新疆北部不同区域暖区暴雪过程水汽特征分析

利用NCEP/NCAR再分析资料,主要运用HYSPLIT(拉格朗日后向轨迹)方法模拟追踪了1980-2020年冬季新疆北部27次暖区暴雪天气水汽特征,分析不同源地水汽源-汇关系及其对暴雪的贡献。结果表明,500 hPa主要水汽源地为格陵兰岛和大西洋及其沿岸、地中海和黑海及其附近,对阿勒泰地区暴雪贡献最大的水汽源头是大西洋及其沿岸附近,塔额盆地为地中海和黑海及其附近,沿途损失均较大;700 hPa主要为北欧、大西洋及其沿岸附近、地中海和黑海及其附近,对阿勒泰地区暴雪贡献最大的是地中海和黑海及其附近,塔额盆地是北欧,沿途损失最大前者是地中海和黑海及其附近,后者为大西洋及其沿岸;850 hPa上主要为中亚、地中海和黑海及其附近,前者对暴雪的贡献最大,到达暴雪区后增加较多。各源地水汽随西风气流达到关键区后,主要从偏西(西南)和西北两条路径输入暴雪区,前者占主导地位;对流层低层阿勒泰地区较塔额盆地水汽源地和路径更复杂。基于上述分析,构建了暖区暴雪水汽来源及路径的贡献模型,对阿勒泰地区、塔额盆地各层水汽贡献进行了细致的描述。

中国雪都阿尔泰山暖区暴雪水汽特征分析

为进一步做好中国雪都阿勒泰山冬季冰雪旅游暴雪预报预警服务,利用阿尔泰山固态降水数据、NCEP/NCAR再分析和GDAS数据,应用天气学诊断和不同水汽分析方法对2021年阿尔泰山区3次暴雪过程环流背景和水汽特征进行分析。结果表明:①3次暴雪过程均为新疆北部典型的暖区暴雪过程。②欧拉方法分析表明,该区水汽主要源于大西洋及其沿岸,阿尔泰山西边界为水汽输入,东边界和南边界为水汽输出,中、低层的水汽输入量与暴雪量关系密切,水汽通量散度辐合区位于对流层低层。③HYSPLIT(拉格朗日)方法分析表明,水汽源地主要来自北冰洋、欧洲,其次是中亚和加拿大,与上述结论明显不同;对暴雪区综合贡献较大的是对流层低层的水汽。④构建了阿尔泰山区暴雪过程水汽贡献模型,700 hPa及以上水汽自源地到达关键区后主要从偏西(西南)路径输入暴雪区,700 hPa以下水汽到达关键区后,在环流合适时主要从东南路径输入暴雪区,但从偏西(西南)和西北路径输入暴雪区的水汽也不容忽视;水汽主要在对流层低层聚集,并辐合抬升。

阿克达拉PM_(2.5)演变特征及与气象要素的相关性分析

为深入了解阿克达拉PM_(2.5)颗粒物污染,利用阿克达拉国家大气本底站颗粒物监测仪器GRIMM180观测的2010~2019年PM_(2.5)数浓度及台站的常规气象观测资料,用z-score法对PM_(2.5)数据标准化进行时间变化趋势分析,利用SPSS进行Pearson系数相关分析,能够客观反映出颗粒物浓度与气象要素间的共变趋势程度。结果表明:(1)10年中PM_(2.5)浓度整体上升7.15%。季节变化表现为冬季>春季>秋季>夏季的特征。秋季为明显右偏态分布其余季节对称分布,且冬季的变化性最大。月变化周期为13个月,呈现出“U”形起伏的变化规律。日变化呈现单峰的型式,且采暖期为非采暖期浓度2倍,呈现白天堆积晚上扩散的周期。(2)PM_(2.5)与风速、相对湿度和日照时长相关性最好,且在冬季表现最为显著。PM_(2.5)最高浓度风向为正南,阿克达拉主要污染物成分主要来自西北、偏西方向。风速为10m/s时为PM_(2.5)浓度明显转折点。夏季PM_(2.5)有降水时<无降水,冬季PM_(2.5)有降水时>无降水。日照有助于加速颗粒物运动速度,促进污染物扩散。

伊犁河谷暴雪过程水汽特征

利用NCEP再分析资料,分析了伊犁河谷2000—2020年10月—次年4月发生的23次暴雪过程大尺度环流背景,运用HYSPLIT模式(拉格朗日)方法模拟追踪水汽后向轨迹,定量确定了不同源地水汽输送路径及其贡献。结果表明,伊犁河谷暴雪区位于高空西南急流轴右侧、槽前西南强锋区、低空西南急流出口区前部辐合区、水汽通量散度辐合及地面冷锋附近的重叠区域。HYSPLIT模式分析表明,暴雪过程水汽主要来自地中海和黑海附近、西南亚、中亚、大西洋及其沿岸;水汽自源地出发经关键区,分别从西南(偏西)、西北(偏北)路径输入暴雪区;各路径、各源地对暴雪的贡献不同层存在较大的差异,来自中亚、西南亚的水汽主要输送至700 hPa以下,地中海和黑海附近、大西洋及其沿岸、加拿大等地的水汽主要输送至700 hPa及以上;源自加拿大的水汽是湿地蒸发的结果,且与北美洲北部冬半年为极涡频发区有关。基于上述特征,建立了伊犁河谷暴雪过程水汽输送的三维结构模型。

新疆阿勒泰地区短时强降水流型及环境参数特征

利用新疆阿勒泰地区(简称阿勒泰地区)自动气象站逐时降水、常规及EC细等资料分析研究了2010-2016年5-9月45个短时强降水过程的环境流型、温度对数压力(T-logP)图形态和关键物理参数,并与中国中东部对比。结果表明,该地区短时强降水天气主要由中亚槽前型、中亚低涡型、西西伯利亚低槽(涡)型造成,前2种型6月发生最多,后者7月最多,并给出各天气型的高低空流型配置。大多数过程T-logP图温湿廓线呈上干冷下暖湿的"漏斗"状,对流层中低层或低层水汽较好,对流有效位能CAPE呈"瘦弱"的梭形,抬升凝结高度较低。总结出该地区短时强降水发生前主要天气型的关键环境参数平均值和阈值;该地区大多数环境参数阈值小于中国中东部地区,说明该地区比中国中东部地区更有利于触发短时强降水的发生。

天山北坡暴雪过程水汽特征分析

利用2000—2020年(9月—次年4月)天山北坡16个国家级气象观测站逐日降水量资料筛选出28次暴雪天气过程,再运用NCEP/NCAR再分析资料以及HYSPLIT模式模拟暴雪过程水汽的后向追踪运动轨迹,分析天山北坡暴雪过程环流背景及主要水汽来源、输送及其对暴雪的贡献。研究表明:天山北坡暴雪区位于300 hPa高空西南急流轴右侧、500 hPa西西伯利亚低槽前西南气流、700 hPa低空西南急流出口区前部辐合区、水汽通量散度辐合区及地面冷锋附近的重叠区域。影响天山北坡暴雪的水汽源地主要为地中海和黑海及其附近、西南亚、中亚、大西洋及其沿岸,850 hPa还有欧洲和北疆的水汽,对暴雪的贡献相对较大,来自北美洲等地的水汽对暴雪的贡献相对较小。各源地水汽随西风气流到达关键区后,在环流适合的条件下,主要沿偏西(西南)、西北路径输入暴雪区,但各层存在一些差异。基于上述特征,建立了天山北坡暴雪过程水汽来源及输送的高低空配置结构,揭示了各高度水汽输送的特征。

新疆阿勒泰地区冬季大到暴雪气候变化特征

基于新疆阿勒泰地区7个观测站1961-2010年冬季逐日降水量资料，定义了大到暴雪特征量，并对其时间序列进行标准化，然后运用线性趋势、Cubic函数、M-K突变检验、Morlet小波变换、R/S分析等方法，研究了该区冬季大到暴雪的气候变化特征。结果表明：大到暴雪量对冬季降水总量的方差贡献较大。在气候分布上，大到暴雪特征量、冬季总降水量的大值区均位于北部东部，大值中心位于富蕴或阿勒泰站，方差贡献大值中心位于青河站；小值中心位于福海站。在年际尺度上，该区各特征量有7a的显著周期变化特征；在年代际尺度上，有13～15a、17～23a、28～29a的显著周期变化。在时间域上，大到暴雪量和频次在20世纪90年代之前以负距平为主，变化相对平稳，90年代之后以正距平为主，变化相对剧烈；大到暴雪强度60-70年代初、80年代中期到21世纪最初10a波动幅度较大，70年代中期到80年代初变化相对平稳。Cubic函数拟合表明，大到暴雪特征量在80年代末90年代初发生了由少到多的转型，但没有突变点。在空间域上，各年代大到暴雪量大值区所在范围比较稳定，位于北部东部，小值区出现在河谷平原；大值中心在60和90年代出现在富蕴站，其它年代出现在阿勒泰站；小值中心70年代出现在布尔津站，其它年代均出现在福海站；大到暴雪频次的变化与其不同的是大值中心90年代出现在青河站；大到暴雪强度在60和70年代大值中心位于阿勒泰站，80和90年代位于富蕴站，21世纪最初10a位于哈巴河站，大值区分布也较复杂。大到暴雪特征量全区及各站均呈增多趋势；大到暴雪量是阿勒泰和福海站、大到暴雪频次和强度是阿勒泰、福海、富蕴站没有通过显著性检验，其它均通过了显著性检验。R/S分析表明，在未来该地区大到暴雪特征量将逐渐转为减少的趋势，尤其是吉木乃站。通过分析揭示了阿勒泰地区大到暴雪变化规律，对指导该地区经济生产布局、防灾减灾、暴雪灾害风险评估提供参考，同时也为短期气候预测提供依据。

新疆北部暖区强降雪中尺度环境与落区分析

利用常规气象观测资料、ECMWF、T639(1°×1°)再分析资料和FY-2C卫星云图资料,对2003—2013年11月至次年3月新疆北部出现26次12 h暖区强降雪天气过程的中尺度环境场特征和降雪落区进行了分析。结果表明:强降雪产生在极涡型和短波低槽型两种环流形势下,强降雪区位于低槽前部,低空急流出口区前侧辐合区和高空急流入口区右侧辐散区以及700 hPa和850 hPa辐合线和暖切变线东部、北部及干线东南部,地面辐合线附近减压升温的重叠区域内。强降雪区上空,对流层整层为>80%高湿区;500 hPa以下具有不稳定层结、风垂直切变大、斜压性强;700hPa辐合线和850 hPa暖切变线及干线、地面干线及辐合线易触发不稳定能量的释放,从而为暴雪的产生提供水汽、热力和动力条件。暖区强降雪主要发生在中尺度冷云团开始缓慢减弱东移的前部及云顶亮温TBB梯度最大区域的前部。通过上述分析总结出暖区强降雪落区三维空间配置模型。

干旱指标及其在新疆阿勒泰地区干旱监测分析中的应用

干旱是限制新疆阿勒泰地区农牧业生产可持续发展最主要的自然灾害之一,研究适合该区的干旱指标,是进行有效干旱监测的基础。采用新疆阿勒泰地区7个气象站1961-2008年4-10月月平均气温、降水量资料,首先通过Thomthwaite方法计算潜在蒸发量确定K干旱指数,然后对R指数、Z指数、K指数3种干旱指标进行了分析,结果表明,在监测诊断干旱轻重程度上,K指数能较客观地反映出干旱程度,R指数和Z指数监测干旱程度较轻。在此基础上,基于K指数建立的阿勒泰地区干旱监测评价的强度指数和面积指数,对该地区近48年来干旱的变化进行了分析,表明该地区干旱灾害主要集中在春夏季节,春夏连旱几率较高,强度较大;该地区干旱灾害具有阶段性特征,近年来干旱发生的频次有增多的趋势,其中秋季干旱相对较为明显。

西北干旱区阿勒泰地区暖季干湿气候变化及R/S分析

采用新疆阿勒泰地区7个气象站1961-2008年4-10月气温、降水量资料,通过Thomthwaite方法计算的潜在蒸发量确定地表湿润指数,运用Mann-Kendall趋势检验法,对阿勒泰地区地表湿润指数的变化进行分析。结果表明,该地区暖季大部分区域增温、降水量增加,地表湿润指数只有增暖不显著的阿勒泰站和增温次小的布尔津站呈显著增加的趋势,而全区增温最显著的东部没有明显变化,这说明温度变化在干湿变化中的重要影响;该地区干湿变化春秋季不显著,夏季有变湿的趋势;从区域分布来看,夏季阿勒泰、布尔津、福海站有显著变湿的趋势,秋季福海站有显著变干的趋势,其它站变化不显著。R/S分析表明过去48 a地表湿润指数、气温和降水量的增加（或减少）趋势在未来会逐渐转为减少（或增加）趋势。

新疆阿勒泰地区暖季S干旱指数变化特征分析

运用新疆阿勒泰地区1961-2009年7个测站暖季(4-10月)月降水量与无降水日数定义了S干旱指数,采用Mann-Kendall趋势检验法、Morlet小波变换对该指数进行了分析。结果表明:S指数能较好地反映阿勒泰地区的干旱情况。暖季近49a来极端干旱和极端湿润出现了3a和1a;区域中,东部两站无极端干旱年,其它站有极端干旱年;布尔津和吉木乃站有1a和2a的极端湿润年,其它站无极端湿润年。各季中,春秋季分别出现了2a和1a极端干旱年,无极端湿润年;夏季出现了2a极端干旱年和3a极端湿润年;各区域极端干旱和极端湿润年分布较复杂。暖季20世纪80、90年代以湿润为主,其它时间以干旱为主;春季60年代以干旱为主,其它时间以湿润为主;夏季年代变化基本与暖季一致;秋季608、0年代以湿润为主,其它时间以干旱为主。该地区暖季及各季S指数趋势变化不显著。小波分析表明,S指数存在着明显不同的年代际和年际尺度的周期变化。

新疆短时强降水天气雷达回波特征

利用新疆8部多普勒天气雷达资料,对其有效探测范围内2010—2018年暖季出现的229次不伴有冰雹的短时强降水雷达主要回波参数特征进行统计分析,并与中国中东部地区对比。结果表明,影响新疆短时强降水的对流风暴主要有合并加强型、列车效应型和本地发展型三类,合并加强型最多(占45%),列车效应型最少(占20%),且因天山地形作用主要发生在天山北坡。凝练出各区域各类型雷达主要回波参数阈值,总体而言:南疆短时强降水阈值小于北疆,伊犁河谷最大,阿克苏地区最小;伊犁河谷短时强降水以低质心回波为主;北疆和巴州北部短时暴雨的最大回波强度大于50 dBz,南疆西部和阿克苏地区分别大于45 dBz、40 dBz;径向速度图上大多数个例能够监测到强辐合,受特殊地形影响,南疆西部和天山北坡监测到的强辐合较多;由超级单体造成的短时强降水在阿克苏地区发生相对较多,在其他区域为小概率事件。新疆伴有冰雹的短时强降水为小概率事件。新疆短时强水和短时暴雨最大回波强度阈值总体上高于中国中东部地区。

新疆阿勒泰地区一次罕见暴雪天气过程分析

2010年1月6—7日阿勒泰地区普降暴雪造成罕见雪灾。通过对常规资料、ECWMF客观分析和T639物理量产品00、03时及06时资料、FY2E红外云图及其黑体亮温分析,对暴雪过程及其成因进行诊断分析。结果表明:500 hPa欧亚范围内呈两槽一脊的Ω型,欧洲和萨彦岭均为深厚低涡、西西伯利亚到泰米尔半岛为强阻塞,及中纬度纬向锋区是造成此次暴雪天气的大尺度系统;地面图上,暴雪产生于中亚气旋前部的暖锋前部及850 hPa中尺度切变线和幅合线附近的重叠区域。高湿区和强上升区,云系的发展和移动均与降雪量有较好的对应关系。单站高空风时间剖面图揭示了暴雪过程中,高低空急流、切变线的变化和暖湿气流的输送;单站的物理量变化对暴雪预报有一定的指示意义。

阿勒泰地区暖季蒸发变化特征及与气象因子的关系

用新疆阿勒泰地区7个气象站1964—2001年暖季（5～9月）20cm口径蒸发皿蒸发量资料，运用线性趋势法、相关法分析发现，就整个地区平均而言，暖季蒸发皿蒸发量呈较明显的下降趋势；在区域内富蕴站呈显著上升趋势，吉木乃和布尔津站变化不显著，与全区不同步。完全相关系数法分析表明，整个地区平均而言，低云量、平均风速、气温日较差与蒸发皿蒸发量有显著的相关性，是影响蒸发量的主要因子，但各站有所不同。低云量及气溶胶等污染物的增加导致太阳辐射量减少，而引起气温日较差减少，最终导致蒸发量减少；平均风速减小则主要与全球变暖背景下亚洲冬季风和夏季风减弱导致我国平均风速减小有关。

新疆阿勒泰地区20cm蒸发皿蒸发量的变化特征

利用新疆阿勒泰地区7个气象台站1964-2001年连续38a的20cm口径蒸发皿资料,运用线性趋势法、Mann-Kendall法对该地区蒸发皿蒸发量的年代际变化趋势和突变情况进行了研究。结果表明:整个地区平均而言,20世纪70年代的年平均蒸发皿蒸发量最高,此后逐年代下降,大部分站点的年代际变化趋势与全区一致,东部有两站不同;夏季平均蒸发量最大、春季次之,冬季最少;除冬季外,平均季蒸发量与年变化一致。年平均及春、夏、秋季蒸发皿蒸发量呈波动变化状态,冬季呈显著的上升趋势。空间分析表明,夏秋季大部分站的蒸发皿蒸发量呈显著下降趋势,个别站呈显著上升趋势;冬季大部分站呈显著上升趋势,春季大部站变化不明显。突变检测表明,该地区年及夏秋季蒸发皿蒸发量80年代中期有一次明显的突变,春、冬季突变不明显。各站及不同季节趋势变化和突变时间的不同步,表明气候变化在不同的地区和季节会有不同的体现。

新疆阿勒泰地区积雪变化分析

采用阿勒泰地区7个测站1961～2008年逐月最大积雪深度、积雪和降雪日数及其初终日以及冬季(11至次年3月)平均气温、平均最高、最低气温及降水量资料,运用线性趋势、Mann-Kendall突变检验及R/S分析法对阿勒泰地区积雪变化进行了分析研究。结果表明:该地区冬季平均气温呈明显的上升趋势,最低气温的上升更为显著;降水量呈显著增多趋势。该地区大部地方积雪、降雪最早出现在9、10月,最迟在次年4、5月。历年平均最大积雪深度和积雪日数的年变化呈单峰型,降雪日数分布则较复杂;在空间分布上,积雪深度最大值在阿勒泰站,最小值在福海站;积雪日数福海站最少,吉木乃站最多;降雪日数自西向东逐渐减小。最大积雪深度呈显著的增加趋势、积雪和降雪日数趋势变化不显著,但在空间分布上有差异;受积雪和降雪初日推后的影响,积雪期和降雪期均呈显著的减少趋势。突变检测表明,就全区平均来说最大积雪深度在1983年前后发生了显著的突变,与冬季降水量的变化一致;平均积雪和降雪日数则比较稳定,没有发生显著的突变,各区域变化与全区不完全同步。R/S分析表明,最大积雪深度、积雪和降雪日数在未来具有反持续性;平均降雪日数、福海站最大积雪深度、吉木乃站积雪日数、布尔津站降雪日数的反持续性相对最强。

基于HYSPLIT模式分析的塔克拉玛干沙漠南缘暴雨水汽特征

利用NCEP/NCAR再分析资料,分析了2001—2020年5—9月(暖季)塔克拉玛干沙漠南缘(简称沙漠南缘)发生的5次暴雨天气大尺度环流背景和水汽特征,再运用HYSPLIT模式(拉格朗日)方法模拟计算了该区域暴雨天气的水汽轨迹、主要路径及不同源地的水汽贡献。结果表明:暴雨天气的水汽源地主要来自西南亚、中亚、北疆;水汽自源地出发经巴基斯坦北部、印度西北部、阿富汗东北部(简称IPA关键区)和南疆关键区,分别从西南和偏北路径进入暴雨区,途经南疆关键区的水汽来源对暴雨的贡献较大。沙漠南缘暴雨过程中,大气中层(500 hPa)的水汽主要源自西南亚,但沿途损失很大,而低层(700 hPa)的主要水汽贡献来自北疆,且沿途损失较小。来自北疆和南疆盆地的水汽主要从近地层输送至700 hPa;来自西南亚、大西洋及其沿岸等地的水汽主要输送至700 hPa以上。基于上述特征,建立了沙漠南缘暴雨过程水汽来源及路径的三维结构模型,并对各层水汽贡献和来源做了更细致的描述。

天山南坡暖季暴雨过程的水汽来源及输送特征

利用1981—2020年5—9月天山南坡16个气象站逐日降水资料和NCEP/NCAR GDAS再分析资料,分析天山南坡暖季暴雨过程的环流形势,并采用HYSPLIT模式,模拟追踪水汽源地及输送特征。结果表明:天山南坡暖季暴雨主要发生在南亚高压双体型、500 hPa以上西南急流(气流)、700 hPa切变辐合以及天山地形辐合抬升的重叠区域。水汽主要源自中亚、大西洋及其沿岸、地中海和黑海及其附近,经TKAP(塔吉克斯坦、吉尔吉斯坦、阿富汗东北部、巴基斯坦北部和印度西北部)、南疆、北疆关键区,分别从偏西、偏南、偏北通道输入暴雨区,700 hPa以上偏西通道、以下偏北通道占主导地位,且贡献最大的是南疆关键区。源自中亚的水汽主要输送至暴雨区700 hPa及以下,对暴雨的贡献较大,且沿途损失较大;源自大西洋及其沿岸、地中海和黑海及其附近的水汽主要输送至暴雨区700 hPa以上,对暴雨的贡献较小。另外,中低层还存在源自北疆、南疆、北美洲东部、蒙古的水汽。基于上述特征,建立了天山南坡暖季暴雨过程水汽三维精细化结构模型。

新疆东部一次区域极端暴雨环境场特征

利用FNL再分析、常规资料、区域自动站、FY-2G资料,对新疆东部2018年7月31日出现的区域极端暴雨环境场特征进行分析,并与新疆暴雨研究成果及中国南方进行对比。结果表明:此次极端暴雨是在稳定的两脊一槽大尺度环流背景下,由高架对流造成;暴雨落区位于高空西南急流入口区右侧,500 hPa中亚低涡前西南气流与西太平洋副热带高压(下称西太副高)西侧偏南气流汇合区域,700 hPa东南低空急流出口区前部辐合区及地面上冷锋后部负变温区的重叠区域;500 hPa中亚低涡、700 hPa低空急流及其前部辐合区、800~600 hPa强锋区触发了高架对流;对流层低层700 hPa附近强辐合与高层强辐散,为高架对流的发展提供了动力触发条件,从而使中亚低涡前西南暖湿气流及来自阿拉伯海、孟加拉湾、南海和西太平洋的水汽绕过和翻越青藏高原迅速在暴雨区辐合集中,并不断被抬升至高空,为极端暴雨的产生提供了充足的水汽条件。此次区域极端暴雨与新疆其他地区暴雨存在较大差异;与中国南方高架对流也存在明显的差异。

北疆北部2次区域性暴雨的中尺度环境场分析

利用常规资料、EC细网格和T639模式12 h预报场对2013年夏季发生在北疆北部的2次区域强降水过程中12 h最强降水时段的环境场进行中尺度分析。结果表明,中亚低槽北上强降水落区位于500和700 h Pa中尺度气旋的第一、四象限及对流层低层冷槽的右侧,850h Pa切变线附近,地面中尺度高压前部、边界线和切变线附近及干线西侧的重合区域。西西伯利亚低涡型暴雨位于中尺度短波槽前、高空西南急流出口区左侧辐散区,700和850 h Pa切变线西侧及干线西南部,850 h Pa偏西、偏东及东南3股气流汇合区,地面干线的西部、辐合线东部及切变线附近的重叠区域。中亚低槽北上暴雨天气为非典型暴雨易漏报。用模式12 h预报场制作高空综合图,可提高预报时效,EC细网格优于T639模式。