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。     

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。     

1960-2017年河西走廊东部寒潮时空变化特征

利用甘肃河西走廊东部5个气象站1960—2017年平均气温和最低气温逐日资料,采用线性趋势法、Mann-Kendall检验及Morlet小波分析等方法,从单站和区域角度出发,统计分析河西走廊东部地区寒潮的时空变化特征。结果表明:河西走廊东部单站寒潮次数及强度存在明显的空间差异,除武威站外寒潮频次自北向南逐渐减少,而寒潮强度则呈现南北两端强、中间弱的分布特征。单站寒潮主要发生在9月到次年5月,而区域性寒潮多发生在10月至次年5月,单站和区域性寒潮在春季最易发生,而最强区域性寒潮易出现在秋季。近58 a来,河西走廊东部民勤、永昌、武威3站寒潮次数均发生了由多到少的显著突变,突变点分别为1973、1973、2014年,且5站寒潮频次均存在41 a左右的周期变化;区域性寒潮频次呈现明显的"显著减少-波动变化-缓慢增加"阶段性年代际变化,但未发生显著突变,且具有42 a、15 a、8 a、4 a的变化周期。现行寒潮统计标准无法完全反映气温缓慢下降的冷空气活动。     

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“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。     

河西走廊农业区春季气溶胶光学特性

为研究干旱农业区农耕季节气溶胶的基本光学特性,2014年4月利用地面气溶胶移动集成系统在甘肃武威黄羊镇农场开展气溶胶综合观测试验。结果表明,河西走廊黄羊镇农场PM2.5和PM1.0的散射系数以及PM2.5的吸收系数分别为98.2±38.3、74.6±29和8.8±6.3 Mm-1,均小于中东部地区观测值。气溶胶单次散射反照率为0.90±0.03,PM2.5和PM1.0的Angstrom指数分别为1.31±0.29和2.10±0.24。散射系数和吸收系数的日变化具有明显的双峰特征,单次散射反照率在散射系数出现峰值的时间段出现谷值。黄羊镇农场受人为气溶胶影响较大,西、西南和东南方向来的气溶胶散射系数和吸收系数值较大,西北方向传输过来的气溶胶主要是农业生产活动产生的。     

河西走廊东部“2008.5.2”强沙尘暴成因分析

利用常规探测、地面加密观测、涡度相关系统、T213L19数值预报产品、以及FY-2c/2d红外卫星云图资料,对2008年5月2日河西走廊东部的大风强沙尘暴过程的成因进行了天气动力诊断和中尺度分析。结果表明:地面冷锋伴随的强风暴是产生强沙尘暴的主要原因。500 hPa阶梯形短波槽为沙尘暴的发展提供了大尺度环流背景,700 hPa变形场是大风沙尘暴的触发系统,地面热低压的发展加大了冷锋前后的气压和温度梯度,为对流发展提供了热力不稳定条件。高空急流入口区南侧的次级环流为深对流发展提供了深厚的垂直环流发展条件,是沙尘暴发生的基本动力;地面摩擦风引发的强动量通量为沙尘卷起提供了基本的动能。较强的不稳定层结为对流发展提供了位能转化为动能的基本条件。垂直螺旋度对沙尘暴的落区具有较好的指示意义。     

强地震与河西走廊月降水异常关系研究

利用河西走廊地区月降水和地温、地震资料,分析该区域降水异常与地震的关系。结果表明:河西走廊降水异常可分为4个区;强地震会造成河西降水半年以上持续多雨(少雨),影响河西走廊降水异常的强地震分布在6个区域;各区域地震对河西走廊降水异常影响不同,主要有河西本区及上游强震将使河西半年内持续多雨,中阿巴热点和S涡列的强地震将使本区半年内持续少雨。     

河西走廊盛夏一次强沙尘暴天气综合分析

利用常规气象观测资料和NCEP／NCAR月平均再分析资料,对2003年7月20日甘肃河西走廊一次历史上少见的区域性夏季沙尘暴天气进行了分析。研究发现：高空小槽、切变线、热低压是引发夏季沙尘暴的主要天气系统。夏季沙尘暴发生过程中,各测站出现了气压跃升、风速猛增、气温下降、湿度增加等现象,但变化幅度小于春季。夏季沙尘暴云图特征表现为中小尺度云团,TBB≤-35℃的云团在一定程度上能够反映沙尘暴天气的变化。诊断分析表明,沙尘暴爆发前散度场呈低层辐合高层辐散状态,沙尘暴发生在最大垂直速度出现以后,同时水平螺旋度对夏季沙尘暴预报有较好的指示意义,螺旋度正值越大,沙尘暴越强。     

2009～2010年河西走廊大风日低空垂直切变和湍流统计特征

为了给河西走廊风电场建设提供科学依据,利用河西走廊14 座风能观测塔2009 年9 月至2010 年8 月的资料,分析了大风日低空垂直切变和湍流的演变和分布.结果表明：大风日风速垂直切变指数年平均在0. 092 ～0. 158 之间,较国标有些偏低;10 ～ 30 m、10 ～ 50 m 和10 ～ 70 m 的大风日风速垂直切变指数比非大风日偏小;低层风速垂直切变大,高层风速垂直切变小;大风日10 m、30 m、50 m 和100 m 4 层的年平均湍流强度为0. 11,比非大风日偏小一半左右;在大风日,随风速增大,风速不均一性减小,风向趋于稳定.     

河西走廊农灌区耕作土壤次生盐渍化成因与防治对策

产生河西走廊耕作土壤次生盐渍化的主要成因。概括起来为大水漫灌、串灌；大块田土地不平整，灌水不均匀；化肥施用量过高；作物耕作制度不合理；土地弃耕和渠道渗漏等。防治对策是平整土地、合理密植、增大有机肥施用量、节水灌溉防止弃耕。     

甘肃河西走廊春季强沙尘暴与低空急流

使用NCEP/NCAR全球再分析网格点资料(2.5°×2.5°纬度/经度)和我国区域性沙尘暴过程历史资料,分析了春季大气环流特征及低空急流与甘肃河西走廊春季强沙尘暴的关系。结果表明,在东亚中纬度高空维持纬向强急流锋区的情况下,极易造成甘肃河西走廊春季强沙尘暴的低空急流产生。揭示了沙尘暴形成的大尺度环流动力影响因子的事实,指出可将产生这种低空急流特征的西风带大型环流的调整过程,作为甘肃河西走廊春季强沙尘暴天气的预警信号,而低空急流的位置及强度又可作为沙尘暴强度及沙尘暴发生和影响区的预报指标。     

河西走廊沙尘暴特征及气候成因分析

本文主要分析了河西走廊春季沙尘暴多发的原因,指出河西走廊所处的特殊的地理位置和独特的地形地貌以及干旱少雨的气候背景是沙尘暴频繁发生的主要原因。河西走廊的沙尘暴过程次数自1955年以来总体呈减少趋势,上世纪70年代最多,90年代最少。研究发现,河西走廊沙尘暴发生与东亚冬季风的强弱有直接关系．并且与前期秋、冬季赤道中东太平洋海温关系密切．海温偏高时,东亚冬季风较弱,河西走廊发生的沙尘暴较少,海温偏低时,东亚冬季风较强,河西走廊春季容易发生沙尘暴。     

河西走廊春季大风、沙尘暴的成因差异初探

通过对河西走廊1971～2000年3～5月大风和沙尘暴个例普查,运用相关法分析了河西走廊大风和沙尘暴天气在时间上的分布差异和沙尘暴与沙源地区前期降水的关系,同时对“起沙风”也作了初步探讨,结果表明：河西走廊地区在10min平均风速大于等于9m／s时,极易起沙;河西走廊的西部、中部、东部分别在南疆中东部、南疆东部内蒙西部河西西部、内蒙中西部出现5～8mm降水后5天才有可能出现沙尘暴。文中给出了河西走廊大风沙尘暴的几种典型环流形势及每一种环流形势可引发沙尘暴的预报着眼点。     

河西东部绿洲农作物生物量变化特征初探

利用地处干旱绿洲的河西走廊东部武威农业气象试验站1994—2001年农作物玉米生物量观测资料,分析了河西走廊东部绿洲农作物生物量年际、年内变化特征。结果表明：玉米叶面积、叶面积指数及叶、穗、株干重的年内变化呈S型曲线,叶、叶鞘、茎、穗、株鲜重及叶鞘、茎干重的年内变化表现为缓慢增长快速增长一缓慢增长一下降的趋势;各生物量数值在不同生长发育期存在不一致的年际变化,而生物量年内变化趋势在不同年份基本保持一致,但阶段变化速率有一定的年际差异。研究认为：在全球气候变化大背景下,农作物生物量变化的基本特征没有改变,但全球气候变化对农作物生物学进程及其生物量积累产生了一定的扰动．并且在不同生物量的不同生长时段产生不同的影响。     

Relationship Between Soil Temperature in May over Northwest China and the East Asian Summer Monsoon Precipitation

This study investigates the relationship between the soil temperature in May and the East Asian summer monsoon （EASM） precipitation in June and July using station observed soil temperature data over Northwest China from 1971 to 2000.It is found that the memory of the soil temperature at 80-cm depth can persist for at least 2 months,and the soil temperature in May is closely linked to the EASM precipitation in June and July.When the soil temperature is warmer in May over Northwest China,less rainfall occurs over the Yangtze and Huaihe River valley but more rainfall occurs over South China in June and July.It is proposed that positive anomalous soil temperature in May over Northwest China corresponds to higher geopotential heights over the most parts of the mainland of East Asia,which tend to weaken the ensuing EASM.Moreover,in June and July,a cyclonic circulation anomaly occurs over Southeast China and Northwest Pacific and an anticyclonic anomaly appears in the Yangtze and Huaihe River valley at 850 hPa.All the above tend to suppress the precipitation in the Yangtze and Huaihe River valley.The results also indicate that the soil temperature in May over Northwest China is closely related to the East Asia/Pacific （EAP） teleconnection pattern,and it may be employed as a useful predictor for the East Asian summer monsoon rainfall.