茫崖一次大風(fēng)和沙塵暴天氣過(guò)程分析

趙小紅 吉秀娟 袁世龍 蔡琪 歐天宇

摘要 對(duì)2023年4月3—4日出現(xiàn)在茫崖的一次大風(fēng)沙塵天氣過(guò)程進(jìn)行了分析。分析表明，此次過(guò)程大風(fēng)、沙塵暴天氣具有顯著的日變化，上午發(fā)展，下午至傍晚最強(qiáng)，入夜減弱。茫崖市地處青海省西北邊陲，柴達(dá)木盆地西緣，屬于典型的高原大陸性氣候，地勢(shì)西北高東南低，這種特殊的地形受狹管效應(yīng)影響，使地面風(fēng)速加強(qiáng)。500 hPa茫崖受新疆低渦底部偏西氣流的控制，高空有大的位勢(shì)梯度及強(qiáng)的冷平流；層結(jié)不穩(wěn)定導(dǎo)致高空動(dòng)量下傳，等溫線密集，溫度梯度大、風(fēng)速?gòu)?qiáng)；地面冷鋒、變壓風(fēng)加快了地面風(fēng)速；在強(qiáng)風(fēng)的動(dòng)力條件下，加之本地及上游的良好的沙源條件，為沙塵暴發(fā)生提供了較好的條件。

關(guān)鍵詞 茫崖；大風(fēng)；沙塵暴；新疆低渦；熱低壓

中圖分類號(hào)：P425.5+5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：2095–3305（2023）12–0-03

Analysis of A Strong Wind and Sandstorm Weather Process in Mangya

Zhao Xiao-hong et al（Mangya Meteorological Bureau， Mangya， Qinghai 816400）

Abstract This article analyzes a strong wind and dust weather process that occurred on Mangya from April 3～4， 2023. Analysis shows that the process of strong winds and sandstorms has significant diurnal variations， developing in the morning， strongest from afternoon to evening， and weakening at night. Mangya City was located in the northwest border of Qinghai Province， on the western edge of the Qaidam Basin， and belongs to a typical plateau continental climate. The terrain was high in the northwest and low in the southeast. This special terrain was affected by the narrow tube effect， which strengthens the ground wind speed. The 500hPa Mangya is controlled by the westward airflow at the bottom of the Xinjiang vortex， with a large potential gradient and strong cold advection in the high altitude; Unstable stratification leads to the downward transfer of high-altitude momentum， dense isotherms， large temperature gradients， and strong wind speeds; The ground cold front and variable pressure wind strengthen the ground wind speed; Under the dynamic conditions of strong winds， coupled with favorable local and upstream sand source conditions， favorable conditions are provided for the occurrence of sandstorms.

Key words Mangya; Strong winds; Sandstorm; Xinjiang vortex; Hot low-pressure

大風(fēng)是指瞬時(shí)風(fēng)速達(dá)到或超過(guò)17.0 m/s（或目測(cè)估計(jì)風(fēng)力達(dá)到或超過(guò)8級(jí)）的風(fēng)。沙塵暴天氣是指強(qiáng)風(fēng)將地面大量沙塵吹起或被高空氣流帶到下游地區(qū)導(dǎo)致空氣混濁，水平能見(jiàn)度小于1 km的天氣現(xiàn)象。能見(jiàn)度介于1～10 km之間的天氣現(xiàn)象。沙塵暴的發(fā)生一般需要具備2個(gè)條件：一是足夠強(qiáng)的風(fēng)力；二是豐富的沙源。茫崖市地處青海省西北邊陲，柴達(dá)木盆地西緣，年降水量在

50 mm以下，地處戈壁帶，植被稀疏土質(zhì)干燥疏松，加之上游沙源充足，易發(fā)生大風(fēng)、沙塵暴天氣。

1 數(shù)據(jù)來(lái)源與方法

在研究過(guò)程中，選用常規(guī)地面觀測(cè)站逐1 h地面觀測(cè)數(shù)據(jù)，每日2次的常規(guī)探空觀測(cè)資料等氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)，利用天氣學(xué)原理和統(tǒng)計(jì)分析方法分析此次大風(fēng)沙塵天氣過(guò)程。

2 天氣實(shí)況及氣象服務(wù)

2023年4月3日16：00—4日20：00茫崖市出現(xiàn)大范圍大風(fēng)沙塵天氣，大風(fēng)出現(xiàn)時(shí)間在4日午后至夜間，過(guò)程期間伴有強(qiáng)沙塵暴天氣的發(fā)生。3日16：00茫崖鎮(zhèn)出現(xiàn)大風(fēng)天氣，小時(shí)極大風(fēng)速達(dá)29.0 m/s；4日13：07茫崖站能見(jiàn)度開(kāi)始下降，至17：07能見(jiàn)度出現(xiàn)本站最小值為170 m；4日13：39冷湖鎮(zhèn)出現(xiàn)浮塵天氣，本站最小能見(jiàn)度為5 917 m。此次過(guò)程茫崖市共計(jì)11個(gè)測(cè)站出現(xiàn)大風(fēng)天氣，最大風(fēng)速出現(xiàn)在茫崖鎮(zhèn)，小時(shí)極大風(fēng)速達(dá)29.0 m/s。

據(jù)了解，此次大風(fēng)沙塵暴天氣對(duì)車輛安全通行及冷湖賽什騰山天文臺(tái)址項(xiàng)目建設(shè)施工產(chǎn)生了一定的影響，但沒(méi)有發(fā)生災(zāi)害。從茫崖站地面單站要素值分析，4日11：00～18：00氣壓持續(xù)下降，13：00出現(xiàn)強(qiáng)沙塵暴天氣，出現(xiàn)先增溫后降溫的現(xiàn)象，至22：00氣溫下降至-4.7 ℃，期間氣壓、氣溫、相對(duì)濕度、能見(jiàn)度明顯下降（圖1）。

3 大氣環(huán)流形勢(shì)分析

3.1 高空環(huán)流形勢(shì)

從3日20：00 500 hPa高空來(lái)看（圖2a），新疆低渦位于天山東部，低渦中心配合-32 ℃的冷中心，冷平流下滑影響南疆盆地、青海省大部。隨著新疆低渦東移南壓，且高空槽區(qū)狹窄深厚。至4日08：00（圖2b），低渦移至茫崖北部，茫崖受到低渦底部偏西氣流的控制，500 hPa風(fēng)速超過(guò)27 m/s，且等壓線密集，氣壓梯度大。根據(jù)風(fēng)壓公式，風(fēng)速與氣壓梯度有關(guān)系，氣壓梯度越大，則風(fēng)速越大[1]。分析此次大風(fēng)過(guò)程，大風(fēng)出現(xiàn)前的高空環(huán)流形勢(shì)可以看出：茫崖上空有4根等高線，位勢(shì)梯度大，這種形勢(shì)下易出現(xiàn)大風(fēng)天氣。

3日20：00 700 hPa來(lái)看（圖3a），新疆北部等溫線密集，有強(qiáng)冷平流，茫崖南部有熱低壓存在[2]。至4日08：00茫崖依舊受偏西氣流控制（圖3b），風(fēng)速超過(guò)12 m/s，200 hPa存在一條偏西急流影響茫崖地區(qū)，高層動(dòng)量下傳易使中低層和地面風(fēng)速加大。因此，此次大風(fēng)過(guò)程是由于新疆低渦東移南壓，強(qiáng)的偏西氣流誘導(dǎo)冷空氣南下，提供了有利于出現(xiàn)大風(fēng)的環(huán)流背景。而大風(fēng)是出現(xiàn)沙塵暴的重要?jiǎng)恿l件。

3.2 地面影響系統(tǒng)

此次大風(fēng)沙塵天氣過(guò)程主要是地面冷鋒過(guò)境后造成的。冷高壓中心位于蒙古高原，冷高壓受其東側(cè)發(fā)展的低壓系統(tǒng)阻擋影響，在原地維持時(shí)間較長(zhǎng)，4日08：00中心氣壓值1 052.5 hPa，冷空氣主要沿西北路徑入侵柴達(dá)木盆地[3]。

13：00地面冷鋒進(jìn)入茫崖境內(nèi)，冷鋒后正變壓+0.5 hPa。隨著冷高壓東移南壓，冷鋒后部上空的冷平流使鋒面近地面層出現(xiàn)較大的正變壓中心，變壓風(fēng)也加快了地面風(fēng)速，受地面冷鋒過(guò)境和變壓梯度風(fēng)的共同影響，茫崖市出現(xiàn)大范圍的大風(fēng)天氣。

3.3 地形影響

柴達(dá)木盆地地處青海省西北部，屬于高原性大陸氣候，是青海省大風(fēng)沙塵暴的多發(fā)區(qū)。柴達(dá)木盆地海拔為2 600～3 400 m，地勢(shì)從西北向東南傾斜收縮。這種特殊的地形受狹管效應(yīng)影響，茫崖受到下坡風(fēng)加強(qiáng)影響（位能轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)能），極易出現(xiàn)大風(fēng)天氣。此次大風(fēng)過(guò)程，茫崖鎮(zhèn)最早出現(xiàn)大風(fēng)，且持續(xù)時(shí)間最長(zhǎng)。

3.4 層結(jié)不穩(wěn)定

4日08：00茫崖探空廓線顯示（圖4a），700～500 hPa高度層為西北風(fēng)，400～300 hPa高度層轉(zhuǎn)為偏西風(fēng)，風(fēng)向隨高度的上升做逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，溫度平流為冷平流，空氣有下沉運(yùn)動(dòng)。從20：00探空?qǐng)D來(lái)看（圖4b），700～500 hPa整層風(fēng)速相比08：00上升，配合高空冷平流高空動(dòng)量下傳明顯，有利于出現(xiàn)地面大風(fēng)[4]。

4 沙塵暴成因分析

4.1 動(dòng)力條件

持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)的區(qū)域性強(qiáng)風(fēng)（大部分區(qū)域站瞬時(shí)風(fēng)速達(dá)到或超過(guò)17 m/s）是形成沙塵暴必不可少的動(dòng)力條件。此次過(guò)程沙塵暴前，茫崖鎮(zhèn)地面風(fēng)為9級(jí)左右，持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，為沙塵暴的出現(xiàn)提供了明顯的動(dòng)力條件。

4.2 熱力條件

茫崖高空冷平流較強(qiáng)，尤其是西路冷空氣上空無(wú)論風(fēng)向和等溫線夾角還是風(fēng)速都較大，因此冷平流強(qiáng)度較大。在此次過(guò)程中，受鋒前暖低壓的疊加影響，3日20：00熱低壓已經(jīng)形成。高空較強(qiáng)的冷平流疊加在低層柴達(dá)木熱低壓上，導(dǎo)致層結(jié)不穩(wěn)定加強(qiáng)，低層湍流活動(dòng)加強(qiáng)，而湍流活動(dòng)促使地面干燥的地表顆粒物離開(kāi)地表，有利于起沙[5]。

4.3 沙源條件及氣候背景

沙塵暴的發(fā)生除了動(dòng)力和熱力條件，還需要較為廣闊而平坦的沙源條件。柴達(dá)木盆地發(fā)生的沙塵暴天氣的沙源主要為本地沙源和上游的沙源[6]。本地沙源主要是柴達(dá)木盆地為廣闊的戈壁，尤其茫崖地區(qū)年降水量不足50 mm，多為戈壁和荒漠，是該地區(qū)發(fā)生沙塵暴天氣的內(nèi)源。外源是上游的沙源，主要是南疆的塔克拉瑪干沙漠及其東北部的庫(kù)姆塔格沙漠。此外，春季柴達(dá)木盆地下墊面植被覆蓋差，加之冬季凍土地表部分解凍，土質(zhì)疏松，是一年中最易起沙的季節(jié)。此次沙塵暴過(guò)程前期10 d茫崖地區(qū)無(wú)降水，提高地面干燥度，也有利于沙塵暴天氣的發(fā)生。

5 大風(fēng)與沙塵暴的危害

5.1 大風(fēng)的危害

一是破壞建筑物和設(shè)施。強(qiáng)烈的大風(fēng)可以拔起樹(shù)木，損壞房屋和其他建筑物。尤其是在地區(qū)抗風(fēng)能力不足的地方，大風(fēng)可能導(dǎo)致房屋倒塌，嚴(yán)重威脅人們的生命和財(cái)產(chǎn)安全。二是交通受阻。大風(fēng)會(huì)造成交通運(yùn)輸困難，尤其是對(duì)高速公路、鐵路和航空等交通方式的影響最顯著。大風(fēng)可能使車輛和火車失去平衡，造成事故。同時(shí)，航空公司也會(huì)取消或延誤航班，給旅客的行程帶來(lái)不便。三是電力中斷。大風(fēng)可能導(dǎo)致電力線路斷裂或電線桿倒塌，造成供電故障，會(huì)導(dǎo)致停電，給人們生活和工作帶來(lái)不便。尤其是在夏季高溫時(shí)期，停電會(huì)給人們的生活帶來(lái)不適。四是火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)增加。大風(fēng)往往伴隨干燥和低濕度的天氣條件，在此情況下，若發(fā)生火災(zāi)，火勢(shì)會(huì)迅速蔓延，造成更大的破壞。此外，大風(fēng)還會(huì)擴(kuò)散火勢(shì)，增加火場(chǎng)的撲救難度和風(fēng)險(xiǎn)。

5.2 沙塵暴的危害

一是健康問(wèn)題。沙塵暴中懸浮的塵埃顆粒物含有各種有害物質(zhì)和微生物，當(dāng)人們吸入肺部時(shí)，會(huì)引起呼吸系統(tǒng)疾病，如哮喘、支氣管炎等。長(zhǎng)期暴露在沙塵暴環(huán)境中，還可能引發(fā)肺結(jié)核和肺癌等疾病。二是降低能見(jiàn)度：沙塵暴產(chǎn)生的大量塵埃會(huì)減弱空氣中的可見(jiàn)光強(qiáng)度，造成能見(jiàn)度下降。這對(duì)于駕駛員來(lái)說(shuō)非常危險(xiǎn)，因?yàn)槟芤?jiàn)度下降會(huì)增加交通事故的發(fā)生概率。三是破壞農(nóng)作物和土壤。沙塵暴中的塵埃會(huì)嚴(yán)重破壞農(nóng)作物，尤其是對(duì)嫩葉和果實(shí)的傷害較大。此外，沙塵暴還會(huì)破壞土壤結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致土壤侵蝕和退化，影響農(nóng)田的可持續(xù)利用。四是氣候變化。沙塵暴塵埃中含有大量的顆粒物，這些顆粒物對(duì)太陽(yáng)輻射有吸收和反射的作用，從而影響地表的能量平衡。此外，沙塵暴還可以輸送至遠(yuǎn)離源地的地區(qū)，影響全球氣候變化。

6 結(jié)論

（1）此次春季大風(fēng)沙塵暴天氣過(guò)程影響范圍廣，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，強(qiáng)度較大，且大風(fēng)和沙塵暴均為午后強(qiáng)夜晚弱。

（2）大風(fēng)和沙塵暴的成因主要是新疆低渦東移南壓且維持時(shí)間較長(zhǎng)，高空大的位勢(shì)梯度及強(qiáng)的冷平流，有利于出現(xiàn)地面大風(fēng)；層結(jié)不穩(wěn)定導(dǎo)致高空動(dòng)量下傳，風(fēng)向與等溫線夾角大，溫度梯度大、風(fēng)速大；地面冷鋒、變壓風(fēng)加快了地面風(fēng)速。此外，茫崖地處盆地下坡風(fēng)區(qū)，受狹管效應(yīng)影響，加快了地面風(fēng)速；在強(qiáng)風(fēng)的動(dòng)力條件下，高空冷平流疊加在柴達(dá)木地面熱低壓上，增加層結(jié)不穩(wěn)定性，起沙條件好；盆地沙源條件好，前期無(wú)降水，春季下墊面干燥，提供了較好的沙塵暴發(fā)生條件。

（3）大風(fēng)和沙塵暴不僅給人們的生活和工作帶來(lái)不便，還可能嚴(yán)重危害健康、交通、農(nóng)業(yè)和環(huán)境等方面。因此，需要加強(qiáng)對(duì)大風(fēng)和沙塵暴的監(jiān)測(cè)和預(yù)警，及時(shí)采取相應(yīng)的措施應(yīng)對(duì)天氣現(xiàn)象的影響。

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