甘肃酒泉一次春季大风沙尘过程天气学诊断分析

于亚楠，王冰瑞，王 丹

（1.甘肃省酒泉市气象局 甘肃，酒泉 735000；2.甘肃省金塔县气象局 甘肃，酒泉 735300）

1 天气实况和前期气候背景

1.1 天气实况

2020年4月9日下午开始，甘肃省酒泉市出现了一次较强的区域性东大风沙尘天气，其境内7个县市均出现扬沙天气，其中金塔县和阿克塞县达沙尘暴级别，最小能见度分别为900m和800m。敦煌市沙尘天气持续时间长达35小时之久，瞬时极大风速出现在敦煌雅丹地区，为33.3m/s（12级），突破了历史极值，较为罕见。此次天气过程极大风速大值区主要出现在瓜州县和敦煌市北部一带，与低能见度低值区有较好的对应。

1.2 前期气候背景

酒泉地区2019-2020年冬季为1961年以来次强暖冬年份，从4月1-8日酒泉站和敦煌站日最高气温趋势示意图可以看出（图1），此次天气过程前期最高气温与历史同期相比异常偏高，7、8两日最高气温已达到20℃以上，且从3月以来到4月初酒泉市降水特少，正值春耕季节，使得地表土壤干旱疏松，为沙尘暴的发生提供了一定的物质条件。

图1 4月1日-8日酒泉站和敦煌站日最高气温趋势图

2 环流背景演变

2.1 高空形势

在此次大风沙尘天气出现前期，8日20时高空500hPa亚欧大陆为经向型环流，中高纬地区呈“两槽一脊”形势，高空槽分别位于乌拉尔山和我国东部沿海地区，高压脊位于贝加尔湖至新疆一带，呈东北—西南走向，脊后有暖平流输送，将促使高压脊向北伸展。由于前期受高压脊前西北气流影响，新疆至河西西部地区天气晴好且逐日升温。脊前贝加尔湖南侧至蒙古国西部存在一横槽，高纬地区的冷空气沿脊前偏北气流向南输送，在横槽后部堆积，并配合有-28℃冷中心。9日08时环流经向度加大，同时脊前小横槽逐渐南压。700hPa高空图上，新疆地区以及河西西部都处在暖区的控制下。9日20时500hPa高压脊不断向北伸展加强，脊前冷槽锋区加强且继续南压至河西走廊，地面系统也随之加强，10日08时高压脊北部继续向东北方向伸展，同时东移，但此时温压场已经基本重合，预示着高压脊系统将没有加强的条件，系统移出我市的同时，大风沙尘过程也即将结束。

2.2 地面形势

前期冷高压主体位于中西伯利亚地区，但分裂为两个高压中心，蒙新高地附近高压中心强度为1027.5hPa，而整个新疆地区受热低压控制，与冷高压中心之间的压差达17.5hPa，形成东高西低的形势。9日08时，地面冷高压主体稳定存在且西侧高压中心强度迅速加强，气压强度达1040hPa，与敦煌（1013hPa）压差≥20hPa，高低压之间形成了较大的气压梯度力，且此时冷锋前沿已压至我市北部地区。到20时，地面上等压线密集区也逐渐南移，酒泉地区全部转为偏东风。10日随着高空天气系统的减弱，14时地面冷高压主体已经移至内蒙中东部，且强度明显减弱，但由于受冷锋影响，酒泉市境内等压线达7条，气压梯度达到最大，此时额济纳旗与敦煌的压差达到16hPa，酒泉与敦煌的压差为11hPa，再加上河西走廊西部地形的狭管效应和下坡风的共同作用，使得玉门市、瓜州县和敦煌市风速达到最大。此后，由于地面加压作用，使得气压梯度减小，风力也逐渐开始减弱，此次大风沙尘天气的影响基本结束。由于此次过程冷空气势力较弱，酒泉市气温降幅不大，冷锋过境后24小时最高气温降幅为3～6℃，最低气温降幅为2～6℃。

3 物理量场及卫星云图分析

3.1 地面3h变压场

区域性大风天气产生前后在天气图上都有明显的气压变化。与高空系统相配合，9日20时，随着酒泉市风向转为偏东风，地面3h正变压中心也随着高空气流向东移动，此时瓜州县风力逐渐增大，境内开始出现＞17m/s的大风，到23时，酒泉地区完全处在正变压区，且大部分地区3h正变压大于5hPa，到10日14时，由于系统逐渐减弱，酒泉市范围内均受负变压区控制，随着正变压向负变压的转变，地面加压且气压梯度逐渐开始减小，风力也逐渐减弱。由此可知，3h变压场的变化与大风天气有较好的对应关系，3h正变压大值中心就是大风的落区中心。

3.2 垂直速度

选取酒泉市所在区域（92°19'～100°12'E，38°06'～42°48'N），利 用NCEP/NCAR再 分 析 资 料 对850hPa、700hPa和500hPa三个层次的垂直速度场演变进行分析，据动力场显示：9日14时开始，负速度大值区开始逐渐自东北向西南移动至，到9日20时，从对流层低层到中层均为一致的上升运动，且上升运动最强烈的区域为敦煌市和瓜州县附近，与大风区对应；正速度大值中心位于蒙古中部地区，为下沉气流区，由此低空辐合、高空辐散形成了从大气边界层到中低空的闭合环流。

3.3 垂直螺旋度

垂直螺旋度在一定程度上可以反映天气系统的维持状况。根据大风沙尘出现的范围，利用再分析资料计算了此次过程沿40°N，90°～110°E之间的垂直螺旋度。可知：9日20时在98°～108°E区域内垂直螺旋度呈上负下正的分布特征，且负的大值中心位于400～200 hPa附近，为-3×Pa/，说明此次过程中该区域内存在较强的上升运动，但是位置相对偏东，与过程中金塔出现的沙尘暴天气对应较好。

3.4 不稳定条件

分别选取敦煌和酒泉9日08时和20时温度对数压力示意图（图略），热力条件表明，在08时两站在近地面都存在由于晴空辐射造成的逆温层，且由于逆温层顶有稳定层的阻碍，湿度很小。到20时，大气低层变得更加干燥，且从850-700hPa空气的垂直递减率与干绝热递减率相当（0.98℃/100m），形成了较强的热对流，表明此时大气处于极不稳定状态，为沙尘天气的发生提供了有利的背景条件。

3.5 可见光云图

在可见光云图上，沙尘暴的反射率特征一般表现为其顶部区域结构均匀，且顺着风向有明显的纹理，色调呈浅灰色、有高云的暗影存在。从9日18:53分和10日14:30分两个时次的可见光云图上（图略）反映出从9日下午开始，酒泉地区东北方向有纹理均匀的浅灰色区域并逐渐西移，这与高压底前部偏东风相对应，10日中午则在酒泉中西部一带，尤其是敦煌市境内云图纹理表现得非常清晰，也表明此时风速较大。

4 结论与讨论

第一，此次大风沙尘天气的形成，主要是由于高空高压脊不断向北发展，引导冷空气在横槽后部堆积，地面冷高压较强且稳定维持在蒙古中西部，而新疆到河西地区处在热低压控制中，较大的气压梯度力及地形作用使得地面出现较强的偏东大风，且+△P3大值中心对应于大风沙尘（暴）的落区。

第二，在大风沙尘过程中从对流层低层到中层为一致的上升运动，且垂直螺旋度的分布呈“上负下正”的特征，对大风沙尘天气有较好的指示意义，从可见光云图上也有一定的反映。

第三，前期气温异常偏高，且降水特少，使得地表土壤干旱疏松，为沙尘（暴）的出现提供了一定的沙源条件。沙尘（暴）发生前，近地面较为干燥且存在逆温层，午后热对流的产生表明大气处于极不稳定状态，为此次过程的发生提供了有利的背景条件。