茫崖一次大風和沙塵暴天氣過程分析

趙小紅 吉秀娟 袁世龍 蔡琪 歐天宇

摘要 對2023年4月3—4日出現在茫崖的一次大風沙塵天氣過程進行了分析。分析表明，此次過程大風、沙塵暴天氣具有顯著的日變化，上午發展，下午至傍晚最強，入夜減弱。茫崖市地處青海省西北邊陲，柴達木盆地西緣，屬于典型的高原大陸性氣候，地勢西北高東南低，這種特殊的地形受狹管效應影響，使地面風速加強。500 hPa茫崖受新疆低渦底部偏西氣流的控制，高空有大的位勢梯度及強的冷平流；層結不穩定導致高空動量下傳，等溫線密集，溫度梯度大、風速強；地面冷鋒、變壓風加快了地面風速；在強風的動力條件下，加之本地及上游的良好的沙源條件，為沙塵暴發生提供了較好的條件。

關鍵詞 茫崖；大風；沙塵暴；新疆低渦；熱低壓

中圖分類號：P425.5+5 文獻標識碼：B 文章編號：2095–3305（2023）12–0-03

Analysis of A Strong Wind and Sandstorm Weather Process in Mangya

Zhao Xiao-hong et al（Mangya Meteorological Bureau， Mangya， Qinghai 816400）

Abstract This article analyzes a strong wind and dust weather process that occurred on Mangya from April 3～4， 2023. Analysis shows that the process of strong winds and sandstorms has significant diurnal variations， developing in the morning， strongest from afternoon to evening， and weakening at night. Mangya City was located in the northwest border of Qinghai Province， on the western edge of the Qaidam Basin， and belongs to a typical plateau continental climate. The terrain was high in the northwest and low in the southeast. This special terrain was affected by the narrow tube effect， which strengthens the ground wind speed. The 500hPa Mangya is controlled by the westward airflow at the bottom of the Xinjiang vortex， with a large potential gradient and strong cold advection in the high altitude; Unstable stratification leads to the downward transfer of high-altitude momentum， dense isotherms， large temperature gradients， and strong wind speeds; The ground cold front and variable pressure wind strengthen the ground wind speed; Under the dynamic conditions of strong winds， coupled with favorable local and upstream sand source conditions， favorable conditions are provided for the occurrence of sandstorms.

Key words Mangya; Strong winds; Sandstorm; Xinjiang vortex; Hot low-pressure

大風是指瞬時風速達到或超過17.0 m/s（或目測估計風力達到或超過8級）的風。沙塵暴天氣是指強風將地面大量沙塵吹起或被高空氣流帶到下游地區導致空氣混濁，水平能見度小于1 km的天氣現象。能見度介于1～10 km之間的天氣現象。沙塵暴的發生一般需要具備2個條件：一是足夠強的風力；二是豐富的沙源。茫崖市地處青海省西北邊陲，柴達木盆地西緣，年降水量在

50 mm以下，地處戈壁帶，植被稀疏土質干燥疏松，加之上游沙源充足，易發生大風、沙塵暴天氣。

1 數據來源與方法

在研究過程中，選用常規地面觀測站逐1 h地面觀測數據，每日2次的常規探空觀測資料等氣象觀測數據，利用天氣學原理和統計分析方法分析此次大風沙塵天氣過程。

2 天氣實況及氣象服務

2023年4月3日16：00—4日20：00茫崖市出現大范圍大風沙塵天氣，大風出現時間在4日午后至夜間，過程期間伴有強沙塵暴天氣的發生。3日16：00茫崖鎮出現大風天氣，小時極大風速達29.0 m/s；4日13：07茫崖站能見度開始下降，至17：07能見度出現本站最小值為170 m；4日13：39冷湖鎮出現浮塵天氣，本站最小能見度為5 917 m。此次過程茫崖市共計11個測站出現大風天氣，最大風速出現在茫崖鎮，小時極大風速達29.0 m/s。

據了解，此次大風沙塵暴天氣對車輛安全通行及冷湖賽什騰山天文臺址項目建設施工產生了一定的影響，但沒有發生災害。從茫崖站地面單站要素值分析，4日11：00～18：00氣壓持續下降，13：00出現強沙塵暴天氣，出現先增溫后降溫的現象，至22：00氣溫下降至-4.7 ℃，期間氣壓、氣溫、相對濕度、能見度明顯下降（圖1）。

3 大氣環流形勢分析

3.1 高空環流形勢

從3日20：00 500 hPa高空來看（圖2a），新疆低渦位于天山東部，低渦中心配合-32 ℃的冷中心，冷平流下滑影響南疆盆地、青海省大部。隨著新疆低渦東移南壓，且高空槽區狹窄深厚。至4日08：00（圖2b），低渦移至茫崖北部，茫崖受到低渦底部偏西氣流的控制，500 hPa風速超過27 m/s，且等壓線密集，氣壓梯度大。根據風壓公式，風速與氣壓梯度有關系，氣壓梯度越大，則風速越大[1]。分析此次大風過程，大風出現前的高空環流形勢可以看出：茫崖上空有4根等高線，位勢梯度大，這種形勢下易出現大風天氣。

3日20：00 700 hPa來看（圖3a），新疆北部等溫線密集，有強冷平流，茫崖南部有熱低壓存在[2]。至4日08：00茫崖依舊受偏西氣流控制（圖3b），風速超過12 m/s，200 hPa存在一條偏西急流影響茫崖地區，高層動量下傳易使中低層和地面風速加大。因此，此次大風過程是由于新疆低渦東移南壓，強的偏西氣流誘導冷空氣南下，提供了有利于出現大風的環流背景。而大風是出現沙塵暴的重要動力條件。

3.2 地面影響系統

此次大風沙塵天氣過程主要是地面冷鋒過境后造成的。冷高壓中心位于蒙古高原，冷高壓受其東側發展的低壓系統阻擋影響，在原地維持時間較長，4日08：00中心氣壓值1 052.5 hPa，冷空氣主要沿西北路徑入侵柴達木盆地[3]。

13：00地面冷鋒進入茫崖境內，冷鋒后正變壓+0.5 hPa。隨著冷高壓東移南壓，冷鋒后部上空的冷平流使鋒面近地面層出現較大的正變壓中心，變壓風也加快了地面風速，受地面冷鋒過境和變壓梯度風的共同影響，茫崖市出現大范圍的大風天氣。

3.3 地形影響

柴達木盆地地處青海省西北部，屬于高原性大陸氣候，是青海省大風沙塵暴的多發區。柴達木盆地海拔為2 600～3 400 m，地勢從西北向東南傾斜收縮。這種特殊的地形受狹管效應影響，茫崖受到下坡風加強影響（位能轉變為動能），極易出現大風天氣。此次大風過程，茫崖鎮最早出現大風，且持續時間最長。

3.4 層結不穩定

4日08：00茫崖探空廓線顯示（圖4a），700～500 hPa高度層為西北風，400～300 hPa高度層轉為偏西風，風向隨高度的上升做逆時針旋轉，溫度平流為冷平流，空氣有下沉運動。從20：00探空圖來看（圖4b），700～500 hPa整層風速相比08：00上升，配合高空冷平流高空動量下傳明顯，有利于出現地面大風[4]。

4 沙塵暴成因分析

4.1 動力條件

持續時間較長的區域性強風（大部分區域站瞬時風速達到或超過17 m/s）是形成沙塵暴必不可少的動力條件。此次過程沙塵暴前，茫崖鎮地面風為9級左右，持續時間較長，為沙塵暴的出現提供了明顯的動力條件。

4.2 熱力條件

茫崖高空冷平流較強，尤其是西路冷空氣上空無論風向和等溫線夾角還是風速都較大，因此冷平流強度較大。在此次過程中，受鋒前暖低壓的疊加影響，3日20：00熱低壓已經形成。高空較強的冷平流疊加在低層柴達木熱低壓上，導致層結不穩定加強，低層湍流活動加強，而湍流活動促使地面干燥的地表顆粒物離開地表，有利于起沙[5]。

4.3 沙源條件及氣候背景

沙塵暴的發生除了動力和熱力條件，還需要較為廣闊而平坦的沙源條件。柴達木盆地發生的沙塵暴天氣的沙源主要為本地沙源和上游的沙源[6]。本地沙源主要是柴達木盆地為廣闊的戈壁，尤其茫崖地區年降水量不足50 mm，多為戈壁和荒漠，是該地區發生沙塵暴天氣的內源。外源是上游的沙源，主要是南疆的塔克拉瑪干沙漠及其東北部的庫姆塔格沙漠。此外，春季柴達木盆地下墊面植被覆蓋差，加之冬季凍土地表部分解凍，土質疏松，是一年中最易起沙的季節。此次沙塵暴過程前期10 d茫崖地區無降水，提高地面干燥度，也有利于沙塵暴天氣的發生。

5 大風與沙塵暴的危害

5.1 大風的危害

一是破壞建筑物和設施。強烈的大風可以拔起樹木，損壞房屋和其他建筑物。尤其是在地區抗風能力不足的地方，大風可能導致房屋倒塌，嚴重威脅人們的生命和財產安全。二是交通受阻。大風會造成交通運輸困難，尤其是對高速公路、鐵路和航空等交通方式的影響最顯著。大風可能使車輛和火車失去平衡，造成事故。同時，航空公司也會取消或延誤航班，給旅客的行程帶來不便。三是電力中斷。大風可能導致電力線路斷裂或電線桿倒塌，造成供電故障，會導致停電，給人們生活和工作帶來不便。尤其是在夏季高溫時期，停電會給人們的生活帶來不適。四是火災風險增加。大風往往伴隨干燥和低濕度的天氣條件，在此情況下，若發生火災，火勢會迅速蔓延，造成更大的破壞。此外，大風還會擴散火勢，增加火場的撲救難度和風險。

5.2 沙塵暴的危害

一是健康問題。沙塵暴中懸浮的塵埃顆粒物含有各種有害物質和微生物，當人們吸入肺部時，會引起呼吸系統疾病，如哮喘、支氣管炎等。長期暴露在沙塵暴環境中，還可能引發肺結核和肺癌等疾病。二是降低能見度：沙塵暴產生的大量塵埃會減弱空氣中的可見光強度，造成能見度下降。這對于駕駛員來說非常危險，因為能見度下降會增加交通事故的發生概率。三是破壞農作物和土壤。沙塵暴中的塵埃會嚴重破壞農作物，尤其是對嫩葉和果實的傷害較大。此外，沙塵暴還會破壞土壤結構，導致土壤侵蝕和退化，影響農田的可持續利用。四是氣候變化。沙塵暴塵埃中含有大量的顆粒物，這些顆粒物對太陽輻射有吸收和反射的作用，從而影響地表的能量平衡。此外，沙塵暴還可以輸送至遠離源地的地區，影響全球氣候變化。

6 結論

（1）此次春季大風沙塵暴天氣過程影響范圍廣，持續時間長，強度較大，且大風和沙塵暴均為午后強夜晚弱。

（2）大風和沙塵暴的成因主要是新疆低渦東移南壓且維持時間較長，高空大的位勢梯度及強的冷平流，有利于出現地面大風；層結不穩定導致高空動量下傳，風向與等溫線夾角大，溫度梯度大、風速大；地面冷鋒、變壓風加快了地面風速。此外，茫崖地處盆地下坡風區，受狹管效應影響，加快了地面風速；在強風的動力條件下，高空冷平流疊加在柴達木地面熱低壓上，增加層結不穩定性，起沙條件好；盆地沙源條件好，前期無降水，春季下墊面干燥，提供了較好的沙塵暴發生條件。

（3）大風和沙塵暴不僅給人們的生活和工作帶來不便，還可能嚴重危害健康、交通、農業和環境等方面。因此，需要加強對大風和沙塵暴的監測和預警，及時采取相應的措施應對天氣現象的影響。

參考文獻

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