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。     

冬季强和特强沙尘暴的气象要素特征

应用1995～2009年冬季（11月至翌年1月）共45个月,内蒙古地区118个地面观测站沙尘暴、能见度、气温、相对湿度、风速、降雪量、积雪深度和常规格点场资料,确定了不同范围的强和特强沙尘暴标准,分析了环流形势和气象要素。结果表明：近15年内蒙古地区冬季发生强和特强沙尘暴共9次,其中强沙尘暴6次、特强沙尘暴3次,均是局...     

内蒙古中西部一次强沙尘暴天气过程的诊断分析——物理量场分析

利用NCEP/NCAR再分析资料和自动站观测资料对2009年4月23日-24日出现在我国内蒙古中西部的一次强沙尘暴天气过程,从物理量场方面对此次沙尘暴的影响机理进行了分析。结果表明:这次强沙尘暴的垂直速度、散度、涡度和相对湿度的分布情形与沙尘暴的发生发展有明显的对应关系。此次沙尘暴发生之前,大气低层是下沉运动区,成为弱辐合和辐散并存之势;高层为上升运动区,随着低层的下沉运动转为上升运动,形成低层辐合高层辐散的配置,导致强沙尘暴的发生。从地面至高层转变为下沉运动区时,沙尘暴减弱至消失。涡度场上,沙尘暴发生前,低层是弱的正涡度分布,在沙尘暴发生期间正涡度迅速增强,对应蒙古气旋的发展增强,之后,正涡度减小,此时气旋中心移出内蒙古境内,至24日夜间,气旋东移入海,内蒙古地区的沙尘天气结束。此次沙尘暴发生前和发生期间的低层大气相对湿度在30%以下,近地层的干燥大气,也是内蒙古中西部出现强沙尘暴的条件。由于相对湿度迅速增大至50%以上,沙尘暴开始减弱以至消亡。在沙尘暴发生期间的上空,螺旋度的绝对值达到最大,且螺旋度的垂直分布呈明显的上负下正形势;而在沙尘暴发生前和减弱时,或者螺旋度的垂直分布值较小,或者没有形成螺旋度正负相间的明显分布。     

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。     

内蒙古中西部一次强沙尘暴天气过程的诊断分析Ⅰ——背景场分析

利用NCEP/NCAR再分析资料和自动站观测资料对2009年4月23日-24日出现在我国内蒙古中西部的一次强沙尘暴天气过程,从高低空环流系统配置、风速场方面对沙尘暴影响机理进行了分析研究。结果表明:这次强沙尘暴的主要影响系统是蒙古气旋;高空动量下传对沙尘暴发展有重要作用。     

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。     

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。     

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.