2021年1月?lián)P沙天氣與3月強(qiáng)沙塵暴天氣過程對(duì)比分析

張靜純

摘要 沙塵天氣是包頭市春季高影響天氣，給人們正常生產(chǎn)生活帶來了巨大的影響。本文以1月11—15日的揚(yáng)沙天氣與3月14—15日的強(qiáng)沙塵暴天氣過程為例，從實(shí)況、環(huán)流特征、層結(jié)條件、散度條件及地面氣象要素等方面詳細(xì)分析了兩次過程的異同。從各個(gè)方面的總結(jié)來看，揚(yáng)沙天氣過程大氣層結(jié)較為穩(wěn)定、冷平流弱、風(fēng)力較弱、以輻散下沉運(yùn)動(dòng)為主，沙塵暴天氣過程大氣層結(jié)不穩(wěn)定、有深厚的混合層、冷平流強(qiáng)、風(fēng)力大、高層輻散低層輻合有明顯的上升運(yùn)動(dòng)。

關(guān)鍵詞 揚(yáng)沙;沙塵暴;大氣層結(jié);冷鋒

中圖分類號(hào)：P425.55 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：2095–3305（2021）08–0057–03

Comparative Analysis of Sand Blowing Weather in January 2021 and Severe Dust Storm Weather in March 2021

ZHANG Jing-chun （Baotou Meteoro-logical Observatory， Baotou， Inner Mongolia 014030）

Abstract Dust weather is a high impact weather in spring in Baotou City， which has brought a great impact on people's normal production and life. Taking the sand blowing weather from January 11 to 15 and the severe dust storm weather process from March 14 to 15 as examples， the similarities and differences between the two processes are analyzed in detail from the aspects of actual situation， circulation characteristics， stratification conditions， divergence conditions and surface meteorological elements. From the summary of all aspects， the atmospheric stratification in the sand blowing weather process is relatively stable， the cold advection is weak， the wind force is weak， and the divergence sinking movement is the main. The atmospheric stratification in the dust storm weather process is unstable， with deep mixing layer， strong cold advection， strong wind force， high-level divergence and obvious upward movement of low-level convergence.

Key words Yangtze Sand; Dust storm; Atmospheric junction; A cold fron.

包頭市春季降水量少，土壤含水量低，草木稀疏，土壤裸露;上游地區(qū)有大量的沙漠和荒漠化草原，如巴丹吉林沙漠、河西走廊沙漠等，為沙塵暴的產(chǎn)生提供了良好的沙源條件[1]。沙塵天氣導(dǎo)致能見度降低，交通受阻，空氣質(zhì)量差，給人們生活帶來了極大的影響。沙塵天氣分為浮塵、揚(yáng)沙、沙塵暴和強(qiáng)沙塵暴四類[2]。以往的研究中主要分析沙塵暴的類型、起因、機(jī)制等，對(duì)揚(yáng)沙天氣過程分析較少?；诖?，著重分析了揚(yáng)沙與沙塵暴天氣過程天氣形式的異同，以提高沙塵天氣預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確率。

1 沙塵天氣實(shí)況

2021年1月11—15日，包頭市全市自西向東出現(xiàn)了揚(yáng)沙天氣，市區(qū)最低能見度只有1.1 km（表1）。

2021年3月14日夜間至15日，包頭市自北向南出現(xiàn)了沙塵暴天氣過程，市區(qū)最低能見度只有200 m，達(dá)到強(qiáng)沙塵暴級(jí)別（表2）。

包頭市氣象臺(tái)發(fā)布沙塵暴橙色預(yù)警，全市中小學(xué)、幼兒園停課，空氣質(zhì)量等級(jí)為嚴(yán)重污染。大風(fēng)還造成了路燈、電線、廣告牌等設(shè)施的損壞，對(duì)公眾出行、交通運(yùn)輸及設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成了嚴(yán)重的不利影響。

2 環(huán)流特征對(duì)比分析

2.1 大尺度高空環(huán)流背景

1月11日20：00～15日08：00是揚(yáng)沙天氣的主要時(shí)段，500 hPa環(huán)流形勢(shì)歐亞中高緯為兩槽一脊，包頭市主要位于105°E高空脊前西北氣流控制區(qū)，等高線較稀疏。揚(yáng)沙過程主要的沙塵源地為蒙古國的沙漠，11日阿拉善盟地區(qū)出現(xiàn)沙塵暴，500 hPa脊前的西北氣流有利于沙塵的遠(yuǎn)距離輸送。從700 hPa溫壓場(chǎng)配合來看，溫度脊與高度脊幾乎重合，包頭市位于脊區(qū)控制區(qū)，無明顯冷暖平流，斜壓性較弱。

3月14日20：00～15日08：00是沙塵暴天氣主要時(shí)段，200 hPa高空急流呈東東北—西西南走向，包頭市位于急流軸北部，高空急流動(dòng)量下傳，加大了地面風(fēng)速。500 hPa環(huán)流形勢(shì)歐亞中高緯為兩脊一槽，冷渦附近有冷中心最低值≤ -36℃，高空槽東移加強(qiáng)逐漸發(fā)展為東北冷渦，包頭市位于高空槽底前部的正渦度平流區(qū)。從700 hPa溫壓場(chǎng)配置來看，位于貝加爾湖的溫度槽落后于高度槽，等壓線與等高線密集交角幾乎成90°，為典型的斜壓不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，有利于地面鋒生。14日20：00 700 hPa鋒區(qū)位于上游巴彥淖爾市與包頭市交界處，強(qiáng)度≥16℃/5個(gè)緯距，冷平流較強(qiáng)。本次沙塵暴天氣的主要沙源地為蒙古國的沙漠，西北氣流有利于大風(fēng)將沙塵從沙源地吹向包頭市。

2.2 地面影響系統(tǒng)

11月11—15日出現(xiàn)的揚(yáng)沙天氣過程，12日23：00包頭市主要位于地面冷高壓中心控制區(qū)，冷高壓中心強(qiáng)度1 037.5 hPa，冷高壓中心等壓線稀疏，風(fēng)力較小大部分地區(qū)以2～4 m/s為主（圖3a）。15日08：00另一股冷空氣加強(qiáng)自北向南入侵包頭地區(qū)，風(fēng)力增大，能見度逐漸轉(zhuǎn)好，揚(yáng)沙天氣結(jié)束。

3月14—15日出現(xiàn)的沙塵暴天氣過程，13日蒙古地區(qū)強(qiáng)烈發(fā)展為蒙古氣旋，強(qiáng)度為992.5 hPa，地面氣溫較高，為沙塵暴的發(fā)生積蓄能量。14日新疆北部有一中心強(qiáng)度達(dá)到1 042.5 hPa的冷中心，不斷輸送冷空氣在此處堆積。14日20：00，105°E～115°E區(qū)間西高東低的氣壓差達(dá)到了37.5 hPa，此時(shí)地面冷鋒位于40°N～45°N，呈西西南—東東北走向。強(qiáng)大的氣壓梯度力及變壓梯度形成偏北大風(fēng)，大風(fēng)區(qū)位于冷鋒后部，14日20：00～15日08：00包頭市自北向南出現(xiàn)沙塵暴天氣過程（圖3b）。

3 層結(jié)條件對(duì)比分析

大氣層結(jié)的穩(wěn)定性是形成沙塵天氣的決定性因素之一，垂直溫度梯度越大，大氣層結(jié)越不穩(wěn)定，越有利于沙塵暴的形成[3-5]。針對(duì)揚(yáng)沙天氣，穩(wěn)定的大氣層結(jié)影響了沙塵粒子的沉降，使揚(yáng)沙天氣得以維持。1月13日08：00 44373站的探空?qǐng)D顯示，在850～800 hPa高度上存在非常明顯的接地逆溫層，高空傳輸來的沙塵粒子向底層湍流運(yùn)動(dòng)，地面能見度降低，包頭市揚(yáng)沙天氣持續(xù)（圖4a）。14日冷空氣侵入，逆溫層被破壞，大氣層結(jié)穩(wěn)定性被破壞，逆溫層頂上的沙塵粒子沉降，能見度轉(zhuǎn)好，揚(yáng)沙天氣結(jié)束。

分析3月14日20：00烏拉特中旗的探空?qǐng)D發(fā)現(xiàn)，露點(diǎn)曲線與溫度曲線呈倒喇叭口形狀，空氣非常干燥（圖4b）。700 hPa以下風(fēng)隨高度順轉(zhuǎn)有弱暖平流，以上風(fēng)隨高度逆轉(zhuǎn)有弱冷平流，上冷下暖使熱力不穩(wěn)定加強(qiáng)。850～500 hPa溫度差達(dá)到27℃，垂直溫度梯度大，大氣層結(jié)不穩(wěn)定。分析3月14日20：00烏拉特中旗的垂直位溫分析圖，地面至600 hPa位溫曲線與曲線重合且?guī)缀跖c坐標(biāo)軸垂直，混合層非常深厚，有利于湍流運(yùn)動(dòng)不斷加強(qiáng)，近地面風(fēng)速達(dá)到10 m/s，沙塵粒子從地面上升至空中，能見度不斷下降（圖4c）。500 hPa高度風(fēng)速達(dá)到28 m/s，沙塵粒子自沙源地源源不斷向包頭市輸送。

4 散度條件對(duì)比分析

1月11—15日出現(xiàn)的揚(yáng)沙天氣過程，包頭市位于500 hPa 8×10-5s-輻散中心，相對(duì)應(yīng)的700 hPa 10×10-5s-輻散中心，高低空都以輻散下沉運(yùn)動(dòng)為主，且下沉運(yùn)動(dòng)較弱，大氣層結(jié)較為穩(wěn)定，有利于揚(yáng)沙的維持。

3月14—15日出現(xiàn)的沙塵暴天氣過程，包頭市位于高空急流的輻散區(qū)，高空急流的動(dòng)量下傳;有利于大風(fēng)的形成。3月14日20：00輻散中心位于500 hPa，中心值為40×10-5s-1，輻合中心位于700 hPa，中心值為-50×10-5s-1，高低空形式表現(xiàn)為強(qiáng)烈的上升運(yùn)動(dòng)，正對(duì)應(yīng)包頭市沙塵暴全面開始的時(shí)間。3月15日08：00 500 hPa有-30×10-5s-1的輻合中心，700 hPa有40×10-5s-1的輻散中心，隨著系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換，包頭市沙塵暴趨于結(jié)束。高空輻散底層輻合的配置增強(qiáng)了大氣斜壓性、氣壓梯度和變壓梯度，產(chǎn)生的大風(fēng)為沙塵輸送及本地起沙提供了動(dòng)力條件。

5 結(jié)論

包頭市發(fā)生沙塵天氣的條件以及預(yù)報(bào)著眼點(diǎn)具體如下：

（1）上游阿拉善盟等地區(qū)出現(xiàn)沙塵暴，且包頭市位于高空脊前西北氣流控制區(qū)，溫度場(chǎng)與高度場(chǎng)幾乎重合，無明顯冷暖平流，斜壓性較弱。大尺度高空環(huán)流背景下包頭市易出現(xiàn)揚(yáng)沙天氣。高空500 hPa烏拉爾山高壓脊穩(wěn)定少動(dòng)，西北氣流攜帶冷空氣堆積在高空槽前，冷渦位于蒙古國并在其附近形成-36℃以上的冷中心。700 hPa等壓線與等高線交角幾乎成90°，成斜壓不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。溫度槽落后于高度槽，冷平流強(qiáng)盛，強(qiáng)度≥16℃/5個(gè)緯距。

（2）揚(yáng)沙過程中包頭市主要位于地面冷高壓中心控制區(qū)，強(qiáng)度較弱。沙塵暴過程中貝加爾湖西部形成中心強(qiáng)度達(dá)1 042.5 hPa的冷高壓，蒙古氣旋東移至東北地區(qū)，中心強(qiáng)度達(dá)992.5 hPa。冷暖空氣交匯在中蒙邊界形成強(qiáng)烈鋒區(qū)，自北向南移動(dòng)影響包頭市。地面冷鋒是形成本次沙塵暴的主要影響系統(tǒng)。

（3）通過分析大氣層結(jié)，揚(yáng)沙天氣以穩(wěn)定的大氣層結(jié)為主，近地面出現(xiàn)逆溫層，沙塵粒子主要通過高空西北氣流輸送進(jìn)入包頭市。沙塵暴天氣大氣層結(jié)不穩(wěn)定，垂直溫度梯度較大。混合層深厚，從地面可延伸至600 hPa。沙塵粒子是由沙源地輸送而來的，地面大風(fēng)起沙作用明顯。

（4）對(duì)比分析沙塵天氣的散度條件，揚(yáng)沙天氣整體系統(tǒng)以輻散下沉為主，且下沉運(yùn)動(dòng)較弱。隨著沙塵暴天氣開始會(huì)形成高層輻散低層輻合，形成強(qiáng)烈上升運(yùn)動(dòng)，而沙塵暴結(jié)束時(shí)高層輻合低層輻散，形成強(qiáng)烈的下沉運(yùn)動(dòng)。高空急流及高層輻散低層輻合形成的垂直環(huán)流有利于動(dòng)量下傳，為大風(fēng)及沙塵暴的形成提供了動(dòng)力條件。

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責(zé)任編輯：黃艷飛