一次强沙尘暴过程沙尘传输的影响

使用GRAPES_SDM沙尘暴数值模式,对2011年4月28-30日中国北方强沙尘暴天气进行分析,讨论高空急流在此次过程中对沙尘传输的影响,得出以下结论:（1）GRAPES_SDM沙尘暴模式较好地模拟了此次沙尘暴过程的范围和强沙尘暴中心,整体模拟效果较好;（2）沙尘天气发生时间及移动路径与200 hPa高空急流的加强、移动发展有很好的对应关系;（3）高空强纬向风速的加强能够促使中低层形成垂直环流圈,其下沉支流使高空动量有效下传到近地面,进而在地面形成大风及扬沙和沙尘暴天气,强沙尘暴中心位于此垂直环流圈的下沉支;（4）等熵位涡与高空急流及地面沙尘浓度分布演变有很好的对应关系,等熵位涡位于高空急流北侧,地面沙尘浓度中心位于高空急流出口区、等熵位涡中心西南侧、等值线密集带;高层高值位涡区向下延伸的路径与高空急流北侧纬向风速等值线密集带有非常好的对应关系。本文还通过对高空急流轴线动力、热力结构垂直剖面的分析,探讨了高空急流对大范围沙尘天气影响的可能机制。     

近年来GRAPES-SDM沙尘模式预报效果检验评估

使用天气学检验方法,对中国气象局兰州干旱气象研究所目前使用的GRAPES-SDM沙尘暴预报业务模式在2008-2011年春季沙尘天气预报情况进行检验评估。结果表明：①自2008年以来,GRAPES-SDM沙尘暴模式对中国北方区域沙尘天气的模拟预报能力较好,TS评分和预报效率保持较高的水平;②模式对内蒙古地区、河套地区及甘肃河西地区的预报效果最好,但常有空报或预报沙尘强度偏强的现象;模式能预报出南疆盆地的沙尘天气,但常有预报范围偏小、强度偏弱的现象;对青海地区的沙尘天气常有漏报现象;③模式对沙尘暴频发地区的预报效果较好,对沙尘天气偶发地区容易漏报,模式对新疆东部、内蒙古中西部地区空报较多;④模式对大范围沙尘天气过程的预报能力较好,对零星沙尘天气预报能力较差。通过检验,我们还提出了改进和完善GRAPES-SDM沙尘暴预报系统的一些建议。     

天山暴雨数值模拟的试验研究

利用新疆天山地区加密自动气象站资料、常规探空资料和NOAA卫星AMSU辐射亮温资料,应用中尺度模式(WRF-ARW)和(3DVAR)同化系统,对2007年7月16-17日发生在新疆东天山的暴雨天气过程进行了数值模拟试验。结果表明:①通过WRF模式对天山地区“2004-07-18”和“2010-06-22”两次暴雨过程的数值模拟试验, WRF模式在天山地区以Lin微物理过程方案,Grell积云对流参数化方案,MYJ边界层参数化方案,耦合Noah陆面模式的方案组合更优。②同化天山地区加密自动气象站资料、常规探空资料和AMSU-A/B辐射亮温资料,使初始场更接近于当时的实际大气状况,且同化后的模拟预报效果,无论是对降水落区还是对降水强度均较控制试验有明显的改善。③适当提高模式水平分辨率,有助于改进暴雨落区的预报强度。     

地面加热对沙尘暴数值模拟结果的影响研究

利用沙尘数值预报模式并针对2002年3月18—20日典型沙尘暴过程,模拟研究了地面热通量对沙尘暴的影响及其机制。结果发现,沙尘天气数值预报模式较准确地模拟了本次沙尘暴过程。模式对白天地面加热强度和夜间地面冷却强度均有一定程度的高估。地面热通量能够使沙尘暴明显增强,同时也通过导致地面风速、层结稳定度、地面摩擦速度产生明显的日变化,进而导致沙尘暴强度的日变化。地面热通量影响地面风速的方式是导致混合层形成,从而有利于产生高空动量下传。另外,沙尘暴发生时地面热通量主要影响地面和行星边界层中的天气要素,随时间推移地面热通量能够持续影响上升运动强度,且这一影响从边界层逐渐向上扩展到自由大气,并达到500 hPa以上。     

中国西北地区沙尘天气的时空位移特征

沙尘暴是一种灾害性的天气,具有明显的时空分布特征。中国西北地区风大、沙多,是沙尘天气和沙尘暴的易发地区。通过GIS技术,利用中国西北5省区和内蒙古西北部158个气象站的沙尘资料,对中国西北地区近45 a总沙尘天气（包括浮尘、扬沙）和沙尘暴的时空变化特征进行分析,初步探讨了不同时间、不同区域的沙尘天气和沙尘暴影响范围。结果表明,无论是沙尘天气还是沙尘暴,都具有明显的时空分布特征;各季节沙尘天气和沙尘暴的影响范围和发生程度不同,总的来说,中国西北地区以春季最为多发,约占全年总数的1/2,依次为夏季、冬季和秋季;不同的季节,不同程度沙尘天气和沙尘暴的影响范围不同,春季是低度易发生区和中度易发生区面积较大时期;夏秋冬是低度易发生区和不发生区面积较大的时期。上述分析表明,沙尘天气和沙尘暴发生的时间和空间都存在差异性。     

GRAPES-SDM沙尘模式预报与卫星遥感监测结果对比

GRAPES-SDM沙尘模式和卫星遥感监测是目前沙尘暴监测预报业务中重要的工具.本文使用天气学检验方法,对中国气象局兰州干旱气象研究所目前使用的GRAPES-SDM沙尘模式2012年春季沙尘天气预报情况以及FY-2D卫星遥感产品沙尘指数IDDI的监测效果进行检验评估.结果表明:沙尘模式在西北沙尘暴预报业务中具有很好的预报参考价值,卫星遥感沙尘指数也具有较好的监测效果,但两者均存在一定的问题.沙尘模式对大范围沙尘暴过程有较好的预报能力,但对沙尘强度预报偏强;卫星遥感沙尘指数虽然不能定性地表示沙尘强度,但是在一定程度上能够反映沙尘强度的变化,不过反映沙尘强度的数值及其分布区间还有待于进一步完善.卫星遥感在南疆盆地常会将大片深厚的沙尘气溶胶区域误判为云区,造成对沙尘天气特别是沙尘暴天气未能识别的现象,另外IDDI指数不能用于夜间沙尘监测.     

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。     

南疆“3.12”强沙尘暴天气数值模拟与诊断分析

春季是南疆塔里木盆地沙尘暴天气的高发季节。利用GRAPES中尺度数值模式,以GFS资料作为初值场和侧边界值,对新疆2011年3月12日南疆出现的强沙尘暴天气进行数值模拟,并利用模式输出结果对这次过程作诊断分析。结果表明,GRAPES中尺度模式对高空槽、西风带、地面温度等强沙尘暴主要影响系统发生、发展及强度模拟效果较好,能模拟出产生这次强沙尘暴的强风天气形势和上升运动;西西伯利亚地面冷高压爆发性南下并强烈发展是造成强沙尘暴天气的重要地面天气系统;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;上升运动转为下沉运动是沙尘暴的最强时段。     

塔克拉玛干沙漠腹地及周边地区PM10时空变化特征及影响因素分析

利用Thermo RP 1400a对塔克拉玛干沙漠腹地塔中及周边的哈密与和田进行了长达6 a多的沙尘气溶胶PM10连续观测,结合气象资料,分析了该区域沙尘气溶胶PM10的基本特征及影响因素。其结果是:①在哈密、塔中与和田,浮尘、扬沙日数呈上升趋势,沙尘暴日数变化不明显,沙尘天气出现的频率和强度是影响沙漠地区沙尘气溶胶PM10浓度的主要因素。②PM10质量浓度具有明显的区域分布特征,塔克拉玛干沙漠东缘的哈密最低,其次为沙漠南缘的和田,最高的为沙漠腹地的塔中。③每年3—9月是哈密PM10质量浓度的高值时段;塔中与和田PM10质量浓度高值时段分布在3—8月,平均浓度分别在500~1 000 μg·m-3之间变化。④哈密、塔中与和田PM10季节平均浓度变化特征,春季>夏季>秋季>冬季;PM10平均浓度最高的塔中,春季在1 000 μg·m-3左右变化,夏季在400~900 μg·m-3之间,秋冬两季浓度较低基本上在200~400 μg·m-3之间变化。⑤哈密、塔中与和田沙尘暴季节PM10浓度远高于非沙尘暴季节,沙尘暴季节浓度基本上为非沙尘暴季节浓度的两倍以上;塔中2004年和2008年沙尘暴季节平均浓度分别是非沙尘暴季节的6.2倍和3.6倍。⑥沙尘天气过程中PM10质量浓度变化具有以下规律,晴天<浮尘天气<浮尘、扬沙天气<沙尘暴天气。⑦风速大小直接影响大气中PM10浓度,风速越大浓度越高。气温、相对湿度和气压是影响沙尘暴强度的重要因素,也间接影响大气中PM10浓度的变化。     

民勤与周边土地覆盖变化及对沙尘模拟结果的影响

利用民勤与周边地区2005年的Landsat-5 TM影像和1∶25万的DEM资料,在ArcGIS的支持下,对GRAPES_SDM沙尘模式中原有的20世纪80年代的地面信息进行更新与对比,在此基础上就2010年4月23日至25日的沙尘天气过程进行土地覆盖更新前后的数值模拟对比试验,并结合民勤站的沙尘浓度观测数据对模拟结果进行评价分析。结果表明,与模式中原有的土地覆盖信息相比,民勤及周边地区2005年的沙地、草地、耕地、水体、湿地面积明显减少,城乡用地变化不大;土地覆盖变化影响了模式输出的起沙通量和沙尘浓度的范围与强度。一方面,土地覆盖的更新使得起沙总体上有所减弱,且影响程度随过程的增强而逐渐增大。另一方面,土地覆盖变化对地面沙尘浓度的影响具有初期性、移动性和尺度适应性,同时也显著地改变了沙尘浓度的垂直分布。此外,起沙过程中土地覆盖信息的更新有利于民勤站沙尘浓度模拟值接近观测值,表明沙尘模式中的土地覆盖信息应该具有现势性。     

影响中国西北及青藏高原沙尘天气变化的因子分析

利用1948—2006年的NCEP(2.5°×2.5°)月平均再分析资料,分析了影响西北及青藏高原沙尘天气变化的动力、热力因子。结果表明:①200 hPa副热带西风急流是影响沙尘天气的动力因子,高层天气系统的季节性变化,导致了其位置及强弱的季节性变化,从而导致了高原南部扬沙、沙尘暴季节性南北移动;急流的动力结构使局地环流得以形成,局地环流的下沉支流使得高空动量下传,使地面风速增大,从而使扬沙和沙尘暴发生。②浮尘和扬沙、沙尘暴天气成因有所不同,地表温度等热力因素对浮尘天气有直接影响;而急流等动力因子则影响浮尘天气的频率,对发生范围影响较小;动力因子是扬沙、沙尘暴发生的直接原因;500 hPa锋生函数大值带的季节性南北移动也是扬沙、沙尘暴南北季节性变化的重要原因。③500 hPa水汽输送带的边缘是扬沙和沙尘暴容易发生的区域。④地表湿度是沙尘天气发生的一个因子,当地表较干时,沙尘天气发生频率增加,而当地表湿度增大时,沙尘天气发生的频率减小。     

一次沙尘过程对天津气溶胶浓度分布的影响

利用气溶胶质量浓度和数浓度监测资料以及不同高度的常规气象资料,结合后向轨迹模式,分析2011年4月30日至5月1日一次沙尘天气过程对天津城区气溶胶浓度的影响。结果表明：沙尘过程前的轻雾天气下PM1贡献了气溶胶质量浓度的96%和数浓度的99.9%以上;本次沙尘天气存在两个不同的浮尘过程,主要区别体现在细粒子浓度差异上,第一次浮尘过程PM1~2.5、PM2.5~10和PM10~100分别占气溶胶数浓度的6.5%、2.5%和0.1%,第二次浮尘过程占比则依次为11.3%、2.6%和0.01%;两次浮尘过程气溶胶粒子性质有明显差异,第一次浮尘过程中粗粒子浓度占PM10的80%以上,第二次浮尘过程风向转变为偏北风,细粒子浓度增高至40%,气溶胶由单纯的沙尘气溶胶转变为沙尘-污染气溶胶。     

河西走廊沙尘活动对兰州PM10浓度的影响及其评估

通过分析2001—2005年河西走廊沙尘活动对兰州PM10浓度的影响并对其进行评估,得出如下结论：兰州的PM10浓度具有双峰值特征,两个峰值分别出现在冬半年的12月和3月,河西沙尘发生次数呈单峰型变化,峰值出现在4月,达到9.8次,对比两者的变化可知,河西沙尘活动的峰值对应春季兰州PM10浓度的次高峰。研究认为冬季特殊边界层条件是造成兰州PM10浓度高峰值的主要原因;春季河西沙尘发生次数与同期兰州PM10浓度呈显著正相关,沙尘暴活动的多发对应兰州PM10浓度次峰值。沙尘指数的定量分析认为,兰州年度（3月,4月）PM10浓度的16.4%（32.0%,47.1%）与河西走廊沙尘活动的影响有关系;兰州年度（3月,4月）PM10质量浓度中的8.8%（13.9%,23.1%）是河西走廊沙尘活动向兰州输送PM10颗粒的结果;河西走廊的沙尘活动能使兰州沙尘影响日PM10浓度增加数倍。河西走廊沙尘活动在不同时间段的影响程度不同。     

利用遥感综合分析西风引导气流与地形对沙尘运移路径的影响

沙尘暴的发生受大气环流、地表状况、降雨的影响，还受到局部地区地形的影响。一次规模较大的沙尘暴过程，沙尘可以从蒙古国和我国西部沙源地输送到我国东部、韩国、日本乃至夏威夷、美国西海岸。中日亚洲沙尘暴ADEC项目对亚洲沙尘暴的起沙、传输和降落的运行机制已经作了深入的研究，并建立了亚洲沙尘暴的数值模拟系统。本文以影响北京地区的沙尘暴事件为例，利用遥感技术，综合DEM地形数据和地面实测数据分析西风引导气流和地形对沙尘运移路径影响，将MODIs影像数据和DEM地形数据以及地面观测站点实测数据相结合，进行综合分析，结果表明在一次沙尘暴过程中，沙尘在运移过程中的运移路径明显地受到西风引导气流、沙尘粒子自然沉降规律以及局部地形的影响，要预防(减少)北京地区的沙尘暴仅仅作好北京地区的生态环境建设是不够的，加强北京周边地区，尤其是张家口地区、官厅水库库区及库区周围地区的生态环境建设尤为重要。     

西北地区沙尘天气的时空特征及影响因素分析

利用1960—2005年西北地区135个台站的沙尘日数、月降水和气温资料,以及500 hPa高度场和太平洋海表温度资料,通过常规统计和诊断方法,分析了沙尘天气的时空特征及其影响因素。结果表明,除北疆北部外,西北地区大部分地方年平均沙尘日数在5 d以上,沙尘日数25 d以上的地方主要在南疆、青海西部、甘肃河西及中部地区以及宁夏、内蒙古中西部和陕北一带,而50 d以上沙尘高频区主要集中在塔克拉玛干沙漠周边地区以及巴丹吉林沙漠、腾格里沙漠和毛乌素沙地一带。沙尘天气在春季发生最频繁,而很少发生在秋季。近46 a年沙尘日数总体上呈显著下降趋势,在沙尘天气高发区的下降趋势更为明显。20世纪70年代中期开始,沙尘天气发生频数由较多期跃变为一个相对较少期。当北太平洋地区位势高度偏低,青藏高原至新疆500 hPa高压脊异常偏强,亚洲大陆中高纬高度场较常年偏高时,西北地区沙尘日数偏少,反之亦然。当春季太平洋海温表现为厄尔尼诺(拉尼娜)典型态时,同期沙尘日数偏少（多）。     

内蒙古中西部春季沙尘暴年代际振荡及环流特征分析

利用内蒙古中西部50个气象观测站1961—2000年春季沙尘暴日数资料,国家气候中心提供的北半球月平均500 hPa高度场网格尺度为10°(经度)×5°(纬度)的网格点资料、北半球500 hPa月平均环流特征量资料、东亚季风资料分析研究冬春季中高纬度大气环流的年代际尺度的演变特征及其对内蒙古中西部沙尘暴的影响,进一步揭示内蒙古中西部春季沙尘暴年代际变化的原因。结果表明：青藏高原位势高度、贝加尔湖地区位势高度、乌拉尔山地区位势高度、东亚冬季风、亚州经向环流、印缅槽、西太平洋副热带高压强度都对内蒙古中西部春季沙尘暴年代际振荡产生不同的影响。为内蒙古中西部春季沙尘暴的短期气候预测提供年代际尺度上的基本环流背景。     

沙尘暴过程地面测量与卫星同步观测实验及数据分析——以2002年沙尘暴事件为例

2001年中日亚洲沙尘暴项目ADEC在中国的新疆、甘肃、陕西、内蒙、北京、青岛以及韩国和日本布设了雷达气溶胶探测仪、沙尘颗粒收集仪、风速测量仪,结合利用卫星技术,于2002年4~5月对起沙、输送和沉降开展了实时监测和测量,获得地面风速、TSP、PM及地表温度等实测数据。以2002年3(4月沙尘天气为例,空中观测与地面监测密切结合,综合分析卫星遥感数据和地面实测数据,为沙尘暴综合分析与预测提供了基础数据。     

内蒙古沙尘天气少发季节沙尘天气预报技术分析

本文对2010年11月沙尘天气少发季节出现在内蒙古自治区西部地区但漏报的一次沙尘天气过程进行了详细的分析,从实际预报的角度出发,利用实际预报工作中可以用到的高空、地面、数值预报产品等相关资料,从产生沙尘天气的有利条件、大尺度环流形势演变及可能造成的其他灾害性天气、沙尘气候概率等角度较全面剖析了此次沙尘天气过程的漏报。分析得出:(1)沙尘天气不是单一出现的,都会伴随大风天气,但沙尘和大风的落区不尽相同,往往先出现大风再有沙尘天气出现,强沙尘暴区都伴有大风天气;(2)沙尘天气出现前会出现明显升温,无有效降水,沙尘过后有时伴有寒潮、雨雪天气;(3)大气的强斜压不稳定是产生沙尘大风的主要因素;(4)锋前上升运动较强,可达对流层中上层（400 hPa以上）;(5)沙尘出现时段整层对应正涡度区;(6)在沙尘暴过程中,午后产生深厚混合层的区域容易产生高空动量下传并形成地面大风。通过对漏报原因的分析提醒广大预报员在今后的预报工作中要增强多种灾害天气同时出现的预报敏感性,一定要在关注重点灾害的同时,避免对沙尘天气少发期沙尘天气漏报的现象。     

基于数据同化技术的延河流域绿水模拟研究

分别利用分布式时变增益水文模型（DTVGM）和分布式耗水过程模型（DEPM）对延河流域延安水文站以上区域进行水文过程模拟,并应用拓展卡尔曼滤波(EKF)算法对2个模型的绿水(实际蒸散发)模拟结果进行同化处理,从而优化了研究区的绿水量并得出绿水的空间分布规律。结果表明：在整个模拟期,DTVGM的月尺度效率系数（NSCE）达到了0.83,水量平衡相对误差为-1.97%,模型能够较好地模拟研究区的水文过程;DEPM的水量平衡相对误差为-1.81%,能较好地模拟流域的水量平衡;DTVGM和DEPM模拟的流域2010年平均绿水量分别为378.52 mm和375.55 mm,空间分布格局相似。与站点观测值比较,DTVGM和DEPM模拟绿水的NSCE分别是0.76和0.59,DEPM的结果具有更多的空间变化信息。同化结果表明EKF算法能综合优化2个模型的模拟结果,同化后DTVGM模拟研究区的平均绿水量为376.34 mm,NSCE为0.78;同化后研究区绿水标准差为40.37 mm,比同化前增加了7.79 mm,绿水空间分布体现了更多的空间变化信息,同时,空间分布时格局也更加合理。     

民勤“2010.4.24”黑风天气过程的稳定度分析

 2010年4月24日民勤出现黑风天气,给当地经济和社会造成严重影响。利用民勤黑风发生前后2010年4月24日08时~25日08时的探空观测资料,对大气不稳定能量、热力参数“V—3θ”和动力参数“相对风暴水平螺旋度”进行了计算分析。结果表明：黑风发生时,民勤近地面存在正不稳定能量,促使黑风在近地面层爆发性发展,使沙尘粒子在正不稳定能量区聚积,形成黑风墙。民勤黑风爆发前和爆发时大气温湿结构呈现出上湿下干的分布特征,低层湿度较小不利于降水产生,为沙尘扬起提供了较好的垂直方向的环境场条件;黑风爆发前大气层结500 hPa以下风场的垂直分布形成顺时针滚流,为对流性不稳定层结,气层有利于黑风生成和发展;黑风过境后,风场的垂直分布顺时针滚流下降至700 hPa以下,说明大气层结的对流不稳定层结变薄、减弱,700～500 hPa存在逆时针滚流,抑制上升运动,预示黑风将减弱。黑风爆发期间在河西走廊中部存在一个相对风暴水平螺旋度负值中心,中心值达到-870 m2 /s2,远小于强沙尘暴发生的临界值-600 m2 /s2,沙尘暴的强度与相对风暴水平螺旋度负值中心存在很好的对应关系。当民勤测站的相对风暴水平螺旋度＜0,其上游存在≤-600 m2 /s2的最小中心时,民勤测站将出现强沙尘暴;当民勤测站的螺旋度＜0,其上游存在正值中心时,下游存在负值中心时,民勤测站的沙尘暴结束,能见度好转。