且末縣一次沙塵暴天氣過程分析

張元元　冶曉婷　鄧新建

摘 要 運用實況觀測資料、區域自動站資料及數值預報產品等資料，天氣學原理、天氣動力學等理論，對2015年4月28日且末縣沙塵天氣的產生機制進行了分析，并初步總結了且末縣沙塵暴預報著眼點與預報指標。結果表明：此次過程是由低槽東移進入南疆，引起冷空氣西翻而導致的一次南疆盆地自西向東的西翻大風沙塵天氣，高低空急流、垂直環流共同作用是高空動量下傳的重要動力機制，中低層的冷平流輸送是此次天氣過程形成的熱力因子；同時得到且末縣沙塵天氣的預報著眼點和預報指標。

關鍵詞 沙塵暴；西翻；降溫；上游站點

中圖分類號：P425.55 文獻標志碼：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，整個綠洲呈狹長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、沙塵暴等災害性天氣較多。多發的沙塵天氣嚴重危害且末脆弱的生態環境，影響群眾的經濟和社會活動，尤其且末縣主要經濟依靠農業生產，大風沙塵天氣對農牧業生產更是有著很大的影響。根據萬的軍等人對塔里木盆地南緣沙塵天氣變化特征及趨勢的研究[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期，峰值在5月。對歷史沙塵天氣資料分析可知其線性下降趨勢異常顯著，且存在很大的不穩定性。這與且末沙塵天氣氣候學特征基本吻合。

1 天氣概況

從表1和圖1可以看出，27日23：00起，且末縣風向由偏北風轉為西南風，能見度迅速下降，28日00：00轉為沙塵暴天氣，天氣過程持續到09：20，期間最低能見度為425 m，過程平均風力為3到4級，極大風力達到5級；09：20轉為揚沙，能見度開始轉好，但風速仍然很大，到14：17轉為浮塵，風速減小，風向由西風逐漸轉為東北風。至29日02：00，此次沙塵天氣逐漸結束。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 高空環流形勢發展演變過程

沙塵暴的發生與系統性天氣過程有關，綜合高低空天氣形勢分析來看，此次沙塵暴天氣過程是冷空氣翻山侵入南疆盆地的背景下產生的。

由圖2可知，在過程前期26日，西伯利亞低槽和南支槽在東移過程中在咸海以東、巴爾喀什湖以西地區略有結合，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得到北方冷空氣的補充，南支槽前的西南氣流明顯加強，溫度場落后于高度場，存在一定的交角，大氣有一定的斜壓性，有利于后期系統的發展。27日，系統繼續東移，南北兩支系統分離，南支系統東移進入南疆，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，由于前期得到北方冷空氣的補充，使得冷空氣強度較于26日有所加強，盆地內已有4 ℃的降溫。

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

2.2 高空急流的演變

大風是沙塵暴天氣發生的主要動力條件。由圖3可以看出，南疆地區也是維持一個明顯低槽。26日20：00，過程前期南疆盆地位于脊前西北氣流的控制范圍之下，未來影響南疆地區的槽的主體位于帕米爾高原地區。系統東移，到27日20：00控制南疆盆地的脊前西北氣流控制已經轉為槽前脊后西南氣流，風速明顯增大且阿克蘇及以北地區存在西南急流，且末位于高空急流入口區右側，急流最大中心速度區位于阿克蘇，為44 m/s。系統繼續東移，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，風速有所減小。根據盆地沙塵暴站點位置與急流位置的比較可以看出，沙塵暴發于高空急流入口區右側。

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，中心速度為-14 m/s；和田中高層為下沉運動，中心速度為17 m/s；喀什低層弱下沉運動，中高層弱上升運動。28日08：00在且末附近為明顯的上升區，中心速度-56 m/s；

而上游喀什地區則為下沉運動，中心速度44 m/s，形成一個明顯的環流結構。配合高空急流分析，說明急流之下的垂直環流圈結構是在喀什地區下沉，且末附近為上升支，而低層環流則是由喀什指向且末，這一結構也更有利于冷空氣的西翻。

3 物理量分析

3.1 動力機制分析——水平散度場

由南疆盆地及帕米爾高原高低層散度表現可以發現，明顯在西翻出現前，在整個南疆地區，盆地底層是輻合上升、高層輻散下沉的結構，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動區的“抽氣”作用顯著，有利于盆地減壓，從而導致南疆盆地與境外冷高壓差進一步加大。帕米爾高原中低層的輻散下沉氣流也使高層急流的動量下傳到底層，在這一作用下，南疆地區形成翻山大風。

3.2 熱力機制分析—溫度平流

26—27日盆地中低層暖平流轉為冷平流，至28日過程趨于結束，冷平流減弱。且27日08：00開始出現明顯西翻風速加大時對應地區溫度平流等值線也最密集。垂直環流下沉支（喀什附近）輸送的冷空氣越強，則溫差越大，更有利于風速加大。綜上說明中低層冷平流是形成此次過程的熱力條件之一。

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圖可以看出伴隨此次沙塵天氣過程溫壓要素也發生了較為明顯的變化。具體來說，本站氣壓從26日08：00開始明顯下降。27日08：00達到最低，從27日20：00開始氣壓迅速上升。即過程來臨前期（24 h以上）本站氣壓是一個持續降低的過程，而沙塵天氣開始時已進入升壓階段。此次過程前期且末本站氣溫一直是穩步上升的趨勢，至27日最高溫度達到32 ℃。沙塵天氣開始后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 ℃。這與其他地區沙塵暴過程前溫度變化情況相類似[2-3]，說明前期維持較高溫度更有利于沙塵天氣的發生發展。溫壓場結合發現，在沙塵天氣來臨前期為降壓升溫過程，這是春夏常見的南疆盆地熱低壓發展標志；相反，在沙塵天氣開始后則是急劇升壓降溫過程。

4.2 海平面氣壓變化

此次過程中，重點關注高原西側冷高及南疆盆地熱低壓的發展變化。從26日20：00至28日08：00的海平面氣壓場可以看出，冷高東移北上并加強，中心海平面氣壓值由1 025 hPa加強至1 030 hPa。盆地熱低壓減弱東移，由997.5 hPa減弱至1 007.5 hPa。這與500 hPa高空表現一致。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沙塵的重要因素。

許多學者在研究中[4-5]指出，這種沙塵暴出現前氣溫持續升高、氣壓下降的特征，在我國北方具有一定普遍性。這種變化過程對于南疆盆地地區預示熱低壓發展，隨后一般會伴隨有冷空氣入侵并形成大風沙塵等天氣。因此掌握本站溫壓及海平面氣壓變化對于且末沙塵暴天氣預報具有重要研究意義。

5 天氣過程中與上游站點要素差值對比

從與上游站點的氣象要素對比可以看出，在沙塵天氣來前，各站氣壓均處于一個較低值，而沙塵天氣開始后，氣壓開始明顯升高。從27日早上起，和田、民豐、且末自西向東開始出現沙塵暴，由于沙塵暴起始時間有差異，所以各站氣壓變化差異明顯，造成了三站之間的連續氣壓差，因此從27日11：00開始，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。上游站點與且末連續存在氣壓差，有利于西翻冷空氣的推進，使各個站點風向轉為偏西風，進而陸續出現沙塵天氣。且在此次天氣過程中，若以和田作為指標站，當和田與且末氣壓差大于5 hPa且持續時間在9 h

以上時，更有利于西翻冷空氣的進入，若上游站點為沙塵暴天氣，則且末本站也將會出現明顯沙塵天氣。

從溫度變化上來看，由于和田站沙塵暴于27日10：13已經結束，而民豐站沙塵暴的時間為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，此時氣溫仍明顯高于民豐站，差值達4.9 ℃，但到了23：00，風向已轉為西風，即西翻已影響到且末，此時且末本站溫度明顯降低，甚至已低于民豐站，差值達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 結論

通過以上幾點的分析，得出以下幾點結論。

第一，此次過程是由低槽東移進入南疆引起冷空氣西翻而導致的一次南疆盆地自西向東的西翻大風沙塵天氣。西伯利亞大槽在東移過程中分為南北兩支槽，南支上的低槽先進入南疆并維持，隨后冷空氣西翻入境，二者結合東移。天氣特點：此次沙塵暴維持時間較長，風力不大，轉東風后能見度隨即轉好。

第二，和田出現明顯西翻10小時后且末出現偏西風。且末出現西翻風速加大時，與民豐氣壓差3 hPa，與和田氣壓差6 hPa。上游與且末連續存在氣壓差，有利于西翻的進入。由于后期南疆盆地熱低壓東移并減弱，東西向氣壓差逐漸減小，且末西翻影響也逐漸結束。

第三，溫度場上在沙塵天氣過程前幾日，受盆地熱低壓影響，且末本站溫度一直維持較高，當沙塵天氣來臨時，溫度有明顯變化，且與上游站點的溫差對于西翻進入時間具有較好指示意義；高空急流和垂直環流圈的存在是西翻產生的重要動力機制，高空急流附近垂直環流圈的下沉氣流將高層動量下傳到南疆盆地，同時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。直接導致東西氣壓梯度加大，更有利于西翻，中低層較強的冷平流是風力加強的熱力機制之一，冷平流輸送使氣壓梯度明顯增強，翻山大風出現在溫度平流等值線密集的區域。

參考文獻

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（責任編輯：劉昀）endprint