陳密 李澤巍

摘 要： 沙塵暴是一種災害性天氣，也是一種不可忽略的大氣和生態(tài)環(huán)境問題之一，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)觀測資料，分析沙塵暴的形成機制和在沙塵暴過程中氣象要素的變化特征。結(jié)果表明：沙塵暴來臨前氣溫偏高、干旱少雨、地表疏松，槽后冷空氣補充南下，伴隨著冷鋒移動引發(fā)的;強冷空氣入侵，密集的氣壓梯度區(qū)，高空急流的動量下傳對大風天氣的產(chǎn)生提供了良好的條件;沙源來自本地;當沙塵暴發(fā)生過程中氣溫降低，氣壓和露點升高，這些地面氣象要素的變化特征可以當作沙塵暴的預報參考;沙塵暴發(fā)生地區(qū)底層輻合，高層輻散，存在正渦度、上升運動，提供有利動力條件;垂直運動與沙塵暴的成熟衰亡過程有密切的聯(lián)系。

關鍵詞： 沙塵暴;大氣環(huán)流形勢;冷鋒;氣象要素;物理量

【中圖分類號】P445.4 ? ? 【文獻標識碼】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1千米的災害性天氣現(xiàn)象。以風速和能見度劃分為4個等級：弱沙塵暴、中等強度沙塵暴、強沙塵暴和特強沙塵暴。需要具備地面上的沙塵物質(zhì)，大風系統(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)時間較短的特點。沙塵暴可造成房屋倒塌、交通供電受阻或中斷、火災、人畜傷亡等，并污染自然環(huán)境，破壞作物生長。本文主要通過分析前期天氣、高空環(huán)流形勢，物理量等條件，總結(jié)這次沙塵天氣的機制及要素變化特點。

1.2 研究現(xiàn)狀

與國際上的沙塵暴研究相比，我國沙塵暴研究起步較晚，我國從本世紀70年代才開始對沙塵暴進行研究。經(jīng)過多年的努力，我國在沙塵暴的研究上也取得了一定的成績，包括沙塵暴起因，影響因子、路徑、強度、動力機制、數(shù)值模擬等等，得到了一些有利于提高沙塵暴預報的結(jié)論。雖然中國氣象學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。

由于沙塵暴來勢洶洶，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害，歷年來我國發(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制和特征，從而實現(xiàn)預防災害的目的。

2 研究區(qū)域概況與天氣簡述

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，往往造成一些災害性天氣。由于高大的天山山脈之影響，從動力原因上看，哈密市有比較豐富的風能資源，有利于產(chǎn)生大風或強風的天氣形勢。從物質(zhì)基礎上看，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力加大，強對流發(fā)展。

2012年4月18日10時哈密市出現(xiàn)大范圍的沙塵暴天氣，能見度不足30米，陣風8-9級，哈密市氣象臺發(fā)布了大風藍色預警。這次沙塵暴是哈密入春以來強度最大的一次，大風同時導致哈密市郊許多輸電線路和農(nóng)業(yè)大棚設施受損。天氣直到18號夜間才逐漸減弱。

3 天氣成因的分析

3.1 形勢分析

從環(huán)流形勢上看，18日低槽東移過程中，伴隨著槽移動帶來的冷空氣不斷補充南下，同時地面冷鋒移動共同影響哈密市。

18日20時，冷鋒已經(jīng)移過新疆，三小時變壓減小，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，帶來源源不斷的冷空氣。

3.2 大風的形成及沙源

大風是沙塵暴形成的動力條件，氣壓梯度力是產(chǎn)生風的主要因素。18日20時的地面三小時變壓：哈密有正變壓，正變壓中心為2.1hPa。三小時變壓差值越大越有利于沙塵暴的加強，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，西北路徑類強沙塵暴天氣有移動速度快、強度大、災害重等特點。本次沙塵天氣是一個局地天氣，影響范圍不大，沙塵主要來自本地。

3.3 前期形勢的穩(wěn)定分析

哈密市底層干上層濕，K指數(shù)較小，濕對流有效位能小，對流抑制有效位能相對較大，整層比較穩(wěn)定，在沙塵暴發(fā)生前不會有降雨類強對流天氣，有利于沙塵的揚起，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，當有強冷空氣南下的時候，氣團性質(zhì)差異太大容易形成大風或強風，為起沙提供了良好的條件。這次天氣過程主要有冷鋒影響，冷鋒后帶來的冷平流，鋒后有強的偏北氣流，鋒前鋒后氣壓梯度較大，綜合引發(fā)了這次的沙塵天氣過程。

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

5 物理量診斷分析

渦度、散度和垂直速度，是天氣分析和預報中經(jīng)常使用的三個物理量。沙塵暴作為一個強對流天氣，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力學特征[1]。18日20時，600hPa以下輻合，600hPa～300hPa輻散，有上升運動?？傮w來看，高層幅散，低層幅合，有上升運動。正渦區(qū)對應輻合區(qū)，整體呈上升趨勢。300hPa存在高空急流，高空急流的動量下傳有利于形成大風天氣。17日20時大風沿著西北路徑向新疆移動，風速達64m/s。高空急流沿著西北路徑影響哈密市，強烈的上升運動，為起沙提供了動力條件。提供了足夠的動力條件。

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

結(jié)論：

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

參考文獻

[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日沙塵暴個例分析[A]，2013.