哈密市一次沙塵暴天氣過(guò)程分析

陳密 李澤巍

摘 要： 沙塵暴是一種災(zāi)害性天氣，也是一種不可忽略的大氣和生態(tài)環(huán)境問(wèn)題之一，西北地區(qū)為多發(fā)地帶。本文選取新疆哈密的2012年4月18日的Micaps常規(guī)觀測(cè)資料，分析沙塵暴的形成機(jī)制和在沙塵暴過(guò)程中氣象要素的變化特征。結(jié)果表明：沙塵暴來(lái)臨前氣溫偏高、干旱少雨、地表疏松，槽后冷空氣補(bǔ)充南下，伴隨著冷鋒移動(dòng)引發(fā)的;強(qiáng)冷空氣入侵，密集的氣壓梯度區(qū)，高空急流的動(dòng)量下傳對(duì)大風(fēng)天氣的產(chǎn)生提供了良好的條件;沙源來(lái)自本地;當(dāng)沙塵暴發(fā)生過(guò)程中氣溫降低，氣壓和露點(diǎn)升高，這些地面氣象要素的變化特征可以當(dāng)作沙塵暴的預(yù)報(bào)參考;沙塵暴發(fā)生地區(qū)底層輻合，高層輻散，存在正渦度、上升運(yùn)動(dòng)，提供有利動(dòng)力條件;垂直運(yùn)動(dòng)與沙塵暴的成熟衰亡過(guò)程有密切的聯(lián)系。

關(guān)鍵詞： 沙塵暴;大氣環(huán)流形勢(shì);冷鋒;氣象要素;物理量

【中圖分類號(hào)】P445.4 ? ? 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A ? ? 【DOI】10.12215/j.issn.1674-3733.2020.29.254

1 引言

1.1 課題背景

沙塵暴水平能見度低于1千米的災(zāi)害性天氣現(xiàn)象。以風(fēng)速和能見度劃分為4個(gè)等級(jí)：弱沙塵暴、中等強(qiáng)度沙塵暴、強(qiáng)沙塵暴和特強(qiáng)沙塵暴。需要具備地面上的沙塵物質(zhì)，大風(fēng)系統(tǒng)和不穩(wěn)定的空氣狀態(tài)等基本條件才能形成沙塵暴。具有突發(fā)性和持續(xù)時(shí)間較短的特點(diǎn)。沙塵暴可造成房屋倒塌、交通供電受阻或中斷、火災(zāi)、人畜傷亡等，并污染自然環(huán)境，破壞作物生長(zhǎng)。本文主要通過(guò)分析前期天氣、高空環(huán)流形勢(shì)，物理量等條件，總結(jié)這次沙塵天氣的機(jī)制及要素變化特點(diǎn)。

1.2 研究現(xiàn)狀

與國(guó)際上的沙塵暴研究相比，我國(guó)沙塵暴研究起步較晚，我國(guó)從本世紀(jì)70年代才開始對(duì)沙塵暴進(jìn)行研究。經(jīng)過(guò)多年的努力，我國(guó)在沙塵暴的研究上也取得了一定的成績(jī)，包括沙塵暴起因，影響因子、路徑、強(qiáng)度、動(dòng)力機(jī)制、數(shù)值模擬等等，得到了一些有利于提高沙塵暴預(yù)報(bào)的結(jié)論。雖然中國(guó)氣象學(xué)者在沙塵暴研究方面成就很多，發(fā)展很快，但是仍有許多方面存在不足，還需要更加努力研究。

由于沙塵暴來(lái)勢(shì)洶洶，往往讓人猝不及防，所以它是最為常見的也是破壞力極大的自然災(zāi)害，歷年來(lái)我國(guó)發(fā)生了不少起沙塵暴致使人員傷亡案例。所以希望能了解沙塵暴的機(jī)制和特征，從而實(shí)現(xiàn)預(yù)防災(zāi)害的目的。

2 研究區(qū)域概況與天氣簡(jiǎn)述

哈密市位于中緯度亞歐大陸腹地，屬溫帶大陸性干旱氣候，氣候變化激烈，加上山體高大，戈壁廣布，往往造成一些災(zāi)害性天氣。由于高大的天山山脈之影響，從動(dòng)力原因上看，哈密市有比較豐富的風(fēng)能資源，有利于產(chǎn)生大風(fēng)或強(qiáng)風(fēng)的天氣形勢(shì)。從物質(zhì)基礎(chǔ)上看，哈密市的戈壁、沙漠提供了沙和塵源。不穩(wěn)定的熱力條件是有利于風(fēng)力加大，強(qiáng)對(duì)流發(fā)展。

2012年4月18日10時(shí)哈密市出現(xiàn)大范圍的沙塵暴天氣，能見度不足30米，陣風(fēng)8-9級(jí)，哈密市氣象臺(tái)發(fā)布了大風(fēng)藍(lán)色預(yù)警。這次沙塵暴是哈密入春以來(lái)強(qiáng)度最大的一次，大風(fēng)同時(shí)導(dǎo)致哈密市郊許多輸電線路和農(nóng)業(yè)大棚設(shè)施受損。天氣直到18號(hào)夜間才逐漸減弱。

3 天氣成因的分析

3.1 形勢(shì)分析

從環(huán)流形勢(shì)上看，18日低槽東移過(guò)程中，伴隨著槽移動(dòng)帶來(lái)的冷空氣不斷補(bǔ)充南下，同時(shí)地面冷鋒移動(dòng)共同影響哈密市。

18日20時(shí)，冷鋒已經(jīng)移過(guò)新疆，三小時(shí)變壓減小，溫度逐漸有所回升，沙塵暴天氣逐漸減弱。冷鋒的移動(dòng)路徑圖，可以清楚的看出冷鋒同樣沿西北路徑逐漸影響我國(guó)，帶來(lái)源源不斷的冷空氣。

3.2 大風(fēng)的形成及沙源

大風(fēng)是沙塵暴形成的動(dòng)力條件，氣壓梯度力是產(chǎn)生風(fēng)的主要因素。18日20時(shí)的地面三小時(shí)變壓：哈密有正變壓，正變壓中心為2.1hPa。三小時(shí)變壓差值越大越有利于沙塵暴的加強(qiáng)，造成沙塵暴的冷空氣路徑主要有三條：西北路徑、西方路徑、北方路徑。此次冷沙塵暴路徑主要為西北路徑，西北路徑類強(qiáng)沙塵暴天氣有移動(dòng)速度快、強(qiáng)度大、災(zāi)害重等特點(diǎn)。本次沙塵天氣是一個(gè)局地天氣，影響范圍不大，沙塵主要來(lái)自本地。

3.3 前期形勢(shì)的穩(wěn)定分析

哈密市底層干上層濕，K指數(shù)較小，濕對(duì)流有效位能小，對(duì)流抑制有效位能相對(duì)較大，整層比較穩(wěn)定，在沙塵暴發(fā)生前不會(huì)有降雨類強(qiáng)對(duì)流天氣，有利于沙塵的揚(yáng)起，提供豐富的沙、塵源等物質(zhì)條件。

4 氣象要素變化特征

哈密前期氣溫異常偏高，4月17日最高氣溫就已經(jīng)達(dá)到28℃，與前幾年同期相比顯著偏高。氣溫異常偏高，使得之前陰冷天氣凍結(jié)的地表加速解凍，地表土壤比較松散。加上降水少，地表裸露，使得土壤中顆粒疏松，容易起沙，當(dāng)有強(qiáng)冷空氣南下的時(shí)候，氣團(tuán)性質(zhì)差異太大容易形成大風(fēng)或強(qiáng)風(fēng)，為起沙提供了良好的條件。這次天氣過(guò)程主要有冷鋒影響，冷鋒后帶來(lái)的冷平流，鋒后有強(qiáng)的偏北氣流，鋒前鋒后氣壓梯度較大，綜合引發(fā)了這次的沙塵天氣過(guò)程。

18日的氣溫下降4℃左右，海平面氣壓開始加壓，露點(diǎn)升高。綜合氣溫、氣壓、露點(diǎn)等地面氣象要素在沙塵暴前后的變化特征，可以為以后預(yù)報(bào)沙塵暴提供依據(jù)。

5 物理量診斷分析

渦度、散度和垂直速度，是天氣分析和預(yù)報(bào)中經(jīng)常使用的三個(gè)物理量。沙塵暴作為一個(gè)強(qiáng)對(duì)流天氣，利用渦度和散度可以表示流體的輻合輻散情況和程度并幫助了解沙塵暴的動(dòng)力學(xué)特征[1]。18日20時(shí)，600hPa以下輻合，600hPa～300hPa輻散，有上升運(yùn)動(dòng)?？傮w來(lái)看，高層幅散，低層幅合，有上升運(yùn)動(dòng)。正渦區(qū)對(duì)應(yīng)輻合區(qū)，整體呈上升趨勢(shì)。300hPa存在高空急流，高空急流的動(dòng)量下傳有利于形成大風(fēng)天氣。17日20時(shí)大風(fēng)沿著西北路徑向新疆移動(dòng)，風(fēng)速達(dá)64m/s。高空急流沿著西北路徑影響哈密市，強(qiáng)烈的上升運(yùn)動(dòng)，為起沙提供了動(dòng)力條件。提供了足夠的動(dòng)力條件。

垂直運(yùn)動(dòng)造成水汽、熱量、動(dòng)量、渦度等物理量的垂直輸送對(duì)天氣系統(tǒng)發(fā)展有較大影響[2] 。20時(shí)400hPa至850hPa垂直速度為負(fù)，呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，動(dòng)力條件較好。

結(jié)論：

（1）沙塵暴來(lái)臨前氣溫偏高、干旱少雨、地表疏松，槽后冷空氣補(bǔ)充南下，伴隨著冷鋒移動(dòng)引發(fā)的;（2）強(qiáng)冷空氣入侵，蒙古氣旋的發(fā)展，密集的氣壓梯度區(qū)，高空急流的動(dòng)量下傳對(duì)大風(fēng)天氣的產(chǎn)生提供了良好的條件;（3）沙源來(lái)自本地;（4）當(dāng)沙塵暴發(fā)生過(guò)程中氣溫降低，氣壓和露點(diǎn)升高，這些地面氣象要素的變化特征可以當(dāng)作沙塵暴的預(yù)報(bào)參考;（5）沙塵暴發(fā)生地區(qū)底層輻合，高層輻散，存在正渦度、上升運(yùn)動(dòng)，提供有利動(dòng)力條件;（6）高空急流最大風(fēng)速位置和急流中心變化影響著沙塵暴天氣的走向;（7）垂直運(yùn)動(dòng)與沙塵暴的成熟衰亡過(guò)程有密切的聯(lián)系。

參考文獻(xiàn)

[1] 薛福民，楊興華，劉新春，霍文，黃潔，.2006年夏季塔中一次沙塵暴發(fā)生期間近地層氣象特征個(gè)例分析[J]-沙漠與綠洲氣象，2010（4）.

[2] 顧佳佳，2013年3月8-10日沙塵暴個(gè)例分析[A]，2013.