新、旧气候态的差异及其对新疆气候评价业务的影响

摘要：利用新疆100个国家气象站的月、季、年气温、降水要素1991─2020年和1981─2010年平均值资料,从区域平均和空间分布两方面对2个气候平均值进行对比分析。结果表明：全疆的平均气温一致增加,且大部地区增温显著,春季增幅最大,秋季最小,北疆增幅略大于天山山区和南疆。全疆降水增幅3.1%～5.0%,冬季增幅最大,秋季最小,天山山区增幅大于北疆和南疆。月气温,2、3、4、6月升幅较大,5─10月较小,月气温差值空间型分为三型：全疆一致增加型、全疆大部增加型和全疆大部减少型。月降水,2、8、11月增幅较大,月降水差值空间型分为三型：全疆大部增加型、全疆大部减少型和北疆大部减少南疆部分增加型。气候平均值更替后,气温距平和降水距平百分率偏高的特征将弱化,其等级整体由正距平向负距平方向调整,基于旧气候态下的评价结论也需重新评估。     

乌鲁木齐达坂城谷地一次极端暴雪天气过程成因分析

2018年3月17-18日乌鲁木齐达坂城谷地出现一次极端暴雪天气过程,降雪量达28.7 mm,为冬半年历年平均降水量的4.35倍,实属罕见。本文利用区域自动气象站小时监测资料、常规与加密观测资料、NCEP/NCAR再分析资料、FY-2G卫星相当黑体亮温(TBB)资料,分析此次极端暴雪天气过程。结果表明: 此次极端暴雪发生在3月中旬的初春时节,以500 hPa低涡、700 hPa西南低空急流、切变线及气旋性辐合中心、850 hPa偏北气流作为环流背景的低涡型暴雪;水汽来源主要是地中海、红海的水汽沿着偏西气流经波斯湾-阿拉伯海加强后,随低涡前西南气流输送至暴雪区,另一支通过北大西洋沿西南路径输送至中天山北坡中段,同时有由低涡前偏西气流接力输送的里、咸海水汽补充。2～4 km水汽密度较高,2 km水汽密度最大值为8 g/m_³以上;850～700 hPa乌鲁木齐附近为强上升运动区,西北急流受天山阻挡强迫爬升,对中尺度垂直上升支起加强作用,为此次暴雪提供持续的动力支持;乌鲁木齐城区至达坂城一线受斜压不稳定增长,利于暴雪的持续与增强;中尺度云团是造成暴雪最直接的影响系统,强降雪区均位于中尺度云团的北至东北侧TBB等值线梯度最大区。     

等离子体层嘶声对槽区电子的弹跳共振散射效应

等离子体波动与带电粒子的共振相互作用一直是磁层物理学的研究热点.作为一种常见的宽频、右旋极化等离子体波动, 等离子体层嘶声在地球磁层电子的损失过程中起到了重要作用.其中, 嘶声波对电子的回旋共振散射被认为是辐射带槽区形成的主要机制, 而人们对嘶声波与电子的弹跳共振机制的理解却相对匮乏.本文旨在细致研究嘶声波与槽区电子的弹跳共振相互作用, 明确其对槽区电子动态演化过程的影响.研究发现, 嘶声波与电子的弹跳共振可以造成槽区电子在高投掷角(80°~90°)处明显的投掷角扩散.相比于低能(＜~100 keV)电子, 嘶声波引起的高能(＞~100 keV)电子的弹跳共振效应明显更强.槽区电子的弹跳共振投掷角扩散系数对于L-shell、地磁活动条件和共振阶数都有着很强的依赖性.随着L-shell的增大和地磁活动的增强, 嘶声波对电子的弹跳共振散射效应显著增强.对于低能电子, 共振阶数对总散射系数的贡献随阶数的升高而增大; 而对于低L-shell处的高能电子, 共振阶数对总散射系数的贡献随阶数的升高而呈现先增大后减小的趋势.嘶声波与槽区电子的弹跳共振相互作用可以有效地将高投掷角电子散射到较低的投掷角上, 进而在回旋共振机制的协助下将它们散射到损失锥中.因此, 未来在地球槽区电子动力学建模过程中有必要考虑等离子体层嘶声对电子的弹跳共振散射效应.

     

塔里木盆地北缘一次局地极端暴雪天气异常机制及成因

2021年4月2日塔里木盆地北缘拜城县出现突破历史同期极值的灾害性暴雪。利用ERA5高分辨率再分析资料、自动气象站观测资料和FY-2G卫星资料,分析了极端暴雪天气环流异常、多尺度环流特征及物理机制。结果表明：（1）高层伊朗高压及低纬东风气流的异常导致中亚低涡与高原低涡异常结合,加强了低层异常东风气流,东风急流引导南海、孟加拉湾暖湿空气沿河西走廊到达塔里木盆地中部,使得水汽辐合及垂直上升运动加强,在地面辐合线触发下,产生极端降雪天气。地面冷高压稳定维持,导致塔里木盆地持续降温,而拜城位于海拔1000 m以上的浅山区,二者共同作用,造成拜城4月降水相态仍然为雪。（2）垂直位温梯度和西风异常导致湿斜压不稳定发展,形成低层锋生和高层及近地面湿位涡异常,而锋生作用和湿位涡异常又通过垂直运动变化影响降雪的发生发展。对于拜城而言,起决定作用的是中层的上升运动及300～500 hPa的垂直风切变。（3）中尺度云团不断发展并向东北移动经过拜城县上空,增加了降雪持续时间和降雪强度,移动方向和传播方向的一致性则决定了中尺度云团生消演变特征。研究结果可加深对塔里木盆地局地极端暴雪成因的认知,为精确预报、精准服...     

中国西北5月和9月地表气温的年际变率机理及其预测

本文基于1961～2016年中国西北地区逐日地表气温观测资料以及全球大气再分析资料,通过统计诊断和数值模拟的方法,揭示了西北地区5月和9月地表气温年际变率规律及其机理,并在此基础上分别构建了季节预测模型。结果表明：（1）西北5月和9月地表气温年际变率经验正交函数分解第一模态均为全区一致型空间分布,但具有不同的变率特征。（2）西北5月地表气温正异常与拉尼娜衰减型海表温度异常所对应的热带纬向三极型对流（降水）异常强迫有关,对流异常激发的热带外遥相关波列导致西北地区上空受反气旋（高压）异常控制,造成局地向下太阳短波辐射增多,从而使得西北地表气温增加;而西北9月地表气温正异常与拉尼娜发展型海表温度异常所对应的热带纬向偶极型对流（降水）异常强迫有关,偶极型对流强迫能够在西北地区东西两侧激发反气旋（高压）异常,导致西北地表气温正异常。（3）基于物理机制,分别利用拉尼娜衰减和发展型的相关海表温度异常预测因子,建立针对西北地区5月和9月地表气温年际变率的季节预测模型,独立预报期间（2007～2016年）预测技巧相关系数分别可达0.74和0.62,可为西北地表气温短期气候预测提供参考。     

乌鲁木齐地区自动与人工观测降雨量的差异及相关性分析

利用乌鲁木齐地区2004－2008年自动与人工站观测降雨量数据,分析了观测数据的差异以及产生差异原因,并分析了自动观测与人工观测降雨量的相关性。结果表明：64.7%的自动站观测降雨量数据高于人工观测数据,对比差值范围在-3.2～1mm之间,平均差值为-0.29mm;对比差值的频率分布呈偏正态,分布曲线较陡,差值分布较集中;对比数据的粗差率、一致率分别为5.9%、90.1%,降雨量百分误差在±4%以内的占89%,误差百分率为11.0%;两种观测结果呈线性正相关,相关系数为0.999。观测数据产生差值是多方面因素的综合影响的结果。     

天山山区水汽和云水含量的空间分布特征

利用欧洲数值预报中心(ECMWF)发布的第一代全球分辨率ERA-Interim再分析数据,分析了1979～2014年天山山区水汽含量和云水含量的空间分布特征。结果显示：(1)水汽含量的高值中心出现在伊犁河谷地区,中心值域在10—11kg m-2之间,低值区位于天山中部的巴音布鲁克附近,中心值域在5—6kg m-2之间;夏季水汽含量最丰富,在8—11kg m-2之间。(2)云液水含量的高值区出现在博格达山北坡,而云冰水含量的高值区在西天山海拔较高的托木尔峰地区,低值区均在伊犁河谷等海拔低的地区;夏季云液水含量、云冰水含量均呈减少趋势,云冰水含量较云液水减少的更为明显,下降速率为0.28kg kg-1/10a;(3)垂直分布上,云液水含量在600hpa左右的高空出现高值区,中心最大值为10kg kg-1;云冰水含量的高值区则出现在500hpa左右的高空,为11kg kg-1;在对流层大气中云冰水含量值远大于云液水,且云冰水发展的高度较云液水更高。     

新疆气候“湿干转折”的信号和影响探讨

新疆是对全球变化响应最敏感地区之一,分析全球变暖背景下新疆干湿气候变化及其影响,对应对和适应未来气候变化带来的影响具有重要意义。基于气象水文观测资料,对新疆区域干湿气候变化及其影响评估进行了探讨。结果表明：① 20世纪80年代中后期以来新疆气温升高,降水量增加,呈“暖湿化”特征;但1997年之后,干旱变化趋势、干旱频率、干旱发生月份等均有明显增加,导致70%以上的区域变干,新疆气候出现了从“暖湿化”向“暖干化”转折的强烈信号,即发生了“湿干转折”;② 新疆气候转折对区域生态和水资源造成明显的影响,归一化植被指数（Normalized Difference Vegetation Index, NDVI）经历了先增后减的变化过程,1982—1997年植被趋于“变绿”,但1997年之后植被长势迟滞,土壤水分明显下降,生态逆转,生态负效应凸显;③ 新疆河流径流变化出现明显的区域差异,对干湿气候转折响应复杂,受冰雪融水对径流补给比例的影响,发源于天山的河流径流对区域干湿变化有正响应,但发源于昆仑山的河流径流响应不明显。研究结果表明气候“湿干转折”和极端气候事件加剧背景下新疆干旱化急剧增加,水循环系统和生态系统不稳定性加剧,相关成果可为区域干旱灾害防灾减灾和风险管理提供有价值的决策参考。     

中亚低涡背景下中天山地区一次短时强降水过程中尺度特征

利用常规气象观测资料、区域自动气象站观测资料及卫星、多普勒天气雷达、风廓线等非常规探测资料和美国气象环境预报中心(National Centers for Environmental Prediction,NCEP)逐日4次的1°×1°再分析资料,对2015年6月27—28日中天山地区一次短时强降水过程的中尺度对流条件和对流系统特征进行分析。结果表明:此次中天山地区强降水天气过程是中亚低涡前部的东北—西南向气旋式切变和深厚的西南暖湿气流共同作用引发的,低层切变和气旋式辐合的动力抬升、地面中尺度辐合线是此次强对流天气的直接触发因子。里海和咸海南侧的水汽沿着中亚低涡底部的偏西气流和前部的西南气流输送至强降水区,为此次短时强降水过程提供了充沛的水汽条件。大气可降水量的跃变和风廓线产品的垂直变化特征与短时强降水的开始、加强及减弱具有较好的对应关系;红外云图反映了中天山地区短时强降水发生在对流云团云顶亮温(Temperature of Black Body,TBB)梯度最大处;短时强降水由低质心和高效率的降水回波造成的,降水强度与回波顶高度存在较好的正相关关系。     

西北干旱区极端高温时空变化特征分析

利用1961—2010年西北干旱区83个气象观测站的日气温资料,通过线性倾向率、百分位法及Mann-Kendall法得出西北干旱区极端高温的具体变化特征。用百分位法对西北干旱区日气温数据进行处理,确定极端高温指标的阈值,得出极端高温强度和极端高温事件的频率。结论如下:自1989年开始,西北干旱区年极端高温呈显著上升趋势,空间上西部大于东部,局部地区盆地南缘大于北缘;极端高温日数呈明显的上升趋势;四季极端高温均有上升趋势,秋季增长率最高、冬季最低,秋季极端高温日数增长速率最大;季极端高温及高温日数高值区分布在西北干旱区西北和东南部的盆地边缘,干旱区沙漠边缘及戈壁区;西北干旱区年、季极端高温日数均与年平均气温相关性突出。