兩次強(qiáng)沙塵暴過(guò)程對(duì)比分析

張斯蓮 馬翠麗

阿拉善盟氣象局

兩次強(qiáng)沙塵暴過(guò)程對(duì)比分析

張斯蓮 馬翠麗

阿拉善盟氣象局

利用常規(guī)氣象資料，應(yīng)用天氣學(xué)分析及診斷分析方法，對(duì)2010年3月19～21日和4月24～25日的兩次強(qiáng)沙塵暴天氣過(guò)程，從環(huán)流形勢(shì)、天氣系統(tǒng)及其發(fā)生發(fā)展過(guò)程、物理量場(chǎng)等條件進(jìn)行較詳細(xì)的分析。結(jié)果表明：兩次強(qiáng)沙塵暴過(guò)程的環(huán)流形勢(shì)、影響系統(tǒng)不同，其物理量場(chǎng)配置、強(qiáng)度、影響范圍有差異。

強(qiáng)沙塵暴 環(huán)流形勢(shì) 影響系統(tǒng) 物理量場(chǎng) 對(duì)比分析

沙塵暴天氣是我國(guó)的災(zāi)害性天氣之一，給工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、交通運(yùn)輸、人們生活及生態(tài)環(huán)境等造成嚴(yán)重的危害。2010年春季，我國(guó)北方氣溫回升較快，地表加熱迅速，致使地表層解凍，土壤水分蒸發(fā)大，土質(zhì)疏松，加上冷暖空氣的交替出現(xiàn)，不斷形成強(qiáng)風(fēng)天氣，為沙塵暴的產(chǎn)生提供了動(dòng)力。3月19～21日、4月24～25日我國(guó)北方出現(xiàn)了兩次強(qiáng)沙塵暴過(guò)程，其影響范圍最廣，強(qiáng)度大。本文對(duì)本兩次強(qiáng)沙塵暴天氣過(guò)程，從環(huán)流形勢(shì)、天氣系統(tǒng)及其發(fā)生發(fā)展過(guò)程、物理量場(chǎng)配置等條件進(jìn)行較詳細(xì)的分析，為今后沙塵天氣的預(yù)報(bào)、預(yù)警提供有效的參考和依據(jù)。

一、天氣實(shí)況比較

“3.19”強(qiáng)沙塵暴天氣過(guò)程北路路經(jīng)影響我國(guó)，起源于蒙古國(guó)西部、南部、沿東南方向移動(dòng)，累計(jì)影響我國(guó)21個(gè)?。▍^(qū)、市），不僅影響西北、華北地區(qū)，還波及到華東地區(qū)，其中內(nèi)蒙古西部及河西走廊一帶出現(xiàn)能見(jiàn)度不足500米的強(qiáng)沙塵暴，是2010年范圍最大的一次沙塵天氣過(guò)程。大部沙塵天氣影響區(qū)未出現(xiàn)明顯的降水天氣。

“4.24”過(guò)程西路路經(jīng)影響我國(guó)，起源于南疆塔里木盆地，沿青藏高原北側(cè)經(jīng)河西走廊向東傳播，主要影響西北、華北部分地區(qū)，河西走廊、內(nèi)蒙古中西部出現(xiàn)強(qiáng)沙塵暴，甘肅民勤、內(nèi)蒙古阿拉善右旗最小能見(jiàn)度接近0米，瞬間極大風(fēng)速達(dá)到28.0米/秒和26.4米/秒，本次沙塵天氣過(guò)程中，西北地區(qū)沙塵天氣強(qiáng)度大，出現(xiàn)罕見(jiàn)的特強(qiáng)沙塵暴，過(guò)程伴有雨雪天氣。

二、環(huán)流形勢(shì)對(duì)比

“3.19”過(guò)程：18日20時(shí)500hPa形勢(shì)場(chǎng)上，歐亞上空為兩槽一脊形勢(shì)，烏拉爾山以東為一脊一槽，東亞大槽位于日本海至東海北部一帶，槽后較平直的西風(fēng)氣流上有小波動(dòng)疊加，副熱帶高壓勢(shì)力強(qiáng)盛，588位勢(shì)十米線(xiàn)壓至我國(guó)華南一帶，這樣的環(huán)流形勢(shì)增大南北氣壓、溫度梯度從而形成了強(qiáng)鋒區(qū)。到19日20時(shí)，巴湖北部的西風(fēng)小槽東移并入到極渦尾部，疊加中南半島北部的南支大槽，引起西風(fēng)徑向發(fā)展，巴爾喀什湖到新疆西部受到弱的高壓脊控制。同時(shí)，副熱帶高壓斷裂，西太平洋副高西段位于孟加拉灣東部，勢(shì)力依然很強(qiáng)大，從而槽后脊前的鋒區(qū)進(jìn)一步加強(qiáng)。此時(shí)我國(guó)河西走廊、內(nèi)蒙古西部地區(qū)沙塵天氣達(dá)到最強(qiáng)。20日20時(shí)，高壓脊移到新疆北部至蒙古國(guó)一帶。西北太平洋副高維持強(qiáng)勢(shì)狀態(tài)。東亞大槽分為兩段分別位于東北東部和朝鮮半島上，此時(shí)沙塵天氣范圍東移到華東地區(qū)。

“4.24”過(guò)程：23日20時(shí)500hPa形勢(shì)場(chǎng)上，在貝湖以西有狹長(zhǎng)的槽區(qū)。槽后巴湖、咸海之間有烏山高壓脊強(qiáng)烈發(fā)展。副高584位勢(shì)十米線(xiàn)在華南一帶。24日08時(shí)，新疆北部形成切斷低壓，其后部有橫槽，其西側(cè)烏脊發(fā)展強(qiáng)烈。到24日20時(shí)，此橫槽已經(jīng)轉(zhuǎn)豎，并影響我國(guó)西北地區(qū)，致河西走廊至內(nèi)蒙古西部一帶出現(xiàn)特強(qiáng)沙塵暴。25日20時(shí)，貝湖長(zhǎng)波槽在后方高壓脊的壓制下逐漸形成切斷低渦，巴湖附近高壓脊仍較強(qiáng)。

上述分析表明：兩次強(qiáng)沙塵暴過(guò)程，環(huán)流背景及高空影響系統(tǒng)均不同?！?.19”過(guò)程緯向型環(huán)流（圖1a），東亞大槽穩(wěn)定，槽后脊前南北氣壓、溫度梯度大，形成強(qiáng)鋒區(qū)，在這樣環(huán)流背景下蒙古國(guó)東部至我國(guó)河套一帶有高空短波槽東移觸發(fā)本次沙塵天氣；“4.24”過(guò)程徑向型環(huán)流（圖1b），烏拉爾山高壓脊強(qiáng)烈發(fā)展，中西伯利亞以南地區(qū)形成低壓槽，環(huán)流經(jīng)向度大，極地冷空氣沿偏北氣流南下，新疆北部橫槽轉(zhuǎn)豎而引起的強(qiáng)風(fēng)帶和強(qiáng)鋒區(qū)觸發(fā)了本次沙塵天氣。

三、地面影響系統(tǒng)比較

“3.19”過(guò)程：18日08時(shí)蒙古氣旋生成于貝加爾湖西南側(cè)，以后東移南下，18日14時(shí)達(dá)到最強(qiáng)，中心強(qiáng)度達(dá)到992.5hPa，（發(fā)展強(qiáng)度達(dá)到15hPa/12小時(shí)），導(dǎo)致地面風(fēng)速迅速加大。大范圍沙塵暴開(kāi)始時(shí)間為蒙古氣旋強(qiáng)烈發(fā)展時(shí)段。觸發(fā)強(qiáng)沙塵暴的初始動(dòng)力是氣旋的強(qiáng)烈發(fā)展此后，地面冷高壓在西西伯利亞發(fā)展，到19日08時(shí)中心強(qiáng)度已達(dá)到1041.7hPa，由西西伯利亞經(jīng)我國(guó)新疆北部南下，此時(shí)，內(nèi)蒙古中部蒙古氣旋發(fā)展相對(duì)較弱。鋒后冷氣團(tuán)前部有強(qiáng)氣壓梯度。19日20時(shí)冷鋒后氣壓梯度達(dá)到15 hPa/500公里。冷鋒前后出現(xiàn)明顯的3小時(shí)變壓差值。兩者之間變壓差達(dá)到6.9hPa。大氣受鋒后強(qiáng)氣壓梯度力和變壓梯度力共同作用形成強(qiáng)風(fēng)，沙塵天氣達(dá)到最強(qiáng)。

圖13 月19日08時(shí)（a）和4月24日20時(shí)（b）500hPa環(huán)流形勢(shì)圖（虛線(xiàn)-等溫線(xiàn)，實(shí)線(xiàn)-等高線(xiàn)）

圖22010 年3月19日14時(shí)（a）和4月24日14時(shí)（b）海平面氣壓場(chǎng)

“4.24”過(guò)程：23日14時(shí)～24日11時(shí)，強(qiáng)大的冷氣團(tuán)在天山北側(cè)堆積。24日14時(shí)，冷空氣開(kāi)始翻越天山侵入河西走廊，冷鋒前沿已經(jīng)到達(dá)內(nèi)蒙古西部，冷鋒前后3小時(shí)變壓最大差值為6.9 hPa，該冷空氣提供了水平動(dòng)力條件，觸發(fā)了強(qiáng)沙塵暴的爆發(fā)，冷鋒的東南側(cè)雖然也伴有由青海低壓分裂東移的熱低壓活動(dòng)，但低壓在此期間加深不明顯（24小時(shí)內(nèi)中心氣壓下降僅5hPa），沙塵暴基本發(fā)生在冷鋒后的西北大風(fēng)里。

上述分析表明：觸發(fā)“3.19”強(qiáng)沙塵暴的地面天氣系統(tǒng)為強(qiáng)烈發(fā)展的蒙古氣旋及冷鋒（圖2a），因蒙古氣旋南下過(guò)程中水汽條件較差，本次沙塵天氣未伴有明顯的降水天氣；“4.24”強(qiáng)沙塵暴是由地面冷高壓前部強(qiáng)冷鋒（圖2b）觸發(fā)的，在沙塵天氣發(fā)生發(fā)展過(guò)程中其前部低壓系統(tǒng)作用并不明顯。但因冷鋒前熱低壓由青海低壓分裂東移形成，水汽條件較好，沙塵天氣過(guò)后出現(xiàn)了雨雪天氣。

四、物理量場(chǎng)比較

選擇時(shí)間：2010年3月19日20時(shí)、4月24日20時(shí)，剖面圖空間范圍：沿40°N做剖面分析，基本包括沙塵暴最強(qiáng)區(qū)、減弱區(qū)和加強(qiáng)區(qū)。

1.散度場(chǎng)分析

本兩次強(qiáng)沙塵暴天氣過(guò)程散度場(chǎng)相似（圖略），強(qiáng)沙塵暴與低空輻合區(qū)有很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，輻合大值區(qū)均在700hpa附近，沙塵暴加強(qiáng)的空間范圍在低空強(qiáng)輻合中心附近，強(qiáng)沙塵暴出現(xiàn)在正負(fù)散度梯度最大處。說(shuō)明沙塵暴區(qū)域有很強(qiáng)的輻合上升運(yùn)動(dòng)。

兩次過(guò)程中散度場(chǎng)的不同點(diǎn)有：“3.19”沙塵暴過(guò)程中有兩個(gè)輻合中心，分別對(duì)應(yīng)地面冷鋒前后，“4.24”過(guò)程輻合中心在地面冷鋒后側(cè)。

2.垂直速度分析

兩次過(guò)程中（圖略），沙塵暴均出現(xiàn)在強(qiáng)上升運(yùn)動(dòng)中心的后方，強(qiáng)上升運(yùn)動(dòng)中心附近從低層到高層均為上升運(yùn)動(dòng)，最強(qiáng)上升運(yùn)動(dòng)出現(xiàn)在500hPa附近，最大值達(dá)到-39×10-3hPa．s-1，這與無(wú)輻散層出現(xiàn)在500hPa是對(duì)應(yīng)的；強(qiáng)上升運(yùn)動(dòng)中心后方有下沉運(yùn)動(dòng)大值區(qū)，說(shuō)明有強(qiáng)冷空氣下沉。強(qiáng)沙塵暴出現(xiàn)在強(qiáng)上升運(yùn)動(dòng)與下沉運(yùn)動(dòng)梯度密集區(qū)內(nèi)。這說(shuō)明強(qiáng)冷空氣下沉強(qiáng)迫抬升其前部的暖氣團(tuán)產(chǎn)生對(duì)流出觸發(fā)強(qiáng)沙塵暴。

兩次過(guò)程的垂直速度場(chǎng)區(qū)別有：（1）上升運(yùn)動(dòng)中心位置不同，“3.19”過(guò)程中上升運(yùn)動(dòng)中心在地面鋒線(xiàn)前側(cè)，“4.24”過(guò)程則在后側(cè)；（2）“4.24”過(guò)程下沉運(yùn)動(dòng)更強(qiáng)，表明冷空氣（冷高壓）更強(qiáng)。

3.急流分析

“3.19”強(qiáng)沙塵暴過(guò)程有高空急流（200hpa）與其配合，并且強(qiáng)沙塵暴區(qū)處在高空急流（北支）出口區(qū)左側(cè)，這說(shuō)明低層輻合、高層輻散導(dǎo)致的抽吸作用，對(duì)沙塵天氣的發(fā)生發(fā)展有利?！?.24”強(qiáng)沙塵暴天氣過(guò)程中，高空急流并不明顯，本次過(guò)程的主要?jiǎng)恿C(jī)制是對(duì)流層中低層強(qiáng)鋒區(qū)，在對(duì)流層上層鋒區(qū)并不強(qiáng)（圖略）。

五、小結(jié)

從通過(guò)對(duì)“3.19、4.24”強(qiáng)沙塵暴天氣過(guò)程進(jìn)行分析得到如下結(jié)論：

1.沙塵暴實(shí)況：“3.19”強(qiáng)沙塵暴天氣過(guò)程影響范圍廣，不僅影響我國(guó)北方，還波及到東南沿海地區(qū)；“4.24”強(qiáng)沙塵暴天氣過(guò)程影響范圍較“3.19”過(guò)程小，但強(qiáng)度大，甘肅、內(nèi)蒙古局部地區(qū)出現(xiàn)能見(jiàn)小于50米的特強(qiáng)沙塵暴。

2.環(huán)流形勢(shì)及天氣系統(tǒng)：“3.19”強(qiáng)沙塵暴歐亞上空為兩槽一脊形勢(shì)，由于巴爾喀什湖高壓脊的強(qiáng)烈發(fā)展使得脊前槽后西北氣流強(qiáng)盛，強(qiáng)鋒區(qū)是本次沙塵天氣過(guò)程的主要原因；“4.24”強(qiáng)沙塵暴歐亞中高緯度環(huán)流呈兩槽兩脊型。影響這次沙塵暴過(guò)程的高空關(guān)鍵系統(tǒng)是橫槽轉(zhuǎn)豎冷空氣大舉南下引起的強(qiáng)鋒區(qū)和強(qiáng)風(fēng)帶。

3.地面影響系統(tǒng)比較：觸發(fā)“3.19”強(qiáng)沙塵暴的地面天氣系統(tǒng)為強(qiáng)烈發(fā)展的蒙古氣旋及其冷鋒；“4.24”強(qiáng)沙塵暴是由地面冷高壓前部強(qiáng)冷鋒觸發(fā)的，在沙塵天氣發(fā)生發(fā)展過(guò)程中其前部低壓系統(tǒng)作用并不明顯。

4.兩次過(guò)程中，渦度、散度、垂直速度等物理量配置基本相似，高空急流因影響系統(tǒng)的不同而有差別。

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