利用EP/TOMS气溶胶指数分析中国和韩国的沙尘天气过程

利用 EP/TOMS卫星反演气溶胶指数、卫星云图和天气形势,研究了沙尘天气对大气气溶胶的贡献以及中国和韩国沙尘天气过程的强度及其演变。结果表明,TOMS气溶胶指数高值对应着沙尘天气的出现地区,可以判别和监测大规模沙尘天气,而且TOMS气溶胶指数能结合卫星云图、大气环流分析,对沙尘天气的影响范围和传输路径进行有效地预报。另外气溶胶指数能排除云的影响并准确地检测到云覆盖的地区。     

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.     

塔里木盆地沙尘多发季节沙尘日数与前一年大气环流指数的关系研究

应用塔里木盆地14站逐月的沙尘暴、扬沙、浮尘日数和中国气象局国家气候中心整理发布的74类大气环流月指数资料,分析了塔里木盆地4～6月沙尘暴、4～7月扬沙、3～5月浮尘日数与前一年大气环流月指数之间的关系。沙尘日数和环流因子序列均滤去了显著线性趋势,用滑动相关法提取了31组初始因子,分别建立回归模型,然后对回归结果进行两级集合。4～6月沙尘暴、4～7月扬沙、3～5月浮尘日数的集合回归拟合序列与实测序列的相关系数分别为0.9520、0.8124、0.8897。用逐级反推法,确定了与塔里木盆地沙尘多发季节3类沙尘日数有显著统计关系的前一年的大气环流指数因子数目分别为6个、7个和8个。有显著统计关系的前期环流因子对沙尘日数的异常偏多(少)年的预测能力存在不对称性。     

宁夏春季沙尘暴频次异常与北太平洋海温异常的关系研究

利用宁夏沙尘暴频次资料、500 hPa环流特征量资料、NCEP再分析资料、北太平洋海温场格点资料,采用相关分析、合成分析、小波变换、SVD分析,对宁夏沙尘暴频次与北太平洋海温场的关系进行了研究,探讨了北太平洋海温场通过影响大气环流异常再影响沙尘暴异常的途径。结果表明：宁夏春季沙尘暴频次与前一年10月到当年5月加利福尼亚海温有显著的负相关关系,关键区海温冷、暖异常与宁夏春季沙尘暴日数多、少有较好的时频对应关系;另外发生在北太平洋的厄尔尼诺事件对宁夏春季沙尘暴有重要影响,当北太平洋海温场呈厄尔尼诺（拉尼娜）型分布时,宁夏各地沙尘暴日数以偏少（多）为主。加利福尼亚海温通过影响大气环流,进而影响宁夏沙尘暴的发生,冷水年春季（3—5月）,欧亚大陆高空系统较强,环流经向度加大,蒙古气旋加深,有利于极地冷空气南下;从风场形势看,冷水年河套至甘肃、内蒙西部及蒙古国中西部一带高层盛行西北风,而低层多为东南风,这种不稳定形势,也为西北沙尘暴的发生发展创造了有利气候条件。另外,冷水年冬春季东亚大槽位置以偏西为主,极涡强度偏强的年份占优势,西风环流指数负距平的年份偏多,经向环流偏强,冷锋活动频繁,大部分冬季平均气温偏低,表明冬季风偏强的年份为主;而暖水年基本相反。     

陕西春季沙尘暴预测方法分析

分析了陕西春季沙尘暴的变化趋势、突变和突变的可能原因以及影响陕西春季沙尘暴的环流特征量和其他要素;提出了预报思路,建立了预测概念模型和回归统计模型及其相应的业务流程,在春季沙尘暴趋势预测业务中应用,连续3 a预测结论正确。     

1991-2010年全球沙尘气溶胶排放量气候特征及其大气环流影响因子

利用全球气候模式CAM5.1的20年(1991—2010年)沙尘气溶胶排放量模拟,分析全球沙尘气溶胶排放量的时空变化及其大气环流影响因子。结果表明:20年全球年平均沙尘气溶胶排放总量为1 152±28 Mt,全球沙尘气溶胶排放源主要集中在北非、阿拉伯半岛和中亚、东亚、澳大利亚及北美沙漠地区。北非沙漠地区作为全球最大的沙尘排放源区,占全球沙尘源总量的61.8%。各沙漠区均有显著的沙尘排放的季节变化和年际波动,沙尘气溶胶呈现春、夏季强排放和秋、冬季弱排放的季节循环。相对于沙尘排放的季节变化,其年际变化幅度明显偏弱。基于大气环流指数与沙尘气溶胶排放年际变化的相关显著程度,确定主要影响全球和主要沙漠地区沙尘排放量的大气环流因子:南方涛动指数SOI、北极涛动AO、南极涛动AAO、大西洋年际振荡指数AMO、北太平洋遥相关指数NP以及西太平洋指数WP。全球主要沙漠地区沙尘排放量与大气环流因子之间的相关性具有明显的区域分布特征,在同一沙漠的不同区域甚至可以表现出正负相反的相关性。热带海气相互作用的ENSO循环中,拉尼娜年(厄尔尼诺年)北非地区的沙尘排放量偏多(少),阿拉伯半岛和中亚地区的沙尘排放量偏少(多)。     

沙尘暴EOS/MODIS监测指数模型

利用EOS/MODIS数据,采用最佳波段组合指数法和方差-协方差矩阵特征值法,从36个MODIS波段中筛选出用于沙尘暴图像最佳彩色合成增强的最佳组合波段。在敏感性差异分析的基础上应用波段数学组合的方法建立了沙尘暴判识的条件:构建了提取沙尘暴区域范围和强度等级信息的沙尘暴卫星遥感监测指数SVI(Sand storm value index),利用指数SVI值的大小对沙尘暴进行了等级的定级和分类。     

河西走廊东部沙尘暴预报方法研究

利用我国沙尘暴多发区, 甘肃省河西走廊东部民勤、凉州区等五站近50a的气象资料, 详细分析了河西东部沙尘暴频繁发生的气象因素, 应用近20a的天气资料, 结合近50a的典型个例做出沙尘暴的长期、中期、短期和短时预报预警系统。研究结果表明: 长期预报取决于冬春季气温、降水量和大风日数; 中期依靠使用国内外数值预报产品; 短期与大气环流条件、分型指标有关; 短时临近预报与高空大风形势、地面上游有无大风沙尘暴天气有关。     

西北地区春季沙尘暴气候分析及预测方法研究

利用甘肃、宁夏1955-2002年的气象实测资料, 北半球500hPa月高度场, 月平均太平洋海表温度场资料, 将沙尘暴发生的变化趋势看作每年春季的一个气候现象, 分析其发生的气候变化趋势、年代际变化以及与大气环流、海温的相关关系, 得出沙尘暴气候趋势预测的着眼点, 建立沙尘暴短期气候预测概念模型。此模型对沙尘暴发生变化趋势的预测具有一定的实用价值。     

北极涛动异常对西北地区东部沙尘暴频次的影响

利用西北地区东部沙尘暴日数资料、北极涛动指数资料、东亚高低空大气环流形势场资料,分析了沙尘暴日数与北极涛动的关系,进而研究了北极涛动异常年东亚大气环流分布特征,探讨了北极涛动影响西北地区东部沙尘暴的可能途径。结果表明：西北地区东部沙尘暴频次呈波动减少之势,20世纪80年代中期发生气候突变;北极涛动指数与西北地区东部沙尘暴频次显著负相关,二者年际、年代际变化都有较好的应关系,北极涛动正位相年,西北地区东部沙尘暴偏少,反之亦然。究其原因：北极涛动异常对东亚冬季风强度、东亚高低空气压场、风场分布形势有重要影响：北极涛动正位相年,东亚冬季风、蒙古高压均偏弱;500 hPa高度场上,春季西风带纬向环流占优势,极涡面积偏小,强度偏弱,贝加尔湖阻塞高压异常强盛,蒙古国及我国华北和西北地区位于贝加尔湖阻塞高压底部的暖区里,地面至高空西北风偏弱;在这种形势下,整个中高纬度冷空气势力较弱,活动次数偏少,不利于大风、寒潮天气的发生,因此沙尘暴频次也偏少。而北极涛动负位相年基本相反。     

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。     

蒙古气旋引发辽宁沙尘暴天气过程的数值模拟

从一次发生在辽宁,由蒙古气旋引发的沙尘暴过程入手,利用数值模拟手段,结合常规气象观测资料,围绕蒙古气旋的动力、热力特征以及如何促成此次沙尘暴的发生、发展和维持进行探讨。结果表明,高空气流的辐散抽吸是此次过程的主要起沙动力机制,由蒙古国中部向东南方向延伸至韩国南部的副热带西风急流为此次辽宁沙尘暴过程提供了充足的沙源。此外,蒙古气旋内部的垂直环流与控制辽宁地区的冷平流对此次沙尘暴和降温过程具有一定的触发与维持作用。     

The Circulation Dynamical Structure of a Severe Dust Storm Process in Northwest China

 根据常规观测资料和美国NCEP/NCAR提供的1°×1° 6 h再分析资料,对2006年4月9—11日我国西北地区大范围沙尘天气过程环流动力特征等进行了分析。结果表明,高空急流、相对涡度和垂直速度在沙尘暴发生发展的不同时期有着较好的配置,沙尘暴发展的强盛期,相对涡度和垂直速度的不对称结构亦较强,在高空急流中心下方存在一个北部上升南部下沉的反环流,沙尘暴主要发生在高空急流中心南侧37°—44° N范围内,即在反环流区域的下沉气流区和热低压北部上升气流区。     

新疆春季沙尘天气与前期月环流特征量的关系

用新疆春季(3～5月)的沙尘日数和北半球500hPa月环流特征量等资料,使应用相关和逐步回归分析方法,研究了新疆春季沙尘天气与前一年的月环流特征量的关系,相关分析和统计结果表明：(1)新疆春季的沙尘天气不仅与同在中纬度地区的西风带上的经向环流、东亚槽等有关,还更多地与中低纬地区的副热带高压以及高纬地区的极涡等系统的月环流特征量有关。(2)新疆春季沙尘天气与前一年夏、秋季的大气环流之间存在明显的隔季相关现象。(3)利用前一年月环流特征量建立了新疆春季沙尘天气日数之间的9个回归模型,9个分析模型都通过了0．001信度检验。其中,南疆的3个模型沙尘暴、扬沙、浮尘和全疆的扬沙、浮尘模型试报效果最好。     

塔里木盆地一次东灌型沙尘暴环流动力结构分析

利用NCEP再分析资料和常规地面观测资料,对2006年4月10日塔里木盆地发生的一次东灌型沙尘暴,从气候背景、环流形势、螺旋度场、锋生次级环流、温度平流等方面进行分析,揭示了此类沙尘暴强盛期的环流动力结构。结果表明：①里咸海脊、乌拉尔脊、新地岛脊同位向叠加,西西伯利亚横槽转竖南下,引导泰米尔半岛强冷空气爆发直插新疆,东灌进入南疆盆地,造成大范围沙尘暴天气;②西西伯利亚地面冷高压爆发性南下并强烈发展是造成此次沙尘天气的根本原因;③盆地前期的干暖形势为沙尘暴的产生提供了有利的热力条件;④沙尘暴区上空螺旋度垂直分布为低层正值、高层负值,构成低空强辐合、高空强辐散的上升运动区,揭示强旋转上升运动是大范围沙尘暴发生的动力条件;⑤高空急流入口区次级环流下沉支导致高层动量下传 ,促使对流层中低层风力加大,冷锋南压,驱动沙尘天气的发生。     

近50年北京的沙尘天气及治理对策

2000年春天北京出现多次沙尘天气,多为扬沙和浮尘。从北京50a的沙尘天气观测资料分析:① 71%为扬沙,浮尘和沙尘暴分别占20%和9%,沙尘为就地起沙,而沙尘暴和浮尘则来自内蒙古高原中部农牧交错地区;②风沙天气是呈波动式减少的,其中可以分出4个11~14a的周期性变化,2000年,进入新的一轮变化周期,这一轮的风沙天气仍以扬沙为主,沙尘暴强度很弱。从过去的变化规律看,至少在未来的4~5a之内,不会发生类似去年沙尘天气猛增的现象。继续绿化首都的环境,减少就地起沙;在沙尘暴和浮尘源区划定旱作农业北界,科学地实施"退耕还林还草"是解决北京风沙问题的关键。     

宁夏不同强度沙尘天气动力机制

利用常规气象观测资料和ECMWF逐6 h 0.25°×0.25°再分析资料,对宁夏2013年5月18日雷暴大风、2月28日大风沙尘和3月9日大风强沙尘天气过程的环流形势和高、低空急流的耦合作用进行了对比分析。结果表明:在“西高东低”环流形势下,受蒙新高压脊、西风槽、地面气旋和冷锋、高低空急流的共同影响,在中低层90°-110°E形成次级环流,对流层中上部高空急流和高位涡通过次级环流动量下传使中低层形成低空急流,同时在边界层发生强烈湍流混合,产生地面强风及沙尘,但由于冷空气强度及南下方式、高压脊线位置及强度、高低空急流活动的区域、低空急流南下位置、高空强风速下传的高度、次级环流的强弱不同,高层高位涡和低层850 hPa低空急流在宁夏上空活动与否,是导致宁夏出现不同强度风沙天气的重要动力因素。     

沙尘暴观测及分级标准研究现状

沙尘暴天气发生时,气流向空中输送大量沙尘,使能见度较低、空气质量恶化,给人们日常生活、身体健康带来严重影响。强沙尘暴往往造成天昏地暗,引起人们恐慌心理,因此,这一天气现象普遍受到社会各界广泛关注。无论是分析研究、预警预报,还是媒体报道,沙尘暴的定义、观测、分级、命名必须规范统一才有可比性、可信性。笔者根据近年来国际上召开的沙尘暴会议文集以及国内出版的有关书籍文献,对沙尘暴观测及分级标准研究的现状作一点综述,并提出一些看法。     

影响北京的两次沙尘过程传输特征对比分析

2017年5月4-5日和2015年3月28-30日两次影响北京的沙尘天气均包含外来输送及沙尘回流过程。采用常规气象观测资料、大气成分资料、CALIPSO卫星监测及风廓线雷达数据等,对两次过程中的气象要素变化、传输轨迹、天气学条件、边界层特征等进行分析。结果表明：两次过程均由蒙古气旋引起,远距离传输过程中经沙源地传输的沙尘气溶胶可被抬升至700 hPa以上高度,主要传输层位于对流层中低层;高空急流强度、入口区位置及次级环流的结构对沙尘传输及影响区域有重要指示意义;沙尘回流主要受大气中低层偏南风输送带的影响,主要传输高度为1 km以下的低层大气,北京与回流上游城市PM₁₀浓度变化的时间滞后性与前期沙尘天气是否得到彻底清除有关。     

北太平洋风暴轴的异常活动与辽宁省冬季最低气温的联系

利用1975-2015年辽宁省52站逐日最低气温资料和NCEP/NCAR再分析资料,通过合成分析、相关分析等统计方法,对辽宁省冬季最低气温及北太平洋风暴轴的时空演变特征进行研究,初步探讨了北太平洋风暴轴的异常活动与辽宁省冬季最低气温的可能联系。结果表明,辽宁省冬季最低气温突变年为1986年,20世纪80年代中期以后气温表现出偏暖特征。北太平洋风暴轴与辽宁省冬季最低气温间存在同步一致地变化特征,风暴轴活动强年,辽宁省受西南气流控制,阿留申低压、西伯利亚高压强度减弱,同时东亚大槽减弱北退,东亚西风急流偏北,东亚冬季风系统活动减弱,不利于冷空气向南侵袭,辽宁省冬季最低气温偏高,反之在风暴轴活动弱年,辽宁省冬季最低气温偏低。与北太平洋风暴轴相关联的中高纬度大气环流异常变化是风暴轴强度与辽宁省冬季最低气温关系产生变化的主要原因。