新疆智能网格日极端气温在阿勒泰地区的预报效果检验

利用2020年9月1日—2022年8月31日新疆智能网格日最高、最低气温预报产品,结合阿勒泰地区154个气象站的日最高、最低气温观测资料,采用中短期天气预报检验方法,对新疆智能网格日极端气温在阿勒泰地区的预报效果进行了检验评估。结果表明:日最高气温的准确率高于日最低气温的准确率,国家站的准确率高于区域站的准确率;预报准确率较高的区域主要集中在阿勒泰地区的河谷平原,准确率较低的区域主要集中在阿尔泰山的沿山和山区;春季、夏季、秋季的准确率较为接近,明显高于冬季;预报误差按河谷平原、沿山、山区的顺序递增,且平均误差均为负值,显示预报模型存在轻微的系统性偏低误差;不同预报时效的误差空间分布相对稳定,显示出良好的一致性。

新疆巴州北部冬半年降水相态气象因子特征和判识指标分析

利用1961—2018年10月至次年4月新疆巴音郭楞蒙古自治州(巴州)北部6个国家观测站的天气现象资料,统计分析近58 a降雨、降雪、雨夹雪、雨转雪4种降水相态的气候特征,得出巴州北部10月和4月以降雨为主,12月和1月以降雪为主,雨夹雪和雨转雪主要在11月和3月。利用2003—2018年10月至次年4月库尔勒站探空资料,得到与降水相态转换关系密切的10种物理量,量化了降水相态判识特征及指标。结果表明:(1)地面最低温度、近地层温度、850 hPa温度、500~850 h Pa之间的位势厚度、700~850 hPa之间的位势厚度、0℃层高度可将4种降水相态完全判别,500~850 hPa之间的温差、700~850 hPa之间的温差能有效判别降雨、降雪、雨夹雪。(2)构建了降水相态预报评分办法,库尉轮平原和焉耆盆地的综合指标准确率达92.06%和94.36%,综合判定后预报评分达93.58%。(3)特性层温度及温差对降雨和降雪的预报效果好于雨夹雪;位势高度及厚度对降雪的预报效果好于降雨和雨夹雪;位势厚度对雨转雪的预报效果要好于特性层温度。研究降水相态综合判据对巴州北部降水相态的判别有很好的参考价值,为提高雨雪相态转换预报准确率提供科学依据。

新疆北部暖区暴雪的中尺度模拟及云微物理特征研究

暖区暴雪罕见且易致灾,对其准确预报既是重点又是难点。本文采用WRF中尺度模式中Lin、Thompson、 WDM6和WSM6四种云微物理方案对2016年11月中旬一次典型新疆北部暖区暴雪过程进行数值模拟,评估模式对暖区暴雪过程的模拟能力,遴选最优参数化方案,分析暴雪过程中水凝物粒子垂直分布及演变特征,探讨导致暴雪过程的相关中尺度系统的发生发展规律。分析结果表明:(1)不同云微物理参数化模拟中,Lin方案效果最佳,较为成功地模拟出降雪量级、落区和趋势。(2)云中各种水凝物粒子活跃于对流层中下层,其中以霰和雪最多,自高层向低层分别分布着冰晶、雪、云水、霰粒子,阿尔泰山迎风坡附近为各水凝物粒子浓度大值中心,强降雪区四种云中水凝物粒子高值中心垂直对齐有利于各粒子间的转化。(3)上游高湿系统沿西路移动,低空偏南急流增强时水汽汇合强烈,阿尔泰山脉西麓迎风坡阻挡利于水汽辐合;低空偏南急流使暴雪区低层增温,不稳定条件增强,垂直次级环流发展,次级反环流的增强促进不稳定能量的释放,加剧垂直运动增长,为大暴雪的发展和维持提供较强的动力抬升条件,对暴雪起增幅作用。

新疆重点城市大气颗粒物变化特征

基于新疆16个主要城市2015—2022年40个环境监测站逐时的6类空气污染物(PM_(2.5)、PM_(10)、SO_(2)、NO_(2)、CO、O_(3))数据,分析了大气污染物的时空变化特征,结果表明:(1)新疆大气污染物以颗粒物为主。(2)PM_(10)浓度由南到北逐渐降低,浓度最高值出现在和田的春季,达六级污染(546μg·m^(-3));PM_(2.5)浓度在春、夏、秋季与PM_(10)浓度分布特征一致,冬季中天山北坡城市浓度明显升高,全年最高值出现在五家渠市冬季,达五级污染(172μg·m^(-3));四季PM_(10)和PM_(2.5)浓度最低值均出现在阿勒泰市,空气质量优。(3)乌鲁木齐市和喀什市颗粒物浓度整体呈下降趋势。阿勒泰市两类颗粒物浓度整体较低,空气质量均为优良等级。乌鲁木齐市PM_(10)及PM_(2.5)浓度在冬半年较高,两类颗粒物浓度均在2017年1月达到最高值,达五级污染。喀什市PM_(10)浓度2—5月较高,PM_(2.5)浓度10月—次年5月较高,两类颗粒物浓度均在2016年3月达到最高值,达六级污染。(4)两类颗粒物浓度日变化相似,阿勒泰市四季均在23:00前后较高,乌鲁木齐市春、夏、秋三季00:00—02:00较高、冬季22:00较高,喀什市春、夏、秋三季01:00前后较高、冬季13:00较高。

2014—2022年新疆库尔勒市空气质量特征及沙尘天气影响分析

基于2014—2022年库尔勒市空气质量监测数据,分析库尔勒市空气质量水平和污染特征及沙尘天气对空气质量的影响。结果表明:2014—2022年库尔勒市空气质量年均优良率为65.3%,春季空气污染最严重,夏季空气质量最好;大气污染主要是颗粒物超标,PM_(10)年均浓度值超过二级标准限值127%,PM_(2.5)超31%,SO2、NO2、CO、O3均达标;首要污染物为PM_(10),占总超标天数的92.2%,PM_(2.5)为首要污染物占比8.0%;受沙尘影响天气年平均100.4 d,污染日79.7%受沙尘影响;按环境监测要求剔除沙尘天气,PM_(10)和PM_(2.5)平均浓度分别减少18.6%和13.0%;沙尘天气对空气质量指数平均贡献率为31.8%,对PM_(10)贡献率为41.9%,对PM_(2.5)贡献率为23.3%。沙尘天气对库尔勒空气质量影响明显,大气污染防治根本是沙尘天气综合治理。

实时航空气象信息监视平台的设计与实现

以民航气象数据库、AWOS行标9文件库、气象信息服务文件数据池为基础,采用B/S架构,基于ASP.NET Core,利用FineUI Core、ECharts等框架构建了集成自动观测数据展示、跑道风切变告警、区域机场实时天气告警及未来6 h气象条件预警、预警预报数据显示、卫星云图显示等功能为一体的实时航空气象信息监控平台。平台提供了航空运行中各类重要气象数据的计算和显示,能够简单、及时地为航空用户提供气象信息监视和告警服务,使用户实时了解区域机场当前及未来的天气条件,可为航空运行战术和预战术决策提供专业、可靠的航空气象数据支撑。

乌鲁木齐大气污染特征及气象条件的影响

乌鲁木齐市一直是世界上污染最严重的城市之一。该文选取2004-2006年乌鲁木齐市3个环境监测站逐时的PM10、SO2、NO2浓度数据以及乌鲁木齐市气象站、米泉气象站同期逐时的13类气象要素进行分析。结果表明,乌鲁木齐市PM10、SO2浓度冬季均达到轻微污染水平,其它3个季节属于优良级别,NO2四季都属优良级别;这三类大气污染物四季日变化基本呈现双峰型结构。冬季PM10、SO2浓度峰值出现在12:00-14:00时,最小值则分别出现在凌晨7:00时、傍晚19:00时,其它季节最大值(最小值)多出现在早晨(傍晚/凌晨);三类污染物的空间分布各有不同,PM10、SO2都是南部城区浓度较大,NO2浓度则是北部城区居首;各类气象要素与SO2浓度的相关性普遍高于与颗粒物PM10的相关性。全年与热力因素有关的气象要素与PM10、SO2浓度的相关性非常突出,冬季则是云量、降水等因素的影响明显提高;受蒙古高压和天山山脉地形的双重影响,乌鲁木齐冬季盛行偏南风和偏北风,山谷风交替现象明显;PM10浓度随乌鲁木齐市气象站、米泉气象站风速的增加均是先下降后上升,风速拐点分别是5 m/s、3 m/s,东南风对于污染物的远距离输送贡献较大;无论市区、还是北部城区,在偏北风和东南风的情形下,市区颗粒物浓度都比较大。

1960～2005年新疆气候变化的基本特征

采用新疆地区最完善的94个气象站的观测资料,系统地分析了新疆地区1960～2005年近地表主要气候要素(包括降水、气温、风速、日照时数、总云量、低云量、蒸发皿蒸发、气温日较差等)演变的时间和空间特征,并结合几个站点的太阳总辐射资料分析了日照、总云量、低云量、蒸发皿蒸发和太阳总辐射之间的关系,揭示了近50年来新疆气候变化的一些新特点。对导致这些变化的原因进行了初步分析,得到的结果包括:1)新疆区域年降水在1987年发生转折性变化,而冬季降水在1986年就开始发生转折性变化,是4个季节中最早的。新疆区域降水与比湿和低云量之间具有极高的相关性,尤其是低云量的增加可能是导致降水增加的主要原因。2)气温显著升高的同时,气温日较差是明显下降的。气温的升高可能是空气中水汽增多的结果,但也可能是气温长期自然振荡过程中的一个上升阶段。3)日照时数在总云量减小的前提下减少,这可能是降水和低云量增多导致的结果。4)蒸发皿蒸发的减小可能是风速、气温日较差、降水以及云量共同作用的结果,单站分析表明太阳辐射的下降也可能是导致蒸发皿蒸发下降的一个重要原因。

1960年以来新疆地区蒸发皿蒸发与实际蒸发之间的关系

利用中国新疆地区1960-2005年109个设有蒸发皿蒸发观测的常规气象站资料,并结合不同驱动场和不同陆面模式的模拟结果,对蒸发皿蒸发及模拟的实际蒸发的年、各个季节的变化及其它们的相互联系进行了详细的分析和讨论。结果发现,在过去的46年里,年蒸发皿蒸发总体上都表现为明显的下降趋势,而实际蒸发在总体上显著上升,与蒸发皿蒸发的变化趋势相反。在80年代中后期,蒸发皿蒸发、实际蒸发和降水的转折点(1986年)一致,进一步说就是无论在转折点的前后,降水增加的转折性变化与模拟的实际蒸发的转折性增加变化一致,而与蒸发皿蒸发减小的转折性变化相反,这表明,在新疆地区,蒸发皿蒸发和实际蒸散之间具有相反的变化关系,这支持Brutsaert and Parlange提出的蒸发皿蒸发和实际蒸散之间具有互补相关关系(变化趋势相反)的理论。分析气温、降水、湿度、云量和日照时数等环境变量的变化趋势发现:降水、云量等表征大气中水分特征的变量表现为明显的上升趋势,这也间接的证明了蒸发皿蒸发和实际蒸散之间存在相反的关系,而与各个环境变量之间相关系数的分析则表明,气温日较差、风速、低云量和降水是与蒸发皿蒸发和实际蒸发关系最紧密的环境因子,它们的变化可能是导致蒸发皿蒸发和蒸散量变化的原因。

全球变暖背景下新疆地区近45a来最大冻土深度变化及其突变分析

利用覆盖新疆大部分地区资料完整的93个站点资料,对1961-2005年新疆地区最大冻土深度进行了分析.结果表明:新疆地区月最大冻土深度有明显的季节变化,低海拔区域(海拔<1 800m)最大值出现在1月份,而高海拔区域(海拔≥1 800m)的最大值出现在2月份,比低海拔区域要滞后.新疆地区最大冻土深度的地理分布特征表现为北疆深于南疆,山区深于平原,且与气温的分布有很好的一致性.全年和冬、春季最大冻土深度与气温场的空间相关系数分别为-0.795、-0.736和-0.848.年际变化表明,近45a来的最大冻土深度出现了较为明显的下降.高海拔区域与低海拔区域年最大冻土深度的倾向率分别为-15.65cm·(10a)-1和-9.48cm·(10a)-1,且与气温的相关系数分别为-0.51和-0.69,均通过了0.001的信度检验.同时发现,高海拔区域冬季下降多,而低海拔区域春季下降多.新疆地区年最大冻土深度在近45a有明显的突变现象,高海拔区域和低海拔区域突变发生年份分别为1996/1997年度和1978/1979年度,说明新疆地区高海拔区域的年最大冻土深度对气温变化的响应比低海拔区域要滞后.突变年后高海拔区域与低海拔区域年最大冻土深度比突变年前的平均值分别降低了61.12cm和26.67cm.

新疆地区雪深和雪压的分布及其55年的变化特征分析

本文主要使用新疆地区109个气象站观测资料,对新疆地区雪深和雪压的分布和变化特征以及相关气象因子进行了系统分析,结果表明:新疆地区的积雪多年平均表现为北部多于南部,其中雪深和雪压最大值出现在新疆北部,数值分别为10 cm和10 g/cm^2.新疆积雪的季节特征较为明显,其中2月份积雪最大,雪深和雪压分别为9.2 cm和5.4 g/cm^2.冬季雪深和雪压最大值出现在新疆北部,到了春季有较大幅度的下降.新疆积雪的55年来的年际变化主要经历了较大幅度下降,而后呈波动式缓慢上升的过程,其中20世纪60年代是积雪最小的时期,呈波动式缓慢上升的趋势在冬季更为明显.较大幅度下降主要发生在50年代末到60年代初之间,其中年平均雪深和雪压的下降分别为2.53 cm和2.34 g/cm^2,冬季相应分别为4.41 cm和3.6 g/cm^2.对气象影响因子的地理分布特征分析表明,降水量表现为从西北向东部逐渐减小的特征,且和积雪成正的空间相关关系,其中冬季的相关系数最高,分别为0.82(雪深)和0.56(雪压).地面气温的分布特征为南高北低型,而且和积雪成负的空间相关关系,55年平均的相关系数最高,分别为-0.47(雪深)和-0.35(雪压).55年平均日照时数分布特征为西低东高型,东部最高能达到9.4hour/day.气象影响因子的年际变化趋势表明,降水量和年平均地面气温均有明显的上升趋势,其中年平均降水的增长率达到了1.36 mm·(10a)^(-1) ,年平均日照时数在60年代以后表现为明显下降的趋势.时间相关系数分析表明,雪深和雪压与降水量成正相关关系,与地面气温和日照时数成负相关关系,其中与降水量的相关系数最高,分别为0.401(雪深)和0.493(雪压),均通过了99%的信度检验.

新疆高速公路强横风区间安全行车对策研究

为达到提高强横风天气条件下高速公路不同类型汽车安全、高效行车的目的,采用工程气象学、流体力学、风监测技术、公路工程技术、空气动力学及概率论相结合的方法,以新疆"五横七纵"高速公路沿线100多个气象站近50 a(1961-2010年)大风日数资料,选取50个有自记记录气象站场次强风资料,以及沿线7个6要素5层梯度风1 a监测资料、10个铁塔梯度风和30个大风监测站近10 a(2001-2010年)监测资料,进行信息化和规范化整编。在大量详实资料基础上,对高速公路沿线最大瞬时风速的空间分布、垂直分布、水平分布进行系统分析和研究。采用三级区划指标体系,等概率分区原则,将新疆高速公路沿线风害危险区划分为5个大区,Ⅰ特强重大危险区、Ⅱ强重大危险区、Ⅲ重大危险区、Ⅳ中度危险区、Ⅴ较轻危险区。提出了新疆高速公路强横风区间安全行车防护对策由风害防控信息管理技术和防风栅防护技术组成。并将风害防控信息管理技术规则中等概分区界限值(阈值)与现场强横风监测结果进行验证。研究结果表明:当瞬时风速<12.0 m/s,不同类型车辆正常运行;12.0 m/s≤瞬时风速<17.0 m/s,小客车停运,大货车限速60 km/h;17.0 m/s≤瞬时风速<20.0 m/s,大货车停行;20.0 m/s≤速瞬时风速<25.0 m/s,大客车、大卡车限速60 km/h以下;速瞬时风速≥25.0 m/s,大客车、大卡车停运。以概率风险不同级别的形式来反映最大瞬时风速在线路上的规律性,它含盖50 a最大风险。为高速公路汽车安全运行以及公路风害防控技术提供理论支撑。

新疆地区夏季多层土壤温度分布及其近45年的变化特征

利用覆盖新疆地区87个站点1961～2005年的资料,对新疆地区夏季的多层土壤温度进行了系统分析,并对降水量、日照时数和地面气温3个对地温扰动较大的气象因子进行相关分析。结果表明:(1)新疆地区夏季地温的空间分布特征表现为南疆高于北疆,平原高于山区。浅层土壤大部分地区有较高的地温,最高值达到38℃以上。深层土壤温度分布较低,其中北部的地温只有15℃左右。新疆南部和北疆的准格尔盆地地区有较大的深层—浅层地温较差分布,而天山附近和北疆的山地地区地温较差分布均较小;(2)地面温度45年来经历了20世纪60年代到70年代中期的下降,20世纪70年代中期到80年代初的较快增温,以及20世纪80年代以后的缓慢下降的3个阶段。地面温度(0cm)在1978年左右有突变现象,其他层次的土壤温度年际变化没有明显的突变特征;(3)40cm以上新疆地区夏季土壤温度梯度经历了20世纪60年代到70年代中期的下降,20世纪70年代中期到80年代初的较快增长以及20世纪80年代以后的缓慢下降过程,其中20世纪80年代较快增长时期的增长率达到0.0176℃cm-1a-1。而且MK方法检验表明,1978年以后,新疆地区夏季土壤温度梯度增大趋势显著;(4)多层土壤温度的年际变化与降水量成负相关关系,与日照时数和地面气温主要成正相关关系。3个气象因子与多层地温的相关关系从高到底的排列为:地面气温、降水量、日照时数,而且浅层地温高于深层地温。

新疆北部一次暖区与冷锋暴雪并存的天气过程分析

利用常规、高时空分辨率ECMWF资料、FY-2E红外云图及FNL资料,对比分析了2014年1月30~31日发生在新疆北部的暖区和冷锋暴雪天气成因。结果表明,汇合的南北两支锋区上东移的短波槽是此次过程的直接影响系统;西南低空急流带来大西洋上充沛的水汽;短波槽前,对流层低层及地面中尺度辐合系统与高空辐散叠置,为暴雪天气提供了强烈的上升运动。暖区暴雪发生在减压升温区,冷锋暴雪则相反;冷锋暴雪区具有较强的对流不稳定层结,而暖区暴雪区相对较弱;暖区暴雪区位于地形中尺度冷高压北部,正涡度区后侧、负涡度区前侧梯度最大的区域,而冷锋暴雪位于正涡度区。因地形作用在艾比湖附近形成的？中尺度冷高压是预报北疆暴雪开始和结束的一个新指标。

一次中亚低涡造成的新疆暴雪天气过程分析

利用实况观测资料、EC/T639数值模式预报资料和NCEP1°×1°再分析资料,对2012年2月一次由中亚低涡造成的冬季新疆西部地区典型暴雪天气过程的环流特征和物理量场进行了综合分析。结果表明:此次暴雪天气过程属欧洲脊发展、中亚低涡东移造成的新疆西部及天山北坡的降雪过程。200 hPa西南急流使高层辐散,起到"抽气机"作用;500 hPa偏南气流与700 hPa东风急流为暴雪提供了水汽和热量的输送,同时加强了抬升运动;高层辐散、低层辐合以及较强的上升运动是暴雪发生的动力条件,上升运动的强盛发展阶段对应降雪强度最大时段;水汽的垂直输送导致局地比湿显著增大,深厚的湿层和强烈的水汽辐合为暴雪提供了充沛的水汽条件;云图上"干侵入"出现的时间与位置可以大致判断强降雪出现的时间和位置。

背景场和物理过程对WRF模式在新疆区域预报性能的影响

为了优选考虑新疆气候和地形特征的背景场和物理过程,设计WRF模式的Lin、WSM6、Thompson微物理过程和KF、Grell 3D积云参数化敏感性试验方案,使用T639和GFS两种背景场,进行了回算和对比检验,确定了在新疆预报能力最优的物理过程和背景场方案,并对WRF模式在新疆的预报能力和不足之处有了较为清晰的认识。

基于探空数据的新疆大气扩散条件时空分布特征分析

利用2010—2019年新疆14个探空气象站资料统计分析了近10 a大气最大混合层高度(下文简称混合层高度)、通风量、边界层平均风速及大气自净能力指数的时空分布特征,探讨了各物理参数与空气质量的关系。结果表明:(1)以上参数的逐月分布均呈倒"V"型,表现为夏半年大、冬半年小,即新疆的大气扩散能力在夏季最强、冬季最弱,其中混合层高度和通风量在冬、夏季差距悬殊。(2)南疆大气扩散能力普遍比北疆好,无论冬夏南疆的自净能力、通风量、混合层高度均大于北疆。(3)北疆除阿勒泰站外,其余站点上述物理参数均与空气质量指数(Air quality index,AQI)呈显著负相关,即大气扩散能力越强,空气质量越好,而南疆只有和田站通过了0.01的置信度检验,但两者呈正相关,即大气扩散能力越强,空气质量越差,这归因于南北疆不同的大气污染来源。

新疆北部一次强寒潮天气特征及成因

选取区域自动气象站、常规高空和地面观测资料,FY-2E云图TBB资料及NCEP再分析资料,对2014年4月22—23日发生在新疆北部的强寒潮天气成因进行诊断,着重分析强降温和强降雪发生时温度平流、水汽和不稳定条件及云系演变特征。结果表明:前期里海脊发展与欧洲脊叠加,极地到40°N为强偏北急流,引导极区冷空气南下,使得西西伯利亚低槽向南加深。后期欧洲脊向东南衰退,推动西西伯利亚低槽快速东南移,寒潮爆发;中低层冷平流先于高层冷平流进入新疆北部,低空偏北急流促使冷平流强度加强,造成强降温;里咸海南侧的水汽沿着偏西和西南气流输送,为暴雪提供充沛的水汽条件;低层辐合、高层辐散和较强的垂直上升运动为暴雪的产生提供动力条件;降雪由冷锋云系造成,TBB在-44^-32℃之间,TBB越小,降雪越强,其演变特征可为降雪强度及暴雪落区的判断提供参考;通过EC、T639数值预报模式与预报、实况的定性和定量对比分析,模式对强天气的温度精细化预报敏感性较差,而EC模式降雪落区的预报优于T639,对暴雪落区预报具有一定的指导意义。

新疆短时强降水天气系统环流配置及雷达回波特征

利用2010—2018年新疆105个国家站、1240个区域自动站逐时降水资料及8部多普勒天气雷达资料,从预报业务应用角度提出新疆短时强降水过程定义并遴选468次短时强降水过程,分析短时强降水影响系统环流配置和雷达回波特征。结果表明新疆短时强降水的影响系统主要有中亚低槽(涡)、西西伯利亚低槽(涡)、西北低空急流。造成新疆短时强降水的对流风暴主要有合并加强型、列车效应型和孤立对流单体型,其中合并加强型最多,占45.1%,孤立对流单体型占34.8%,列车效应型最少,占20.2%,且各区域对流风暴的影响比例也有一定差异。南疆短时强降水过程中多普勒雷达最大反射率因子强度(Z max)、强回波中心顶高(D max)、回波顶高(ET)、最大垂直累积液态水含量(VIL)预警阈值小于北疆,且伊犁州最大,阿克苏最小,伊犁州短时强降水以低质心回波为主,其他区域则为低质心和高质心回波。

我国新疆北部地区夏季极端降水事件的特征分析

基于1961-2017年6-8月新疆北部47个观测站点的逐日降水资料,根据百分位法定义不同站点的夏季极端降水阈值,分析了新疆北部地区夏季极端降水事件和最大日降水的时空分布特征、贡献率及其与海拔的关系。结果表明:新疆北部地区夏季极端降水事件和最大日降水量的各个特征量分布存在明显的时空差异,空间上夏季极端降水事件、最大日降水量表现为山区高、盆地低的特点,在海拔2 000m左右存在一个最大降水带;夏季极端降水事件和最大日降水量呈增多、增强的趋势,并从20世纪90年代前后开始有明显的增加。夏季极端降水事件主要以单日为主,夏季极端降水贡献随时间呈缓慢增加的趋势,而夏季极端降水过程贡献和最大日降水贡献随时间变化呈下降趋势。