兩次強沙塵暴過程對比分析

張斯蓮 馬翠麗

阿拉善盟氣象局

兩次強沙塵暴過程對比分析

張斯蓮 馬翠麗

阿拉善盟氣象局

利用常規(guī)氣象資料，應用天氣學分析及診斷分析方法，對2010年3月19～21日和4月24～25日的兩次強沙塵暴天氣過程，從環(huán)流形勢、天氣系統(tǒng)及其發(fā)生發(fā)展過程、物理量場等條件進行較詳細的分析。結果表明：兩次強沙塵暴過程的環(huán)流形勢、影響系統(tǒng)不同，其物理量場配置、強度、影響范圍有差異。

強沙塵暴 環(huán)流形勢 影響系統(tǒng) 物理量場 對比分析

沙塵暴天氣是我國的災害性天氣之一，給工農業(yè)生產、交通運輸、人們生活及生態(tài)環(huán)境等造成嚴重的危害。2010年春季，我國北方氣溫回升較快，地表加熱迅速，致使地表層解凍，土壤水分蒸發(fā)大，土質疏松，加上冷暖空氣的交替出現(xiàn)，不斷形成強風天氣，為沙塵暴的產生提供了動力。3月19～21日、4月24～25日我國北方出現(xiàn)了兩次強沙塵暴過程，其影響范圍最廣，強度大。本文對本兩次強沙塵暴天氣過程，從環(huán)流形勢、天氣系統(tǒng)及其發(fā)生發(fā)展過程、物理量場配置等條件進行較詳細的分析，為今后沙塵天氣的預報、預警提供有效的參考和依據(jù)。

一、天氣實況比較

“3.19”強沙塵暴天氣過程北路路經影響我國，起源于蒙古國西部、南部、沿東南方向移動，累計影響我國21個省（區(qū)、市），不僅影響西北、華北地區(qū)，還波及到華東地區(qū)，其中內蒙古西部及河西走廊一帶出現(xiàn)能見度不足500米的強沙塵暴，是2010年范圍最大的一次沙塵天氣過程。大部沙塵天氣影響區(qū)未出現(xiàn)明顯的降水天氣。

“4.24”過程西路路經影響我國，起源于南疆塔里木盆地，沿青藏高原北側經河西走廊向東傳播，主要影響西北、華北部分地區(qū)，河西走廊、內蒙古中西部出現(xiàn)強沙塵暴，甘肅民勤、內蒙古阿拉善右旗最小能見度接近0米，瞬間極大風速達到28.0米/秒和26.4米/秒，本次沙塵天氣過程中，西北地區(qū)沙塵天氣強度大，出現(xiàn)罕見的特強沙塵暴，過程伴有雨雪天氣。

二、環(huán)流形勢對比

“3.19”過程：18日20時500hPa形勢場上，歐亞上空為兩槽一脊形勢，烏拉爾山以東為一脊一槽，東亞大槽位于日本海至東海北部一帶，槽后較平直的西風氣流上有小波動疊加，副熱帶高壓勢力強盛，588位勢十米線壓至我國華南一帶，這樣的環(huán)流形勢增大南北氣壓、溫度梯度從而形成了強鋒區(qū)。到19日20時，巴湖北部的西風小槽東移并入到極渦尾部，疊加中南半島北部的南支大槽，引起西風徑向發(fā)展，巴爾喀什湖到新疆西部受到弱的高壓脊控制。同時，副熱帶高壓斷裂，西太平洋副高西段位于孟加拉灣東部，勢力依然很強大，從而槽后脊前的鋒區(qū)進一步加強。此時我國河西走廊、內蒙古西部地區(qū)沙塵天氣達到最強。20日20時，高壓脊移到新疆北部至蒙古國一帶。西北太平洋副高維持強勢狀態(tài)。東亞大槽分為兩段分別位于東北東部和朝鮮半島上，此時沙塵天氣范圍東移到華東地區(qū)。

“4.24”過程：23日20時500hPa形勢場上，在貝湖以西有狹長的槽區(qū)。槽后巴湖、咸海之間有烏山高壓脊強烈發(fā)展。副高584位勢十米線在華南一帶。24日08時，新疆北部形成切斷低壓，其后部有橫槽，其西側烏脊發(fā)展強烈。到24日20時，此橫槽已經轉豎，并影響我國西北地區(qū)，致河西走廊至內蒙古西部一帶出現(xiàn)特強沙塵暴。25日20時，貝湖長波槽在后方高壓脊的壓制下逐漸形成切斷低渦，巴湖附近高壓脊仍較強。

上述分析表明：兩次強沙塵暴過程，環(huán)流背景及高空影響系統(tǒng)均不同。“3.19”過程緯向型環(huán)流（圖1a），東亞大槽穩(wěn)定，槽后脊前南北氣壓、溫度梯度大，形成強鋒區(qū)，在這樣環(huán)流背景下蒙古國東部至我國河套一帶有高空短波槽東移觸發(fā)本次沙塵天氣；“4.24”過程徑向型環(huán)流（圖1b），烏拉爾山高壓脊強烈發(fā)展，中西伯利亞以南地區(qū)形成低壓槽，環(huán)流經向度大，極地冷空氣沿偏北氣流南下，新疆北部橫槽轉豎而引起的強風帶和強鋒區(qū)觸發(fā)了本次沙塵天氣。

三、地面影響系統(tǒng)比較

“3.19”過程：18日08時蒙古氣旋生成于貝加爾湖西南側，以后東移南下，18日14時達到最強，中心強度達到992.5hPa，（發(fā)展強度達到15hPa/12小時），導致地面風速迅速加大。大范圍沙塵暴開始時間為蒙古氣旋強烈發(fā)展時段。觸發(fā)強沙塵暴的初始動力是氣旋的強烈發(fā)展此后，地面冷高壓在西西伯利亞發(fā)展，到19日08時中心強度已達到1041.7hPa，由西西伯利亞經我國新疆北部南下，此時，內蒙古中部蒙古氣旋發(fā)展相對較弱。鋒后冷氣團前部有強氣壓梯度。19日20時冷鋒后氣壓梯度達到15 hPa/500公里。冷鋒前后出現(xiàn)明顯的3小時變壓差值。兩者之間變壓差達到6.9hPa。大氣受鋒后強氣壓梯度力和變壓梯度力共同作用形成強風，沙塵天氣達到最強。

圖13 月19日08時（a）和4月24日20時（b）500hPa環(huán)流形勢圖（虛線-等溫線，實線-等高線）

圖22010 年3月19日14時（a）和4月24日14時（b）海平面氣壓場

“4.24”過程：23日14時～24日11時，強大的冷氣團在天山北側堆積。24日14時，冷空氣開始翻越天山侵入河西走廊，冷鋒前沿已經到達內蒙古西部，冷鋒前后3小時變壓最大差值為6.9 hPa，該冷空氣提供了水平動力條件，觸發(fā)了強沙塵暴的爆發(fā)，冷鋒的東南側雖然也伴有由青海低壓分裂東移的熱低壓活動，但低壓在此期間加深不明顯（24小時內中心氣壓下降僅5hPa），沙塵暴基本發(fā)生在冷鋒后的西北大風里。

上述分析表明：觸發(fā)“3.19”強沙塵暴的地面天氣系統(tǒng)為強烈發(fā)展的蒙古氣旋及冷鋒（圖2a），因蒙古氣旋南下過程中水汽條件較差，本次沙塵天氣未伴有明顯的降水天氣；“4.24”強沙塵暴是由地面冷高壓前部強冷鋒（圖2b）觸發(fā)的，在沙塵天氣發(fā)生發(fā)展過程中其前部低壓系統(tǒng)作用并不明顯。但因冷鋒前熱低壓由青海低壓分裂東移形成，水汽條件較好，沙塵天氣過后出現(xiàn)了雨雪天氣。

四、物理量場比較

選擇時間：2010年3月19日20時、4月24日20時，剖面圖空間范圍：沿40°N做剖面分析，基本包括沙塵暴最強區(qū)、減弱區(qū)和加強區(qū)。

1.散度場分析

本兩次強沙塵暴天氣過程散度場相似（圖略），強沙塵暴與低空輻合區(qū)有很好的對應關系，輻合大值區(qū)均在700hpa附近，沙塵暴加強的空間范圍在低空強輻合中心附近，強沙塵暴出現(xiàn)在正負散度梯度最大處。說明沙塵暴區(qū)域有很強的輻合上升運動。

兩次過程中散度場的不同點有：“3.19”沙塵暴過程中有兩個輻合中心，分別對應地面冷鋒前后，“4.24”過程輻合中心在地面冷鋒后側。

2.垂直速度分析

兩次過程中（圖略），沙塵暴均出現(xiàn)在強上升運動中心的后方，強上升運動中心附近從低層到高層均為上升運動，最強上升運動出現(xiàn)在500hPa附近，最大值達到-39×10-3hPa．s-1，這與無輻散層出現(xiàn)在500hPa是對應的；強上升運動中心后方有下沉運動大值區(qū)，說明有強冷空氣下沉。強沙塵暴出現(xiàn)在強上升運動與下沉運動梯度密集區(qū)內。這說明強冷空氣下沉強迫抬升其前部的暖氣團產生對流出觸發(fā)強沙塵暴。

兩次過程的垂直速度場區(qū)別有：（1）上升運動中心位置不同，“3.19”過程中上升運動中心在地面鋒線前側，“4.24”過程則在后側；（2）“4.24”過程下沉運動更強，表明冷空氣（冷高壓）更強。

3.急流分析

“3.19”強沙塵暴過程有高空急流（200hpa）與其配合，并且強沙塵暴區(qū)處在高空急流（北支）出口區(qū)左側，這說明低層輻合、高層輻散導致的抽吸作用，對沙塵天氣的發(fā)生發(fā)展有利。“4.24”強沙塵暴天氣過程中，高空急流并不明顯，本次過程的主要動力機制是對流層中低層強鋒區(qū)，在對流層上層鋒區(qū)并不強（圖略）。

五、小結

從通過對“3.19、4.24”強沙塵暴天氣過程進行分析得到如下結論：

1.沙塵暴實況：“3.19”強沙塵暴天氣過程影響范圍廣，不僅影響我國北方，還波及到東南沿海地區(qū)；“4.24”強沙塵暴天氣過程影響范圍較“3.19”過程小，但強度大，甘肅、內蒙古局部地區(qū)出現(xiàn)能見小于50米的特強沙塵暴。

2.環(huán)流形勢及天氣系統(tǒng)：“3.19”強沙塵暴歐亞上空為兩槽一脊形勢，由于巴爾喀什湖高壓脊的強烈發(fā)展使得脊前槽后西北氣流強盛，強鋒區(qū)是本次沙塵天氣過程的主要原因；“4.24”強沙塵暴歐亞中高緯度環(huán)流呈兩槽兩脊型。影響這次沙塵暴過程的高空關鍵系統(tǒng)是橫槽轉豎冷空氣大舉南下引起的強鋒區(qū)和強風帶。

3.地面影響系統(tǒng)比較：觸發(fā)“3.19”強沙塵暴的地面天氣系統(tǒng)為強烈發(fā)展的蒙古氣旋及其冷鋒；“4.24”強沙塵暴是由地面冷高壓前部強冷鋒觸發(fā)的，在沙塵天氣發(fā)生發(fā)展過程中其前部低壓系統(tǒng)作用并不明顯。

4.兩次過程中，渦度、散度、垂直速度等物理量配置基本相似，高空急流因影響系統(tǒng)的不同而有差別。

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