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。     

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。     

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。     

喀什地区沙尘暴天气变化特征及影响因素分析

根据喀什地区喀什、巴楚和莎车三个气象站1961-2013年的数据资料,采用morlet小波分析、多元线性回归分析及Mann-Kendall突变检验法等分析方法对喀什平原地区沙尘暴天气的周期特征、气候影响因素(日平均气温、气温日较差、地气温差、地温日较差、日平均压强、其平均风速和日平均相对湿度)及突变特征进行研究,并通过普查气象图,对发生沙尘暴天气时的大气环流形势进行了分析。结果表明:近53年来,喀什平原地区的沙尘暴日数呈震荡减少趋势,沙尘暴日数变化的时间尺度为8年、12年和28年,其中28年的时间尺度周期波动最强,为沙尘暴日数变化的第一主周期;从环流形势上看,喀什地区沙尘暴天气受翻越天山和帕米尔高原的冷空气活动影响较大;气候因素对沙尘暴天气的影响显著,从全年来看,影响沙尘暴发生的主要气候因素依次为日平均风速、地温日较差、气温日较差、地气温差及日相对湿度。春、冬两季,日相对湿度对沙尘暴日数有较强抑制作用;在秋季,较低的热气压易形成沙尘暴天气;在冬季,气温日较差和地温日较差对沙尘暴天气的影响显著;沙尘暴日数在1987年发生均值突变,突变可能是由日平均风速减小及地气温差升高造成的。     

内蒙古赤峰地区沙尘暴的天气气候特征分析

用12个观测站的1961～2000年40年的沙尘暴、大风日数和降水量等观测资料,分析了内蒙古赤峰地区沙尘暴发生的地理分布、年际和年代际变化特征等。结果表明赤峰地区近40年来沙尘暴呈减少趋势,其特殊的地形特征和多风的气候特点是沙尘暴多发的主要原因。通过沙尘暴天气的个例分析,给出了赤峰地区沙尘暴发生的主要环流型。     

近年来中国沙尘暴发生特点、成因及其防治对策

沙尘暴的发生是一个自然的过程 ,它的发生要具备三个条件 :强冷空气、气旋活动、地面干松的沙土。近年来强和特强的沙尘暴频繁发生 ,这与中国北方人类活动对地表覆盖的严重破坏 ,生态环境进一步恶化有关。不合理的人类活动增加了沙尘暴发生的机率 ,加剧了其危害程度。防治对策主要有 :增加地表覆盖 ,促进生态良化 ;加强沙尘暴多发区环境承载力的研究 ,促进区域资源、人口、环境的协调发展 ;建立沙尘暴预警系统与沙尘暴多发区环境质量动态监测预警系统 ;加强法制与管理力度     

静止气象卫星监测沙尘暴天气的方法与应用研究

本文对静止气象卫星监测沙尘天气的方法进行了研究 ,对其监测结果与极轨气象卫星的监测结果和地面观测结果做了对比分析。应用该方法研究了影响内蒙古的 9次强沙尘暴天气的沙尘起源地和沙尘的扩散过程 ,并对近年来影响中国北方最强的一次沙尘暴天气的发生、发展过程进行了动态的监测和预警。     

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%。     

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。     

乌兰布和沙漠东北缘磴口县沙尘天气变化规律及其对防护林体系建设的响应

利用磴口县1970年～2000年31年的风沙天气发生日数资料和1977～2000年24年防护林建设资料,分析了沙尘天气的季节变化和年际变化,并通过线性回归和多项式回归分析了沙尘暴和扬沙日数的长期趋势变化,结果表明,大风、扬沙和沙尘暴日数呈总体下降趋势,1970～1985年沙尘发生日数相对较高,1985年以后明显下降;沙尘天气发生日数在防护林体系建设前期最高,在不同建设阶段各指标均明显下降,尤其是第三阶段各指标下降幅度可达73.0～94.0%。方差分析表明四个阶段沙尘天气差异极显著;相关回归分析表明风沙天气指标(年均大风日数、扬沙日数和沙尘暴日数)与防护林指标(防护林面积、防护林林木蓄积量)存在着显著的线性相关关系,同期扬沙、沙尘暴与大风日数的比值变化明显,说明防护林体系建设加强了其对沙尘天气的防护功能。     

沙尘暴过程中的混合层特征

本文基于大气气溶胶垂直分布的一些观测事实和针对两例不同天气类型的沙尘暴过程进行的观测分析,得出在行星边界层中,气溶胶浓度远大于其上方的自由大气;且其层结越接近中性,其浓度越接近均匀分布。在冷锋型沙尘暴的维持阶段,地面风速较强且其大小与沙尘暴强度是比较一致的。在高压底部偏东风型沙尘暴过程中,使沙尘暴触发和维持的地面风速弱于冷锋型,且沙尘暴强度与地面风速大小没有明显关系。混合层是影响沙尘暴发生及强度的另一个重要因素。混合层总与沙尘暴伴随,且其维持滞后于沙尘暴。其原因是沙尘气溶胶对地面吸收太阳辐射的削弱使混合层的日变化减小,从而产生一种使混合层维持的机制。这一辐射影响在沙尘暴过程中具有普遍性。在冷锋型沙尘暴过程中,沙尘辐射对冷锋强度的强迫也导致混合层日变化出现增强的趋势。它们的共同影响使冷锋型沙尘暴过程中混合层能够始终维持但其日变化强于高压底部型。混合层与沙尘暴的关系应该结合沙尘暴的不同发展阶段考虑。     

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。     

北京春季沙尘天气特征和预报

根据北京地区资料分析了沙尘的年代变化、月变化,春季是沙尘天气的高发期并以浮尘和扬沙为主。造成沙尘天气的冷空气主要有三条路径,它与蒙古气旋、冷锋、高空急流等大尺度天气系统紧密相连。     

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。     

西北地区气候异常与前期环流场异常的关系

利用奇异值分解法(SVD)分析了西北地区季节(春、夏、秋)降水、冬季气温异常与前期高空环流异常的关系,结果表明:前期的高空环流异常对西北地区季节降水、冬季气温异常有重要影响,且与各季节降水和冬季气温异常相对应的前期高空环流异常在前期不同阶段各有其特点.前期的高空环流异常对季节降水和冬季气温异常有一定的预测意义.     

中国北方沙尘天气原因探讨

我国是沙尘暴易发的国家,进入20世纪90年代以来,强沙尘暴有频率增加、强度加大、范围扩展、危害程度加剧的趋势。沙尘暴的发生危害范围亦逐渐从西北干旱经济落后区扩展到经济发达的北京、天津及华北平原区,近年来的沙尘暴造成了社会经济和人民生命财产的重大损失。受大气环流场和季风气候类型影响,中国冬、春盛吹西北风,强劲而干燥。发生沙尘暴的天数与大风日数和地面热力稳定程度相关,3-5月中国西北内陆地表增温大,是风力场和热力场极不稳定的季节,地表气候容易发生蠕动,沙尘暴便由此启动并易发。除自然要素外,不合理的人类活动也将诱发沙尘暴天气的发生,有些情况下还起到比自然要素更重要的作用。从生态地理区域的角度看,沙尘暴的源地在干旱和半干旱地区,由于大气环流的作用,影响到下风向的半湿润甚至湿润地区。无论何地干旱、半干旱地区都将存在沙尘暴发生的自然条件,而其下风向必将受到不同程度的影响,只是因为中国的季风气候,决定西北干旱、半干旱地区发生的沙尘暴必然影响东南部地区。在现有的科学技术条件下,人类所能做的就是调节自身的行为。因此,在沙尘暴源地实施生态建设是减缓沙尘暴发生的最重要措施,也是消除东部城市沙尘天气的主要途径。根据生态地理区域的特征,沙尘暴源地的干旱区、半干?     

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。     

Relationship between thermal anomalies in Tibetan Plateau and summer dust storm frequency over Tarim Basin,China

The dust storm is the most important and frequent meteorological disaster over Tarim Basin,which causes huge damages on local social economics.How to predict the springtime and summertime dust storm occurrence has become a hot issue for meteorologists.This paper employed the data of dust storm frequency and 10-m wind velocity at 35 stations over Tarim Basin and the reanalysis data from the National Center for Environmental Prediction and the National Center for Atmospheric Research(NCEP/NCAR) during 1961-2007 to study the relationship between dust storm frequency(DSF) in summer over Tarim Basin and the thermal anomalies in Tibetan Plateau in May by using the statistical methods,such as Empirical Orthogonal Function(EOF),correlation and binomial moving average.The results show when negative anomalies in Tibetan Plateau and positive anomalies in its southern region are present along 30°N(the second mode of surface temperature anomalies by EOF decomposition) in May,the time coefficient(PC2) plays an important role in summer DSF variation and has a close relation with the summer DSF at both inter-annual and decadal time scales.When negative anomalies in Tibetan Plateau and positive anomalies are present in its southern region(PC2 in positive phase),there is an anomalous anticyclone in North China,which weakens the northwest wind and is not beneficial for cold air moving from high latitude to the Tarim Basin,and the circulation pattern is hard to result in dust storm weather.Furthermore,the sea level pressure(SLP) increased over Tarim Basin and the direction of SLP gradient reversed,which resulted in the 10-m wind velocity slowing down,so the DSF decreased.From above all,it can be conclude that the thermal anomalies in Tibetan Plateau in May has important effects on the summertime dust storm frequency over Tarim Basin and the PC2 can be used as a prediction factor for the summertime dust storm occurrence.