南疆西部沙尘天气长期变化及突变特征分析

利用南疆西部15个国家气象站1961—2019年逐日沙尘天气资料,采用气候倾向率和统计检验等方法对南疆西部沙尘天气的时空变化特征进行分析。研究表明:春季为南疆西部沙尘暴及浮尘天气出现最多的季节、扬沙天气出现次多的季节,分别占全年沙尘暴、扬沙、浮尘的49%、38%、43%;夏季为扬沙天气出现最多的季节、是沙尘暴、浮尘天气出现次多的季节,分别占全年沙尘暴、扬沙、浮尘的35%、43%、35%;冬季为低频季节,发生占比分别为7%、6%、14%。南疆西部沙尘天气呈东多西少特征,山区沙尘天气日数明显少于平原,浮尘天气平原地区分布均匀,沙尘暴、扬沙平原东部和南部区域多于平原腹地。沙尘天气日数年际变化振幅较大,沙尘暴、扬沙、浮尘日数整体呈明显减少趋势。浮尘年际变化周期显著,其次为扬沙与沙尘暴,1984和1977年为沙尘暴、浮尘统计定义上的突变年份,扬沙存在2个突变点,分别为1982和1992年。沙尘暴和扬沙的主导风向为偏西北风,浮尘主导风向为偏东北风,主导风向与地形影响关联密切。

南疆西部2019年初夏一次暴雨天气成因分析

利用常规观测资料、多普勒雷达产品、FY-2D高分辨率卫星云图资料及NCEP/NCAR每6h一次的再分析资料,详细分析了2019年6月29-30日南疆西部出现的一次暴雨天气的形成机理和中尺度系统。结果表明:2019年6月29-30日暴雨主导系统是欧洲脊,影响系统是中亚低值系统,西伯利亚低槽,东西夹攻的环流形势,高低空环流形势和影响天气系统合理配置,200hPa阿图什位于高层偏西急流轴入口区,具有强辐散抽吸作用;中低层西南急流与冷空气的交汇形成了较强的动力辐合和水汽辐合,辐合中心在暴雨区上空,再加之地面幅合线,地形的作用,对强降水的发生起到了重要作用。正涡度区、低层辐合高层辐散区、上升运动区与暴雨区位置有一定的对应关系。产生大降水的水汽来源:一是中亚低涡本身所携带的水汽,二是阿拉伯海至中亚的偏南风所携带的暖湿气流,三是低层偏东气流水汽的辐合和集中。强对流发生前各种对流参数变化明显,较强的对流有效位能、强烈的垂直风切变等有利于短时强降水的发生;30日短时强降水天气生命史达6h,由最低TBB达-54℃的β尺度对流云团东北移动所造成,其中,造成短时强降水的β尺度超级单体最强回波(56dBZ)高度达8km,强降水位于TBB梯度大值区。物理量场中温湿条件、水汽通量场的变化特征等诸多有利的温湿条件和动力条件,激发了对流系统的发生、发展。

南疆西部秋季一次罕见暴雪过程诊断分析

利用常规气象观测资料,FY-2G卫星、喀什多普勒雷达、全球同化系统(global data assimilation system,GDAS)数据及NCEP(1°×1°)再分析资料,对2020年11月20-23日发生在南疆西部喀什、克州地区的一次暴雪天气过程进行了多尺度诊断分析。结果表明:500 hPa中亚低涡为此次暴雪天气过程发生的大尺度环流背景,700~850 hPa切变线提供有利的动力条件,中低层持续上升运动以及低层辐合、高层辐散的配置为暴雪提供动力支持;HYSPLIT水汽后向轨迹模拟结果显示,此次暴雪水汽源地主要在里海-咸海、西西伯利亚,不同高度上两者水汽贡献率有明显差别,里海水汽贡献率大于西西伯利亚水汽贡献率,因此偏西路径水汽输送占比略多;整个暴雪天气过程中雷达回波以层状云回波为主,回波强度仅为20~25 dBz,但有弱的对流特征;降雪开始时卫星云图上云顶亮温迅速下降,降雪区处于其等值线边缘的梯度大值区。

南疆西部降尘对土壤性质的影响

通过野外调查、定位试验和室内分析 ,探讨了南疆西部降尘与土壤在盐分和养分组成上的差异 ,分析了降尘对土壤积盐和肥力的作用。

南疆西部两次短时强降水天气中尺度特征对比分析

利用常规气象探测、FY气象卫星、多普勒天气雷达、地面自动站资料以及NECP、EC高时空分辨率再分析资料,对比分析了2014年8月30日(简称"8.30")和9月8日(简称"9.08")南疆西部两次短时强降水天气中尺度特征。结果表明:"8.30"过程发生在高压脊前西北气流内,"9.08"过程出现在低涡底部平直西风带内,两次过程中地面和低空中尺度辐合线均是短时强降水的重要影响系统;造成短时强降水的β中尺度对流云团发展迅速、移动快,两次短时强降水分别产生在对流云团TBB梯度最大处和发展过程中范围最大时。两次过程在雷达回波特征方面存在明显差异,对流风暴质心高度明显不同,"8.30"过程影响系统为高质心γ中尺度超级单体,最强回波高度6 km,具有中低层辐合、高层辐散、旋转特征;"9.08"过程影响系统为低质心γ中尺度普通单体风暴,最强回波高度2 km,雷达径向速度上两次过程边界层辐合线对对流风暴的产生和加强有重要作用。

南疆西部暴雨的动力热力特征分析

采用NCEP1°×1°再分析资料,对2012年南疆西部3次暴雨过程中的锋生函数和湿位涡特征的对比,分析南疆西部降水的动力、热力条件与降水的关系,结果表明:锋生函数和湿位涡与南疆西部的降水有很好的对应关系,并能较好地反映降水的动力、热力机制。西部翻山的和东部"东灌"冷空气与南疆盆地的暖空气冷暖交汇,形成锋生。低层锋生达6×10^(-9) K·s^(-1)·m^(-1)以上时,低层辐合叠加地形强迫提供动力作用,触发降水。锋生的强度与降水强度成正比。低层辐合,暖气团被抬升,中层锋生强度达4×10^(-9) K·s^(-1)·m^(-1)以上时,冷暖交汇的热力作用和水汽凝结,使降水维持,形成暴雨。暴雨时有>3 PVU的正湿位涡叠加于负湿位涡之上,低层负湿位涡<-3.0 PVU时易出现短时强降水。垂直分布上前倾结构形成对流性降水,后倾结构形成持续性降水。

南疆西部一次罕见大暴雪过程分析

利用高分辨率卫星资料、多普勒雷达产品、常规观测和再分析资料,分析了2011年2月25-28日南疆西部一次历史罕见大暴雪天气过程的多尺度特征和物理量配置。结果表明:中亚低涡是此次大暴雪天气过程的主要影响系统,强降雪期间高、低空风场配置与夏季南疆西部典型暴雨过程类似。冬季低空偏东急流中心最大风速超过20 m·s^(-1)较为罕见。南疆西部三面环山,低空偏东急流先于高空西南急流12 h在南疆盆地东部建立,有利于将南疆盆地东部的水汽向西输送并在南疆西部汇合;受地形影响低层气流向西汇合过程中也有利于垂直上升运动的生成。大暴雪过程中存在偏西、偏东和偏南三支异常水汽输送,其中偏东水汽输送最为重要。两个β中尺度云团是造成大暴雪的主要系统,强降雪出现在云团内部局地增强阶段。大暴雪过程中以层状云雷达回波为主,局地回波强度梯度较大、边界清晰,具有一定短时弱对流特征。

南疆西部干旱区两次极端暴雨过程对比分析

利用常规气象观测资料、NCEP再分析资料、ERA5分析场数据等资料,对南疆西部两次极端暴雨过程的环境条件和形成机理进行对比分析,以更深入理解南疆极端降水特征和产生机制。两次过程分别发生在春季和夏季,高层环流存在显著差异,南亚高压分别呈东部型和双体型,但配合中层的“阶梯槽”形势,均为极端降水提供了特殊有利的环流背景。低空700~850 hPa偏东急流是南疆西部极端降水发生的重要天气系统,其不但是暴雨发生地主要水汽通道,还与地形形成强烈辐合,是极端降水重要的触发和水汽集中机制。引入二阶湿位涡对两次暴雨过程的非均匀特征及可能产生机制进行了对比分析。结果表明,二阶湿位涡高值区与降水的发展演变呈现较高一致性,二阶湿位涡主分量包含对流稳定度与绝对涡度垂直梯度的耦合,体现极端降水大气的主要动热力结构特点:发生在2021年6月15~16日的夏季过程,极端降水区主要位于昆仑山沿线,与塔里木盆地南侧强烈的低层气旋性旋转有关,旋转促进水汽快速集中,垂直方向表现为中层负涡度叠加于正涡度之上,垂直涡度梯度显著,同时水汽抬升凝结,中层大气加湿加热,对流稳定度在垂直方向非均匀性增强,两种垂直梯度结构均有助于垂直运动增强,促进极端降水形成;发生在2020年4月17~24日的春季过程,降水主要位于南疆西部喇叭口地形区,“阶梯槽”形势造成的越山干冷气流和塔里木盆地的偏东暖湿气流辐合,形成中层正涡度带,激发上升运动,是极端降水的主要成因。

南疆西部2016年8月4次暴雨过程特征分析

利用常规观测资料、多普勒天气雷达产品、FY-2D卫星云图及NCEP/NCAR再分析资料,对比分析异常环流背景下南疆西部2016年8月4次暴雨过程的形成机理和中尺度系统。结果表明:500 hPa偏强的乌拉尔山高压脊、极地低压和700 hPa青藏高原异常的水汽辐合带及100 hPa南亚高压的东西振荡是南疆西部2016年8月暴雨偏多的环流背景。500 hPa乌拉尔山高压脊的建立、发展、衰退与暴雨有密切联系。850 hPa暖高压脊、500 hPa与850 hPa中低层28℃以上温差与降水强度密切相关,500 hPa以下湿层厚度、700 hPa以下东风气流、地面切变线和干线的差异是暴雨强度、落区、持续时间不同的原因之一。南边界水汽输送是南疆西部暴雨的重要水汽来源,东边界水汽输送是该区域短时强降水的重要补给。卫星云图的湿度梯度利于对流天气的发生,而雷达的强回波、低质心、高云顶结构特征利于短时强降水的发生。

南疆西部不同植被类型NDVI对风沙灾害的响应

不同植被类型对风沙灾害的响应研究有助于风沙灾害的遥感监测评估和防灾减灾工作。采用传统统计学和空间自相关方法，利用MODIS的每日反射率和土地类型产品，分析了风沙灾害后南疆西部不同植被类型NDVI的变化规律及其空间分布特征。结果表明：风沙灾害后，研究区不同植被类型NDVI的差异在增大，NDVI变化值在一0．3865~0．4148之间，NDVI减小的面积占整个研究区面积的54．98％，变异系数增大值在2．44％～36．75％之间；受到风沙灾害的影响，研究区植被NDVI全局Moran’SI系数从0．7982减小到0．6786，但在空间上仍存在显著的正相关性，具有显著的空间集聚特征；由NDVI差值的局部空间自相关指标集聚图以及不同植被类型NDVI差值的空间关联区域面积百分比，可以发现落叶针叶林和裸地或低植被覆盖地受风沙灾害的影响较小，郁闭灌丛和作物受风沙灾害的影响较大。上述关于风沙灾害后南疆西部不同植被类型的变化及其空间格局的研究结果，不仅证明了防护林的风沙阻挡作用，也可以为风沙灾害的防治工作提供参考依据。

南疆西部两次极端暴雨中尺度特征对比分析

利用常规气象观测、地面区域气象站逐小时观测数据、FY-2G云顶亮温、喀什CR/CC雷达产品及NCEP再分析等资料,对比分析南疆西部2020年4月17—24日和2021年6月15—17日(分别简称“过程1”、“过程2”)两次极端暴雨过程环流背景和短时强降水环境条件、中尺度特征。结果表明:两次过程均发生在500 hPa“东西夹攻”的有利环流背景下,100 hPa南亚高压分别呈东部型和双体型,低空急流、切变线和地面中尺度辐合线是两次暴雨重要的触发系统。两次强降水均发生在对流云团发展最强盛、范围最大时或TBB梯度最大处。但雷达回波特征明显不同,“过程1”影响系统为线性多单体强风暴,最大反射率因子达65 dBZ,具有中小尺度辐合和旋转特性,强降水期间VIL维持40 kg/m2以上并有跃增现象,更有利于产生强对流。“过程2”影响系统为分散性普通单体风暴,径向速度高层辐散不明显,VIL值明显小于“过程1”。

南疆西部暴雨过程的动力热力结构分析

利用常规气象观测资料和ECMWF提供的ERA-Interim 0.125°×0.125°再分析资料,通过对2012年5月21~23日和2013年5月26~29日南疆西部两次暴雨过程中等熵面特征的对比分析,得到暴雨过程中的动力热力结构模型。结果表明:南疆西部暴雨过程是在中亚低涡系统影响下,高、中、低空急流耦合并叠加地形强迫的综合作用下形成的。中亚低涡前部中高层向东输送的冷空气翻山后下沉,与低层南疆盆地东部向西输送的冷空气汇合抬升,与中层暖空气交汇,同时上升运动加强促使水汽辐合凝结,是降水的重要原因,短时强降水时冷空气强度弱于暖空气,持续性降水时反之。中低层等熵面位涡与降水关系密切。

中亚低涡引发的两次南疆西部暴雨中尺度特征对比分析

选取南疆西部区域自动气象观测站逐时降水量资料、气象站常规观测资料、FY-2D云图TBB资料、NCEP再分析资料以及ECMWF和T639客观分析场资料,采用统计分析和滤波方法对2012年5月21~23日和2013年5月26~29日2次发生在南疆西部的暴雨过程进行对比分析。结果表明：2次暴雨过程均为中亚低涡影响形成,暴雨中心一致,但降水范围、持续时间和降水强度明显不同,中尺度系统的差异是其可能原因。2次暴雨过程分别由中-β系统和中-α系统影响形成,过程的影响系统尺度小,则雨强大、降水时间短,反之亦然。地形作用下的中低层抬升和辐合是南疆西部降水形成的重要原因。地面辐合线是南疆西部暴雨的主要中尺度影响系统,是暴雨的重要触发机制。冷空气翻越帕米尔高原进入盆地,与盆地暖湿气团交汇,形成强辐合线,不稳定强烈发展,利于出现对流性降水,降水强度大。

2013年南疆西部一次罕见暴雨的成因

利用新疆自动站逐小时雨量资料和NCEP（1°×1°）再分析资料,从锋生作用和湿位涡特征出发,对2013年5月26～29日发生在南疆西部罕见暴雨的成因进行诊断分析。结果表明：（1）此次暴雨过程是中亚低涡影响造成的,高空西南急流、低层偏东急流的耦合有利于次级环流的形成,对上升运动发展和水汽辐合抬升有重要作用;（2）降水出现在能量锋区上,暴雨中心位于等θse线密集且陡立的区域;（3）锋生函数与降水有很好的对应关系,锋生的强度和伸展高度与降水的强度及持续时间有非常明显的相关性;（4）暴雨发生在700 h Pa湿位涡零线附近等值线密集区,湿位涡＂上＋下-＂配置以及高湿位涡的下滑有利于对流发展和降水加强。

南疆西部“5·21”极端大暴雨成因分析

利用常规观测资料、区域自动站加密观测资料、NCEP/NCAR逐6 h 1°×1°的再分析资料和FY-2卫星逐时云顶亮温资料,分析2018年5月21日南疆西部极端大暴雨过程的成因。结果表明:100 hPa南亚高压双体型、500 hPa塔什干低涡与贝加尔湖附近低槽“东西夹攻”、低空偏东急流强,为此次大暴雨提供了有利的高低空天气系统配置。副热带西风急流与极锋急流形成的高空强辐散区,在大暴雨区上空与低空偏东风急流左前方强烈的气旋式辐合区叠加,有利于上升运动维持;大暴雨发生前4 h,2个垂直环流圈的上升气流在暴雨区中心上空汇合,使得上升运动进一步增强。极端大暴雨发生前南疆西部整层大气湿润,低层偏西气流与偏东急流在暴雨区中心附近形成强烈辐合,促进了南疆盆地水汽向暴雨区集中和汇聚,同时有利于地面中尺度系统的发展和加强。卫星云图上多个γ中尺度MCS的活动造成本次极端大暴雨,强降水发生在TBB梯度最大的区域,极端大暴雨开始前3 h TBB下降超过30℃,与我国中东部地区局地暴雨发生前TBB的变化特征相似。

南疆西部一次突发极端暴雨成因分析

利用常规观测、NECP1°×1°再分析、FY2D卫星高分辨率云图及多普勒雷达产品等资料,对2015年8月31日南疆西部突发极端暴雨进行天气诊断及中尺度分析。结果表明:突发暴雨发生在蒙古至贝加尔湖的高压脊经向发展,西西伯利亚低压底部分裂短波槽影响南疆西部的环流背景下,500 h Pa以低槽后干冷的西北气流为主,翻山冷空气和低层高温高湿的环境条件有利于强对流天气的发生发展。突发暴雨与持续性暴雨的水汽输送、水汽辐合及路径均有差异,突发暴雨水汽主要来自南疆盆地前期高能高湿的环境。中低层中尺度切变及辐合是导致暴雨落区及强度不同的原因之一。"人字形"切变,θse能量锋区,中尺度气旋与暴雨中心有很好的对应关系,雷达出现的"逆风区"、VIL大值区和云图出现的干舌在短临预报预警中有一定的指示意义。

2014年南疆西部一次大风天气过程分析

利用常规地面、高空观测资料和NECP逐日4次1毅伊1毅网格再分析资料,对2014年5月22日发生在南疆西部地区的一次翻山型大风天气过程的物理机制进行了诊断分析。结果表明：此次大风是高压脊衰退,冷空气沿西北路径爆发产生的大风天气过程;喀什站与乌鲁木齐、塔什干指标站气压差有明显的指示意义：喀什站与乌鲁木齐站气压差由负转正达到＋3 h Pa左右,与塔什干站气压差达到最大-26 h Pa左右,此时可作为出现全区性大风的参考时间节点,当喀什站与乌鲁木齐站气压差扩大到-15 h Pa左右并维持稳定,与塔什干气压差减小至-13 h Pa左右,可作为全区性大风结束的参考时间节点;同时大风出现及结束时间节点在地理上呈现阶梯性变化特征;高空急流、垂直速度圈、变压中心以及冷锋的位置变化相互制约影响;中低层300~850 h Pa较深厚的强冷平流输送,盆地热低压发展是翻山大风形成的热力因子。

2020年春季南疆西部一次极端暴雨成因分析

利用常规观测、FY-2G卫星、雷达、全球同化系统(GDAS)及NCEP(1°×1°)再分析等资料,分析2020年4月17-24日南疆西部喀什地区极端暴雨过程。结果表明:此次极端暴雨是在100 hPa南亚高压呈东部型的大尺度环流背景下,主要影响系统为500 hPa中亚低涡(槽)和700~850 hPa切变线;低层辐合、高层辐散的发展及持续为暴雨提供动力支持;暴雨过程中低层θse均随高度增加而减小,为暴雨产生提供了较好的不稳定条件;且中低层水汽充沛,700 hPa喀什地区水汽辐合中心强度达-10×10-6g/(cm2·hPa·s),比湿≥5 g/kg。雷达回波图上单体风暴或线性多单体风暴持续多个体扫导致强降水的发生,风暴最大反射率因子≥55 dBZ,径向速度图上具有明显的中小尺度辐合特征;TBB低值区与降雨落区紧密结合,强降雨发生在TBB梯度最大处,且TBB等值线越密集雨强越强。

南疆西部春季一次极端暴雪天气综合分析

利用FY2E卫星资料,多普勒天气雷达产品,常规高空及地面观测数据和美国气象环境预报中心(NCEP,0.25°×0.25°)再分析资料,对2017年3月3—6日南疆西部一场极端暴雪过程进行综合分析。结果表明:500 hPa中亚低涡是此次极端暴雪天气的影响系统。暴雪的水汽主要有3支输送路径,分别是中高层的偏西、偏南和中低层的偏东路径。本次降雪具有冷季高架对流的部分特征:南疆盆地850~700 hPa冷空气东灌形成的偏东急流将南疆西部相对暖湿的空气抬升到一定高度,起到"冷垫"的作用;在卫星云图上,降雪云带内有黑体亮温(TBB)<-65℃、尺度介于80~200 km之间的中-β尺度对流云团;雷达回波表现为层状回波中夹杂有块状回波,最大反射率>40 dBZ,回波顶高>6 km;进一步分析地转绝对动量(Mg)和假相当位温(θse)发现,条件性对称不稳定导致的倾斜对流导致强降雪发生。

南疆西部冬季一次强大风的预报分析

利用南疆西部17个气象站1961—2015年逐月大风沙尘暴常规观测资料和NECP逐日4次1°×1°再分析资料,分析南疆西部大风、沙尘暴日数变化特征,探讨2017年12月27日的一次罕见大风天气成因和预报着眼点。结果表明:近55 a南疆西部大风、沙尘暴日数呈减少趋势,并于1987年前后发生了显著减少性突变。春、夏季是南疆西部大风、沙尘暴的高发季节,而秋、冬季大风、沙尘暴较少发生。个例分析表明,欧洲高压脊东移推动西西伯利亚低槽快速东移引导极地冷空气东南爆发是这次大风的主要天气背景。剧烈升温、减压及干旱是利于大风、沙尘暴的前期天气条件;"焚风效应"、午后太阳辐射导致的地面异常升温是大风、沙尘天气发生的热力条件;地面风切变和中尺度低压是沙尘暴的触发机制。高空锋区、动量下传、低槽加深相联系的极地冷空气的补充及气压梯度力大小与南疆西部翻山大风密切相关,需要在冬季大风预报中重点关注。动力因子满足的条件下,热力因子是判断冬季能否出现沙尘暴的敏感因子,冷的下垫面和逆温层对沙尘天气的发生起抑制作用。