錫林郭勒盟2017年5月3日沙塵暴天氣過程淺析

段慧霞

摘 要 2017年5月3—4日，錫林郭勒盟出現(xiàn)了沙塵暴、揚沙天氣。基于此，結(jié)合地面氣象要素、環(huán)流形勢、物理量等方面綜合分析此次沙塵暴過程，結(jié)果得出：沙塵暴發(fā)生前后，地面氣象要素變化明顯，午后地面出現(xiàn)強烈增溫，大氣層結(jié)不穩(wěn)定度增大，促使高空動量下傳形成大風(fēng)，具備發(fā)生沙塵天氣的動力和熱力條件；高空冷渦與強鋒區(qū)是觸發(fā)沙塵暴的重要動力機制，蒙古氣旋是此次過程的主要影響天氣系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞 層結(jié)不穩(wěn)定；蒙古氣旋；高空冷渦

中圖分類號：P425.5+5 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2018.05.065

沙塵暴是錫林郭勒盟春季常見、危害性極強的災(zāi)害性天氣之一，威脅農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)、人們生存環(huán)境和經(jīng)濟、社會活動，當(dāng)前沙塵暴已成為重要的環(huán)境問題成為大量專家研究課題。大范圍沙塵暴天氣發(fā)生發(fā)展通常為一次大尺度環(huán)流的調(diào)整，也就是一次經(jīng)向環(huán)流調(diào)整為緯向環(huán)流的過程，冬春季西伯利亞冷空氣迅速到達(dá)我國，并由西北向東南爆發(fā)，遇春季長時間無有效降水形成干旱，對流層低層強烈不穩(wěn)定發(fā)展，此時就會引發(fā)大面積的沙塵暴天氣。2017年5月3—4日，錫林郭勒盟出現(xiàn)沙塵暴天氣過程，對此次沙塵暴天氣過程的氣象要素演變規(guī)律及物理量特征進(jìn)行研究分析，旨在為做好沙塵暴天氣的預(yù)測預(yù)報及防災(zāi)減災(zāi)氣象服務(wù)提供參考。

1 氣候背景及影響

錫林郭勒盟位于中緯度的西風(fēng)氣流帶內(nèi)，為典型的中溫帶半干旱大陸性氣候，受境內(nèi)南部和東部高聳的高山阻礙，夏季風(fēng)難以到達(dá)，南來的水源在這里被切斷，該地區(qū)大氣水分缺乏，降水量較少。冬季長期處于歐亞大陸蒙古高原和西伯利亞冷高壓影響控制范圍中，而且由于地域開闊，寒流直接侵襲，該地區(qū)呈現(xiàn)出寒冷、風(fēng)大、雨不均的氣候特點。2017年3—4月，錫林郭勒盟地區(qū)整體氣溫偏高、降水偏少，連續(xù)兩個月未出現(xiàn)有效降水，土壤墑情較差[1]。高溫少雨多風(fēng)更是加劇土壤水分散失，地表變得更為干燥，土質(zhì)疏松，為這次沙塵天氣的爆發(fā)創(chuàng)造了有利條件。此次大風(fēng)沙塵天氣嚴(yán)重影響錫林郭勒盟土壤保墑和春播備耕工作開展，加劇了春季干旱災(zāi)害，導(dǎo)致森林草原火險等級上升。

2 天氣過程概述

2.1 天氣實況

受地面蒙古氣旋與高空冷渦的共同影響，2017年5月3—4日錫林郭勒盟北部地區(qū)出現(xiàn)沙塵暴天氣，見表1。沙塵暴主要時段是3日午后至夜間，其中二連浩特、阿巴嘎旗、蘇尼特右旗出現(xiàn)強沙塵暴，極大風(fēng)速分別達(dá)到27.5 m·s-1、27.3 m·s-1、25.6 m·s-1，最低能見度0.2 km、0.4 km、0.3 km；其余地區(qū)出現(xiàn)沙塵暴或揚沙，風(fēng)力達(dá)到6級。此次沙塵暴天氣呈現(xiàn)出持續(xù)時間長、影響范圍廣、危害強度大、且出現(xiàn)了顯著的大風(fēng)和強烈降溫，同時伴有降雨。

2.2 地面氣象要素變化特征

選取二連浩特逐小時地面氣象要素資料，分析其變化特征。從能見度和極大風(fēng)速來看，3日清晨開始風(fēng)力逐漸加大，能見度維持在10 km左右，14：00以后能見度迅速降低，17：00—21：00，最低能見度不足500 m，出現(xiàn)強沙塵暴天氣，該時段極大風(fēng)速維持在20 m·s-1以上，20：00極大風(fēng)速達(dá)到27.5 m·s-1，對應(yīng)最低能見度200 m；3日22：00—4日10：00風(fēng)力逐漸減小，能見度有所轉(zhuǎn)好，4日午后風(fēng)力又逐漸加大，能見度迅速降低至3 km左右。

溫度和相對濕度對比來看，3日08：00—14：00，沙塵暴出現(xiàn)前，二連浩特處于干熱空氣影響范圍中，氣溫呈現(xiàn)逐漸回升現(xiàn)象，從12 ℃升至21 ℃，而相對濕度從78%迅速下降至20%以下，14：00之后氣溫逐漸下降，相對濕度仍然維持較低。氣溫和相對濕度的變化幅度較大，而變化趨勢正好相反。

3 環(huán)流形勢

3.1 高空環(huán)流形勢

據(jù)2日08：00 500hPa高空形勢圖可見，歐亞地區(qū)為兩脊一槽，新疆北部到蒙古中部90°～110°E為寬廣的槽區(qū)。2日20：00 500 hPa上，暖脊向東移至蒙古中東部地區(qū)，脊后存在著冷槽，較強的暖平流控制影響錫林郭勒盟，700 hPa與850 hPa暖脊發(fā)展強盛，溫度場較高度場落后，高空槽前存在著一地面氣旋，氣旋前部屬于暖平流，后部則是冷平流，熱力因子導(dǎo)致地面氣旋前部出現(xiàn)減壓，后部則開始加壓。分析等高線，槽前是正渦度平流區(qū)，渦度因子促使地面氣旋中心出現(xiàn)了加壓，在兩種因子的共同影響下，地面氣旋不斷向前移動并出現(xiàn)了加深發(fā)展。3日08：00，高空槽加深為冷渦，錫林郭勒盟正處于冷渦前部的西南氣流中，仍然受暖脊的控制；中層700 hPa和850 hPa在蒙西山地均存在著顯著的等高線，與等溫線呈現(xiàn)出反位相疊加的形勢，兩線交角在45°左右，地面風(fēng)速隨之開始加大，說明未來下游地區(qū)可能會出現(xiàn)大風(fēng)天氣過程；低層850 hPa上，等溫線在新疆北部一帶較為密集，鋒區(qū)強度較強，對于空氣動力下傳十分有利。

3.2 地面形勢

分析2日08：00海平面氣壓場上可以看出，錫林郭勒盟由于受到高壓的控制影響，于錫林郭勒盟北部地區(qū)形成了一個小低壓，低壓后部3 h正變壓值為3 hPa。14：00，地面低壓開始明顯的加強，之后形成地面蒙古氣旋，此時存在著三根閉合的等壓線，等壓線中心位于105°～110°E、45°～50°N，該時段內(nèi)氣旋前部已開始出現(xiàn)沙塵暴天氣，后部3 h正變壓已經(jīng)增大到了

5 hPa。17：00，錫林郭勒盟北部邊境地區(qū)表現(xiàn)為南高北低的現(xiàn)象，等壓線相對密集，氣旋中心值增大，達(dá)到了

955 hPa，蒙古氣旋已發(fā)展成熟，沙塵暴區(qū)域繼續(xù)擴大。3日02：00，地面氣旋中心又出現(xiàn)了進(jìn)一步的加強，中心位置相對偏北，錫林郭勒盟正處在氣旋前部負(fù)變壓范圍內(nèi)，受到高空槽前西南氣流的影響。高空、中層及低空三個大氣層具有一致的風(fēng)向，在這種形勢下，上升氣流進(jìn)一步得到加強。3日08：00，地面氣旋繼續(xù)北上，氣旋中心到達(dá)錫林郭勒盟西北部。3日14：00左右，錫林郭勒盟恰好處于地面氣旋偏南方西南氣流里，正、負(fù)變壓中心之間的差值達(dá)到8 hPa，高層、低層及地面風(fēng)向均為西南風(fēng)向，地面風(fēng)力開始加大，同時午后地面增溫達(dá)到了最強，大氣層結(jié)出現(xiàn)了明顯的不穩(wěn)定度，成為大風(fēng)、沙塵天氣發(fā)生發(fā)展的有利的動力和熱力條件，地面沙塵等被大風(fēng)揚起，風(fēng)力較大形成沙塵暴天氣。

4 物理量分析

4.1 風(fēng)場和流場

分析2日8：00—3日20：00的850hPa風(fēng)場和流場，2日20：00，蒙古地區(qū)風(fēng)力開始加大，錫林郭勒盟處于西南風(fēng)暖平流區(qū)域，850 hPa流場圖上（圖略），錫林郭勒盟北部存在著風(fēng)場輻合區(qū)，表明出現(xiàn)了上升氣流，氣旋在未來會加強發(fā)展，地面氣壓進(jìn)一步下降，而氣壓梯度將出現(xiàn)增大，因此地面風(fēng)速將會增強與其相對應(yīng)適，氣旋中心附近的等壓線較為密集區(qū)域也正是地面大風(fēng)區(qū)域。

4.2 散度特征

3日8：00和3日20：00的低層850 hPa和中層700 hPa散度圖上（圖1a）可以看出，沙塵暴發(fā)生過程中，低層一直維持為負(fù)散度區(qū)，并且負(fù)值中心不斷加強，相反中層一直維持為正散度區(qū)，并且中心位置從東北向西南移動，低層輻合高層輻散，有利于地面氣流上升，促使地面減壓，地面氣旋加強[2-3]。

4.3 渦度特征

3日8：00和3日20：00的低層850 hPa和中層700 hPa渦度圖上（圖1b）可以看出，沙塵暴發(fā)生過程中，高層為正渦度平流區(qū)，低層為負(fù)渦度平流區(qū)，與輻散場相一致配合，導(dǎo)致低層輻合高層輻散，進(jìn)一步促使地面氣旋加強。

5 結(jié)論

1）本次沙塵暴天氣主要是由地面蒙古氣旋和高空冷渦共同作用形成的。2） 錫林郭勒盟的氣候特點和下墊面干燥高熱的性質(zhì)易導(dǎo)致沙塵天氣出現(xiàn)。3）沙塵暴發(fā)生前和發(fā)生時，能見度與極大風(fēng)速、氣溫和相對濕度有很好的對應(yīng)關(guān)系。風(fēng)速在加大的過程中，能見度迅速降低，最低能見度對應(yīng)最大風(fēng)速；沙塵暴發(fā)生前溫度回升、濕度減小，受干熱空氣控制。4）流場、散度、渦度特征分析表明，此次沙塵暴天氣過程上升氣流旺盛，有利于地面減壓，導(dǎo)致蒙古氣旋強烈發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1] 壽紹文，勵申申，姚秀萍.中尺度氣象學(xué)[M].北京：氣象出版社，2003.

[2] 顧潤源.內(nèi)蒙古自治區(qū)天氣預(yù)報手冊[M].北京：氣象出版社，2012.

[3] 錢正安，宋敏紅，李萬元.近50年來中國北方沙塵暴的分布及變化趨勢分析[J].中國沙漠，2002，22（2）：106-111.

（責(zé)任編輯：劉昀）