中国历史时期沙尘暴研究进展

随着人类社会对生态环境的日益重视,学者也开展了中国历史时期沙尘暴的研究。探讨了历史时期沙尘暴的起因、特点和规律等问题,但是存在着不同的学术观点,需要采用新的研究方法,进行多角度、深层次的研究。     

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。     

中国沙尘暴分布规律及研究方法分析

在分析中国沙尘暴研究现状的基础上,对其时空分布规律、沙尘源地、移动路径、研究方法和手段进行了系统的总结。结果表明,中国沙尘暴分布与北方的沙漠、沙地、戈壁等荒漠化地区分布一致,存在4大沙尘源区。干枯的湖泊、弃荒土地、沙砾草场可能成为东北地区的主要沙源,应引起注意;沙尘暴移动路径主要有3条,分别归纳了各路径的特征;根据沙尘源区示踪方法的特点和实例,指出了适用条件和应用范围,为今后沙尘暴的研究和防治提供依据和思路。     

典型槽型转脊型黑风天气过程成因分析

2010年4月24-27日甘肃省河西走廓、西北东部及华北出现了大风沙尘暴天气过程,河西走廓出现黑风天气,损失十分严重。针对这次罕见的槽型转脊型黑风天气过程,应用2002-2011年3-5月逐日08时和20时高空流场资料、高空图资料和地面每隔3 h天气图资料,对其天气形势演变、高空垂直风场及水平相对螺旋度场进行了深入对比分析。结果表明:4月24日20时700～500 hPa有较强冷空气入侵,700 hPa大气层结存在剧烈的高低空不稳定,≤-1 000 m2·s-2强螺旋度负值中心是黑风爆发的动力因素,25-27日08时700 hPa≥15 m·s-1低空急流区的存在是这次大风天气得以持久维持的关键原因。     

塔克拉玛干沙漠腹地沙尘暴过境时近地层风速、温度和湿度廓线特征

利用塔中80m梯度观测塔探测系统采集的资料,详细的分析了2006年4月10日沙尘暴过境时,塔克拉玛干沙漠腹地近地层风速、温度和湿度廓线的演变特征。结果表明:风速廓线满足风速值随高度增高而增大,风速梯度随高度增高而减小的对数律关系;沙尘暴由爆发前到过境时,温度廓线的温度值由随高度增高而增大转变为温度值随高度增高而减小,同时在贴地层2m处存在一微弱拐点;沙尘暴过境时,近地层大气出现微弱逆湿现象,并在不同高度上存在多处拐点,比湿增减在时间上与风速的增减呈负相关性,且整个沙尘暴天气是一个降温增湿的过程。     

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。     

蒙古气旋产生强沙尘暴的诊断分析

利用MICAPS资料、FY-2C红外卫星云图和2.5°×2.5°NCEP再分析资料,对2008年5月25日至28日大范围沙尘暴过程进行了天气动力诊断和物理量场分析。结果表明,强沙尘暴主要出现在冷平流前的温度梯度密集区和涡度梯度密集、陡峭区。在这次强沙尘暴过程中,暖平流是蒙古气旋发生、发展的重要热力因子,大气热力不稳定和强风是起沙的动力;500 hPa阶梯槽快速东移是飚线产生的触发系统;对流风暴是引发强沙尘暴主要因素。蒙古气旋的发展加大了冷锋前后的气压和温度梯度,为对流风暴的发生提供了热力不稳定条件。700 hPa冷平流爆发性下沉、南下,为强沙尘暴的产生提供了强大动力。     

沙尘暴天气的高空急流统计特征及动力学分析

利用M icaps常规资料,对2000—2004年30~50°N之间的沙尘暴日与高空急流的关系进行了统计,把与沙尘暴相伴的高空急流分为2类:单急流型和双急流型;沙尘暴多发生在高空西南和西北急流的左侧及其右后方,与西北 西南型高空双急流相伴的沙尘暴多出现在西北急流中心的左前方和西南急流中心的左后方以及西北急流中心的右前方和西南急流中心的左后方。还对沙尘暴典型个例的风场结构的垂直分布、环流场的垂直结构等进行了动力学分析,结果表明:影响沙尘暴的高空急流有单急流、双急流、甚至三急流;一般北支高空急流高度较低,中心多在300 hPa,南支高空急流高度一般在200 hPa,中心风速多大于北支急流,北支急流多随高度升高向南倾斜,南支急流随高度的升高向北倾斜,单急流型沙尘暴多发生于北支急流下沉支的南侧,双急流型沙尘暴发生于双急流合并下沉支的下方;不论是上升气流还是下沉气流均有可能产生沙尘暴:低层辐合、高层辐散导致的抽吸作用,可在近地层形成大风和沙尘暴,强的下沉气流可导致高层动量有效下传有利于沙尘暴的产生;在南、北支高空急流之间往往会形成一支环流促进沙尘暴的形成,所以不仅是北支急流,南支急流也对沙尘暴的发生和发展产生作用。     

临安一次沙尘暴过程影响气溶胶物理化学特性演变的初步分析

文章利用2002年3月29日～4月4日在浙江临安大气本底污染监测站观测的气溶胶粒子质量谱、离子与元素成分的数据,结合TOMS卫星的气溶胶指数资料和轨迹模式,重点分析在北方沙尘暴输送影响期间临安气溶胶质量浓度尺度分布的演变特点以及气溶胶化学成分与不同空气来源的关系。初步分析结果显示,受北方沙尘暴天气影响,临安气溶胶质量浓度、离子、元素浓度有明显的尺度分布演变。这种演变与污染物来源和大气污染物的气粒转化有关。沙尘影响前和结束后临安地区气溶胶主要以细粒子为主(<2.1μm),峰值粒径0.65～2.1μm,而受北方地区的沙尘暴影响,峰值粒径偏移到2.1～3.3μm,且在7～11μm间出现另一个峰值,同时临安气溶胶粗粒子中矿物元素显著增加。从离子成分看,在整个观测期间SO^2-₄与NH⁺₄在细粒子段有很好的一致性,而SO^2-₄,NO^-₃与Ca²⁺在粗粒子段有很好的相关,尤其是沙尘影响期间NO^-₃与Ca²⁺有很好的对应关系,表现出较明显的表面非均相反应特征     

宁夏强沙尘暴形成机制的探索和研究

宁夏沙尘暴天气主要发生于每年的３～５月，其中４月份出现频数最高，是此类天气发生及预报的关键期。影响宁夏的强沙尘暴天气的强冷空气主要取道于乌鲁木齐—哈密—野马街—酒泉＿贺兰山西侧这一沙漠通道上；而当强冷空气急行东南下时，地面冷高压不断发展、加强和整体东移是产生强沙尘暴天气的必要条件。春季西北地区变化剧烈的热力条件是中小尺度天气系统发展和上下层冷暖空气交换的主要物理原因之一，同时也是强沙尘暴、沙尘暴天气日变化明显的关键所在。诊断分析认为，正是在极有利的大尺度环境、高空干冷急流和强垂直风速、风向切变及强热力不稳定层结条件下，引起锋区前后的巨大压、温梯度。在动量下传和梯度偏差风及高空强大下击暴流的共同作用下，使近地层风速陡升，掀起地表沙尘，形成强沙尘暴天气