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本文选取2007年3月27日发生在中国西北地区的一次沙尘天气过程,利用相关观测资料分析此次沙尘天气过程的环流形势、沙尘分布特征及民勤站气象要素演变特征,在此基础上利用耦合化学模块的高分辨率中尺度数值模式WRF-Chem3.4对该天气过程进行数值模拟研究,研究中首先对比几种不同边界层参数化方案对此次天气过程模拟效果的影响,然后选取模式输出的模拟效果最优的高时空分辨率资料详细分析其发展演变特征,最后利用集合经验模态分解（EEMD）方法研究此次沙尘天气发展演变过程中的时空多尺度特征。得到如下主要结论:（1）“3.27”沙尘天气过程中,民勤站监测到一次持续近3 h的强沙尘暴过程,该过程受民勤特殊的地形地貌、700 hPa和850 hPa短波槽的快速移动及冷锋过境的综合影响,出现了地面温度降低、湿度上升、气压上升、风速急剧增加等天气现象,近地层风速与PM10浓度的变化有较好的一致性,呈现双峰型的陡升陡降特征,气压场与风场之间存在明显的调整过程,气温和相对湿度的日变化呈现相反趋势。（2）利用观测资料评估了YSU、MYJ、QNSE、MYNN2.5和BouLac共5种边界层参数化方案对“3.27”沙尘天气过程模拟效果的影响,结果显示5种不同的边界层方案均可模拟出此次沙尘天气的初生、爆发及减弱过程,其中YSU和BouLac边界层参数化方案模拟出相对较高的地表摩擦速度、10m风速、2m温度及地面PM10浓度和相对较低的2m相对湿度,从而模拟的沙尘天气过程较强,MYJ、QNSE和MYNN2.5方案模拟的沙尘天气则相对较弱,这意味着不同边界层参数化方案对摩擦速度的计算差异会影响沙尘排放通量和PM10浓度的模拟效果,较大的摩擦速度会使起沙参数化方案计算的沙尘排放通量和PM10浓度更高,加之午后近地层的强风、高温和低湿等特征对起沙过程起到增强作用,这使得BouLac方案模拟的沙尘天气最强,而QNSE方案的模拟结果最弱;利用民勤站观测资料对不同边界层参数化方案模拟结果的评估表明,QNSE方案对PM10浓度的模拟效果最好,BouLac方案对10m风速的模拟效果最好,YSU方案对2m温度和2m相对湿度的模拟效果最好,整体而言,YSU方案对民勤站近地层气象要素的模拟有一定的优势,QNSE方案的模拟结果相对最差。（3）利用YSU边界层参数化方案输出的模拟结果对“3.27”沙尘天气过程的发展演变特征的分析结果显示,此次沙尘天气过程中沙尘区上空有一个高空急流中心维持,急流中心的风速增大、范围扩大和向下伸展有利于急流中心的高动量向下输送和近地层大风的形成,这为近地层起沙过程的发展提供了非常有利的气象条件;模拟结果还表明,在有利的动力和热力条件下,民勤站PM10浓度柱向上伸展至约4200m高度处,地面PM10浓度最强可达9647μg·m-3。（4）对民勤站地面观测资料和YSU边界层参数化方案输出的高时空分辨率资料进行单点（民勤站）EEMD分解,分别得到表征日变化的趋势分量RES和3个表征高频扰动的平均周期分别约为0.3h、1.0h和2.0h的IMF分量（IMF1-3）,其中IMF1的信号可能与边界层中的湍流过程有关,IMF2和IMF3的信号则属于典型的中尺度过程。从观测和模拟的民勤站地面PM10浓度、10 m风速和2 m温度时间序列的分解结果来看,模拟的IMF与观测的IMF平均周期大致相当,但其波动振幅相对较小,观测结果中温度场的高频扰动变化超前于风场,这表明边界层的起沙过程与近地层热力不稳定因素密切相关;从模拟的民勤站上空水平风速及其UV分量、垂直速度、扰动气压和扰动位温时间序列的分解结果来看,RES的显著特征表现为沙尘暴发展期间高层西风动量的下传和沙尘暴增强时期的上升运动及减弱时期的下沉运动,IMF1的扰动信号主要出现在沙尘暴发展阶段且发展高度相对较低,IMF2的扰动信号主要出现在沙尘暴发展和强盛阶段,IMF3在整个发展阶段均有较强的扰动信号,IMF2和IMF3的信号在垂直方向可伸展至300hPa附近,这些IMF分量的特征可能意味着民勤沙尘暴中存在逆尺度的发展过程。（5）对YSU边界层参数化方案模拟的水平风速及其U、V分量场、垂直速度场、扰动气压场、扰动位温场和相对湿度场进行空间（D02模拟域）EEMD分解,得到3个表征中尺度扰动变化的IMF分量场（IMF1-3）和表征大尺度变化的趋势分量场RES,在沙尘天气过程中,RES场显示了低空急流带东移南下、冷区向南推进的大尺度特征,且急流区东部边缘伴随着较强的扰动动能,IMF场显示了中尺度的扰动变化,具体表现为对流层低层700hPa各要素的IMF场扰动与强沙尘区的移动相伴,扰动信号主要位于700hPa沙尘区东北侧,并向沙尘区外延伸,IMF1-3信号的平均周期分别约为0.35h、0.87h和2.24h,平均波长分别约为35km、46km和134km,相速度分别位于20-40 m·s-1、15-40 m·s-1和10-30 m·s-1之间,从它们的生命期、周期和移速来看,IMF3分量的相关特征与重力波特征十分接近,该尺度天气系统可能与重力波的发展相关,IMF1和IMF2分量可能属于一种更小尺度的重力波信号,这需要进一步的分析。