塔里木盆地东北缘一次强对流天气过程中的阵风锋特征

利用地面自动站逐小时观测、多普勒天气雷达及WRF模式高分辨率数值模拟,分析2016年7月塔里木盆地东北缘一次强对流天气过程中的阵风锋特征。结果表明:阵风锋前沿较强的辐合抬升运动不断触发多个对流单体,其中大部分单体与其后方的对流系统合并且进一步发展,使得强对流天气不断发展和维持。在对流系统快速发展阶段,阵风锋前沿水平风的垂直切变造成湿位涡的斜压分量显著增强,从而增强局地的条件对称不稳定,为对流系统的发展和维持提供了重要的不稳定能量。不稳定能量释放需要的锋生强迫作用主要是由阵风锋前方的辐合辐散项和倾斜项决定,而阵风锋前沿附近的水平形变项及其上方的非绝热加热项贡献相对较弱。

陕南汉江盆地一次冷锋触发的短时强降水过程及预报检验

山区特殊地形下的强降水形成机理复杂、预报难度大,且此类强降水常导致严重的地质灾害。为提升特殊地形下强降水的预报能力,利用常规气象观测资料、欧洲中期天气预报中心(European Centre for Medium-Range Weather Forecasts,ECMWF)ERA5再分析资料、FY-4A卫星云图资料、多普勒雷达资料及多模式预报产品,对2022年6月3日夜间至4日清晨发生在陕南汉江盆地的局地短时强降水过程形成原因及模式预报性能进行检验分析。结果表明:(1)本次过程为一次锋面在盆地触发的短时强降水过程,由于对流不稳定层结浅薄、垂直风切变较弱,因此造成的强降水具有明显的局地性,但强度较大,12 h累计降水量多站超过50.0 mm,最大104.8 mm;(2)锋面两端受地形阻挡移动速度较慢并难以翻越高大山脉,因而不断在盆地内触发对流产生强降水,且在盆地近地层形成的次级环流可加强对流活动发展;(3)锋面前部形成的冷池在盆地不断触发新的对流单体后向传播形成列车效应,同时大于50 dBZ的强回波位于0℃层高度以下,具有较高的降水效率,且持续时间较长,因而带来最大62.6 mm·h^(-1)的短时强降水;(4)全球模式对此次短时强降水的预报能力有限,中尺度区域模式能够反映锋面对流的一些特征和降水,尤其是CMA-TRAM(Tropical Regional Atmosphere Model for the South China Sea)和CMA-GD(China Meteorological Administration-Guangdong)模式能较好地反映局地强对流的触发及发展趋势,但对锋前冷池造成的对流系统强度和组织性仍预报偏差较大。

两种典型大气扩散指数在新疆的分布特征及其适用性对比

为定量评估气象条件对空气污染的作用,利用2010—2020年新疆14个气象探空站及地面气象观测站资料计算大气自净能力指数和静稳指数,对比分析两者在新疆的时空分布特征及其适用性,结果表明:新疆的大气自净能力指数与静稳指数呈反位相分布,两者具有较好的相关性,相关系数达-0.89。大气自净能力指数在夏季最大[9.4 t·(d·km^(2))^(-1)],冬季最小[0.9 t·(d·km^(2))^(-1)],南疆[6.2 t·(d·km^(2))^(-1)]普遍大于北疆[6.0 t·(d·km^(2))^(-1)];静稳指数在冬季最大(5.1),夏季最小(0.7),南疆(1.6)普遍小于北疆(3.8),即南疆的大气扩散条件较北疆好,北疆较南疆更容易形成静稳天气。通过分析2015—2020年大气环境监测站逐日污染数据发现,大气自净能力指数和静稳指数在天山北坡对PM2.5和PM10均有较好的指示意义;在阿勒泰两个指数对PM2.5有较好的指示意义;在阿克苏静稳指数与PM2.5的相关关系通过了显著性检验;在和田自净能力指数与PM10通过了显著性检验。对于首府乌鲁木齐,当污染物排放严重时,若大气自净能力指数在0~20 t·(d·km^(2))^(-1),则易出现重污染天气;静稳指数范围参考意义不大。

阿克苏地区西部冰雹天气雷达回波演变特征分析

利用2009—2020年阿克苏地区西部6县市中国气象局灾情直报、地面观测、阿克苏多普勒雷达资料,分析冰雹天气时空分布及雹云雷达回波演变特征,结果表明:(1)2009—2020年出现冰雹共211站次,2011年最多,出现28站次;高发期为5—8月,6月冰雹频次最高;日变化峰值在16—19时。(2)雹云单体最强反射率因子均≥52 dBZ,回波顶高>8 km,垂直累积液态水含量跃、增达4.47 kg/m^(2)及以上且垂直累积液态水含量最大值>10.0 kg/m^(2)时,雷暴单体发展为雹暴的可能性极大。超级单体雹云反射率因子、回波顶高、垂直累积液态水含量最大值统计指标均高于多单体和普通单体雹云。(3)普通单体雹云多初生于乌什县、温宿县北部沿山一带;多单体雹云多初生于乌什县西部南部、温宿县北部沿山一带,乌什县境内最多;超级单体雹云多初生于温宿县。(4)雹云回波发展初期往往伴随着第一次爆发式增长:反射率因子增大、回波顶升高、垂直累积液态水含量跃增,超级单体雹云表现更为明显,降雹时刻伴随着再一次爆发式增长。垂直累积液态水含量急剧增大或急剧减少与降雹开始和结束关系最为密切。(5)超级单体雹云维持时间和整体生命史均比多单体雹云和普通单体雹云时间长;多单体雹云需要较长的酝酿时间且影响区域较大。

基于拉格朗日方法的一次南疆西部特大暴雨水汽来源分析

利用新疆自动气象站资料、NCEP/NCAR再分析资料、GDAS数据,基于拉格朗日方法的气流轨迹模式(HYSPLITv4.9),对2018年5月16—22日南疆西部特大暴雨过程的水汽源地和输送路径进行了分析。此次HYSPLIT后向轨迹模拟结果表明,暴雨水汽源于巴伦支海、喀拉海、挪威海和地中海,两地的水汽先分别沿西北气流和偏西气流向下游地区输送。水汽轨迹在哈萨克丘陵汇聚后进入北疆,再绕过天山东侧到达罗布泊地区后随低层的偏东急流抵达暴雨区上空。虽然从巴伦支海、喀拉海、挪威海出发的水汽轨迹略多于地中海,但两地的水汽贡献率分别占62%和38%。因此,巴伦支海、喀拉海、挪威海的水汽对于此次暴雨起到明显的增强作用。另外,后向轨迹模拟结果中并未出现从孟加拉湾出发的低层东方路径水汽,说明该区域的水汽并不是构成南疆西部暴雨水汽的必要条件。北极挪威海、巴伦支海、喀拉海地区海表温度异常偏高,有利于水汽源地蒸发增强和上升气流背景场的形成,北极海域的温度异常对于区域气候变化有很好的指示意义。

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。

乌鲁木齐冬季焚风天气过程大气扩散条件特征分析

利用逐时地面气象数据、探空秒级数据及风廓线雷达数据分析了2013—2017年乌鲁木齐低空焚风演变时边界层和近地层气象扩散条件的变化特征。结果表明:(1)乌鲁木齐大气扩散条件总体呈现夏季最有利,冬季最差(最大混合层厚度0.44×10^(3) m、通风系数1.52×10^(3)m^(2)·s^(-1)、逆温层厚度768 m、逆温层温差4.82℃、静稳指数6.36),且冬季12月与1月极不利于污染物扩散。(2)冬季低空焚风演变的5个阶段,大气混合层厚度、通风系数呈减小—增大特征,焚风强盛期混合层厚度最低(0.30×10^(3) m)、通风系数最小(0.62×10^(3)m^(2)·s^(-1));逆温层厚度及强度、静稳指数变化趋势为增大—减小特征,强盛期逆温最强(10.9℃)、逆温层厚度(0.99×10^(3) m)、静稳指数最大(9.7)。(3)低空焚风过程的发展期和强盛期各站气压减小,高海拔站点气温升高、风速增大,焚风层以下低海拔区域气温降低、风速减小,说明焚风使得焚风层以下区域的大气更加稳定,不利于污染物扩散。(4)总体上焚风致使水平扩散能力和垂直交换能力减弱,大气易凝结,结束后扩散条件重建。业务中可利用焚风发展趋势预判边界层扩散条件及地面气象要素的演变,为乌鲁木齐城市群空气污染预报和污染治理提供参考依据。

2012-2017年伊犁河谷冬季降水日变化特征

利用2012-2017年冬季伊犁河谷10个国家气象站逐小时降水资料,分析了伊犁河谷不同区域降水日变化特征,结果表明:冬季伊犁河谷西部和中部地区降水量日变化呈单峰型,北京时间09:00-12:00是主要的峰值时段;其他地区降水量日变化单峰特征不显著。伊犁河谷大部分地区降水量与降水频次的关系比降水量与降水强度的关系更为密切。伊犁河谷冬季降水事件以6h以内的短历时降水为主,但其对冬季总降水量的贡献率不足30%;持续12h以上的长持续性降水事件发生次数虽少,但它是伊犁河谷冬季总降水量的主要贡献者。短历时和持续性降水事件是伊犁河谷西部地区降水量日变化主峰的重要贡献者;持续性和长持续性降水事件是伊犁河谷中部及北部地区降水量日变化峰值的重要贡献者;伊犁河谷西南部地区冬季降水日循环与降水持续性之间的关系不显著。

乌鲁木齐市2018年11月12-13日低温寒潮降雪天气成因分析

利用常规资料、ECWMF数值预报产品、FY2红外云图等资料对乌鲁木齐市2018年11月一场持续性降雪降温过程环流形势、动力、能量诊断及数值预报检验产品进行分析。此次天气受东欧高压脊缓慢东南移动,西伯利亚至中亚咸海一带低槽东移南下影响,亚洲高压中心前部向东南移动,冷暖气流交界处相互作用加强,1050 hPa高压控制乌鲁木齐地区,24 h内降温幅度达11.5℃,出现中雪级别以上天气,引发寒潮。西伯利亚低槽是此次寒潮天气的主要影响系统。

基于微波资料的乌鲁木齐春季两次强降水相态对比分析

利用常规观测、自动站逐小时观测及微波辐射计等资料,对比分析2018年3月17—18日和4月11—12日(简称"03·18"过程和"04·11"过程)乌鲁木齐两次强雨雪天气成因。结果表明:两次过程均发生在两脊一槽的环流背景下,中亚低槽东移影响北疆,乌鲁木齐附近中高层槽前西南气流、低层西北气流及风切变是强降水维持的环流配置,且"04·11"过程中亚低槽及高低空风场强度均较"03·18"过程明显偏强,其强弱可作为降水量级的重要参考。乌鲁木齐微波辐射资料分析表明,两个过程均在1.2~1.5 km温度变化趋势一致,均为雨转雨夹雪温度比雨夹雪转雪略高,但0~1.2 km,"03·18"过程雨转雨夹雪温度比雨夹雪转雪低,"04·11"过程则相反;地面气温-0.4~0.5℃、1.5 km温度-2.5~-3.0℃,可作为雨雪相态转换的参考指标。3 km以下水汽密度和液态水含量值纯雪最大,雨夹雪转雪次之,雨转雨夹雪最小;4 km以下湿度均>80%,且"04·11"过程的高湿区和伸展高度均较"03·18"过程明显偏大偏高;两次过程强降雪时水汽密度最大达10.6~12 g·m^(-3)、液态水含量最大达0.4~0.8 g·m^(-3)。

1961-2019年北疆冬季不同等级降雪变化特征

利用1961—2019年冬季北疆45个国家站逐日降水观测资料,采用统计分析方法,对不同等级降雪的气候变化特征进行了分析。结果表明:近59 a北疆降雪日数、降雪量、降雪强度分别以0.41 d/10 a、3.13 mm/10 a、0.15(mm·d^(-1))/10 a的速率增加,其中降雪量对全年降水量的贡献以1.3%/10 a的速率增长。降雪日数、降雪量主要表现为中雪和大雪的增加,降雪强度主要表现为暴雪强度的增加。小雪对降雪日数、降雪量的贡献呈减少趋势,其余等级为增加趋势,以中雪降雪日和大雪降雪量的贡献最为明显。北疆降雪日数仅在1月表现为减少趋势,主要是小雪日数显著减少;冬季各月降雪量均表现为增加趋势,主要是中雪和大雪降雪量显著增加。21世纪前10 a是降雪日数和降雪量最多的时期,20世纪60年代和21世纪10年代是降雪日数较少的时期。北疆降雪量在1985年发生突变,突变后年平均降雪量增加了12.4 mm。对比丰雪年和枯雪年,丰雪年降雪量偏多主要是小雪以上等级降雪日数的增多。

新疆C波段多普勒雷达地物回波识别方法应用研究

地物回波直接影响雷达定量探测降水物质以及雷达资料同化的应用,基于回波纹理变化以及径向速度参数开展新疆C波段多普勒雷达地物回波识别方法应用研究。通过雷达探测范围内第0.5°~24°仰角地形遮挡与FY-2H总云量信息,对不同天气条件下新疆伊宁、喀什两部雷达低层仰角的地物回波识别方法效果进行定性分析,结果表明:晴空天气条件下,该方法不仅能够有效识别雷达站附近的地物回波,同时对因地形遮挡引起的地物回波也能有效识别;在降水天气条件下,能够有效识别地物回波且未对降水回波造成误判;高分辨率的地形数据以及卫星产品对雷达地物回波的识别有一定指导意义,可作为判定因子进一步改进雷达质控方法。

南疆夏季不同降水类型预报及递进式服务思考

南疆作为气候干旱区,夏季常发生不同类型的降水,2013年6月南疆短历时、高强度、小范围降水事件和2016年8月长时间、持续型、大范围降水事件在预报和服务方面有较大差异。分析两次强降水事件,南亚高压双体型是南疆夏季强降水的大尺度环流背景。高强度降水事件环流经向度大,高、中、低纬低槽同位相叠加,是造成强降水的直接影响系统;持续型强降水事件在500 hPa高空平均环流场上显示,欧亚范围内中高纬度地区为两脊一槽的经向环流,西西伯利亚至中亚地区的副热带大槽呈东北—西南向分布,长波槽底伸至38°N附近,是造成持续型强降水和气温持续下降或偏低的直接影响系统。本文在预报基础上,从气象服务的角度出发,结合长期、中短期、短时临近天气预报,重点分析在时间、范围和强度等方面存在明显差异的不同类型强降水过程中气象服务的递进式思路和方法,为精细化气象服务提供参考。

基于逐时数据的南疆沙尘天气精细化特征研究

利用2006—2019年南疆地区55个国家站的逐日观测和自动站小时数据资料,研究沙尘发生的精细化特征及沙尘暴起沙风速指标阈值。结果表明:南疆沙尘中心位于塔里木盆地中部至其南缘的民丰和且末一线,表现为中部多,东部西部少的分布特点,浮尘和沙尘暴的中心在民丰,而扬沙中心在塔中站;沙尘天气季节差异明显,秋、冬季沙尘最少,以浮尘为主,春、夏季是沙尘天气的高发季节,浮尘日与扬沙日数接近,约为沙尘暴的2倍,沙尘暴、扬沙的季节差异比浮尘天气更为明显;沙尘日变化呈白天多于夜间,下午多于上午的分布特点,18—20时是南疆地区出现沙尘暴、扬沙天气的高频时段;扬沙和沙尘暴的平均持续时间短,一般不超过3 h,巴州东南部平均持续时间最长;南疆不同地区沙尘天气发生的最小风速差异较大,存在区域性规律,而极大风速分布呈东部大于西部,北部大于南部,塔里木盆地中部和南部最小,春季的极大风速平均值大于夏季,差值较小的地区在和田地区,春季的极大风速离散度也较夏季大,各站极大风速的最小值范围在1.6—9.8 m·s^(-1)之间。

2018年5月天山南坡两次翻山大风成因对比分析

利用高空、地面常规探测资料及ERA-interim0.25°×0.25°再分析资料,对2018年5月7日和24日影响天山南坡的两次翻山大风天气进行诊断分析。结果表明:500hPa两脊一槽的经向环流是两次大风的环流背景,西南—东北走向的冷槽、300hPa高空急流、低空急流、巴尔喀什湖冷高压、南疆盆地热低压是主要影响系统;强的水平气压梯度力和地形产生的下坡效应是主要原因,对流层中层强冷平流侵入南疆是造成大风天气的重要热力条件;大风最强时段与经向垂直环流圈出现时间、维持时间有较好对应;大风期间,天山山区附近500~800hPa有强烈锋生现象,自低到高呈现向北倾斜的结构。

2017-2019年南疆西部和昆仑山北坡GPS大气可降水量变化特征

基于2017—2019年南疆地基GPS大气可降水量(简称“GPS-PWV”)、常规探空水汽廓线计算的大气可降水量(简称“RS-PWV”)和逐时降水资料,统计分析南疆西部和昆仑山北坡GPS-PWV时空变化特征、夏季不同海拔高度不同降水量级下GPS-PWV变化与实际降水的对应关系。结果表明:(1)南疆西部和昆仑山北坡GPS-PWV与RS-PWV,二者具有很高的相关性。(2)不同海拔高度站点GPS-PWV空间分布差异明显,大部分站点GPS-PWV随海拔高度的增加而降低。(3)各站点GPS-PWV逐月变化均呈单峰型,冬季12月或1月最小,夏季7、8月最大;春、夏季各站GPS-PWV距平日变化为单峰型,秋、冬季GPS-PWV距平日变化除秋季乌恰站、若羌站为单峰型外,其他均为三峰或四峰型。(4)各站有、无降水时PWV平均值差异明显,昆仑山北坡差异更大;降水发生前GPS-PWV已开始上升,南疆西部PWV峰值主要出现在降水前0~1 h,昆仑山北坡PWV峰值主要出现在降水前0~3 h和7~9 h。

新疆地面感热的时空变率特征分析

为探究新疆不同下垫面感热变化特征,选用2007~2016年新疆105个气象站点地面观测资料结合MODIS Terra卫星植被指数(NDVI)数据资料,采用空气动力学法估算新疆地面感热。通过EOF正交分解,对新疆不同区域感热进行时间变化分析,对感热与各要素进行相关分析。结果表明:(1)EOF第一模态反映全区一致的空间变化,第二模态呈现南北反向的空间变化。(2)南、北区感热输送呈单峰型月变化特征,感热1月最小,6月最大,4至10月南区感热高于北区。(3)南、北区感热夏季最高、冬季最小,春季北区感热增幅明显,夏季南区感热高于北区。(4)南、北区感热变化与地气温差、地表热力输送系数和地面风速相关,但存在季节差异。研究为认识干旱区的干旱机理提供参考依据,也为改善干旱区生态环境提供一定借鉴意义。