且末縣一次沙塵暴天氣過(guò)程分析

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摘 要 運(yùn)用實(shí)況觀測(cè)資料、區(qū)域自動(dòng)站資料及數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品等資料，天氣學(xué)原理、天氣動(dòng)力學(xué)等理論，對(duì)2015年4月28日且末縣沙塵天氣的產(chǎn)生機(jī)制進(jìn)行了分析，并初步總結(jié)了且末縣沙塵暴預(yù)報(bào)著眼點(diǎn)與預(yù)報(bào)指標(biāo)。結(jié)果表明：此次過(guò)程是由低槽東移進(jìn)入南疆，引起冷空氣西翻而導(dǎo)致的一次南疆盆地自西向東的西翻大風(fēng)沙塵天氣，高低空急流、垂直環(huán)流共同作用是高空動(dòng)量下傳的重要?jiǎng)恿C(jī)制，中低層的冷平流輸送是此次天氣過(guò)程形成的熱力因子；同時(shí)得到且末縣沙塵天氣的預(yù)報(bào)著眼點(diǎn)和預(yù)報(bào)指標(biāo)。

關(guān)鍵詞 沙塵暴；西翻；降溫；上游站點(diǎn)

中圖分類(lèi)號(hào)：P425.55 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2017.18.057

且末縣地處塔里木盆地東南緣，地形東南高西北低，北邊為戈壁沙漠，距縣城百余公里的西南至東南有昆侖山支脈及阿爾金山山脈逶迤連綿，整個(gè)綠洲呈狹長(zhǎng)的沿水系分布的條狀帶。受沙漠及地形影響，縣城降水量少，大風(fēng)、沙塵暴等災(zāi)害性天氣較多。多發(fā)的沙塵天氣嚴(yán)重危害且末脆弱的生態(tài)環(huán)境，影響群眾的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)活動(dòng)，尤其且末縣主要經(jīng)濟(jì)依靠農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，大風(fēng)沙塵天氣對(duì)農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)更是有著很大的影響。根據(jù)萬(wàn)的軍等人對(duì)塔里木盆地南緣沙塵天氣變化特征及趨勢(shì)的研究[1]，塔里木盆地南緣沙塵天氣屬于典型的春夏型，4—6月是一年之中的高發(fā)期，峰值在5月。對(duì)歷史沙塵天氣資料分析可知其線(xiàn)性下降趨勢(shì)異常顯著，且存在很大的不穩(wěn)定性。這與且末沙塵天氣氣候?qū)W特征基本吻合。

1 天氣概況

從表1和圖1可以看出，27日23：00起，且末縣風(fēng)向由偏北風(fēng)轉(zhuǎn)為西南風(fēng)，能見(jiàn)度迅速下降，28日00：00轉(zhuǎn)為沙塵暴天氣，天氣過(guò)程持續(xù)到09：20，期間最低能見(jiàn)度為425 m，過(guò)程平均風(fēng)力為3到4級(jí)，極大風(fēng)力達(dá)到5級(jí)；09：20轉(zhuǎn)為揚(yáng)沙，能見(jiàn)度開(kāi)始轉(zhuǎn)好，但風(fēng)速仍然很大，到14：17轉(zhuǎn)為浮塵，風(fēng)速減小，風(fēng)向由西風(fēng)逐漸轉(zhuǎn)為東北風(fēng)。至29日02：00，此次沙塵天氣逐漸結(jié)束。由于沙塵天氣影響，且末本站最高溫度下降7 ℃左右。

2 高低空配置及其演變

2.1 高空環(huán)流形勢(shì)發(fā)展演變過(guò)程

沙塵暴的發(fā)生與系統(tǒng)性天氣過(guò)程有關(guān)，綜合高低空天氣形勢(shì)分析來(lái)看，此次沙塵暴天氣過(guò)程是冷空氣翻山侵入南疆盆地的背景下產(chǎn)生的。

由圖2可知，在過(guò)程前期26日，西伯利亞低槽和南支槽在東移過(guò)程中在咸海以東、巴爾喀什湖以西地區(qū)略有結(jié)合，低槽后的西北急流攜帶有明顯的冷空氣，隨著北方冷空氣的南下使得南支系統(tǒng)得到北方冷空氣的補(bǔ)充，南支槽前的西南氣流明顯加強(qiáng)，溫度場(chǎng)落后于高度場(chǎng)，存在一定的交角，大氣有一定的斜壓性，有利于后期系統(tǒng)的發(fā)展。27日，系統(tǒng)繼續(xù)東移，南北兩支系統(tǒng)分離，南支系統(tǒng)東移進(jìn)入南疆，在南疆西部有一明顯切變，影響阿克蘇、克州、喀什、和田等地區(qū)，由于前期得到北方冷空氣的補(bǔ)充，使得冷空氣強(qiáng)度較于26日有所加強(qiáng)，盆地內(nèi)已有4 ℃的降溫。

至28日08：00，低槽主體仍在南疆盆地維持，且西南風(fēng)與西北風(fēng)之間的切變也穩(wěn)定存在，有利于槽后冷空氣源源不斷向盆地內(nèi)輸送。由溫度場(chǎng)可以明顯看出，此時(shí)冷溫槽主體已進(jìn)入南疆地區(qū)，說(shuō)明冷空氣主體已進(jìn)入盆地。28日20：00，低槽主體迅速東移至若羌縣境內(nèi)，其后冷槽也隨之減弱東移至且末若羌一帶，冷空氣繼續(xù)東移，逐漸移出且末影響范圍。隨著系統(tǒng)的移出，盆地沙塵天氣也趨于結(jié)束。

2.2 高空急流的演變

大風(fēng)是沙塵暴天氣發(fā)生的主要?jiǎng)恿l件。由圖3可以看出，南疆地區(qū)也是維持一個(gè)明顯低槽。26日20：00，過(guò)程前期南疆盆地位于脊前西北氣流的控制范圍之下，未來(lái)影響南疆地區(qū)的槽的主體位于帕米爾高原地區(qū)。系統(tǒng)東移，到27日20：00控制南疆盆地的脊前西北氣流控制已經(jīng)轉(zhuǎn)為槽前脊后西南氣流，風(fēng)速明顯增大且阿克蘇及以北地區(qū)存在西南急流，且末位于高空急流入口區(qū)右側(cè)，急流最大中心速度區(qū)位于阿克蘇，為44 m/s。系統(tǒng)繼續(xù)東移，至28日08：00急流軸位于巴州北部至昌吉州中部，南疆盆地仍為西南氣流，風(fēng)速有所減小。根據(jù)盆地沙塵暴站點(diǎn)位置與急流位置的比較可以看出，沙塵暴發(fā)于高空急流入口區(qū)右側(cè)。

2.3 垂直速度演變

27日08：00垂直速度空間剖面圖上看出在且末有一上升區(qū)，中心速度為-14 m/s；和田中高層為下沉運(yùn)動(dòng)，中心速度為17 m/s；喀什低層弱下沉運(yùn)動(dòng)，中高層弱上升運(yùn)動(dòng)。28日08：00在且末附近為明顯的上升區(qū)，中心速度-56 m/s；

而上游喀什地區(qū)則為下沉運(yùn)動(dòng)，中心速度44 m/s，形成一個(gè)明顯的環(huán)流結(jié)構(gòu)。配合高空急流分析，說(shuō)明急流之下的垂直環(huán)流圈結(jié)構(gòu)是在喀什地區(qū)下沉，且末附近為上升支，而低層環(huán)流則是由喀什指向且末，這一結(jié)構(gòu)也更有利于冷空氣的西翻。

3 物理量分析

3.1 動(dòng)力機(jī)制分析——水平散度場(chǎng)

由南疆盆地及帕米爾高原高低層散度表現(xiàn)可以發(fā)現(xiàn)，明顯在西翻出現(xiàn)前，在整個(gè)南疆地區(qū)，盆地底層是輻合上升、高層輻散下沉的結(jié)構(gòu)，而帕米爾高原附近低層輻散下沉、高層輻合上升。這一配置使南疆盆地上升運(yùn)動(dòng)區(qū)的“抽氣”作用顯著，有利于盆地減壓，從而導(dǎo)致南疆盆地與境外冷高壓差進(jìn)一步加大。帕米爾高原中低層的輻散下沉氣流也使高層急流的動(dòng)量下傳到底層，在這一作用下，南疆地區(qū)形成翻山大風(fēng)。

3.2 熱力機(jī)制分析—溫度平流

26—27日盆地中低層暖平流轉(zhuǎn)為冷平流，至28日過(guò)程趨于結(jié)束，冷平流減弱。且27日08：00開(kāi)始出現(xiàn)明顯西翻風(fēng)速加大時(shí)對(duì)應(yīng)地區(qū)溫度平流等值線(xiàn)也最密集。垂直環(huán)流下沉支（喀什附近）輸送的冷空氣越強(qiáng)，則溫差越大，更有利于風(fēng)速加大。綜上說(shuō)明中低層冷平流是形成此次過(guò)程的熱力條件之一。

4 地面氣象要素變化

4.1 且末本站氣壓、氣溫的變化

由且末本站溫壓變化折線(xiàn)圖可以看出伴隨此次沙塵天氣過(guò)程溫壓要素也發(fā)生了較為明顯的變化。具體來(lái)說(shuō)，本站氣壓從26日08：00開(kāi)始明顯下降。27日08：00達(dá)到最低，從27日20：00開(kāi)始?xì)鈮貉杆偕仙＜催^(guò)程來(lái)臨前期（24 h以上）本站氣壓是一個(gè)持續(xù)降低的過(guò)程，而沙塵天氣開(kāi)始時(shí)已進(jìn)入升壓階段。此次過(guò)程前期且末本站氣溫一直是穩(wěn)步上升的趨勢(shì)，至27日最高溫度達(dá)到32 ℃。沙塵天氣開(kāi)始后28日氣溫則維持較低，最高氣溫僅為endprint

25 ℃。且受夜間沙塵暴影響。28日最低氣溫為20 ℃，比前日升高12 ℃。這與其他地區(qū)沙塵暴過(guò)程前溫度變化情況相類(lèi)似[2-3]，說(shuō)明前期維持較高溫度更有利于沙塵天氣的發(fā)生發(fā)展。溫壓場(chǎng)結(jié)合發(fā)現(xiàn)，在沙塵天氣來(lái)臨前期為降壓升溫過(guò)程，這是春夏常見(jiàn)的南疆盆地?zé)岬蛪喊l(fā)展標(biāo)志；相反，在沙塵天氣開(kāi)始后則是急劇升壓降溫過(guò)程。

4.2 海平面氣壓變化

此次過(guò)程中，重點(diǎn)關(guān)注高原西側(cè)冷高及南疆盆地?zé)岬蛪旱陌l(fā)展變化。從26日20：00至28日08：00的海平面氣壓場(chǎng)可以看出，冷高東移北上并加強(qiáng)，中心海平面氣壓值由1 025 hPa加強(qiáng)至1 030 hPa。盆地?zé)岬蛪簻p弱東移，由997.5 hPa減弱至1 007.5 hPa。這與500 hPa高空表現(xiàn)一致。冷高壓與熱低壓的顯著氣壓差（20 hPa以上）是引起冷空氣翻山形成大風(fēng)沙塵的重要因素。

許多學(xué)者在研究中[4-5]指出，這種沙塵暴出現(xiàn)前氣溫持續(xù)升高、氣壓下降的特征，在我國(guó)北方具有一定普遍性。這種變化過(guò)程對(duì)于南疆盆地地區(qū)預(yù)示熱低壓發(fā)展，隨后一般會(huì)伴隨有冷空氣入侵并形成大風(fēng)沙塵等天氣。因此掌握本站溫壓及海平面氣壓變化對(duì)于且末沙塵暴天氣預(yù)報(bào)具有重要研究意義。

5 天氣過(guò)程中與上游站點(diǎn)要素差值對(duì)比

從與上游站點(diǎn)的氣象要素對(duì)比可以看出，在沙塵天氣來(lái)前，各站氣壓均處于一個(gè)較低值，而沙塵天氣開(kāi)始后，氣壓開(kāi)始明顯升高。從27日早上起，和田、民豐、且末自西向東開(kāi)始出現(xiàn)沙塵暴，由于沙塵暴起始時(shí)間有差異，所以各站氣壓變化差異明顯，造成了三站之間的連續(xù)氣壓差，因此從27日11：00開(kāi)始，且末站與和田、民豐站的氣壓差明顯加大，到28日02：00，與和田氣壓相差8.4 hPa，與民豐氣壓相差6.5 hPa。上游站點(diǎn)與且末連續(xù)存在氣壓差，有利于西翻冷空氣的推進(jìn)，使各個(gè)站點(diǎn)風(fēng)向轉(zhuǎn)為偏西風(fēng)，進(jìn)而陸續(xù)出現(xiàn)沙塵天氣。且在此次天氣過(guò)程中，若以和田作為指標(biāo)站，當(dāng)和田與且末氣壓差大于5 hPa且持續(xù)時(shí)間在9 h

以上時(shí)，更有利于西翻冷空氣的進(jìn)入，若上游站點(diǎn)為沙塵暴天氣，則且末本站也將會(huì)出現(xiàn)明顯沙塵天氣。

從溫度變化上來(lái)看，由于和田站沙塵暴于27日10：13已經(jīng)結(jié)束，而民豐站沙塵暴的時(shí)間為9：39—18：03，故而在溫度變化上參考與民豐站的差異。從表格中可知，在27日20：00，由于且末還未受西翻影響，此時(shí)氣溫仍明顯高于民豐站，差值達(dá)4.9 ℃，但到了23：00，風(fēng)向已轉(zhuǎn)為西風(fēng)，即西翻已影響到且末，此時(shí)且末本站溫度明顯降低，甚至已低于民豐站，差值達(dá)1.4 ℃，而后受沙塵天氣影響，溫度下降緩慢，后期溫度又高于民豐站。

6 結(jié)論

通過(guò)以上幾點(diǎn)的分析，得出以下幾點(diǎn)結(jié)論。

第一，此次過(guò)程是由低槽東移進(jìn)入南疆引起冷空氣西翻而導(dǎo)致的一次南疆盆地自西向東的西翻大風(fēng)沙塵天氣。西伯利亞大槽在東移過(guò)程中分為南北兩支槽，南支上的低槽先進(jìn)入南疆并維持，隨后冷空氣西翻入境，二者結(jié)合東移。天氣特點(diǎn)：此次沙塵暴維持時(shí)間較長(zhǎng)，風(fēng)力不大，轉(zhuǎn)東風(fēng)后能見(jiàn)度隨即轉(zhuǎn)好。

第二，和田出現(xiàn)明顯西翻10小時(shí)后且末出現(xiàn)偏西風(fēng)。且末出現(xiàn)西翻風(fēng)速加大時(shí)，與民豐氣壓差3 hPa，與和田氣壓差6 hPa。上游與且末連續(xù)存在氣壓差，有利于西翻的進(jìn)入。由于后期南疆盆地?zé)岬蛪簴|移并減弱，東西向氣壓差逐漸減小，且末西翻影響也逐漸結(jié)束。

第三，溫度場(chǎng)上在沙塵天氣過(guò)程前幾日，受盆地?zé)岬蛪河绊?，且末本站溫度一直維持較高，當(dāng)沙塵天氣來(lái)臨時(shí)，溫度有明顯變化，且與上游站點(diǎn)的溫差對(duì)于西翻進(jìn)入時(shí)間具有較好指示意義；高空急流和垂直環(huán)流圈的存在是西翻產(chǎn)生的重要?jiǎng)恿C(jī)制，高空急流附近垂直環(huán)流圈的下沉氣流將高層動(dòng)量下傳到南疆盆地，同時(shí)低層南疆盆地的輻合、帕米爾高原的輻散加劇了南疆盆地上升減壓和帕米爾高原中低層的下層加壓。直接導(dǎo)致東西氣壓梯度加大，更有利于西翻，中低層較強(qiáng)的冷平流是風(fēng)力加強(qiáng)的熱力機(jī)制之一，冷平流輸送使氣壓梯度明顯增強(qiáng)，翻山大風(fēng)出現(xiàn)在溫度平流等值線(xiàn)密集的區(qū)域。

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（責(zé)任編輯：劉昀）endprint