新疆巴州南部一次沙塵暴天氣的成因分析

陳艷麗

（兵團(tuán)第二師氣象局，新疆 庫(kù)爾勒 841005）

新疆巴州南部一次沙塵暴天氣的成因分析

陳艷麗

（兵團(tuán)第二師氣象局，新疆 庫(kù)爾勒 841005）

利用常規(guī)micaps資料、自動(dòng)站觀測(cè)資料，對(duì)2016年4月30日至5月1日出現(xiàn)在巴州南部的一次沙塵暴天氣的成因進(jìn)行了分析，結(jié)果表明，造成此次沙塵暴天氣的主要原因是由于西西伯利亞低槽發(fā)展，地面冷鋒東移南下，南疆盆地東部熱低壓共同影響造成。由于巴州平原南部的特殊地理環(huán)境為此次強(qiáng)沙塵天氣過(guò)程提供了豐富的沙源；前期巴州大部氣溫偏高，降水明顯偏少，地面植被稀少、土質(zhì)疏松，為沙塵天氣的加強(qiáng)提供了有利的物質(zhì)條件和熱力條件；南疆盆地?zé)岬蛪喊l(fā)展旺盛，形成西北高東南低的氣壓場(chǎng)形勢(shì)，氣壓梯度迅速增大，低空偏東急流加強(qiáng)，為沙塵暴的發(fā)生提供了動(dòng)力條件。

氣壓梯度；偏東急流；垂直速度

巴州南部屬平原、沙漠地帶，春季降水偏少，植被稀疏，這就為沙塵暴的產(chǎn)生提供了豐富的沙塵源。春季是環(huán)流調(diào)整期，冷空氣活動(dòng)較頻繁，溫度起伏較大，大風(fēng)、沙塵天氣較其它季節(jié)偏多；2016年的大風(fēng)沙塵天氣較歷年偏多、偏早。2016年4月二師各墾區(qū)的氣溫較歷年同期偏高2.0～3.4℃；月降水量?jī)H為0.0～0.5 mm，各墾區(qū)降水量較歷年同期偏少8～9成。前期降水稀少導(dǎo)致旱情嚴(yán)峻，氣溫偏高，造成地表裸露、土質(zhì)干燥松散，為此次沙塵暴天氣的發(fā)生提供了極有利的環(huán)境條件及氣候背景。

1 天氣實(shí)況

2016年4月29至5月1日巴州出現(xiàn)大范圍的大風(fēng)、沙塵天氣，風(fēng)力5～6級(jí)，瞬間風(fēng)力達(dá)7級(jí)以上。其中29日焉耆墾區(qū)出現(xiàn)短時(shí)強(qiáng)沙塵天氣，最小能見(jiàn)度僅50 m，瞬間極大風(fēng)速19.7 m/s（8級(jí)）。4月30日至5月1日塔里木、且若墾區(qū)出現(xiàn)能見(jiàn)度不足百米的沙塵暴，瞬間極大風(fēng)速16.0 m/s（7級(jí)），并伴有微量降水。此次天氣過(guò)程影響范圍較廣（表1），正值棉花的苗期，造成二師塔里木、且若墾區(qū)棉區(qū)部分棉田的地膜、滴灌帶被吹毀，部分棉苗受損，給當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)造成了損失。

2 環(huán)流形式分析

2.1 高空環(huán)流形勢(shì)分析

圖1 2016年4月28日500 hPa高度場(chǎng)

表1 4月30日20時(shí)至5月1日20時(shí)天氣實(shí)況

沙塵暴開(kāi)始前，4月28日500 hPa高空形勢(shì)圖上（圖1），500 hPa歐亞中高緯為緯向環(huán)流為“兩槽一脊”的環(huán)流形勢(shì)，歐洲沿岸為高壓脊，貝加爾湖至蒙古一帶為高壓脊，西西伯利亞為寬廣的低槽，新疆處于蒙古高壓脊后西西伯利亞槽前的西南氣流控制之下。4月30日08時(shí)中亞地區(qū)的淺脊逐漸增強(qiáng)，脊頂北伸至55°N大西洋沿岸，低槽冷中心達(dá)到-32℃；脊前西北氣流強(qiáng)盛，西西伯利亞低槽由緯向環(huán)流轉(zhuǎn)為經(jīng)向環(huán)流。4月30日20時(shí)，冷槽底部南壓至40°N，且溫度場(chǎng)落后于高度場(chǎng)，系統(tǒng)呈增強(qiáng)趨勢(shì)，大氣斜壓性逐漸增強(qiáng)；5月1日08時(shí)系統(tǒng)發(fā)展旺盛，中亞脊增強(qiáng)；溫度槽和南支槽正處于新疆上空，西北急流增強(qiáng)，中心風(fēng)速達(dá)到37 m/s。強(qiáng)勁變高梯度引導(dǎo)極地冷空氣南下爆發(fā)，使得冷空氣翻越天山直入塔里木盆地。天山兩麓等溫線密集，說(shuō)明鋒區(qū)較強(qiáng)（圖2）。氣流在翻越天山時(shí)將500 hPa中層風(fēng)場(chǎng)動(dòng)量向下傳遞，有利于能量轉(zhuǎn)換，最終造成南疆盆地東部700～850 hPa風(fēng)速加強(qiáng)，出現(xiàn)了偏東急流，急流中心的速度為16 m/s，巴州南部位于槽前，鐵干里克至若羌一帶出現(xiàn)沙塵暴。5月2日夜間，冷槽進(jìn)一步東移進(jìn)入東疆地區(qū)，冷空氣逐漸減弱，巴州南部的強(qiáng)沙塵暴過(guò)程結(jié)束。

圖2 4月30日20時(shí)500 hPa高度場(chǎng)

2.2 地面影響系統(tǒng)分析

圖3 4月30日14時(shí)海平面氣壓場(chǎng)

4月29日20時(shí)，地面冷高壓的前部已移到高空槽前，地面冷鋒已移至東疆，呈東北-西南走向，北疆的正變壓較明顯。但是，南疆盆地由于槽前的正渦度平流作用，使得地面低壓加深；由于地面冷空氣受地形影響，不能很快進(jìn)入并影響南疆盆地，既無(wú)冷平流對(duì)地面的低壓進(jìn)行抵消，促使南疆盆地東部至甘肅一帶的低壓在30日14時(shí)不斷加深并形成一個(gè)狹長(zhǎng)的低壓帶。30日14時(shí)沿天山一帶已形成了等壓線密集區(qū)，南疆盆地東部的地面熱低壓在30日20時(shí)發(fā)展最為旺盛，并在巴州南部的鐵干里克至若羌一帶形成一個(gè)閉合低壓（低壓中心997.5 hPa）。由于南北疆的氣壓差和變壓差都較大，冷鋒前部的熱低壓和后部的冷高壓形成了西北高東南低的氣壓形勢(shì)（圖3），氣壓梯度的不斷加大為大風(fēng)沙塵天氣的形成提供了動(dòng)力條件。隨著冷空氣的東灌，且末至若羌一帶的風(fēng)向由偏西風(fēng)轉(zhuǎn)為偏東風(fēng)，30日17時(shí)冷鋒繼續(xù)東移，巴州大部位于冷鋒后部，巴州南部鐵干里克、若羌的偏東大風(fēng)已刮起，并伴有能見(jiàn)度不足百米的沙塵暴，隨著冷鋒東移，1日14時(shí)沙塵暴區(qū)域逐漸東移，鐵干里克、若羌的沙塵暴轉(zhuǎn)為浮塵。

由以上分析可以看出，此次出現(xiàn)在巴州南部的強(qiáng)沙塵暴天氣主要是由于西西伯利亞低槽與地面冷鋒后的西北大風(fēng)引起的。

3 物理量場(chǎng)診斷分析

3.1 溫濕條件

圖4 2016年4月29至5月2日二師三十六團(tuán)相對(duì)濕度垂直-時(shí)間剖面圖

冷空氣入侵前，巴州南部的最高氣溫為30～31℃，空氣干燥。系統(tǒng)進(jìn)入后，從二師三十六團(tuán)的濕度（圖4）和比濕剖面圖（圖5）可以看出，700 hPa比濕為2～3 g/kg，700 hPa以下的相對(duì)濕度均在35%以下，大氣干熱，為本區(qū)域的沙塵暴天氣提供熱力條件。整個(gè)天氣過(guò)程中無(wú)增濕過(guò)程，無(wú)水汽積聚過(guò)程，不利于降水產(chǎn)生，強(qiáng)干冷空氣迅速進(jìn)入造成南疆盆地大部降溫5～8℃，二師塔里木、且若墾區(qū)24 h氣溫下降10.9～13.4℃，劇烈的降溫有利于鋒面形成，促使大風(fēng)、沙塵暴的發(fā)展[1]。

圖5 2016年4月29至5月2日二師三十六團(tuán)比濕-時(shí)間剖面圖

3.2 動(dòng)力條件

3.2.1 垂直環(huán)流與高空急流的演變

200～300 hPa的極鋒急流位于70°～80°N，45°～52°E附近，29日20時(shí)急流在東移南下的過(guò)程中并不斷加強(qiáng)，在30日20時(shí)達(dá)到最強(qiáng)，在急流入口區(qū)的右側(cè)，高空強(qiáng)烈的輻散起到了抽氣作用，通過(guò)動(dòng)量下傳，使得850 hPa的風(fēng)場(chǎng)加大，并形成了偏東急流，從而引發(fā)了巴州南部出現(xiàn)了沙塵暴天氣。

垂直速度場(chǎng)對(duì)沙塵發(fā)生有較好指示意義，沙塵暴過(guò)境時(shí)，強(qiáng)烈的上升運(yùn)動(dòng)有利于將沙塵帶入高空。系統(tǒng)進(jìn)入前，巴州南部處于弱的上升運(yùn)動(dòng)中，30日20時(shí)垂直上升速度迅速增加，中心位于400～500 hPa，該站在20時(shí)沙塵天氣也達(dá)到最強(qiáng)，到了1日14時(shí)垂直速度逐漸減小，沙塵暴天氣逐漸轉(zhuǎn)為浮塵。

3.2.2 相對(duì)渦度和散度場(chǎng)分析

圖6 2016年4月29至5月2日二師三十六團(tuán)相對(duì)渦度垂直-時(shí)間剖面圖

圖7 2016年4月29至5月2日二師三十六團(tuán)散度垂直-時(shí)間剖面圖

從相對(duì)渦度和散度的的垂直剖面圖分布來(lái)看（圖6、7），700 hPa上該區(qū)域處于正渦度和負(fù)散度區(qū)，表明該地區(qū)有明顯的氣旋性輻合上升，負(fù)渦度平流在500 hPa附近達(dá)到極值，表明該過(guò)程中系統(tǒng)的斜壓性較強(qiáng)，較強(qiáng)負(fù)渦度平流亦有利于地面冷高壓的發(fā)展，隨著氣壓梯度的加大，有利于沙塵暴天氣的維持。

4 小結(jié)

（1）造成此次天氣的主要原因是西西伯利亞低槽發(fā)展，地面冷鋒東移南下，冷空氣爆發(fā)南下，為沙塵暴提供了大尺度環(huán)流條件。（2）前期巴州大部氣溫偏高，降水明顯偏少，地面植被稀少、土質(zhì)疏松，為強(qiáng)沙塵天氣提供了有利的物質(zhì)條件和熱力條件。（3）南疆盆地?zé)岬蛪喊l(fā)展旺盛，溫度、氣壓梯度加強(qiáng)，形成西北高東南低的氣壓場(chǎng)形勢(shì)，低空偏東急流加強(qiáng)，為沙塵暴的發(fā)生提供了動(dòng)力條件。（4）此次天氣過(guò)程中，歐洲、T639和日本的數(shù)值模式對(duì)風(fēng)場(chǎng)均有很好的預(yù)報(bào)能力，其中T639對(duì)大風(fēng)起止時(shí)間的預(yù)報(bào)效果較好。（5）通過(guò)分析和經(jīng)驗(yàn)總結(jié)得出：南疆盆地的熱低壓中心與強(qiáng)沙塵天氣的落區(qū)較為吻合。

[1]姚學(xué)祥.天氣預(yù)報(bào)技術(shù)與方法[M].北京：氣象出版社，2011.

2016-08-22