一次強沙塵暴天氣成因分析及對農(nóng)牧業(yè)的影響

張連霞 ，徐桂梅 ，夏 瑩 ，李 莉 ，李亞芬

（1.內(nèi)蒙古通遼市氣象局，內(nèi)蒙古 通遼 028000；2.內(nèi)蒙古大氣探測技術保障中心，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010051）

自20世紀90年代以后，沙塵暴天氣對空氣和社會經(jīng)濟活動等均能造成了較為嚴重的影響。唐國力等[1]在中國近49年沙塵暴變化趨勢的分析中指出：盡管我國在近些年來對生態(tài)環(huán)境進行了治理，強沙塵暴日數(shù)在20世紀80年代比20世紀50—60年代減少了73%，但隨著全球氣候變暖，高溫、干旱等極端天氣氣候事件有增多趨勢，勢必會間接造成強沙塵天氣的發(fā)生。因此，研究沙塵天氣的發(fā)生規(guī)律，能夠有效地促進地方經(jīng)濟發(fā)展。

我國為沙塵天氣多發(fā)地區(qū)，沙塵天氣主要發(fā)生在我國的西北和華北，有時向南侵入黃淮地區(qū)或以南，甚至波及日本及朝鮮半島等地[2]。沙塵天氣多發(fā)生在春季。一直以來，國內(nèi)外氣象工作者從多角度進行大量的總結和研究，試圖找出影響中國春季沙塵天氣的氣候特征、形成機制以及研究方法和指標[3-4]，以便提高預報準確率。該文利用常規(guī)觀測資料、沙塵暴遙感監(jiān)測圖、地面自動氣象站和MICAPS提供的相關資料，對2017年春季發(fā)生在內(nèi)蒙古通遼市的一次強沙塵暴天氣進行了詳細分析，試圖找出其發(fā)生的物理機制及影響因子，以期為提高強沙塵天氣預報積累經(jīng)驗。

1 強沙塵暴天氣概況及對農(nóng)牧業(yè)和生產(chǎn)生活的影響

1.1 強沙塵暴天氣實況

2017年5月3—7日，我國大部地區(qū)遭遇入春以來范圍最廣、強度最強、影響最大的一次強沙塵暴天氣侵襲。該次強沙塵暴天氣具有“范圍廣、時間長、危害性強”的特點。

該次強沙塵暴天氣以內(nèi)蒙古西部開始，從西向東，自北向南，先后影響西北、華北、東北、華中、華東以及長江地區(qū)十余省市。通遼地區(qū)5月3—4日沙塵暴勢力最強，其中3個旗（縣）達到強沙塵暴強度，2個旗（縣）達到沙塵暴強度，沙塵暴發(fā)生時伴有平均風力7～8級、瞬時風力12級的大風（見表1）。沙塵暴持續(xù)2 d，直至冷空氣侵入，沙塵天氣基本結束。

表1 2017年5月3—7日天氣實況

1.2 沙塵暴對農(nóng)業(yè)的影響

沙塵暴使本來就干旱少雨的土壤墑情變得更糟。其對大田內(nèi)剛剛出苗的作物造成一定程度的損壞，由于葉面上積滿沙塵，將會影響作物正常的光合作用；使得部分使用地膜的作物也遭受損失，最終造成大田作物減產(chǎn)。大風和沙塵暴還會破壞設施農(nóng)業(yè)，刮倒溫室大棚的薄簾和棚膜，最終導致種植用戶遭受經(jīng)濟損失。

1.3 沙塵暴對牧業(yè)的影響

該次強沙塵暴天氣最強發(fā)生區(qū)域正好位于通遼市北部的牧區(qū)，造成風蝕，破壞地表植被，致使牧區(qū)天然和人工草場破壞更為嚴重、牧草返青更加困難，加劇草場沙化和退化程度，使生態(tài)環(huán)境遭到破壞。此外，大風和沙塵暴還會刮走牲畜，刮倒牧民氈包，使人畜飲水井被埋，牲畜圍欄棚圈被毀，導致牲畜走丟等。同時，絨毛梳剪后的羊、駝耐寒能力下降，遇到大風強降溫后將會凍死。其給牧民和牧業(yè)生產(chǎn)均造成經(jīng)濟損失。

1.4 沙塵暴對生產(chǎn)生活的影響

沙塵暴所到之處，大風肆虐，塵土飛揚，黃沙漫天，空氣中彌漫著嗆人的土腥味，空氣污染嚴重。大風造成樹木傾倒、高空廣告牌等墜地砸倒車輛，使得高速公路、航空運輸、海上航行、戶外作業(yè)及出行活動等遭受的影響最大。迫使部分高速公路關閉、航班延誤或取消、幼兒園和小學停課等，給人們的生產(chǎn)和生活帶來極大影響。

2 前期氣候特點

2017年入春以來，內(nèi)蒙古大部地區(qū)氣溫偏高，降水偏少。尤其位于內(nèi)蒙古東部地區(qū)的通遼市出現(xiàn)嚴重的春旱。自3月開始氣溫異常偏高，春季平均氣溫偏高1.3～2.2℃，歷史排位為1961年以來第3高位，5月有4個站日最高氣溫突破歷史極值。降水異常偏少，3—5月累計降水量與歷史同期相比少3～8成，大風天氣日數(shù)明顯多于常年。春季日照時數(shù)與歷史同期（1981—2010年）平均值相比多4～150 h，蒸發(fā)量大，空氣干燥，為該次強沙塵暴天氣的發(fā)生發(fā)展提供了有利的前期氣候背景。

3 天氣過程診斷分析

3.1 高空環(huán)流背景

2017年5月3—7日，500 hPa圖上，亞歐中高緯度地區(qū)呈兩脊一槽型，經(jīng)向環(huán)流非常明顯，位于貝加爾湖附近的寬廣低槽隨著時間的推移，逐漸東移南壓，且寬度逐漸變窄，中心由536 gpm增加到528 gpm，強度明顯加強。期間，通遼位于槽前西南氣流到槽后西北氣流中，等高線密集，且維持一支風速大于32 m/s以上的較強西南風轉(zhuǎn)西北風急流。下游較強阻擋高壓迫使上游低槽系統(tǒng)穩(wěn)定維持且移動緩慢，為發(fā)生大風、沙塵天氣提供較有利的環(huán)流背景。

700 hPa圖上，配合高空500 hPa寬廣低槽中心由5月3日08時的288 gpm加強至6日08時的268 gpm，中心位置由貝加爾湖附近東移到黑龍江北部，東移過程中明顯南壓，且寬度明顯變窄，溫度場滯后高度場，促使高空槽發(fā)展加強。通遼位于槽前西南急流中，為大風、沙塵提供較有利的輻合上升條件。之后隨著系統(tǒng)東移，冷空氣沿著貝加爾湖高壓脊前西北氣流向南侵入。通遼處于槽后西北急流中，等高線非常密集，風速在16～20 m/s，但濕度場只有4日08時通遼南部T-Td＜5℃，其他時間T-Td值均大于10℃，水汽條件較差。因此，實況為4—5日通遼出現(xiàn)小量降水，其他時間主要以大風、沙塵為主。

3.2 地面影響系統(tǒng)

地面圖上，強大的蒙古氣旋控制蒙古國東部及我國內(nèi)蒙古大部地區(qū)。氣旋中心由997.5 mb加強為990.0 mb，前部等壓線非常密集，氣壓梯度明顯增大，冷鋒后大部地區(qū)風速≥12 m/s，氣壓梯度非常大，較強的氣壓梯度產(chǎn)生梯度大風，有利于大風、沙塵暴加強[8]。

3.3 動力條件分析

沙塵暴發(fā)生前，通遼地區(qū)散度場為高層輻合、低層輻散；沙塵暴發(fā)生后散度場變?yōu)楦邔虞椛?，低層輻合。輻合高度升?00 hPa，強度達到-39×10-6/s，中心進入通遼市北部地區(qū)，而500 hPa以上為輻散狀態(tài)，中心值為22×10-6/s。這種上升運動的散度場配置為沙塵天氣提供了有利于的動力條件。隨后，伴隨高空槽及鋒區(qū)的東移，通遼地區(qū)上空散度場的輻合層下降，強度減弱，直至沙塵結束。

3.4 熱力條件分析

3.4.1 高空中低層溫度場特征：850 hPa圖上，沙塵暴發(fā)生前，位于貝加爾湖南部到河套地區(qū)有一個南北向的20℃閉合暖中心，配合700 hPa圖上相應位置為4℃閉合暖中心自西向東逐漸靠近通遼。從沙塵天氣出現(xiàn)到結束，暖中心逐漸移出通遼并減弱。

3.4.2 假相當位溫分布特征對沙塵暴的作用：沙塵暴發(fā)生前，在850 hPa圖上，位于內(nèi)蒙古中部地區(qū)有一中心為48℃的能量舌。隨著高空系統(tǒng)東移，能量舌由西南向東北延伸，逐漸進入通遼地區(qū)。能量場這種配置為沙塵天氣的暴發(fā)積累了能量。

3.5 下墊面條件

通遼市位于科爾沁沙地腹地，北部與蒙古國為鄰，屬于正在發(fā)展的沙漠化土地，以風蝕沙地半固定狀態(tài)為主。目前科爾沁沙地正以每年1.9%的速度在發(fā)展。由于春季降水少，氣溫高，大風天數(shù)明顯增多，導致空氣干燥，蒸發(fā)加大，出現(xiàn)嚴重旱情，加劇了土壤水分流失，嚴重影響旱作農(nóng)田出苗和牧草返青。其地表植被條件差，土壤干，土層厚，裸露地多。另外，由于上游甘肅省、蒙古國等入春以來干旱少雨，而且還存在大面積的沙漠地帶，也為此次沙塵暴天氣的發(fā)生提供了有利的起塵條件。薛建軍等[9]曾對2002年3月18—22日發(fā)生在我國北方地區(qū)的一次強沙塵暴過程分析指出：沙塵天氣的產(chǎn)生原因包括上游沙塵高空輸送沉降、本地熱力作用、蒙古氣旋和鋒面附近大風。因此該地特殊地形和前期氣候條件以及上游具備起沙的下墊面都是導致該次產(chǎn)生沙塵暴的因素。

3.6 衛(wèi)星遙感和地面自動氣象站監(jiān)測

5月3—4日，通過FY-3B/ViRR衛(wèi)星遙感沙塵監(jiān)測顯示，沙塵影響范圍自西北到東南覆蓋通遼市大部地區(qū)，最強時段與地面出現(xiàn)強沙塵暴時段一致。配合地面自動氣象站顯示，沙塵暴發(fā)生前到發(fā)生時，氣溫明顯升高，氣壓和濕度逐漸下降，風力迅速增強，能見度逐漸減小。

4 小結

①高空寬廣低槽東移南壓并發(fā)展加強，且有一支風速大于32 m/s西南風轉(zhuǎn)西北風急流先后控制通遼大部地區(qū)，這種高空配置為發(fā)生大風、沙塵天氣提供較有利的環(huán)流背景。

②該次沙塵暴的主要影響系統(tǒng)是地面冷鋒和蒙古氣旋。

③高空急流的存在及地面較強的氣壓梯度有利于大風、沙塵暴的加強。

④高層輻散、低層輻合的散度場配置及假相當位溫分布特征為此次強沙塵暴提供有利的動力條件和熱力條件。

⑤地形特征、前期氣候條件和具有沙塵源的下墊面是形成沙塵暴的物質(zhì)基礎。

⑥衛(wèi)星遙感和地面自動氣象站的實時監(jiān)測對沙塵暴具有指示意義。

⑦大風和沙塵暴對農(nóng)業(yè)及生產(chǎn)生活造成一定影響，也破壞草原生態(tài)環(huán)境和畜牧業(yè)生產(chǎn)。

[1]唐國利，巢清塵.中國近49年沙塵暴變化趨勢的分析[J].氣象，2005，31（5）：8-11.

[2]劉志麗，馬建文，李啟青，等．沙塵暴過程地面測量與衛(wèi)星同步觀測實驗及數(shù)據(jù)分析——以2002年沙塵暴事件為例[J].地理科學，2003，23（5）：571-578.

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[9]薛建軍，劉月巍，牛若蕓，等.2002年3月18—22日強沙塵暴過程分析[J].氣象，2004，30（9）：39-44.