且末县一次沙尘暴天气过程分析

张元元　冶晓婷　邓新建

摘 要 运用实况观测资料、区域自动站资料及数值预报产品等资料，天氣学原理、天气动力学等理论，对2015年4月28日且末县沙尘天气的产生机制进行了分析，并初步总结了且末县沙尘暴预报着眼点与预报指标。结果表明：此次过程是由低槽东移进入南疆，引起冷空气西翻而导致的一次南疆盆地自西向东的西翻大风沙尘天气，高低空急流、垂直环流共同作用是高空动量下传的重要动力机制，中低层的冷平流输送是此次天气过程形成的热力因子；同时得到且末县沙尘天气的预报着眼点和预报指标。

关键词 沙尘暴；西翻；降温；上游站点

中图分类号：P425.55 文献标志码：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2017.18.057

且末县地处塔里木盆地东南缘，地形东南高西北低，北边为戈壁沙漠，距县城百余公里的西南至东南有昆仑山支脉及阿尔金山山脉逶迤连绵，整个绿洲呈狭长的沿水系分布的条状带。受沙漠及地形影响，县城降水量少，大风、沙尘暴等灾害性天气较多。多发的沙尘天气严重危害且末脆弱的生态环境，影响群众的经济和社会活动，尤其且末县主要经济依靠农业生产，大风沙尘天气对农牧业生产更是有着很大的影响。根据万的军等人对塔里木盆地南缘沙尘天气变化特征及趋势的研究[1]，塔里木盆地南缘沙尘天气属于典型的春夏型，4—6月是一年之中的高发期，峰值在5月。对历史沙尘天气资料分析可知其线性下降趋势异常显著，且存在很大的不稳定性。这与且末沙尘天气气候学特征基本吻合。

1 天气概况

从表1和图1可以看出，27日23：00起，且末县风向由偏北风转为西南风，能见度迅速下降，28日00：00转为沙尘暴天气，天气过程持续到09：20，期间最低能见度为425 m，过程平均风力为3到4级，极大风力达到5级；09：20转为扬沙，能见度开始转好，但风速仍然很大，到14：17转为浮尘，风速减小，风向由西风逐渐转为东北风。至29日02：00，此次沙尘天气逐渐结束。由于沙尘天气影响，且末本站最高温度下降7 ℃左右。

2 高低空配置及其演变

2.1 高空环流形势发展演变过程

沙尘暴的发生与系统性天气过程有关，综合高低空天气形势分析来看，此次沙尘暴天气过程是冷空气翻山侵入南疆盆地的背景下产生的。

由图2可知，在过程前期26日，西伯利亚低槽和南支槽在东移过程中在咸海以东、巴尔喀什湖以西地区略有结合，低槽后的西北急流携带有明显的冷空气，随着北方冷空气的南下使得南支系统得到北方冷空气的补充，南支槽前的西南气流明显加强，温度场落后于高度场，存在一定的交角，大气有一定的斜压性，有利于后期系统的发展。27日，系统继续东移，南北两支系统分离，南支系统东移进入南疆，在南疆西部有一明显切变，影响阿克苏、克州、喀什、和田等地区，由于前期得到北方冷空气的补充，使得冷空气强度较于26日有所加强，盆地内已有4 ℃的降温。

至28日08：00，低槽主体仍在南疆盆地维持，且西南风与西北风之间的切变也稳定存在，有利于槽后冷空气源源不断向盆地内输送。由温度场可以明显看出，此时冷温槽主体已进入南疆地区，说明冷空气主体已进入盆地。28日20：00，低槽主体迅速东移至若羌县境内，其后冷槽也随之减弱东移至且末若羌一带，冷空气继续东移，逐渐移出且末影响范围。随着系统的移出，盆地沙尘天气也趋于结束。

2.2 高空急流的演变

大风是沙尘暴天气发生的主要动力条件。由图3可以看出，南疆地区也是维持一个明显低槽。26日20：00，过程前期南疆盆地位于脊前西北气流的控制范围之下，未来影响南疆地区的槽的主体位于帕米尔高原地区。系统东移，到27日20：00控制南疆盆地的脊前西北气流控制已经转为槽前脊后西南气流，风速明显增大且阿克苏及以北地区存在西南急流，且末位于高空急流入口区右侧，急流最大中心速度区位于阿克苏，为44 m/s。系统继续东移，至28日08：00急流轴位于巴州北部至昌吉州中部，南疆盆地仍为西南气流，风速有所减小。根据盆地沙尘暴站点位置与急流位置的比较可以看出，沙尘暴发于高空急流入口区右侧。

2.3 垂直速度演变

27日08：00垂直速度空间剖面图上看出在且末有一上升区，中心速度为-14 m/s；和田中高层为下沉运动，中心速度为17 m/s；喀什低层弱下沉运动，中高层弱上升运动。28日08：00在且末附近为明显的上升区，中心速度-56 m/s；

而上游喀什地区则为下沉运动，中心速度44 m/s，形成一个明显的环流结构。配合高空急流分析，说明急流之下的垂直环流圈结构是在喀什地区下沉，且末附近为上升支，而低层环流则是由喀什指向且末，这一结构也更有利于冷空气的西翻。

3 物理量分析

3.1 动力机制分析——水平散度场

由南疆盆地及帕米尔高原高低层散度表现可以发现，明显在西翻出现前，在整个南疆地区，盆地底层是辐合上升、高层辐散下沉的结构，而帕米尔高原附近低层辐散下沉、高层辐合上升。这一配置使南疆盆地上升运动区的“抽气”作用显著，有利于盆地减压，从而导致南疆盆地与境外冷高压差进一步加大。帕米尔高原中低层的辐散下沉气流也使高层急流的动量下传到底层，在这一作用下，南疆地区形成翻山大风。

3.2 热力机制分析—温度平流

26—27日盆地中低层暖平流转为冷平流，至28日过程趋于结束，冷平流减弱。且27日08：00开始出现明显西翻风速加大时对应地区温度平流等值线也最密集。垂直环流下沉支（喀什附近）输送的冷空气越强，则温差越大，更有利于风速加大。综上说明中低层冷平流是形成此次过程的热力条件之一。

4 地面气象要素变化

4.1 且末本站气压、气温的变化

由且末本站温压变化折线图可以看出伴随此次沙尘天气过程温压要素也发生了较为明显的变化。具体来说，本站气压从26日08：00开始明显下降。27日08：00达到最低，从27日20：00开始气压迅速上升。即过程来临前期（24 h以上）本站气压是一个持续降低的过程，而沙尘天气开始时已进入升压阶段。此次过程前期且末本站气温一直是稳步上升的趋势，至27日最高温度达到32 ℃。沙尘天气开始后28日气温则维持较低，最高气温仅为endprint

25 ℃。且受夜间沙尘暴影响。28日最低气温为20 ℃，比前日升高12 ℃。这与其他地区沙尘暴过程前温度变化情况相类似[2-3]，说明前期维持较高温度更有利于沙尘天气的发生发展。温压场结合发现，在沙尘天气来临前期为降压升温过程，这是春夏常见的南疆盆地热低压发展标志；相反，在沙尘天气开始后则是急剧升压降温过程。

4.2 海平面气压变化

此次过程中，重点关注高原西侧冷高及南疆盆地热低压的发展变化。从26日20：00至28日08：00的海平面气压场可以看出，冷高东移北上并加强，中心海平面气压值由1 025 hPa加强至1 030 hPa。盆地热低压减弱东移，由997.5 hPa减弱至1 007.5 hPa。这与500 hPa高空表现一致。冷高压与热低压的显著气压差（20 hPa以上）是引起冷空气翻山形成大风沙尘的重要因素。

许多学者在研究中[4-5]指出，这种沙尘暴出现前气温持续升高、气压下降的特征，在我国北方具有一定普遍性。这种变化过程对于南疆盆地地区预示热低压发展，随后一般会伴随有冷空气入侵并形成大风沙尘等天气。因此掌握本站温压及海平面气压变化对于且末沙尘暴天气预报具有重要研究意义。

5 天气过程中与上游站点要素差值对比

从与上游站点的气象要素对比可以看出，在沙尘天气来前，各站气压均处于一个较低值，而沙尘天气开始后，气压开始明显升高。从27日早上起，和田、民丰、且末自西向东开始出现沙尘暴，由于沙尘暴起始时间有差异，所以各站气压变化差异明显，造成了三站之间的连续气压差，因此从27日11：00开始，且末站与和田、民丰站的气压差明显加大，到28日02：00，与和田气压相差8.4 hPa，与民丰气压相差6.5 hPa。上游站点与且末连续存在气压差，有利于西翻冷空气的推进，使各个站点风向转为偏西风，进而陆续出现沙尘天气。且在此次天气过程中，若以和田作为指标站，当和田与且末气压差大于5 hPa且持续时间在9 h

以上时，更有利于西翻冷空气的进入，若上游站点为沙尘暴天气，则且末本站也将会出现明显沙尘天气。

从温度变化上来看，由于和田站沙尘暴于27日10：13已经结束，而民丰站沙尘暴的时间为9：39—18：03，故而在温度变化上参考与民丰站的差异。从表格中可知，在27日20：00，由于且末还未受西翻影响，此时气温仍明显高于民丰站，差值达4.9 ℃，但到了23：00，风向已转为西风，即西翻已影响到且末，此时且末本站温度明显降低，甚至已低于民丰站，差值达1.4 ℃，而后受沙尘天气影响，温度下降缓慢，后期温度又高于民丰站。

6 结论

通过以上几点的分析，得出以下几点结论。

第一，此次过程是由低槽东移进入南疆引起冷空气西翻而导致的一次南疆盆地自西向东的西翻大风沙尘天气。西伯利亚大槽在东移过程中分为南北两支槽，南支上的低槽先进入南疆并维持，随后冷空气西翻入境，二者结合东移。天气特点：此次沙尘暴维持时间较长，风力不大，转东风后能见度随即转好。

第二，和田出现明显西翻10小时后且末出现偏西风。且末出现西翻风速加大时，与民丰气压差3 hPa，与和田气压差6 hPa。上游与且末连续存在气压差，有利于西翻的进入。由于后期南疆盆地热低压东移并减弱，东西向气压差逐渐减小，且末西翻影响也逐渐结束。

第三，温度场上在沙尘天气过程前几日，受盆地热低压影响，且末本站温度一直维持较高，当沙尘天气来临时，温度有明显变化，且与上游站点的温差对于西翻进入时间具有较好指示意义；高空急流和垂直环流圈的存在是西翻产生的重要动力机制，高空急流附近垂直环流圈的下沉气流将高层动量下传到南疆盆地，同时低层南疆盆地的辐合、帕米尔高原的辐散加剧了南疆盆地上升减压和帕米尔高原中低层的下层加压。直接导致东西气压梯度加大，更有利于西翻，中低层较强的冷平流是风力加强的热力机制之一，冷平流输送使气压梯度明显增强，翻山大风出现在温度平流等值线密集的区域。

参考文献

[1]万的军，穆桂金，雷加强，等.塔里木盆地南緣近54年沙尘天气的变化特征及其未来趋势预测[J].干旱区资源与环境，2009，23（9）：78-84.

[2]许宝玉，钱正安，焦彦军.西北地区五次特强沙尘暴前期形势和要素场的综合分析与预报[C]//方宗义，朱福康，江吉喜，等.中国沙尘暴研究[M].北京：气象出版社，1997.

[3]李祥余，何清，黄少鹏，等.南疆一次强沙尘暴前后塔中近地面各气象要素的变化特征[J].高原气象，2009，28（3）：652-662.

[4]钱正安，蔡英，刘景涛，等.中蒙地区沙尘暴研究的若干进展[J].地球物理学报，2006，49（1）：83-92.

[5]宋敏红，钱正安，蔡英，等.中蒙强、弱沙尘暴年春季平均环流及沙尘活动变化分析[J].气象学报，2007，65（1）：94-104.

（责任编辑：刘昀）endprint