用日定时观测能见度划分沙尘暴强度存在的问题

选取宁夏24个气象站1955—2003年沙尘暴观测资料及其沙尘暴出现当日的能见度定时观测资料,分析研究了宁夏单站沙尘暴天气强度划分时存在的问题,结果表明:用沙尘暴当日定时观测最小能见度资料划分沙尘暴天气强度存在很大的片面性,有53%的沙尘暴天气无法划分其强弱、69%的沙尘暴天气发生在非定时观测时间段内,通过典型个例,对比分析了日定时观测最小能见度对沙尘暴天气强度划分的影响和存在的偏差,为历史沙尘暴强度的划分提供参考。     

粒子散射系数在沙尘天气观测分级中的初步分析

利用2004年4月20日至5月23日塔克拉玛干沙漠腹地塔中气象站浊度计和能见度仪逐日每5 min一次的加密观测资料及相应的地面气象常规沙尘观测记录,根据中国气象局沙尘暴观测分级标准分析了粒子散射系数在各级沙尘天气中的特征,表明浊度计观测的粒子散射系数在沙尘天气观测分级标准中有较明确的意义,沙尘天气时粒子散射系数与能见度为显著指数关系。     

内蒙古地区沙尘暴的分布特征

使用1995—2007年13 a内蒙古地区118个地面测站的沙尘暴、能见度、风速风向观测资料,确定了不同范围、不同强度沙尘暴标准,给出了特强、强、次强和弱沙尘暴日的个例谱;对地理分布、时间分布、气象要素分布特征进行分析。结果表明,近13 a内蒙古地区有5个沙尘暴多发中心,强和特强有两个高发区。年变化显著,1995年沙尘暴开始减少,1999年开始增加,2001年达到最多,之后开始减少,2003年沙尘暴次数最少,2004年开始呈波动增加趋势。在一年内,沙尘暴、强和特强沙尘暴集中出现在春季的3—5月,4月最多,沙尘暴下旬相对集中,上、下旬是大、小范围强和特强沙尘暴易发时段。3—5月,平均地面气温高于5 ℃,平均地面相对湿度低于40%的地区是沙尘暴多发区。     

沙尘暴观测及分级标准研究现状

沙尘暴天气发生时,气流向空中输送大量沙尘,使能见度较低、空气质量恶化,给人们日常生活、身体健康带来严重影响。强沙尘暴往往造成天昏地暗,引起人们恐慌心理,因此,这一天气现象普遍受到社会各界广泛关注。无论是分析研究、预警预报,还是媒体报道,沙尘暴的定义、观测、分级、命名必须规范统一才有可比性、可信性。笔者根据近年来国际上召开的沙尘暴会议文集以及国内出版的有关书籍文献,对沙尘暴观测及分级标准研究的现状作一点综述,并提出一些看法。     

2010春季我国一次强沙尘暴过程分析

2010年3月18~23日,一次强沙尘暴天气过程先后影响了我国21个省(区、市),影响范围约282×104km2,2.7×108人口遭沙尘天气侵袭。通过应用NCEP/NCAR 2.5°×2.5°全球格点再分析资料,从沙尘暴爆发前后的天气形势、气象要素场的特征以及起沙和传输的动力机制等方面对这次沙尘暴过程进行初步分析。同时,利用每日空气污染指数资料和北京能见度资料,分析了沙尘暴期间全国空气污染物浓度的分布和北京地区能见度的变化。结果表明:这次沙尘天气分两个阶段,第一阶段为3月18~21日,第二阶段为3月21~23日,从影响范围及强度方面来说,第一阶段沙尘过程强于第二阶段。蒙古气旋强烈发展是引发此次沙尘暴的主要原因。沙尘暴基本沿西北到华北,华北到华南的路径传播。空气污染指数及能见度变化基本反映了此次沙尘暴的移动路径和强度变化。此次沙尘暴天气的沙尘源地位于蒙古国南部以及中国的新疆南部、东部和内蒙古中西部地区。由于热力和动力(涡度)两种因子的联合作用,使地面气旋一面向前移动,一面加深发展,高空槽因冷平流加深,并因涡度平流而向前移动。冷锋锋生加强,产生大风天气,是引发沙尘暴和推动沙尘长距离输送的动力因子。     

一次秋季沙尘暴的诊断和天气雷达观测分析

使用NCEP 1°×1°每天4次的再分析资料对2006年10月5日发生在甘肃、内蒙古西部、蒙古国南部沙尘暴天气的位势涡度、干侵入、局地垂直螺旋度进行了诊断分析。分析结果表明：对流层高层的高位势涡度库位势涡度柱向下、向南伸展,在等熵面陡立处,垂直涡度分量急剧增大,使锋面低压迅速发展,低空急流形成;高空干冷空气向东南下侵,蒙古国南部从西到东的大风、沙尘暴由下滑冷锋引起,持续时间长,强度强;河西走廊、内蒙古西部的大风、沙尘暴由上滑冷锋引起,持续时间短,强度相对弱。利用张掖CINRAD-CC天气雷达观测数据对导致张掖沙尘暴的β中尺度双阵风锋结构进行了初步分析,认为第二条阵风锋使风速忽然加大,阵风锋的辐合上升使沙尘扬起抬升,能见度讯速下降。     

能见度与空气质量的关系研究

利用2004年1月～5月塔克拉玛干沙漠腹地塔中气象站的PM10和能见度仪自动监测资料,分析了PM10的浓度与能见度的关系,得出它们之间符合幂函数规律,并研究了沙尘暴发生时PM10的浓度分布特征,对不同能见度条件下的PM10的频率分别用正态、Weibull、Pearson Ⅲ型分布进行拟合,经比较发现Pearson Ⅲ型分布能够比较好的拟合PM10的实测频率分布。从方差分布的角度,定义置信区间并反推其出现的概率,得出弱、中、强沙尘暴的出现频率分别为60%、25%和15%,从而给出强、中、弱沙尘暴等级的PM10浓度界限标准。     

大连浮尘天气特征与浮尘观测标准研究

基于大连近4 a的可吸入颗粒物自动监测和气象资料,研究了浮尘天气中PM10以及能见度、相对湿度、风向风速等气象要素变化特征。结果显示,浮尘影响明显,浮尘发生后PM10质量浓度突然升高,浮尘天气日平均和过程平均PM10浓度均超过300 μg·m-3,并且平均持续时间超过16 h;相对湿度为13%~97%,能见度自动监测值在1 049~9 002 m之间,北风频率最高,风速在0~12 m·s-1之间。经过综合分析,提出沙尘暴下游台站基于可吸入颗粒物自动监测的浮尘天气新观测标准。该标准既可以对远距离飘尘影响区进行科学的定量评价,又与现有标准保持较好的一致性,并可作为预测预报的依据。检验表明效果较好,有较强的实用性,可以修正人工观测漏记或错记情况。     

塔里木盆地沙尘气溶胶对短波辐射的影响——以塔中为例

利用2006年8—9月塔克拉玛干沙漠腹地塔中气象站的80 m铁塔上,距地1.5 m的KIPP & ZONEN自动辐射仪获取的监测资料,根据沙尘暴资料中PM10的小时浓度变化,参照TSP的变化趋势和塔中地面气象站的能见度和风速,将天气划分为晴空、浮尘和扬沙、沙尘暴三种类型,并分别选取其代表性天气,分析以塔中为代表的沙漠腹地,沙尘气溶胶浓度的变化对短波辐射的影响。结果表明：沙尘气溶胶减弱到达地面的总的太阳辐射,在大气总的透过率上表现为晴空是沙尘暴的2.04倍;直接辐射表现在大气透明系数的变化与沙尘暴、浮尘PM10呈显著负相关,相关系数分别为-0.714,-0.771;沙尘气溶胶改变散射辐射波形,由遁形平顶型改为倒“V”型,增加散射日总量,沙尘暴是晴空的1.68倍,浮尘是晴空的2.12倍。     

环流及冷空气类型与宁夏沙尘暴落区的对应关系

利用台站1970-1997年常规地面观测资料及NCEP/NCAR(1970-1997年)逐日全球再分析资料,按不同分类标准,对同期发生的沙尘暴天气过程的环流背景、冷空气路径及影响系统等进行合成对比诊断分析。结果表明:在相同的大尺度环流背景和冷空气路径下,由于影响系统的类型、强度、位置等不同,其影响区域会有所差异,且高低层大气的温度距平场及纬向风距平场的不同分布,与沙尘暴的落区也有密切关系。同时,依据诊断分析的结果,简要给出了宁夏沙尘暴天气的预报着眼点。     

陕西强沙尘暴、特强沙尘暴天气气候特征分析

 从陕西1954—2003年所有沙尘暴记录所对应的3次或4次定时能见度观测资料中挑出最小能见度小于500 m的作为强沙尘暴记录,小于200 m的作为特强沙尘暴记录。然后挑取在一次过程中有3个或3个以上气象站出现强沙尘暴的过程共41次作为强沙尘暴过程,有3个或3个以上气象站出现特强沙尘暴的过程共6次作为特强沙尘暴过程。分析结果表明,20世纪90年代是陕西强沙尘暴、特强沙尘暴过程最少的时期。陕西强沙尘暴过程主要发生在春季,冬季次之,其中春季4月最多, 冬季2月最多。除春季、冬季外,6、11月也有发生。根据41次强沙尘暴过程出现前一日08时500 hPa环流形势分析,将造成陕西强沙尘暴天气的环流形势及影响系统分为蒙古冷（横）槽型、脊前下滑槽型、短波槽东移型和西北气流型4类,其中蒙古冷（横）槽型是造成陕西强沙尘暴天气最多的一种形势,占总次数的44%。陕西6次特强沙尘暴过程的环流形势及影响系统全为蒙古冷（横）槽型。根据地面冷空气入侵陕西的路径分析,将造成陕西强沙尘暴天气的冷空气路径分为西路、西北路、北路三条。     

2004年春夏季两次沙尘暴期间地面气象要素变化特征对比分析

用沙尘暴自动观测系统记录的每分钟地面气象要素,分析了2004年3月28日和7月12日发生在甘肃酒泉的两次沙尘暴过境时地面微气象要素的变化特征。结果表明：①两次沙尘暴发生前地面湿度都较小,气压较低,但是在临近发生时地面气压会猛增,接着维持一段时间的相对稳定状态,但春季沙尘暴过程这个时间更长;沙尘暴即将结束时地面气压再次大幅增加。②沙尘暴发生前气温偏高,结束后较短时间气温会出现急剧下降;春季沙尘暴期间0 cm地温和气温的变化趋势比较一致,但是5 cm地温的变化趋势与气温变化差别较大;夏季沙尘暴过程中0 cm、5 cm地温的变化趋势与气温变化趋势都比较一致。③由于下垫面性质的差异,春季发生的这次沙尘暴地面水平风速明显比同年夏季发生的沙尘暴大,但水平能见度却比夏季发生的沙尘暴好。     

2015年2月21日内蒙古风雪沙尘天气特征

利用高空、地面常规观测资料和NCEP再分析资料,针对2015年2月21日内蒙古中部阴山北麓地区暴风雪转强沙尘暴天气,进行了对比分析。结果表明:该次天气过程受强冷空气影响,由高空蒙古冷涡迅速发展加强产生。地面冷锋形成降雪,锋区风力较大,形成了暴风雪,随后受副冷锋影响,风力明显增强,产生沙尘暴天气。暴风雪与沙尘暴差异表现在:(1)冷涡、冷锋是主要影响系统,但天气系统影响部位不同,暴风雪多发生在锋区及暖区中,沙尘暴多发生在锋区后部的强冷平流控制区中。(2)水汽条件差异明显,暴风雪相对湿度需要大于70%,沙尘暴相对湿度小于30%。(3)大气层结需求不同,暴风雪对不稳定层结要求不高,沙尘暴对不稳定层结和深厚的混合层有较高的要求。(4)暴风雪发生时气温骤降,沙尘暴发生时温度缓慢持续下降。     

民勤“2010.4.24”黑风天气过程的稳定度分析

 2010年4月24日民勤出现黑风天气,给当地经济和社会造成严重影响。利用民勤黑风发生前后2010年4月24日08时~25日08时的探空观测资料,对大气不稳定能量、热力参数“V—3θ”和动力参数“相对风暴水平螺旋度”进行了计算分析。结果表明：黑风发生时,民勤近地面存在正不稳定能量,促使黑风在近地面层爆发性发展,使沙尘粒子在正不稳定能量区聚积,形成黑风墙。民勤黑风爆发前和爆发时大气温湿结构呈现出上湿下干的分布特征,低层湿度较小不利于降水产生,为沙尘扬起提供了较好的垂直方向的环境场条件;黑风爆发前大气层结500 hPa以下风场的垂直分布形成顺时针滚流,为对流性不稳定层结,气层有利于黑风生成和发展;黑风过境后,风场的垂直分布顺时针滚流下降至700 hPa以下,说明大气层结的对流不稳定层结变薄、减弱,700～500 hPa存在逆时针滚流,抑制上升运动,预示黑风将减弱。黑风爆发期间在河西走廊中部存在一个相对风暴水平螺旋度负值中心,中心值达到-870 m2 /s2,远小于强沙尘暴发生的临界值-600 m2 /s2,沙尘暴的强度与相对风暴水平螺旋度负值中心存在很好的对应关系。当民勤测站的相对风暴水平螺旋度＜0,其上游存在≤-600 m2 /s2的最小中心时,民勤测站将出现强沙尘暴;当民勤测站的螺旋度＜0,其上游存在正值中心时,下游存在负值中心时,民勤测站的沙尘暴结束,能见度好转。     

宁夏春季典型沙尘暴年环流特征量分析

利用近1960-2000年宁夏春季沙尘暴发生次数及常规气象与环流特征量、海温等资料, 首先分析得出了宁夏近41a来沙尘暴发生频次的变化规律; 其次通过对宁夏典型沙尘暴多、少年气候特征对比分析, 发现沙尘暴多、少年前期气象要素及环流特征量存在明显差异: 沙尘暴少(多)发年前一年夏季及前一年夏季到当年春季累积降水量偏多(少); 冬春季冷空气活动次数偏少(多); 前期及同期北半球极涡面积偏小(大)、强度偏弱(强); 冬季东亚大槽位置偏东(西)、强度偏弱(强); 前一年春季北太平洋海温距平场表现为厄尔尼诺遥相关分布型(反厄尔尼诺遥相关分布型)。依据作用机理, 提出了在西北地区生态环境局部治理、整体恶化背景下, 宁夏春季沙尘暴发生频次减少, 主要是东亚环流调整、冬季风减弱所致, 同时还形成了宁夏春季沙尘暴短期气候趋势预测概念模型。     

南极长城站能见度变化分析

利用南极长城站1986—2012年能见度人工观测资料,分析了能见度的变化特征和趋势。结果显示,高于10 km能见度出现频率为61.0%,低于1 km的频率为8.0%。11—3月能见度较好,6—10月能见度较差;海雾和降水是夏季能见度降低的主要原因,冬季则主要归因于频繁的降雪、吹雪或雪暴等灾害性天气。10 km能见度发生频数有显著减小倾向,10 km能见度呈上升趋势,且冬季的上升速度最快,大雾、吹雪和降雪减少是主导冬季能见度升高趋势的重要因素。长城站能见度显著的天气尺度周期为2.1—8.3 d,年际变化周期为2 a、4.1 a和6.9—8.2 a,又以4.1 a最为显著。2012年开展的能见度自动观测实验表明,20 km范围内的自动观测精度较高,适用于长城站的连续监测。     

季以上尺度预报春季区域性沙尘暴过程的方法研究

应用1954—2003年甘肃省沙尘暴发生时间、站次资料和500 hPa NCEP/NCAR再分析资料,分析了春季候区域性沙尘暴的特征。选择影响甘肃省春季天气的500 hPa七个关键区,通过周期分析发现,这些关键区有30候左右的周期可以通过0.01的信度检验,表明500 hPa侯形势场在一定范围内的确存在30候（150 d）左右显著周期。给出春季区域性沙尘暴发生的典型场,计算它与历年10~12月逐候500 hPa距平场的相似系数,结果表明：准150 d韵律方法预测沙尘暴的历史概括率在71.5%～76.4%之间,最高概括率可达87.5%,最低也有60.0%,漏报率为19.8%～26.0%。尽管如此,可以认为该方法对甘肃省区域性沙尘暴,尤其对典型形势场所对应的沙尘暴天气过程有较高的预测能力。最后给出典型年前期500 hPa要素场的特征。