河西走廊东部高温天气成因分析及预报研究

利用河西走廊东部武威市5个气象站1971-2005年逐日极端最高气温≥35℃资料,使用数值预报产品,应用诊断预报和统计预报方法,分析了高温天气气候特征、形成原因及预报着眼点。结果表明:河西走廊东部高温天气主要发生在中部平原和北部荒漠地带;西太平洋副热带高压动力抬升、青藏高压热力加强是造成极端高温事件发生的直接原因。并系统分析了高温天气发生的主要环流形势,总结出武威市高温诊断预报指标和高温定量预报方程,开发出高温预报业务系统,投入业务使用,预报效果良好。     

塔里木盆地浮尘滞空天气客观分型

本文利用2011—2020年塔里木盆地多站浮尘日数据，筛选出396个浮尘滞空日。采用ERA5气象再分析资料，应用PCT算法对塔里木盆地浮尘滞空日地面及高空环流进行客观分型，并分析典型浮尘滞空个例，以揭示浮尘滞空与高低空天气环流之间的联系。结果表明：地面天气型可分为高压前部型、高压底部型和均压场型，不同地面天气型下气象条件和污染物浓度特征存在一定差异；地面天气系统演变过程为高压前部型-高压底部型-均压场型，高空天气系统演变过程为西风槽后型、高压脊型交替出现-平直纬向型；当地面西伯利亚冷高压东移南下，高空受槽后和伊朗高压控制时，浮尘滞空天气处于发生和发展阶段，地面PM₁₀浓度较高；当地面为均压场，无明显气压系统活动，高空为平直纬向环流时，浮尘滞空天气趋于结束。     

新疆夏季高温日数的变化特征及其影响因子

根据1961-2018年新疆夏季高温日数的气候特征分析,新疆夏季高温日数的空间分布型可以分为全疆一致型、南北反相型和东西反相型。全疆一致型分布为新疆夏季高温日数的主要空间分布形态,在20世纪90年代中后期发生了一致增多的突变;南北反相型的分布在21世纪是多发的;21世纪以来,东西反相型多表现为偏西地区高温日数偏少、偏东地区高温日数偏多的分布特征。与3类分布型显著相关的环流场关键区域均位于中低纬度,当南亚高压偏强且南亚高压中心位置偏北时,夏季中低纬度尤其是30°~50°N位势高度明显升高,有利于新疆高温日数偏多。对于位于中纬度的新疆区域,从高度场的合成和温度平流的分析来看,厄尔尼诺事件不利于新疆夏季高温日数的偏多。     

新疆棉花障碍型冷害的天气成因

应用乌苏、炮台和石河子3个气象站1961-2003年7月10日～8月15日的逐日气象观测资料和现有的棉花生长发育观测资料,选出棉区最严重的3次障碍型冷害过程,分析冷害天气前期、过程中的光、热、水和风速气象要素的特点和天气成因.结果表明:①产生障碍型冷害天气过程是持续3 d以上的日平均气温低于20.0℃的强降温天气,连续的阴雨、无日照加重冷害的影响,即阴冷湿型危害重于冷干型.②盛夏持续性低温过程的大气环流背景是100hPa南亚高压北侧的副热带锋区上的低槽,南亚高压双体型导致副热带槽偏南(40°N以南)造成阴冷湿型冷害,单体型导致副热带槽偏北(40°N以北)造成冷干型冷害.③500hPa中纬地区为经向环流,伊朗高压脊强烈向北发展导致北方冷空气南下,在中亚形成深厚稳定的冷性低涡,该低涡冷空气低于-20.0℃,从而造成持续性低温过程,低涡偏南(40°N以南)降水较大造成阴冷湿型冷害,低涡偏北(40°N以北)降水较小且不连续造成冷干型冷害.     

新疆夏季高温日数的变化特征及其影响因子

根据1961—2018年新疆夏季高温日数的气候特征分析,新疆夏季高温日数的空间分布型可以分为全疆一致型、南北反相型和东西反相型。全疆一致型分布为新疆夏季高温日数的主要空间分布形态,在20世纪90年代中后期发生了一致增多的突变;南北反相型的分布在21世纪是多发的;21世纪以来,东西反相型多表现为偏西地区高温日数偏少、偏东地区高温日数偏多的分布特征。与3类分布型显著相关的环流场关键区域均位于中低纬度,当南亚高压偏强且南亚高压中心位置偏北时,夏季中低纬度尤其是30°～50°N位势高度明显升高,有利于新疆高温日数偏多。对于位于中纬度的新疆区域,从高度场的合成和温度平流的分析来看,厄尔尼诺事件不利于新疆夏季高温日数的偏多。     

辽宁夏季干旱环流特征分析

利用辽宁省54站1963—2015年夏季月平均降水量资料及NCEP/NCAR月平均环流场再分析资料,对辽宁夏季降水变化特征及异常年环流特征进行了分析,结合2014和2015年夏季环流场与异常年环流场的对比分析,揭示辽宁夏季干旱环流特征及造成2014、2015年辽宁夏季干旱的环流场因素。研究发现:东亚地区对流层各层大尺度环流系统相互配合是造成辽宁夏季降水异常的主要原因。2014和2015年辽宁夏季干旱的环流场特征均与辽宁夏季异常干旱年情况类似:西太平洋副热带高压脊线位置偏南,且副高西北侧为负的位势高度距平,不利于副高西伸北进;由于副高偏南,辽宁地区西南水汽输送不充足;副热带西风急流轴位于辽宁以南地区上空,且辽宁以南上空200 h Pa纬向风距平为正,以北为负。这种不同高度层大尺度环流配置是造成2014和2015年辽宁夏季干旱的主要环流原因。     

陕西伏旱气候特征及成因分析

利用陕西省15个气象观测站1961～2006年7～8月地面观测资料和美国环境预测中心/国家大气研究中心(NCEP/NCAR)再分析资料,分析了陕西伏旱天气气候特征和典型伏旱期的大气环流特征.结果表明:陕西伏旱具有气温高,降水少,持续时间长,以及明显的年代际变化特征,其中1960、1970和1990年代是伏旱多发时期.强伏旱年西太平洋副热带高压偏弱,青藏高压发展加强并向东北方向移动,与西风带长波脊或西太平洋副热带高压合并,形成控制我国大部分地区的青藏高压或带状高压,是陕西典型伏旱期大气环流的主要特征;100 hPa南亚高压、300 hPa高压、500 hPa的青藏高压中心位置基本一致,且与对流层上下层的暖中心相对应,是持续性异常伏旱期所具有近似正压结构的典型环流形势.     

青藏高原5-10月地表潜热通量与青海同期降水之间的关系

利用1981—2015年ERA-Interim再分析资料和青海省43个观测站气象资料，采用气象经验正交函数分解（EOF）、相关分析法及合成分析等方法，对青藏高原（以下简称高原）5—10月地表潜热通量的时空分布特征及其与青海省同期降水之间的关系进行了分析，结果表明：① 高原地表潜热通量第1模态空间分布主要呈现高原东西部变化不一致的特征，青海东北部、高原西部和南部地区表现为正异常，其余地区为负异常；第1模态时间系数呈现显著下降趋势，并以2001年为界，前正后负，表明青海东北部及高原西部和南部地表潜热通量在2001年以前（后）增加（减少）。② 高原地表潜热通量与青海省东北部降水存在显著的负相关关系，当高原地表潜热通量增加（减少）时，青海省东北部降水减少（增加）。③ 将通过0.1显著性检验的区域作为研究二者之间关系的关键区（35.0°~38.5°N，98°~103.0°E），以1个标准差为依据，挑选潜热通量高值年和低值年。结果表明，关键区内地表潜热通量在近35 a表现为显著下降的趋势，潜热通量高值年关键区降水增加，潜热通量低值年关键区东北部降水减少，其余地区降水增加，且在南部存在大于60 mm正异常中心；在潜热通量高（低）值年，关键区位势偏低（高），风速偏大（小），关键区南部水汽辐合较弱（强）。通过分析100 hPa南亚高压中心强度与300 hPa温度场，在地表潜热通量异常偏高（低）年，南亚高压强度略低（高），300 hPa暖中心略低（高），且南亚高压初上（撤离）高原较早。     

陕西中北部一次大暴雨天气过程分析

应用常规气象观测资料、FNL格点资料和FY-2C气象卫星资料,对2006年8月28日发生在陕西中北部的一次区域性大暴雨天气进行了综合分析。结果表明:西太平洋副热带高压西伸北抬和贝加尔湖冷涡分裂南下冷空气交汇对峙,为大暴雨形成提供了有利的大尺度环流背景;低涡切变、低空急流和地面冷锋是暴雨产生的主要影响系统;暴雨的水汽输送通道始于南海,沿副高外围气流到达暴雨区上空,雨区上空中低层存在着强水汽通量辐合中心;中层干冷空气从北方侵入暖气团,在雨区上空形成了强对流不稳定区;涡度、散度、垂直速度等物理量的垂直分布有利于暴雨产生,散度在垂直方向上具有多层分布特征;暴雨发生在冷锋前部暖区中,共有4个中β尺度对流系统生成发展,影响了暴雨区,中β尺度系统是强降水形成的直接影响系统。     

川渝地区夏季干旱气候特征及成因分析

利用1979—2011年英国东英吉利大学气候研究中心（CRU）整理的地面月降水资料和日本气象厅（JMA）加工的全球高空等压面月平均气象场再分析资料,采用标准化降水指数（SPI）,确定了川渝地区典型干旱年,讨论了川渝地区夏季典型干旱的气候特征及其大气环流特征。结果表明：川渝地区夏季典型干旱年具有气温高、降水少的气候特征;东亚中纬度盛行纬向气流,西风锋区偏北,冷空气多偏北东移,川渝地区及其我国北方大部分地区受大陆带状高压控制。500 hPa带状高压与100 hPa南亚高压中心位置基本一致,且500 hPa高压中心与温度场的暖中心相对应,是持续性川渝夏季干旱具有近似正压结构的典型环流特征;同时川渝地区夏季干旱年对流层低层从云贵高原到四川盆地的西南气流明显偏弱,风场距平合成表明,云贵高原到川渝地区为东北距平风,距平风场上华南地区为明显的气旋式环流;川渝地区夏季典型干旱年整层西南气流水汽输送与常年比较明显偏小。     

2010年1月阿勒泰地区特大暴雪过程的云图分析

利用2010年1月6-8日常规观测资料和静止气象卫星FY-2C红外云图资料,分析了6-8日阿勒泰地区特大暴雪过程的环流特征和云图特征。结果表明:500hPa阻塞高压是产生暴雪天气的主导系统,西伯利亚冷涡是影响系统,短波槽、高低空西南急流、700hPa辐合线、850hPa暖切变的相互耦合,为暴雪天气提供了水汽和动力条件;阿勒泰东北高西南底的地势,对降雪具有增幅作用;在阿勒泰地区爆发性发展的中尺度冷云团(TBB≤-60℃)和境外生成的中尺度冷云团(TBB≤-60℃)先后影响下,阿勒泰地区出现暴雪,暴雪出现在中尺度冷云团外围TBB等值线梯度最大区域。     

西安市气候变化人为影响度ARIMA测算评价

利用时间序列ARIMA建模及灰色关联分析方法,分析了西安市气候变化人为影响度的变化特征。结果表明:气象资料通过了统计软件的预处理,证明了运用数理统计软件处理气象数据的可行性,为处理气象数据提供了另一种分析方法。经过比较多种模型,确定ARIMA(1,1,4)模型,因其BIC信息量最小。根据ARIMA(1,1,4)模型计算出的1950-1987年的气温值与原始计算值吻合很好,相对误差较小。进一步利用该模型迭代计算了西安市1988-2007年的气温值。通过对各指标的灰色关联度分析,最终确定西安市气温变化的人为影响度为43.45%,其中耕地面积的变化是主要因素,其次为工业发展及人口变动等。     

北方牧草种子生产的气候条件分析

本文探讨了我国北方内蒙古地区气候条件对牧草种子生产的适合性问题。重点分析了辐射、温度和降水对牧草种子生产的影响。作者认为 ,北方的高辐射能气候条件对种子生产是一个有利的因素。温度和降水虽能满足大多数北方牧草物种的种子生产需求 ,但多变的气候和水、热不同步是限制种子生产的主要问题。根据对北方气候特点和主要牧草植物生物学特性的分析 ,作者提出了北方牧草种子生产的区划并就生产中应注意的问题提出了一些建议。     

基于TM卫星遥感影像的西安市城市热岛效应变化分析

利用2006年和2010年8月的TM卫星影像,通过定量遥感反演手段和相对亮温分析方法,反演和分析了西安市城区相应时间点上的热场温度。结果显示：其城区平均气温由2006年的26.28 ℃提高到2010年的28.14 ℃,5 a间升高了1.86 ℃。期间高温区域在市区的西部、西南部和东南部出现了较大范围的扩展,尤其以东南部的扩展范围和强度为大。从相对亮温情况来看,全市缺乏极强热岛,整个市区以弱热岛占绝对优势,2010年和2006年其面积比例分别为61.11%和58.64%;其次为绿岛,其面积比例在2010年和2006年分别为34.08%和35.98%;中等热岛和强热岛所占比例极小。绿岛面积减少的最大区域在西北部的汉长安城遗址南部以及市区东南部的三兆、东伍一带;而强热岛在2010年呈星点状分布在东郊的灞桥纺织城、西二环附近的西安电工铸造厂和西安电压力容器厂、长安区的河池寨等地。从相对亮温热力斑块的转移概率矩阵看,最稳定的热力景观斑块类型为弱热岛斑块和绿岛斑块,2006-2010年,其保持不变的面积分别达79.41%和67.82%;而最不稳定的景观类型为中等热岛和极强热岛,其发生变化的面积比例分别为70.73%和64.18%。从西安市区热场变化的原因来看,城市建设的影响最大,其中人口增长、建成区范围扩张和房地产开发是最主要的影响因素,另外全球变化背景下的区域气温升高也是西安市热岛效应加剧的另一促进因素,而城市绿化建设可以在一定范围内改善局地的热岛效应状况。     

2012年7月29日武威市大到暴雨天气过程分析

利用常规天气图、FY-2D卫星云图、单站地面资料、物理量场等资料,对2012年7月29日下午到夜间武威市的对流性强降雨天气成因进行了系统分析。结果表明：该过程是在一定的大尺度环流背景下高低层天气系统共同作用发生的,地面气象要素的剧烈变化是强降雨天气能量的释放过程;大的湿度条件和水汽在本地辐合,为大到暴雨提供了丰沛的水汽;高层辐散、低层辐合以及强烈的上升气流是大到暴雨发生的动力条件;强烈的不稳定能量和不稳定层结是对流增强、雨强增大的必要条件;对流云团的发展和加强是降雨强度较大的直接原因。     

1997-2002年华北持续性干旱气候诊断分析

利用1957-2002年华北地区104个气象站实测的月降水量、月平均气温等气候资料,以及美国NCEP/NCAR的850 hPa矢量风和500 hPa位势高度等再分析资料,分析了1997-2002年逐月降水距平变化特征、干旱持续性特征、干旱强度分布特征;基于干旱区域性特征,提出了一个描述区域性干旱的指数(spatial drought index,SDI);此外,从东亚大气环流系统中的冬季东亚大槽、贝加尔湖反气旋环流场、西太平洋副热带高压以及东亚夏季风等系统的变化等方面,探讨了对这一持续性干旱的影响.研究表明:华北地区1997-2002年的干旱具有全区强度大的特征,区域平均干旱指数达到了65%以上.而东亚地区冬季东亚大槽持续偏弱,夏季贝加尔湖地区高压又持续偏高,东亚夏季风持续偏弱,西太平洋副热带高压持续偏东等的综合作用,是引起华北地区这一阶段持续性干旱的主要原因.     

新疆天山极端干湿事件时空演变特征

基于新疆天山26个气象站1960—2017年的气象资料,采用FAO Penman-Monteith模型计算了各气象站月地表湿润指数,标准化后统计极端干湿事件频率。运用线性趋势分析法、反距离加权法探究了极端干湿事件频率的时空演变特征,并采用相关分析、偏相关分析及交叉小波分析分别探讨了气象因子和大气环流对极端干湿事件变化的影响。结果表明:(1)新疆天山极端干、湿事件分别呈减少、增加趋势,年际倾向率分别为-0.40次·(10a)^-1、0.37次·(10a)^-1。夏季为天山极端干、湿事件的共同高发季节,也是极端干旱下降趋势最大的季节,而秋季是极端湿润上升趋势最大的季节。(2)天山北坡是极端干旱事件和极端湿润事件的共同高发区域,极端干、湿事件发生频率高达4.44次·a^-1、2.76次·a^-1,也是极端干旱下降、极端湿润上升速率最快的区域,平均年际倾向率分别为-0.75次·(10a)^-1、0.58次·(10a)^-1。(3)平均相对湿度是导致该区域极端干湿事件变化的主要气象因子,厄尔尼诺-南方涛动(El Ni?o-Southern Oscillation)是主要大气环流因素。     

华北地区夏季旱涝的大气环流特征诊断

利用1960-2009年华北地区17个站点的月平均降水资料以及NCEP/NCAR再分析资料中的月平均位势高度场、风场等资料,研究近50 a中国华北地区夏季旱涝对应的大气环流的异常。华北地区夏季旱、涝年份对应的大气环流存在显著差异。其中,夏季华北旱年的环流特征表现为：中层乌拉尔山附近为低槽区,贝加尔湖地区则为高压脊区,朝鲜半岛附近为槽区,华北地区处于高压控制下且西太平洋副热带高压偏南;低层蒙古反气旋很强,中国东部地区出现了明显的偏北风距平,阻挡了南方暖湿水汽向华北的输送。在涝年,中层乌拉尔山附近以及朝鲜半岛附近为高压脊,贝加尔湖地区则为很深的槽区,华北地区位于贝加尔湖至蒙古的低压槽前,西太平洋副高偏北;低层蒙古附近多低压槽活动,在我国东部地区出现了南风距平,有利于南方暖湿水汽向华北输送。华北旱、涝年前期春季的大气环流形势与同期夏季很相似。      

2008-2009年冬季我国北方特大干旱成因分析

2008-2009年冬季,我国北方冬麦区发生了特大干旱灾害。利用NCEP/NCAR的再分析资料,分析了干旱发生过程中气温的异常、垂直积分的水汽含量特征和水汽输送的变化,最后从大气环流角度分析了干旱发生的内在原因。结果表明:2008-2009年冬季,我国中部和华北部分地区气温偏高,华北以北地区气温偏低,冷空气活动频繁;从印度洋到我国西南、中部、华北地区的水汽含量比多年平均偏少,我国大部分地区气流比较平直,西南方向的偏西风水汽输送较弱。在干旱发生过程中,乌拉尔山、巴尔喀什湖为高压脊,贝加尔湖到中纬度地区为槽区,亚洲大陆的东部又为高压脊;亚洲中部和东亚以经向型环流为主,贝加尔湖到西伯利亚地区为明显的负距平,有利于冷空气南下影响我国北方地区。同时,我国大部分地区下沉气流较多年平均偏强,从青藏高原南侧到西南、华南地区的下沉气流减弱了西南方向的偏西气流水汽输送,从而导致降水减少。