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。     

中国北方一次沙尘天气过程的数值模拟

选取中国北方地区2012年4月22-24日的一次沙尘天气过程,综合分析了多种地面与卫星观测资料,并在此基础上采用WRF-Chem模式（Weather Research and Forecasting model coupled with Chemistry）对本次沙尘天气过程的起沙和传输进行数值模拟,并与卫星遥感、地面激光雷达等观测数据进行对比验证。结果表明：此次过程是由地面冷锋和高空短波槽共同作用引起的。WRF-Chem模式模拟结果较好再现了此次沙尘过程的时空分布特征,与地面观测的沙尘天气发生地点基本一致。沙尘天气发生前后,地面观测站各气象要素有明显变化,表现出大风、降温、正变压。WRF-Chem模式模拟的气温和湿度变化趋势与观测基本一致。地面观测得到的PM₁₀质量浓度与消光系数在沙尘过程期间均上升达到高值,模拟能够很好地反映PM₁₀质量浓度的整体变化趋势,但峰值低于观测结果。采用HYSPLIT模式进行后向轨迹模拟,进一步表明本次沙尘过程的源地主要为塔克拉玛干沙漠与古尔班通古特沙漠。前向轨迹模拟结果表明沙尘传输路径自新疆起始,途经内蒙古、甘肃、宁夏、陕西。     

一次冰雹天气过程雷达回波特征及数值模拟研究

针对昆明地区一次冰雹天气过程,在分析其多普勒雷达回波特征的基础上,利用WRF(Weather Research and Forecasting)模式进行数值模拟实验,结果表明:本次降雹过程雷达回波具有“V”型槽口、钩状回波、中气旋特征,是一次典型的超级单体风暴降雹;模式成功再现了降雹过程的天气背景,即上干冷、下暖湿的大气层结;模拟表明,风暴发展演变过程中,大气具有较好的水汽条件、不稳定层结条件以及对流触发条件;模拟的风暴中心具有强烈的上升运动,促使冰雹粒子快速增大,这是形成大冰雹的重要条件.     

一次区域性大风沙尘暴天气成因分析

应用基本观测资料和我国数值预报产品HLAFS资料,对2004年3月2日由西伯利亚冷槽东移南压并强烈发展,在河西走廊东部武威市形成的一次区域性大风、沙尘暴天气过程,从天气学成因、动力机制等方面进行了诊断分析。结果表明,强冷空气的卷入使西伯利亚冷槽强烈发展,为沙尘暴的发展提供了动力条件,而西伯利亚冷槽的垂直结构为沙尘暴提供了动量下传机制,地面冷锋后部形成的大风,为沙尘暴的形成创造了基本条件,在此基础上得出了西伯里亚冷槽的预报着眼点。     

塔里木盆地两次沙尘天气过程对比分析

利用常规观测资料、再分析资料及CALIPSO星载激光雷达资料,基于HYSPLIT模式及潜在源贡献因子分析法、浓度权重轨迹分析法,对比分析了相似环流形势背景下塔里木盆地2015年6月和2022年3月两次典型沙尘天气过程,以和田为例分析两次过程中高低空系统配置、相关物理量特征、沙尘输送路径及潜在源区的差异。结果表明:两次天气过程均受高空槽影响,但2015年6月沙尘天气过程相对2022年3月沙尘天气过程高空槽位置更为偏南且具有明显的经向特征,阻塞高压系统的崩溃使得冷空气迅速爆发,大气垂直运动强烈,从而盆地内沙尘天气强度强于2022年3月沙尘天气过程。2022年3月沙尘天气过程除受槽底少许冷空气翻山造成沙尘天气外,低层偏东风急流相对2015年6月沙尘天气过程更为强盛,使得盆地东部出现沙尘暴并自西向东输送,盆地同时受东、西两路沙尘天气影响。2015年6月沙尘天气过程沙尘主要由偏西路径输送,主要源地为塔克拉玛干沙漠西部,并有部分沙尘由吉尔吉斯斯坦南部输入,2022年3月沙尘天气过程沙尘颗粒主要受偏东气流驱动,塔克拉玛干沙漠是主要起沙源地。2022年3月沙尘天气过程期间和田附近偏西风及偏东风场辐合使得沙尘颗粒汇聚,加之稳定的环流形势及相对暖湿的大气条件,沙尘不易扩散,因此低能见度持续时间相对更长。特殊的地理位置使得无论是盆地内部由西向东还是由东向西的沙尘过程都会在和田地区累积造成影响。     

塔中一次雷暴降水天气过程边界层风场变化特征

雷达资料可以直观地显示雷暴降水过程随时间变化风场的垂直结构以及各高度层风向风速随时间变化特征,能较好地监测到低空急流以及降水粒子的垂直速度。利用风廓线雷达探测资料对2010年7月12日塔中一次雷暴降水过程中的边界层三维风场进行分析研究。结果表明：雷暴降水过程低层风速增大,高层风速减小;上空存在低空急流,平均风速达17.1 m·s-1;雷暴时段,下沉气流垂直速度3.0 m·s-1左右;降水时段,降水粒子平均下沉速度5.1 m·s-1。     

昭通一次区域性暴雨天气过程分析

利用常规气象观测资料,对2012年9月1 1日出现在滇东北的区域性暴雨天气过程进行诊断分析,结果表明:西太平洋副热带高压的快速东退有利于对流层中层低槽东南移动影响暴雨区;低层冷式切变的形成促使了西南涡生成并随切变线方向移动;中、低层强盛的不稳定能量的存在和水汽湿舌的形成为暴雨区提供了动力条件和充沛的水汽条件;低空急流的形成触发了不稳定能量的释放.这些条件的有效合理配置,造成了昭通区域性暴雨、局部大暴雨的出现.     

六盘山区一次非典型冰雹天气过程微物理量特征的分析

利用地面激光雨滴谱仪捕捉2017年7月14日夜间发生在六盘山区的一次强对流天气降雹过程,其降雨和降雹微物理特征表明:降雹时,粒子各项微物理特征量明显增大,其中数浓度和平均动能通量增幅最为明显,分别增长了6.3倍和13倍。降雹初期,粒径较大的冰雹粒子增长较快,随着能量的释放,对流减弱,粒径较小的冰雹粒子增加较快。Gamma型分布更适合拟合降雹前后的粒子谱。用粒子下落末速度公式V=aD^b拟合此次降雹过程中的粒子速度效果很好,相关系数超过0.98,a的变化范围在4.55～5.02之间,b的变化范围在0.53～0.59之间。     

1981-2001年中国西北干旱区NDVI变化分析

采用1981-2001年连续21年的NOAA/AVHRR的NDVI植被覆盖指数,空间分辨率为8km×8 km,时间分辨率是"准半月",分析了中国西北干旱区四个地区(新疆的南疆地区、北疆地区、甘肃内蒙古河西走廊地区和青海柴达木地区)1981-2001年连续21年的NDVI变化.结果显示:1981-2001年中国西北干旱区四个地区的NDVI虽然普遍不高(小于0.3),但是其在新疆的南、北疆处于增大的趋势,北疆1991-2001年的平均NDVI值比1981-1990年的平均值增加了2.48%,南疆的相应增幅较大为8.95%;甘肃内蒙古河西走廊地区的NDVI值年际变化不明显;青海的柴达木地区NDVI值则有减小的趋势,其1991-2001年的平均NDVI值比1981-1990年的平均值减少了2.76%.新疆植被覆盖的增加可能与大面积开荒等人为活动以及这一段时间新疆地区"增温"和"增湿"的自然气候变化有关,而青海柴达木地区植被覆盖的减少则可能存在更复杂的自然和人类活动等多方面的驱动因素.     

西北干旱灾害影响趋势分析

根据1951-2000年中国西北五省区(陕西、甘肃、宁夏、青海、新疆)降水资料,1951—1994年主要农作物旱灾面积和粮食减产资料,建立了干旱等级指标、农业旱灾指标、因旱粮食减产指标体系,分析了西北干旱灾害的影响趋势。结果表明：西北干旱和农业旱灾呈增加趋势,以20世纪70、90年代最严重,农业旱灾以重大旱灾事件为主,其空间变化以西北东部干旱灾害严重。采用谐波和功率谱方法分析西北干旱周期,建立了拟合预测回归模型,并对西北干旱灾害进行影响预测,表明21世纪前十年西北干旱灾害有减缓趋势。     

干旱区一次锋面过境短时暴雨中尺度系统分析

利用加密自动站、卫星云图及雷达图像等资料,对2010年6月7日白天到夜间宁夏中北部地区出现的短时暴雨天气成因及中尺度系统演变进行分析。结果表明,此次短时暴雨是在“东高西低”稳定的环流形势和锋面过境背景下,500 hPa西风槽,700 hPa切变线、低涡、低空急流,850 hPa切变线,地面冷锋等主要影响系统相互配合、共同作用下发生的;大降水落区位于低空急流左侧与切变线尾部的辐合区,这可作为宁夏中尺度暴雨天气系统的一种典型特征;逆风区的出现和S型风场、锋面过境雷达图像特征是此次强降水典型的雷达回波特征,逆风区分布与中尺度系统走向基本一致。     

西北干旱区滴灌数值模拟

土壤湿度的保持对作物生长非常重要。本文运用非静力平衡中尺度大气模式MM5,通过数值模拟的方式,分别从地气间水热交换和土壤湿度变化的角度,研究了2002年7月下旬我国西北干旱区绿洲环境在不同水量滴灌条件下的变化,从理论上找到了较适宜绿洲小气候维持的滴灌水量。结果表明:绿洲下垫面为农田时,从土壤保湿和绿洲小气候维持角度考虑,500m3·hm-2·(10d)-1的滴灌水量对7月下旬黑河流域中游绿洲是一个比较合适的灌溉量,水量过大不但造成水资源的浪费,而且对作物生长不利。500m3·hm-2·(10d)-1的灌溉水量仅为同期大水漫灌定额下限的一半和上限的1/3,间接证明了滴灌是一种高效节水的灌溉方式,可以为干旱区节约大量水资源。     

水分胁迫对绿洲影响的数值模拟

运用耦合了包含土壤-植被-水文参数化陆面过程的非静力平衡中尺度大气模式MM5,将水平分辨率提高到1km,通过数值模拟的方式,分别从地气间水热交换、对绿洲小气候影响、土壤湿度变化以及径流量的角度,研究了2002年7月下旬我国西北干旱区绿洲环境在不同水量滴灌条件下的变化,从理论上找到了较适宜绿洲小气候维持的滴灌水量。结果表明：1、绿洲下垫面为农田时,从土壤保湿和绿洲小气候维持角度考虑,500m^3／hm^2／10天的滴灌水量对7月下旬黑河流域中游绿洲是一个比较合适的灌溉量。2、500m^3/hm^2／10天的灌溉水量仅为同期大水漫灌定额下限的一半,上限的1／3,间接证明了滴灌是一种高效节水的灌溉方式,可以为干旱区节约大量水资源。     

敦煌和酒泉夏季晴天和阴天边界层气象要素特征分析

利用国家重点基础研究发展规划项目《中国西北干旱区陆-气相互作用观测试验》2000年加强观测期(2000年5月29日～6月9日)敦煌探空观测资料和国家自然科学基金重点项目《绿洲系统能量与水分循环过程观测与数值研究》2004年加强观测期(2004年6月1日～7月16日)酒泉探空观测资料,分析了敦煌和酒泉地区夏季典型晴天和阴天天气下有关气象要素如风、温、湿的时空分布和变化特征,得到了以下结论:夏季,敦煌和酒泉地区大气边界层的东西分量风速(切变)晴天比阴天大;南北分量风速(切变)阴天比晴天大;东西分量风速(切变)比南北分量风速(切变)大。敦煌地区夏季晴天和阴天的风速比酒泉地区的大,但风速切变酒泉地区的要比敦煌地区的大。两地白天(晚上)的对流(稳定)边界层特征在晴天和阴天均很明显;阴天稳定边界层厚度和对流边界层的高度较晴天时的都低。比湿夜间比白天的大,阴天比晴天的大;在敦煌地区和酒泉地区都出现了逆湿现象;强逆湿主要出现在夜间,白天虽然也出现逆湿,但强度普遍较弱。     

西北干旱区绿洲不同灌溉制度的数值模拟

运用耦合了包含土壤－植被－水文－积雪参数化的陆面过程的非静力平衡中尺度模式MM5,将水平分辨率提高到1km,在“我国西北干旱区绿洲不同水量灌溉对环境影响的数值模拟”一文的基础上,通过数值模拟的方式,运用保持土壤体积含水量稳定的方法确定灌溉制度的方法研究了我国西北干旱区绿洲7月下旬在不同灌溉制度滴灌下土壤、径流与近地层大气的不同变化状况。结果表明：1. 当按50m³/hm²/天的水量进行隔天灌溉,或隔4天灌溉一次,土壤体积含水量不能保持稳定,需要补充灌溉才能保证其稳定,所以这样的灌溉制度不适合于7月下旬的河西绿洲。2. 均匀施灌10天,每天施灌50m³/hm²;施灌5天,隔一天施灌100m³/hm²,以及隔4天施灌一次,每次灌水250m³/hm²这三种灌溉制度中,前者形成的径流最小,土壤湿度变化幅度也最稳定,所以是最优的灌溉制度。但是现实生活中由于设备、人力等一系列客观条件限制,每天平均施灌的灌溉制度难以实现,可以采取相近的灌溉制度,如隔天施灌,尽量缩短两次灌溉间隔时间,每次所需的灌溉量很小,使得滴灌水量最大程度地转化为土壤水,减少地表径流的产生。所以说,为了不造成水资源的浪费,应该在选取合适灌溉水量的基础上,依合理的施灌制度进行灌溉,这样的水其利用率会比较高,达到节水灌溉的功效,从而为干旱区节约有限的水资源。     

西北干旱区土地荒漠化中人类活动作用及其指标选择

人类活动对环境的负效应在总体上导致以土地荒漠化急剧发展为主的生态环境质量显著下降是目前干旱区突出的矛盾。基于1994年的《联合国防治荒漠化公约》给出的土地荒漠化概念和干旱区的特点,划分土地荒漠化的自然因素和人为因素。探讨人类活动的涵义和特点,综合分析了土地荒漠化发展中人类活动因索,包括人类活动的驱动作用、人类各种活动方式的作用和人类活动的管理作用等。依据一定原则,构建出适用于干旱区人类活动对土地荒漠化作用的指标体系,该指标体系多为量化指标并可反映人类活动的动态变化,可为人类活动在土地荒漠化中作用的进一步(定量)研究提供依据。     

宁夏干旱区强对流降水过程雷达图像纹理特征分析

使用银川新一代天气雷达体扫数据,进行极坐标向平面直角坐标系的变换,计算得到了宁夏中北部气候干旱区2004—2005年较强对流降水51次过程中的组合反射率图像资料。利用灰度共生矩阵,获取了角二阶矩、熵、对比度、相关、差值倒数矩等图像纹理参数的具体数值分布。分析结果表明:宁夏中北部气候干旱区强对流降水过程中,雷达组合反射率图像与中国南方相比,数值具有明显的差异。新一代天气雷达组合反射率资料遥感图像的纹理结构不够明显,相对纹理清晰度不高,仅有较弱、较细的纹理,图像较为平滑、稳定,表明对应的降水云团比较均一。     

西北干旱、半干旱区区域可持续发展综合评价模型研究

以西北干旱、半干旱区为研究背景,针对区域可持续发展评价问题,运用Fuzzy数学方法,建立了二级层次结构的综合评价模型。其中,一级评价模型建立在各评价因素子集上,它着眼于各评价因素子集中每一个具体的评价因素,建立隶属度矩阵以及最理想与最不理想单元,计算各区域可持续发展的隶属度。二级评价模型建立在整个评价因素集合上,它着眼于各评价因素子集,在一级评价模型评价计算的基础上,建立综合评价模型,计算各区域可持续发展的隶属度。应用该模型对三西地区某11个区域进行评价,计算出了每一个区域可持续发展的隶属度。     

利用NCEP再分析资料和新一代天气雷达资料对干旱区一次持续阴雪天气的分析研究

利用NCEP再分析资料和银川新一代天气雷达资料,对2008年元月中下旬宁夏持续阴雪极端天气进行了环流背景及雷达回波特征分析。分析表明:欧洲阻高的建立与崩溃、里海到巴湖切断低压的维持加深与减弱、东亚大槽的稳定维持、副高的偏北偏强及高原东侧西南气流的存在,为宁夏持续阴雪天气提供了有利的环流背景及较好的水汽条件,低层辐合、高层辐散为降雪天气提供了持续的上升运动,而低层高原低值系统的作用,是造成局地大降雪的主要原因。降雪雷达回波强度一般维持在10～25 dBz,超过30 dBz的回波面积小,回波顶比较平整,顶高普遍在4.0～6.0 km,最高达到7.0 km左右,零速度线有时可表现为明显的 “S”型结构;利用Z-I关系进行雷达定量降水估测对降雪有一定的反演能力。     

西北干旱区生态安全系统结构与功能的监控思路初论

基于西北干旱区生态安全系统监控的必要性,分析了西北干旱区生态安全系统监控机理,进而提出了干旱区生态安全系统结构监控与功能监控的思路与方向,旨在为西北干旱地区生态重建与经济可持续发展提供理论依据。