一次强沙尘暴天气成因分析及对农牧业的影响

2018-07-09张连霞徐桂梅李亚芬

畜牧与饲料科学 2018年6期

张连霞，徐桂梅，夏莹，李莉，李亚芬

（1.内蒙古通辽市气象局，内蒙古通辽 028000；2.内蒙古大气探测技术保障中心，内蒙古呼和浩特 010051）

自20世纪90年代以后，沙尘暴天气对空气和社会经济活动等均能造成了较为严重的影响。唐国力等[1]在中国近49年沙尘暴变化趋势的分析中指出：尽管我国在近些年来对生态环境进行了治理，强沙尘暴日数在20世纪80年代比20世纪50—60年代减少了73%，但随着全球气候变暖，高温、干旱等极端天气气候事件有增多趋势，势必会间接造成强沙尘天气的发生。因此，研究沙尘天气的发生规律，能够有效地促进地方经济发展。

我国为沙尘天气多发地区，沙尘天气主要发生在我国的西北和华北，有时向南侵入黄淮地区或以南，甚至波及日本及朝鲜半岛等地[2]。沙尘天气多发生在春季。一直以来，国内外气象工作者从多角度进行大量的总结和研究，试图找出影响中国春季沙尘天气的气候特征、形成机制以及研究方法和指标[3-4]，以便提高预报准确率。该文利用常规观测资料、沙尘暴遥感监测图、地面自动气象站和MICAPS提供的相关资料，对2017年春季发生在内蒙古通辽市的一次强沙尘暴天气进行了详细分析，试图找出其发生的物理机制及影响因子，以期为提高强沙尘天气预报积累经验。

1 强沙尘暴天气概况及对农牧业和生产生活的影响

1.1 强沙尘暴天气实况

2017年5月3—7日，我国大部地区遭遇入春以来范围最广、强度最强、影响最大的一次强沙尘暴天气侵袭。该次强沙尘暴天气具有“范围广、时间长、危害性强”的特点。

该次强沙尘暴天气以内蒙古西部开始，从西向东，自北向南，先后影响西北、华北、东北、华中、华东以及长江地区十余省市。通辽地区5月3—4日沙尘暴势力最强，其中3个旗（县）达到强沙尘暴强度，2个旗（县）达到沙尘暴强度，沙尘暴发生时伴有平均风力7～8级、瞬时风力12级的大风（见表1）。沙尘暴持续2 d，直至冷空气侵入，沙尘天气基本结束。

表1 2017年5月3—7日天气实况

1.2 沙尘暴对农业的影响

沙尘暴使本来就干旱少雨的土壤墒情变得更糟。其对大田内刚刚出苗的作物造成一定程度的损坏，由于叶面上积满沙尘，将会影响作物正常的光合作用；使得部分使用地膜的作物也遭受损失，最终造成大田作物减产。大风和沙尘暴还会破坏设施农业，刮倒温室大棚的薄帘和棚膜，最终导致种植用户遭受经济损失。

1.3 沙尘暴对牧业的影响

该次强沙尘暴天气最强发生区域正好位于通辽市北部的牧区，造成风蚀，破坏地表植被，致使牧区天然和人工草场破坏更为严重、牧草返青更加困难，加剧草场沙化和退化程度，使生态环境遭到破坏。此外，大风和沙尘暴还会刮走牲畜，刮倒牧民毡包，使人畜饮水井被埋，牲畜围栏棚圈被毁，导致牲畜走丢等。同时，绒毛梳剪后的羊、驼耐寒能力下降，遇到大风强降温后将会冻死。其给牧民和牧业生产均造成经济损失。

1.4 沙尘暴对生产生活的影响

沙尘暴所到之处，大风肆虐，尘土飞扬，黄沙漫天，空气中弥漫着呛人的土腥味，空气污染严重。大风造成树木倾倒、高空广告牌等坠地砸倒车辆，使得高速公路、航空运输、海上航行、户外作业及出行活动等遭受的影响最大。迫使部分高速公路关闭、航班延误或取消、幼儿园和小学停课等，给人们的生产和生活带来极大影响。

2 前期气候特点

2017年入春以来，内蒙古大部地区气温偏高，降水偏少。尤其位于内蒙古东部地区的通辽市出现严重的春旱。自3月开始气温异常偏高，春季平均气温偏高1.3～2.2℃，历史排位为1961年以来第3高位，5月有4个站日最高气温突破历史极值。降水异常偏少，3—5月累计降水量与历史同期相比少3～8成，大风天气日数明显多于常年。春季日照时数与历史同期（1981—2010年）平均值相比多4～150 h，蒸发量大，空气干燥，为该次强沙尘暴天气的发生发展提供了有利的前期气候背景。

3 天气过程诊断分析

3.1 高空环流背景

2017年5月3—7日，500 hPa图上，亚欧中高纬度地区呈两脊一槽型，经向环流非常明显，位于贝加尔湖附近的宽广低槽随着时间的推移，逐渐东移南压，且宽度逐渐变窄，中心由536 gpm增加到528 gpm，强度明显加强。期间，通辽位于槽前西南气流到槽后西北气流中，等高线密集，且维持一支风速大于32 m/s以上的较强西南风转西北风急流。下游较强阻挡高压迫使上游低槽系统稳定维持且移动缓慢，为发生大风、沙尘天气提供较有利的环流背景。

700 hPa图上，配合高空500 hPa宽广低槽中心由5月3日08时的288 gpm加强至6日08时的268 gpm，中心位置由贝加尔湖附近东移到黑龙江北部，东移过程中明显南压，且宽度明显变窄，温度场滞后高度场，促使高空槽发展加强。通辽位于槽前西南急流中，为大风、沙尘提供较有利的辐合上升条件。之后随着系统东移，冷空气沿着贝加尔湖高压脊前西北气流向南侵入。通辽处于槽后西北急流中，等高线非常密集，风速在16～20 m/s，但湿度场只有4日08时通辽南部T-Td＜5℃，其他时间T-Td值均大于10℃，水汽条件较差。因此，实况为4—5日通辽出现小量降水，其他时间主要以大风、沙尘为主。

3.2 地面影响系统

地面图上，强大的蒙古气旋控制蒙古国东部及我国内蒙古大部地区。气旋中心由997.5 mb加强为990.0 mb，前部等压线非常密集，气压梯度明显增大，冷锋后大部地区风速≥12 m/s，气压梯度非常大，较强的气压梯度产生梯度大风，有利于大风、沙尘暴加强[8]。

3.3 动力条件分析

沙尘暴发生前，通辽地区散度场为高层辐合、低层辐散；沙尘暴发生后散度场变为高层辐散，低层辐合。辐合高度升至700 hPa，强度达到-39×10-6/s，中心进入通辽市北部地区，而500 hPa以上为辐散状态，中心值为22×10-6/s。这种上升运动的散度场配置为沙尘天气提供了有利于的动力条件。随后，伴随高空槽及锋区的东移，通辽地区上空散度场的辐合层下降，强度减弱，直至沙尘结束。

3.4 热力条件分析

3.4.1 高空中低层温度场特征：850 hPa图上，沙尘暴发生前，位于贝加尔湖南部到河套地区有一个南北向的20℃闭合暖中心，配合700 hPa图上相应位置为4℃闭合暖中心自西向东逐渐靠近通辽。从沙尘天气出现到结束，暖中心逐渐移出通辽并减弱。

3.4.2 假相当位温分布特征对沙尘暴的作用：沙尘暴发生前，在850 hPa图上，位于内蒙古中部地区有一中心为48℃的能量舌。随着高空系统东移，能量舌由西南向东北延伸，逐渐进入通辽地区。能量场这种配置为沙尘天气的暴发积累了能量。

3.5 下垫面条件

通辽市位于科尔沁沙地腹地，北部与蒙古国为邻，属于正在发展的沙漠化土地，以风蚀沙地半固定状态为主。目前科尔沁沙地正以每年1.9%的速度在发展。由于春季降水少，气温高，大风天数明显增多，导致空气干燥，蒸发加大，出现严重旱情，加剧了土壤水分流失，严重影响旱作农田出苗和牧草返青。其地表植被条件差，土壤干，土层厚，裸露地多。另外，由于上游甘肃省、蒙古国等入春以来干旱少雨，而且还存在大面积的沙漠地带，也为此次沙尘暴天气的发生提供了有利的起尘条件。薛建军等[9]曾对2002年3月18—22日发生在我国北方地区的一次强沙尘暴过程分析指出：沙尘天气的产生原因包括上游沙尘高空输送沉降、本地热力作用、蒙古气旋和锋面附近大风。因此该地特殊地形和前期气候条件以及上游具备起沙的下垫面都是导致该次产生沙尘暴的因素。