基于V-3θ圖的兩次強沙塵暴天氣過程分析

滕海迪

(巴彥淖爾市氣象局，內蒙古 巴彥淖爾 015000)

2021年上半年，巴彥淖爾市頻頻出現沙塵天氣，截至6月上旬全市就出現了13次大范圍的沙塵天氣過程，較常年同期明顯偏多，尤其是3月14日—15日，一場十年不遇的沙塵暴襲擊巴彥淖爾市，使得人們措手不及，近幾年已經較少見到“這么純”的沙塵暴了。沙塵天氣對人們的生產、生活、健康有著重要的影響，有時甚至會產生破壞性和災難性的災難，因此沙塵天氣的預報研究意義重大。目前，對于沙塵天氣的預報研究，氣象工作者已經從多方面取得了一定的成果，其中部分學者[1-3]從V-3θ圖結構特征等方面進行了研究，結果表明V-3θ圖對于大風沙塵的預測具有較好的指示意義。文章通過對巴彥淖爾市近30年來最強的兩次大范圍強沙塵暴天氣過程的V-3θ圖進行了分析，以期為今后的大風沙塵天氣的預報提供參考依據。

1 天氣概況

2021年3月14日傍晚至夜間，巴彥淖爾市出現近10年最強沙塵暴天氣，最小能見度出現在烏拉特前旗為111 m，達到強沙塵暴(以下簡稱“3.14過程”)。2010年3月19日白天至夜間，巴彥淖爾市出現近30年最強沙塵暴天氣，最小能見度出現在海力素為30 m，達到特強沙塵暴(以下簡稱“3.19過程”)。

2 環流特征

2.1 環流形勢

500 hPa上，“3.14過程”在亞歐中高緯度為“兩高一低”環流形勢，高壓脊脊線位于70°E～80°E和110°E～120°E附近，冷槽位于貝加爾湖西側附近。冷槽中有-36℃的冷中心，隨著冷空氣的不斷南下，高壓脊前的西北急流推動冷槽東進南壓加強為冷渦。在冷渦旋轉東南移的過程中，推動鋒區掃過巴彥淖爾市形成大風天氣沙塵暴。“3.19過程”在亞歐中高緯度為 “西高東低”環流形勢，巴爾喀什湖至貝加爾湖之間有一個發展加強的高壓脊，脊線位于90°E左右，振幅≥30個緯距，波長≥35個經距，脊前是一支很強的西北氣流帶，風速普遍≥40 m·s-1，部分甚至高達60 m·s-1，高空槽位于黑龍江至陜西一帶。從溫度場和氣壓場的配置來看，在高壓脊前冷平流較為明顯，導致冷空氣大規模向東南方向爆發侵襲巴彥淖爾市，脊前槽后的西北急流直插內蒙古巴彥淖爾市，形成大風沙塵暴天氣。從沙塵粒子的傳輸來看，“3.14過程”在3月13日歐洲中東部及蒙古國出現大范圍的沙塵天氣，隨著地面冷鋒的移動，大風將沙塵粒子傳輸至巴彥淖爾市，“3.19過程”沙塵粒子來源于蒙古國和阿拉善盟及本地沙源。

2.2 氣象要素對比

兩次過程都是出現在初春干旱的氣候背景下，受蒙古氣旋后部冷鋒的影響出現的大范圍的沙塵暴天氣。“3.19過程”地面更干，風速大，下沉氣流強，動量下傳明顯，使得大風更易將沙塵粒子吹起形成沙塵暴。“3.14過程”冷空氣爆發迅速，冷平流強，3 h變壓明顯，使得風速迅速增大，冷鋒傍晚過境，風速日變化明顯，日最大氣溫差及日最高氣溫大，大氣層結不穩定，同時600 hPa以下存在兩層逆溫層，冷鋒過境時鋒面抬升暖空氣，激發逆溫層中能量釋放。“3.19過程”由西南風轉為偏西風，后期為西北風，“3.14過程”由西南風轉為西北風，后期為東北風，兩次過程均有利于將西部阿拉善盟、北部蒙古國的沙塵粒子輸送至巴彥淖爾市，但是“3.14過程”后期處于高壓底部影響，偏東風逐漸減弱，氣層趨于穩定，并在3月15日白天—19日形成持續時間較長的沙塵回流，全市空氣質量差，出現了以PM10(可吸入顆粒物)為首要污染物的重污染天氣。

3 臨河站V-3θ圖特征對比

3.1 “3.14過程”V-3θ圖特征分析

2021年3月14日08：00時(圖1a，圖中線條從左往右依次為θ、θsed、θ*曲線)，500 hPa以下θ、θsed曲線距離很近，而θsed、θ*曲線距離較遠，說明對流層中下層大氣層中水汽含量少。θsed、θ*曲線在850 hPa～700 hPa與橫坐標軸成90°的直角，θ、θsed曲線在700 hPa～500 hPa與橫坐標軸成90°的直角，θ*曲線在500 hPa～700 hPa與橫坐標軸成120°的鈍角。地面為2 m/s-1西南風，對流層高層為36m南s-1強盛的西南風，隨著高度的增加，西南風風速明顯增加，形成“順滾流”。300 hPa～100 hPa上θ、θsed、θ*3條曲線呈現右傾現象，無明顯“超低溫”存在。

(a)2021年3月14日08：00 (b)2021年3月14日20：00 (c)2021年3月15日08：00圖1 “3.14過程”V-3θ圖

2021年3月14日20：00(圖1b)，θ、θsed曲線距離進一步縮小，而θsed、θ*曲線距離明顯增大，且高度由原來的500 hPa上升到400 hPa，表明大氣中水汽含量進一步減少，大氣層結更加的干燥。θ、θsed曲線在850 hPa～650 hPa與橫坐標軸成90°的直角，θ*曲線在850 hPa～600 hPa與橫坐標軸成150°的鈍角，在600 hPa～500 hPa與橫坐標軸成90°的直角，大氣層結的不穩定性較前一時次增強。從地面到對流層高層仍有“順滾流”，850 hPa～700 hPa也出現了低空急流。從超低溫情況看，300 hPa和200 hPa附近出現左拐，說明有“超低溫”存在。大氣層結干燥且層結極不穩定，不穩定能量只能通過大風來轉換，預示著巴彥淖爾市夜間將出現大風天氣，實際上巴彥淖爾市夜間風力明顯增大，出現了大范圍罕見的強沙塵暴天氣。

2021年3月15日08：00時(圖1c)，θ、θsed、θ*3條曲線的距離明顯縮小，尤其850 hPa以下接近重合，在800 hPa～400 hPa有一定的距離，但不明顯，說明對流層中下層大氣層中水汽含量較多。θ、θsed、θ*3條曲線在近地面到850 hPa與橫坐標軸成90°的直角，而在850 hPa以上隨著高度的增加呈一致的右傾趨勢。地面為東北風，對流層高層為西北風，隨著高度的增加，形成“逆滾流”。250 hPa附近出現左拐，說明有“超低溫”存在。整體來看，大氣層結穩定，沙塵天氣減弱。

3.2 “3.19過程”V-3θ圖特征分析

2021年3月19日08：00時(圖2a)，500 hPa以下θsed、θ*曲線距離較遠，說明對流層中下層大氣層中水汽含量少。θ、θsed曲線隨著高度的增加呈一致的右傾趨勢，而θ*曲線在500 hPa以下基本與橫坐標軸成120°的鈍角。地面為4 m·s-1偏西風，對流層高層為42 m·s-1強盛的偏西風，隨著高度的增加，偏西風風速明顯增加，形成“順滾流”，另外中高層風速大，有利于動量下傳增大地面風速，同時會增大層結的不穩定性。300 hPa～100 hPa上θ、θsed、θ*3條曲線呈現右傾現象，無明顯“超低溫”存在。

(a)2021年3月19日08：00 (b)2021年3月19日20：00 (c)2021年3月20日08：00圖2 “3.19過程”V-3θ圖

2021年3月19日20：00時(圖2b)，θsed、θ*曲線距離仍較大，高度由原來的500 hPa下降到600 hPa，但θ、θsed、θ*3條曲線在700 hPa以下呈現一致的左傾現象，在700 hPa～600 hPa上θ、θsed曲線與橫坐標軸成90°的直角，θ*曲線與橫坐標軸成120°的鈍角。大氣層結的不穩定性較前一時次增強。從地面到對流層高層仍存在“順滾流”，850 hPa、700 hPa分別出現了24 m/s-1、34 m/s-1的低空急流。300 hPa～100 hPa上θ、θsed、θ*3條曲線呈現右傾現象，無明顯“超低溫”存在。此時大氣層結的不穩定已通過大風來轉換，強風的出現導致了此次大范圍的強沙塵暴天氣。

2021年3月20日08：00時(圖2c)，θ、θsed、θ*3條曲線的距離明顯縮小，大氣中水汽含量增多，且隨著高度的增加呈一致的右傾趨勢。地面為東風，對流層高層為西北風，隨著高度的增加，形成“逆滾流”。300 hPa～100 hPa上θ、θsed、θ*3條曲線呈現右傾現象，無明顯“超低溫”存在。大氣層結穩定，沙塵天氣結束。

4 結束語

①兩次過程都是出現在初春干旱的氣候背景下，受蒙古氣旋后部冷鋒的影響出現的大范圍的沙塵暴天氣。“3.19過程”地面更干，動量下傳明顯，使得大風更易將沙塵粒子吹起形成沙塵暴。“3.14過程”沙塵暴的出現與高空強鋒區、強冷平流、強變壓梯度、強氣壓梯度力密切相關。②大風發生前，θ、θsed、θ*曲線在500 hPa或600 hPa以下與橫坐標軸成直角或鈍角，隨著高度的增加，風向或風速形成“順滾流”，對流層頂附近有時會有“超低溫”現象存在。③V-3θ圖中θ、θsed曲線距離近，而θsed、θ*曲線距離較遠，大氣層結干燥且層結極不穩定，不穩定能量只能通過大風來轉換。④大風發生后，V-3θ圖中θ、θsed、θ*3條曲線的距離縮小，或接近重合。隨著高度的增加呈一致的右傾趨勢。隨著高度的增加，風向或風速形成“逆滾流”。大氣層結穩定，沙塵天氣減弱。