一次沙尘暴过程中的沙地面微气象要素及起沙参数分析

利用在巴丹吉林沙漠北缘拐子湖地区设立的风沙观测实验场获得的资料,分析了2010年4月7日在该地区所发生的沙尘暴过境前后气象要素的变化,计算了这次沙尘暴起沙过程中的一些参数,结果表明:在沙尘暴过境前贴地层风速风向经过了一个波动调整加速过程,在沙尘暴过境时空气处于暖干,沙地面处于高温低湿状态,同时气压和水汽压都会明显下降,所有这些都有利于地表起沙;贴地层风速最大的时段是地表起沙最为严重的时段,该地的100cm临界起沙风速大约为6.5m/s,平均粗糙度为0.0014m;地表摩阻速的平均值为0.29m/s,同200cm高度的风速呈线性相关,拟合方程为y=0.0417x+0.0175,相关系数R=0.9199。     

内蒙古一次特强沙尘暴大风成因分析

2010年3月19日,内蒙古中西部地区发生了近几年最严重的沙尘暴天气。沙尘暴天气由蒙古国西部起沙,在内蒙古中西部地区加强,随着天气系统的演变,地面形成强沙尘暴或特强沙尘暴天气。利用常规观测资料及数值预报产品资料对3.19沙尘暴天气过程进行诊断分析,得到以下结论:3.19强沙尘暴、特强沙尘暴天气过程,是近地面前期强烈增温,导致地表热力不稳定,由蒙古气旋产生上升运动起沙。高空西北气流上,斜压扰动不稳定发展,高空冷平流激发了垂直于地面的锋面次级环流,地面气旋转为强冷锋过境,内蒙古中西部地区产生强沙尘暴天气。高空急流对沙尘暴天气的产生具有重要作用。高空急流出口区右侧,下沉气流落于地面冷锋后,引起大风,加强了沙尘暴天气。在冷锋移动过程中,冷高压强度少变,处于其前沿锋区内的山西、河北、河南、山东等地产生了扬沙或沙尘暴天气。     

塔中地区一次沙尘暴过程的输沙通量估算

以塔克拉玛干沙漠腹地塔中地区为研究区,对2008年7月19日11;2923:56时一次沙尘暴天气过程进行野外实时输沙观测,利用经典输沙经验公式,对此次沙尘天气的输沙通量进行估算.确定了塔中地区的临界摩擦速度为0.24m/s,建立了塔中地区2m高度风速与输沙率的关系,发现Lettau输沙率公式的计算结果与实测值最为接近,塔中地区此次沙尘暴发生期间的水平输沙通量和垂直输沙通量分别为258.67x10-4kg/(m·s),40.07x10-7kg/(m2·s).     

导致一例强沙尘暴的若干天气因素的观测和模拟研究

利用常规观测资料和数值模拟方法对影响2001年4月6-8日强沙尘暴天气发生的若干天气因素进行了研究。结果表明在本次“锋面气旋型”沙尘暴过程中,气旋冷锋是引发强沙尘暴的主要系统,冷锋过境对沙尘暴的触发作用远强于气旋发展。冷锋的动力学特点决定其常与强沙尘暴伴随。影响沙尘暴的诸多天气因素中,影响地面大风形成的有效动量下传机制为高空急流下沉支使高空动量下传至对流层中层,其下方形成的深厚混合层使这一动量继续下传到地面。“混合层”从本质上反映了有利沙尘暴形成的大气层结特征,深厚混合层的是否形成很大程度决定着沙尘暴的强度。本次过程深厚混合层的形成是长时间地面加热的结果,这也是特强沙尘暴仅发生在内蒙古中部偏北地区而不是下垫面条件更为适宜的内蒙古西部的原因。混合层空气的平流对内蒙古中部偏北地区深厚混合层的形成具有相当的贡献,其影响程度与地形分布密切相关。地面热通量试验表明地面加热对冷锋过境时上升运动的强度、深厚混合层形成、高空动量下传等具有重要影响,并因此影响沙尘暴强度。     

“4.24”民勤特强沙尘暴过程初步分析

特强沙尘暴是干旱区一种破坏性极大的灾害性天气现象,文中分析了2010年4月24日民勤特强沙尘暴过程中地面气象要素和近地面沙尘浓度的变化,同时对大气动力、热力学参数进行了计算和分析。结果表明:在强沙尘暴过境时地面水平风风向经历了从稳定到多次调整,再到稳定,最后崩溃的演变。风向调整时,风速减弱,而调整之后,风速加大,同时伴有很强的上升气流。强沙尘暴使地表发生非常严重的风蚀起沙现象,近地面沙尘浓度迅速升高200多倍。沙尘暴天气来临前,地面空气呈干热状态处于低气压控制之下,而在沙尘暴过境时和过境后,地面空气显得相对湿冷,地面气压急剧上升,并处于高压控制之下。沙尘暴的强度与相对风暴螺旋度有很好的对应关系。     

基于器测能见度的沙尘暴分析

本文通过分析塔克拉玛干沙漠腹地能见度仪、自动气象站观测沙尘暴的资料,得到:(1)在沙尘暴过程中,器测能见度越小,持续时间越短,随着器测能见度增大,持续时间呈波动增长,持续时间最长的等级是800m,时间为419min。(2)在沙尘暴过程中,器测能见度200m,500m是两个明显的分界点,在分界线左右的能见度持续时间变化较大,最大相差20倍,在<200m,200-500m,500-1000m三段范围内器测能见度持续时间变化不大,最大相差0.8倍,(3)沙尘暴过程中,平均风速的变化趋势是随着器测能见度增大而减小,平均风速最大值出现在能见度400m处,最小值出现在能见度接近1000m处,平均风速11.9m/s,最大风速21.1m/s。器测能见度从400m变化到500m风速有较大减小。气压和相对湿度以器测能见度500m为界,能见度<500m,数值较大,能见度>500m数值较小。(4)根据器测各能见度持续时间、气象要素变化和统计检验,沙尘暴中,在器测能见度500m处各气象要素变化很大,这对沙尘暴分级有积极意义。(5)器测能见度与人工观测值有较大差距,但它们之间有较好相关性,其相关系数是R=0.7993,通过了t检验(α=0.01)。它们之间拟合方程是y=5.746X0.8523。     

民勤沙区沙尘暴的分布特征及前期特征研究

民勤沙区 1 998年以来发生的 44次沙尘暴的观测研究结果表明 :( 1 )在民勤沙区每年春季 4月份是一年当中沙尘暴发生的高峰期 ,下午 1 4时左右和 1 8时左右是在一天当中沙尘暴发生的两个高峰时段 ;沙尘暴持续时间多在 2 h之内 ,最长的超过 6h;能见度 <50 0 m和≥50 0 m的各占一半 ,持续时间长则能见度小 ;沙尘暴的最大风向以 NW和 WNW占绝大多数 ;沙尘暴最大风的风速多在 2 0 m/ s以上 ,最大 2 5.2 m/ s。 ( 2 )沙尘暴的发生存在着一个或长或短的发育过程。在民勤沙区 ,沙尘暴发生前期在气温、气压、风速、风向等气象因子方面表现出明显的预兆 ,根据这些前期气象因子方面的异常特征就可以对沙尘暴进行预测、预报和预防。( 3 )在民勤沙区冬季 1 2～ 1月份的沙尘暴不仅持续时间较短 ,而且在前期气象因子方面与其他季节的沙尘暴有明显不同。 ( 4)沙漠地区主要天气现象的前期特征比较明显 ,但其表现过程比较短促。因此 ,根据沙尘暴前期气象因子的异常特征只适合对沙尘暴的发生时间、能见度和持续时间等进行短期预测     

基于环流类型分析的沙尘暴预警系统的研究与设计

研究统计1998年-2012年银川河东机场发生的44次沙尘暴天气典型案例,采用天气学分析及诊断分析方法,对沙尘暴天气爆发前24小时500百帕的环流机制、天气系统、气候背景进行深入分析,寻找影响沙尘暴天气发生的关键因素。结果表明:河东机场沙尘暴天气发生的主要环流类型分为四类:一脊一槽型、两槽一脊型、两脊一槽型和其它类型;高空急流、机场地面风、对流层低层强烈垂直不稳定、横槽转竖是影响沙尘暴天气发生的关键因子。总结归纳出影响沙尘暴发生的四个环流共五十二条预报指标以及发生条件,建立基于环流类型分析的沙尘暴预警系统的概念模型,设计开发了沙尘暴预警系统。     

河西走廊一次强沙尘暴动力机制分析

2011年甘肃省沙尘暴次数较常年明显偏少,但在4月28日河西走廊出现了范围大、强度强的沙尘暴过程,值得关注的是,甘肃省沙尘暴第一高发地民勤却仅出现扬沙。文中利用常规观测、加密自动站及T639数值预报初始场资料,对这次强沙尘暴天气过程进行分析。结果表明:前期气温偏高、降水稀少是大风、沙尘天气出现的气候背景;500hPa斜压槽强烈发展,带动地面冷高压前部锋面气旋强烈发展是引发沙尘暴的动力条件;200hPa高空急流位置及其调整与沙尘暴天气有直接关系;三小时变压中心的移动方向指示了沙尘暴的移动发展方向。通过对Q矢量散度和螺旋度的诊断,发现:冷锋后Q矢量散度>0,冷空气强烈下沉,将高空动量下传到地面,锋前Q矢量散度<0,对应上升运动,使地面锋面后部出现强烈西北大风,造成沙尘暴。沙尘暴一般出现在螺旋度零线附近等值线密集处,螺旋度负中心强度与沙尘暴强度正相关。另外,通过中尺度资料的分析,能更精准的确定沙尘暴落区,提高短时临近预警的准确率。     

1958～2000年黄土高原沙尘天气基本特征分析

分析了黄土高原1958～2000年57个气象监测站记录的沙尘天气资料,分析显示:(1)黄土高原沙尘天气主要发生在西部地区,沙尘暴、扬沙和浮尘发生频率的最大值分别为19.2天/年、86.1天/年和45.7天/年;(2)春季为沙尘天气的频发期,62.7%沙尘暴、53.5%扬沙和56.3%浮尘发生在春季,4月是沙尘天气发生最多的月份,29.8%沙尘暴21.3%扬沙22.8%浮尘发生在4月;(3)近43年黄土高原沙尘天气呈减少趋势,1958年是沙尘暴天气最多的一年,1966年是扬沙和浮尘天气最多的一年;(4)强沙尘暴也呈减少的趋势,1966年是强沙尘暴最多的一年;(5)黄土高原57个站43年间只有23条特强沙尘暴记录,其中11条在宁夏;(6)沙尘暴大多开始于10时至17时之间约占71%;(7)持续时间大于t的沙尘暴次数N满足:lg(N)=a-bt,b值为0.1662 hr-1。     

对1958-2000年山西沙尘天气的分析

本文分析了山西省1958—2000年16个气象监测站记录的沙尘天气资料,分析表明:山西沙尘天气主要发生在西北地区,沙尘暴、扬沙和浮尘发生频率的最大值分别为:5.3天/年、27.6天/年和23.8天/年。近43年山西省沙尘天气呈减少趋势,1966年是山西沙尘天气最多的一年,16个站累计有94天沙尘暴天气、448天扬沙天气、626天浮尘天气。春季为沙尘天气的频发期,沙尘暴占到77.6%,扬沙占到61.5%,浮尘占到59.5%;4月是沙尘天气发生最多的月份,沙尘暴占到44%,扬沙占到26.6%,浮尘占到25.4%。对沙尘暴的分析还发现,在1958-2000只有五寨记录到4次特强沙尘暴,强沙尘暴也呈减少的趋势,1966年最多,1989-2000年没有强沙尘暴出现的记录。沙尘暴大多发生在13点至20点之间,占沙尘暴发生总次数的69.1%。     

影响中国北方特强沙尘暴的环流系统分型研究

使用中央气象台出版的历史天气图资料,对1957～2002年发生在我国北方的33次特强沙尘暴过程的环流系统进行了分析研究,重点分析研究了环流系统的热力和动力结构、活动特征及高低层系统的相互配置;在此基础上,以形成触发沙尘暴强风的主要地面环流系统为依据,通过分类归纳,将形成我国北方特强沙尘暴的环流系统,划分成纯强干冷锋型、蒙古气旋与干冷锋混合型、蒙古冷高压南部倒槽型和干飑线与冷锋混合型4种类型。研究结果指出纯强干冷锋型的冷锋具有典型的2型冷锋的垂直结构,冷锋后有强大的气压梯度,冷平流强烈,锋后为西北大风,沙尘暴带为西北东南方向。蒙古气旋与干冷锋混合型以蒙古气旋的强烈发展为主要特征,气旋强烈加深,在地面强风形成中起着重要作用,气旋暖区及冷锋后为西南大风或偏西大风,沙尘暴带自西向东延伸,与气旋中心移动路径关系密切,冷锋后降温较弱。蒙古冷高压南部倒槽型强沙尘暴是由蒙古冷高压与河西暖倒槽相互作用形成强盛东风触发的,沙尘暴区范围较小,但稳定少动,持续时间较长。干飑线与冷锋混合型强沙尘暴是由冷锋前干飑线或中尺度低压扰动和冷锋相伴影响造成的,它可以和第、类同时发生,第、类天气尺度环流形势是产生该类强沙尘暴的环流背景。文章给出了各类特强沙尘暴的天气学概念模型。     

一次强沙尘暴天气的数值模拟研究

用NCEP(1°×1°)资料和GRAPES_SDM沙尘暴模式,对发生在中国北方的"20060409-11"强沙尘暴天气过程进行了数值模拟,并利用位涡理论对此次沙尘暴过程的发生机制进行了研究。结果表明:⑴强斜压槽触发了此次强沙尘暴天气,稳定的高原高压脊对低压槽的阻滞作用是沙尘暴能够维持较长时间的原因;⑵GRAPES_SDM成功模拟出此次强沙尘暴过程天气系统和发生区域,表明它是研究沙尘暴天气的有利工具;⑶此次沙尘暴过程发生的机制是:高层位涡梯度增大,使位涡锋生增强,导致高空急流产生;高空急流通过地面沙尘区域时,导致了地面风速增强而产生沙尘暴。     

准葛尔盆地南缘沙尘暴、大风气候特征分析

选取1953~2006年准葛尔盆地南缘石河子垦区3个地面观测站的资料,对比分析了沙尘暴、大风的时空分布特征,探讨沙尘暴和大风之间的关系及沙尘暴发生时的最多风向和最小风速指标。结果表明:准葛尔盆地南缘石河子垦区沙尘暴与大风的地理分布刚好相反,沙尘暴多的地方大风较少,北部莫索湾沙漠边缘一带为沙尘暴高发区;但有着基本一致的气候变化趋势。沙尘暴发生时的最多风向为西北风,引起沙尘暴的最小风速指标大于10m/s。     

民勤沙区50多年来沙尘天气特征及其影响因素

沙尘天气是民勤沙区主要的灾害性天气之一,利用1953-2006年民勤沙区气象站的沙尘暴实测资料,系统地分析了50多年来的气温、降水、平均风速、沙尘暴的年、月、季节变化特征、民勤沙区气候变化趋势、沙尘暴与大风、气温、降水之间的相关关系.结果表明:民勤沙区沙尘暴的日数20世纪50年代开始最高,60年代缓慢减少,70年代又有回升的趋势,到80-90年代在波动中逐渐减少,但波动很大,并出现2个高峰值(1988年、1993年),2000-2006年最少.从沙尘暴发生机理和形成机制来看,今后应在民勤沙区绿洲边缘,沿现代尘暴路径布置更多的监测点,以便进一步研究风速对沙尘释放、输送和搬运等过程的机理.     

降尘空间分布与沙尘天气日数关系研究

降尘是沙尘暴、浮尘、扬沙等沙尘天气过程的反映,文中以甘肃省10个监测点15年(1986-2000年)降尘监测数据及沙尘天气日数数据,讨论降尘空间分布与沙尘天气日数之间的相关性,建立降尘与沙尘事件之间的回归方程。结果表明:在沙尘暴区和非沙尘暴区,降尘与沙尘天气的回归方程不同,前者沙尘暴系数(1.32)小于后者沙尘暴与扬沙和的系数(1.66),可以判断后者较之前者降尘量受沙尘暴和扬沙日数影响更大,可以突现出后者沙尘天气主要以浮尘为常态形式出现。前者浮尘系数远大于扬沙系数(3.72>0.21),表明前者降尘量受浮尘影响大于扬沙。前者常数项(291.6)明显大于后者(235.2),这代表两地区降尘量的背景值的不同。回归方程很好地解释了不同地区降尘与沙尘天气日数之间的关系。将降尘与沙尘天气日数的回归方程应用到研究区,求得研究区各气象站点降尘数据,结合GIS空间插值,绘制出该研究区降尘空间分布图。     

塔里木盆地南缘沙尘暴天气的螺旋度特征分析

利用NCEP再分析资料和常规地面观测资料,对发生在塔里木盆地南缘的四次沙尘暴天气进行了螺旋度场的诊断分析。结果表明:沙尘暴发生区上空螺旋度的垂直分布特征在对流层下层为正值区(对应气旋式涡度区),在对流层中上层为负值区(对应反气旋式涡度区),这种垂直结构对形成像沙尘暴这样的中尺度天气系统而言,构成了低空强辐合、高空强辐散的深厚上升运动区,是十分有利于沙尘暴发展的一种型式。     

宁夏盐池春季局地沙尘暴特征及其与下垫面的关系

通过对宁夏盐池1980-2006年春季局地沙尘暴资料的分析表明,盐池春季局地沙尘暴呈减少的趋势,局地沙尘暴占沙尘暴总次数的三分之二,71%的局地沙尘暴持续时间在3小时以内,最大风速集中在5.1~15.0m/s之间,未达到大风标准,引起局地沙尘暴的风向集中出现在N、NNW、WNW、W方向。土壤湿度与局地沙尘暴次数的变化趋势基本相反,两者相关系数通过0.01信度检验;干土层深度与局地沙尘暴的变化趋势基本一致,相关系数通过0.01的信度检验。土壤湿度大有利于抑制局地沙尘暴的发生,干土层深度深有利于局地沙尘暴的发生和持续。     

银川河东机场沙尘天气环流类型及动力结构研究

选取1998-2010年银川河东机场29次沙尘暴天气典型个例,采用天气学和统计分析方法研究了河东机场沙尘暴天气的环流类型及其动力机制。结果表明:银川河东机场沙尘暴天气的环流类型分为4类,即:新疆冷槽型、小槽发展型、强西北气流型、东高西低型,其中新疆冷槽型沙尘暴天气是河东机场最主要的沙尘暴环流类型;强沙尘暴天气发生时一般都伴随着高空急流加强;而沙尘暴天气爆发时散度场的分布为低层辐合高层辐散。     

宁夏中北部春季沙尘暴与气候及环流背景关系的研究

本文利用1961-1999年宁夏中北部有代表性的5站的地面观测资料及NCEP资料,分析了宁夏中北部春季各月沙尘暴与气候及环流背景的关系。结果表明:春季3、4月宁夏中北部的沙尘暴天气发生频数与其前冬的气温呈显著反相关关系,而冬季气温对5月份宁夏中北部沙尘暴天气的发生频数影响并不显著。而3、4月份宁夏中北部春季沙尘暴发生频数与我区上游沙源区的地面低压系统发生的频数与强度密切相关。