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。     

中国北方沙尘暴研究的若干进展

为了回顾总结中国北方沙尘暴研究的现状,本文评述了近20多年来中国北方沙尘暴研究的三个主要阶段,从沙尘观测、气候学、预报、变化趋势以及防御对策等6方面简要评述了它的研究进展和问题。指出北方沙尘主要源于中国西北及蒙古地区;随沙尘天气强度逐渐加强,不同沙尘天气时地面沙尘浓度约按3倍的比率依次递增;揭示了我国北方的五大沙尘暴多发区;主要有纯冷锋型和冷锋加中系统混合型两类沙尘暴爆发环流型;近50年来的沙尘暴活动呈波动变化,这与生态环境恶化,特别是东亚大气环流的年代际变化有关;防御沙尘暴重点要抓五大多发区生态环境的治理及沙尘暴预警系统的建立。     

“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。     

一次冷锋型沙尘暴过程对流层-平流层交换的数值模拟

利用观测资料、ERA-Interim再分析资料,结合MM5数值模拟结果,对一次强沙尘暴过程的沙尘对流层—平流层输送问题进行初步分析.结果表明:高空强冷空气下传、地面冷锋强烈发展和对流层中低层斜压强迫是本次沙尘暴过程的主要影响因素.在系统发展和减弱的整个过程中,西南急流和高空冷空气下传是斜压不稳定形成的主导因素.与冷锋锋面匹配的对流层顶折叠沿纬向呈“V”形分布,其底部到达550 hPa左右,同时伴随高空急流接近垂直下落,急流核位于高空槽的南侧和东侧,且南侧最强.高空位涡下传与西南急流共同作用,促使冷锋前气旋强烈发展,气流上升运动中心位于500 hPa和600 hPa,但其外围气流未直接穿过对流层顶.对流层顶折叠区上升气流在300～500 hPa与高空槽底部偏西、偏南气流叠加,以斜升或准垂直的形态穿过对流层顶折叠底部进入平流层.气旋发展过程中,冷空气下沉并向东南扩展,暖空气则向西北方向爬升.平流层—对流层的净输送主要发生在高空位涡下传过程,高空位涡停止下传后,出现对流层—平流层净输送,且强度随时间呈增长趋势.     

沙尘天气中的大气电场

我们利用布设的地面大气电场仪观测沙尘天气中大气电场的变化。通过对2002年春季几次沙尘天气过程中大气电场数据的分析,获得了沙尘暴、扬沙、浮尘等天气现象初步的大气电场特征。通过比较沙尘和雷暴天气现象下的大气电场特征,我们认为可以将大气电场仪作为有效的监测装备用于监测沙尘天气现象,而应用于气象业务。     

强沙尘暴过程高空温湿风结构和大气稳定度分析

利用2004年5月23～24日沙尘暴过程中民勤站观测资料,分析了湿饱和位温、比湿和风速垂直廓线分布特征及沙尘暴期间沙尘暴强度、地面气象要素和螺旋度之间的对应关系.结果显示:在沙尘暴爆发前,大气层结处于不稳定状态,大气温、湿风垂直结构有利于沙尘暴的发生发展;沙尘暴期间,大气稳定度逐渐增大,出现了稳定与不稳定相间的情况,不利于对流的进一步发展;特别是在沙尘暴生命史后期阶段,大气层结调整到稳定状态,抑制了干对流的发展.在沙尘暴过程中,螺旋度与地面气象要素及沙尘暴强度之间存在很好的对应关系.     

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。     

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。     

民勤地区沙尘暴近地面风速特征及其与环境因子的关系

作为沙尘暴发生必不可少的动力条件,风是判定沙尘暴强度的主要指标,也是沙尘暴预测预报的依据。虽然人类对风的认识很早、研究很多,但是对沙尘暴过程中的风速特征仍然在不断的探索中。文中研究了民勤荒漠区、绿洲边缘和绿洲内部三种下垫面近地面50m沙尘暴风速特征及其与环境因子的关系。主要研究结果是:1)在三种不同的下垫面条件下,沙尘暴风速在近地面50m范围内风速均随高度遵循幂函数关系递增。2)从荒漠区到绿洲边缘近地表0-50m内风速平均削减4.11%,再从绿洲边缘到达绿洲内部风速平均削减30.45%。风穿越研究断面,随高度增加风速削减率逐渐减小。3)不同季节,沙尘暴平均风速没有明显差异,但地表粗糙度越小沙尘暴平均风速的季节性差异越大,高度越高季节差异越大。4)绿洲内部地表粗糙度为2.121 cm,绿洲边缘为0.082 cm,荒漠区为0.023 cm。5)根据每次沙尘暴过程中30m in平均风速随时间的振荡曲线的轮廓可将沙尘暴归纳为三类,分别为单峰型、双峰型和多峰型。这三种不同类型的沙尘暴在大气环流背景、沙尘暴的发生时间、沙尘暴过程中风速的时空变化等均有明显的不同。在一次沙尘暴过程中,从垂直梯度看,随着高度的增加风速随时间曲线的振幅增大,而振荡频率降低;从水平梯度看,沙尘暴流场从荒漠区经绿洲边缘到达绿洲内部,风速曲线振幅逐渐减小,振荡频率逐渐增加。     

兰州市春季沙尘气溶胶的监测与分析

通过对兰州市2005年春季大气气溶胶监测资料的计算,分析得到了该地区春季大气气溶胶质量浓度和色度随时间的分布及其相互关系,结果表明:有大风时,沙尘浓度较高,红度、黄度也高,相应地污染物比例就小,明度就高;有降水、阴天和多云天气时,空气中沙尘和污染物少,明度高,而沙尘和污染物的比例变化比较小,所以红度和黄度也高;无降水且风速小时,污染物比例大,则明度低,相应地沙尘比例小,红度、黄度也低。本文还分析计算了沙尘暴发生时沙尘粒径的分布、PM10和PM2.5的质量分数以及PM2.5在PM10中的比重;粗细粒子比重不同说明沙尘来源不同。     

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。     

亚洲沙尘暴期间在澎湖列岛对大气悬浮颗粒的取样和分析(英文)

IntroductionDuringAsianduststormperiods,significantincreasesofatmosphericaerosols,particularlyPM10,havebeenobservedinTaipei,Taichung,Tainan,Kaohsiung,andPingdon,inTaiwan(ChangandYang,2002;LiuandYuan,2000;Liuetal.,2002;Tsuangetal.,2002;Yuanetal.,1999;Wange…     

辽宁省沙尘天气分析

以1971-2005年辽宁60个站沙尘天气资料为基础,从年代际变化、季节变化、空间分布特点等方面对浮尘、扬沙、沙尘暴、沙尘天气综合影响程度进行了统计分析。结果表明:辽宁的沙尘天气年代际变化明显,且多发生在春季(4月最多),沙尘天气主要在3月下旬到4月下旬出现在沈阳西北部、阜新以及朝阳北部地区。结合辽宁的气候、空间特点,从沙源、大风、不稳定层结3方面分析了辽宁沙尘天气的形成以及时空分布不均的原因,简要介绍了辽宁防沙的措施、效果以及辽宁省气象台沙尘暴短期预报方法。     

Vertical distribution of sand-dust aerosols and the relationships with atmospheric environment

The vertical distribution of aerosols in the troposphere is important for determining their effects on climate.The vertical distribution of aerosols under different atmospheric conditions in the free troposphere was directly observed using a surface micro-pulse LIDAR(MPL) and a TP/WVP-3000 microwave radiometer at the Semi-Arid Climate & Environment Observatory of Lanzhou University(SACOL,35.95°N,104.10°E) in the western Loess Plateau,China,in the spring of 2008.The results showed two possible transportation paths of a sandstorm from May 1 to May 4 in 2008.In one path,sand-dust aerosols were transported toward the east from the Taklimakan Desert to the Badain Jaran Desert and the Tengger Desert by a westerly wind and then toward the southeast to Jingtai and Lanzhou.A weak aerosol index(AI) indicated another possible transport path toward the east from the Taklimakan Desert to the Qaidam Basin and through the Tibetan Plateau eastward to SACOL.The aerosol profile of sandstorm processes over the SACOL area displayed three patterns:a single peak distribution under stable atmospheric conditions,indicating urban aerosol distribution;an exponential decrease under unstable atmospheric conditions in the presence of a sandstorm;and a slight change in the mixed layer during the first and last stages of the sandstorm,indicative of thorough mixing during lifting and deposition stages.Analyses of the aerosol layer height(ALH) showed that there are two types of ALH diurnal variation.The ALH during the first sandstorm stage was complex and disordered,and affected by atmospheric circulation.While the ALH had obvious diurnal variation in the other stage,the ALH and aerosol extinction coefficient(AEC) had a single peak,and was higher in the afternoon and lower in the morning.In the second case the ALH was in agreement with the atmospheric boundary layer height(BLH) variation.As a result of the development of the atmospheric boundary layer(ABL) during day and maintenance at night,ALH during sandstorm-free days showed obvious diurnal variations.Multiple vertical distribution patterns of sand-dust aerosols will result in different climate effects;therefore,the vertical distribution patterns can be used to parameterize climate and aerosol models.     

准噶尔盆地南缘“2008.04.17”沙尘暴天气成因分析

利用常规观测资料、地面气象自动站资料和数值预报产品T213资料,对2008年4月17日下午准噶尔盆地南缘石河子垦区出现的沙尘暴天气过程的成因进行了分析。结果表明:西西伯利亚冷槽的斜压性结构使其强烈发展,为沙尘暴的发生提供了动力条件。而西西伯利亚冷槽的垂直结构强迫出一支下沉气流,为沙尘暴的发生提供了动量下传机制。沙尘暴是高空急流及高空锋区,在中、高纬地区共同作用的结果。沙尘暴爆发过程中,动力场、热力场的交换非常明显。沙尘暴发生在地面冷锋后部、冷高压前部、3h变压、变温最大处和气流辐散的地区。     

敦煌地区2001年春季气溶胶光学厚度反演

利用2001年春季敦煌地区CIMEL CE-318全自动太阳光度计辐射资料,反演了晴空大气、浮尘、扬沙天气条件和沙尘暴前后等不同背景下大气气溶胶光学厚度.结果表明:在不考虑吸收时,440,870 nm和1 020 nm波段晴空大气气溶胶光学厚度均小于0.3;浮尘天气下的大气光学厚度约为晴空天气的2～3倍;扬沙天气大气光学厚度是浮尘天气的2～3倍;沙尘暴发生前夕大气气溶胶光学厚度将明显增加.