新疆东部至甘肃河西西部铁路沿线大风天气气候特征及其成因研究

摘要

大风是我国气象灾害之一，同时又会引发其它类型的自然灾害。在我国大风多发区，大风常伴随有沙尘、暴风雪等恶劣天气，严重威胁人们的日常生产生活。对大风的预报一直是气象业务部门日常预报的重要内容之一。近些年，在全球气候异常变化的大背景下，虽然我国大部分地区大风日数呈现逐年减少趋势，但个别地区仍有增多的趋势，对铁路和公路交通运输产生重大影响。因此，本文利用新疆东部至甘肃河西西部铁路沿线及周边12个测站2001-2013年逐日天气实况资料、NCEP/NCAR2.5o×2.5o、FNL1o×1o全球再分析资料，首先对各站各级大风及沙尘天气的时空分布进行统计分析；总结研究区域内不同类型大风过程的特征；对发生在东疆和河西西部两次大风过程进行诊断分析和数值模拟，分析大风过程中的动量下传特征，探讨其成因，可为保障研究区交通安全提供科学依据。主要研究结论如下：　　（1）新疆东部地区以七角井为代表，常年风速较大，且大风强度和大风日数年际变化有显著增加，其他各站大风日数都在减少，大风极大值存在明显的季节性特征，3-6月份风力较大，多在6级以上；甘肃河西西部大风以红柳河和马鬃山为代表，河西各站各级大风日数均在减少，且减少明显，减少速率可能与地形有关，山区减少慢些，戈壁区减少较为迅速；河西地区较易出现沙尘天气，沙尘天气的出现概率一般与大风的量级成正相关，因为强劲的大风是沙尘天气发生的重要动力条件。　　（2）针对研究区大风发生的环流形势和天气背景，统计分析了各天气类型大风的统计特征和典型环流形势特征。研究结果表明：本区域大风过程分为冷空气大风、冷暖结合大风、热低压大风、动量下传大风四个大类，其中，冷空气大风类中，北路和西北路大风是影响研究区的主要路径；冷暖结合大风类又可分为东高西低型、南高北低型，该类型大风是冷暖空气对峙、且二者之间气压梯度和变压梯度迅速增强所致；热低压大风分为南疆热低压大风和蒙古热低压大风，主要为热低压发展引起气压梯度增大造成的；动量下传大风是高低空动力强迫造成的，即大气三维质量和动量的调整造成了这种大风的形成。热低压大风和动量下传大风均有明显的日变化特征，通常出现在午后升温迅速且气温较高的时段。　　（3）两次不同性质的大风个例中动量下传特征分析　　在冷空气大风过程中，地面冷锋过境后出现动量下传，动量下传大风起风前后，垂直速度在高空急流两侧存在明显的反转，且下沉气流区较早接地，并在位涡异常区主体下方仍有零散的位涡高值区，动力对流层顶的下降，表示具有高位涡特征大气的侵入，且位涡异常比位势高度的变化明显，垂直螺旋度在锋面过境影响时，表现为反气旋式下沉，冷锋结束影响后，仍然为反气旋式下沉，与此同时在下游出现上升气流。　　在纯动量下传大风过程中，高空强斜压锋区的存在是该类大风形成的突出特点之一，高低空急流相配合并伴有上下层间的垂直运动，这些特点与冷空气大风有明显的不同。此外，上升区与下沉区的分布也不像冷空气中那样集中分布，高层高位涡在高空槽持续影响下有一定的下传作用，但下传高度有限。纯动量下传大风过程中，垂直螺旋度在关键区全天均为气旋式上升。　　（4）基于WRF模式对两次大风过程的数值模拟研究　　数值模拟结果显示，在冷空气大风过程中，高层动量下传先于地面大风的出现，其动量下传是在高层系统影响和地面冷锋过境引起的次级环流双重影响下造成的，并且高层动量高值区通过下沉运动向下传输是造成此次大风天气过程持续时间较长的一个重要因素。期间感热通量和潜热通量具有日变化，其中感热通量在大风形成过程中有增大的趋势，大风过后明显减小；潜热通量则基本保持稳定。在纯动量下传大风过程中，高层大风区在大风出现前一日就开始有下传迹象，当日白天动量下传明显，由于高空急流的存在，导致急流轴两侧动能分布的不均匀，造成高低空的辐合辐散，使得相应空气柱质量发生变化，进而在低层产生变压风，随即形成大风。其中感热通量、潜热通量在傍晚到夜间迅速减小，在一定程度上抑制了纯动量下传大风在夜间的发生。

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第一章 绪论

1.1 研究目的和意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文研究的主要内容

第二章 资料来源及研究方法

2.1研究区域

2.2资料来源及说明

2.3研究方法

第三章 新疆东部至甘肃河西西部铁路沿线大风的天气气候特征分析

3.1不同级别大风时空分布特征

3.2大风日数分布

3.3大风风向特征

3.4大风与沙尘相关关系

3.5本章小结

第四章 不同类型大风天气过程特征

4.1冷空气大风

4.2冷暖结合型大风

4.3热低压大风

4.4动量下传大风

4.5本章小结

第五章 新疆东部一次典型大风天气过程诊断分析和数值模拟

5.1大风过程概况

5.2动量下传特征分析

5.3利用WRF模式对动量下传的动力和热力特征进行模拟

5.4本章小结

第六章 甘肃河西西部一次典型大风天气过程诊断分析和数值模拟

6.1大风过程概况

6.2动量下传特征分析

6.3利用WRF模式对动量下传的动力和热力特征进行模拟

6.4本章小结

第七章 总结与讨论

7.1全文总结

7.2特色与创新点

7.3问题与讨论

参考文献

在学期间的研究成果

致谢