新疆南部一次沙塵暴天氣過程分析

何娟娟，吾麥爾艾力·巴拉提，阿布都艾尼·艾則孜

麥蓋提縣氣象局，新疆麥蓋提 844600

學者們在對沙塵天氣的研究結果中按能見度與風的強度不同，將沙塵天氣劃分為以下幾類：第一類是將能見度不足10 km且風速不大的情況稱為浮塵天氣，這種情況下細小的沙塵顆粒在空氣中飄浮，影響人們的正常呼吸；第二類是能見度在1～10 km以內，但風速較大的情況，稱之為揚沙天氣，揚沙天氣不僅會影響呼吸，還會影響視覺，使得空氣變得渾濁不清；第三類是能見度小于1 km且出現強風天氣，沙塵顆粒被強風吹起，嚴重影響空氣質量和人們的日常生活出行，是較危險的大范圍災害性天氣。

沙塵暴按能見度和強度可劃分為2種：（1）強沙塵暴。水平能見度≤200 m且風速≥20 m/s。（2）特強沙塵暴。水平能見度≤50 m且風速≥25 m/s，特強沙塵暴破壞性極強，因此又被稱為“黑風”。

由于人類對自然資源的不合理開發加劇了土地荒漠化，生態環境漸漸惡化，沙塵暴作為自然天氣現象本不由人類控制，但由于人類自身原因加劇了這種現象的發生，這對我國可利用土地面積帶來了影響。

沙塵暴的發生意味著惡劣天氣即將來臨，尤其大部分情況下會刮起強風影響人們出行安全，情況嚴重時甚至會造成房屋倒塌，交通出行受到嚴重阻礙，森林可能出現火災造成農作物和動物傷亡，空氣受到嚴重污染。這一系列災難不僅會給人民生活帶來巨大危害，還會給國家經濟建設造成不小損失。因此，沙塵暴作為自然環境中非常惡劣的自然現象，應當對其加強相關研究與氣象預報預警服務，減輕沙塵暴給人們生活帶來的惡劣影響，增強人們植樹造林、預防沙塵的生活意識。因此，對沙塵暴的過程及其成因進行分析對研究沙塵暴天氣與預防災害有重要意義。

本文介紹了南疆沙塵暴天氣的特點，利用常規觀測資料分析了2014年4月22—24日在南疆暴發的沙塵暴天氣的地面氣象要素變化特征，利用高空探測數據分析了沙塵暴的路徑和強度，通過渦度和散度的配置、垂直運動、垂直螺旋度、溫度平流、高空急流等對此次天氣過程進行了動力、熱力學特征分析，分析了地形對沙塵暴的影響，總結出此次天氣過程的原因及其帶來的影響，對該區域的整體影響等做出結論，并提出了預報、預防災害性天氣的措施。

1 資料來源與研究方法

利用溫度場資料、風場資料、濕度資料，分辨率為2.5°×2.5°；MICAPS常規氣象資料、地面氣象要素資料，對2014年4月23日發生在新疆南部的一次強沙塵暴天氣進行分析，采用回歸分析等方法研究新疆南部沙塵暴時間分布特征和空間分布特征。

2 南疆沙塵暴的氣候特點

2.1 南疆地域特征

世界聞名的塔克拉瑪干沙漠坐落于南疆盆地的中心，被稱為世界四大沙源之一的塔克拉瑪干沙漠作為巨大的沙源區，為南疆的沙塵暴天氣提供了非常好的物質條件。受青藏高原和高山的影響，水汽無法順利輸送進來，又因為遠離海洋，降水量極少，使新疆成為極端干旱地區，其中南疆降水更是稀少。山脈之間的隘口引起狹管效應成為大風口，進山口的戈壁灘則是大風出現頻率最多的地方。在南疆盆地向四周吹起的沙塵以沙漠為中心強度遞減，由于新疆經常受西北方向的高空急流影響，強大的急流起到了將沙塵輸送數千公里“運輸機”的作用，急流帶來的沙塵暴影響范圍極大。

2.2 南疆沙塵暴的時空分布特征

2.2.1 空間分布特征 從南疆多年平均沙塵日數分布圖看出（圖1），南疆的沙塵暴按地理分布以塔克拉瑪干沙漠為中心點，逐漸向四周減少。據統計資料分析結果，年平均≥15 d的沙塵暴發生區域是沙塵暴發生的高發區，圖1中的扇形區就是南疆沙塵暴的高發區。將不同區域的南疆12個站劃分為5個部分：塔中為南疆中部；庫車、阿克蘇、庫爾勒為南疆北部；和田、于田、民豐為南疆南部；若蕪、且末為南疆東部；喀什、巴楚、莎車為南疆西部。

圖1 南疆春季沙塵暴年平均沙塵日數分布

從圖1分析得出，南疆北部沙塵日數最少3 d，最多10 d，南疆南部沙塵暴日數最少15 d，最多1個月,南疆西部沙塵暴日數最少5 d，最多1個月,南疆東部沙塵暴日數最少10 d，最多25 d。和田地區的民豐是南疆最高的站，海拔1 410 m，年平均日數為35.2 d。劉尊馳曾經在2005—2014年間對南疆地區12個站10年的3—11月沙塵日數進行分析，得出結論：南疆不同地區沙塵天氣日數最多集中在中部，其次是南部、西部、東部，最少是北部。

2.2.2 時間分布特征 從時間角度來看，沙塵暴天氣有日變化、季節性變化、年際變化、年代際變化的特征。針對南疆沙塵暴，分析結論曾指出其有季節性特征。南疆北部的沙塵暴高發期幾乎在4—6月，其中，阿克蘇站、庫車站和尉犁等站點的沙塵暴高發期都在4月，阿拉爾站和沙雅等站的峰值區都在5月，新和站則在6月達到峰值；南疆南部的沙塵暴高發期基本是在4—7月的安得河站、皮山站和民豐站，4—6月集中在和田，還有且末站和喀什地區的英吉沙站、莎車站、澤普站和葉城站；若羌處于塔里木盆地的東部，每年的3—5月都是若羌站沙塵暴的高發期，其中4月會達到沙塵暴日數峰值；塔里木盆地西部的高發區在4—6月，主要在喀什地區的巴楚和麥蓋提站，其中，這2個站點的峰值均在5月。阿克蘇地區的柯坪縣與其他站點不同的是，其高發期在4—7月，沙塵暴日數峰值發生在7月。

3 天氣過程分析

3.1 沙塵暴發生前氣候背景

2014年4月上旬至中旬，南疆氣溫高于年平均氣溫且無明顯降水，氣候干燥，又因為4月是新疆農作物出苗期，土質松散，裸露地表面積較大，為沙塵暴的發生提供了豐富的物質條件。

3.2 天氣實況

2014年4月22日，受西伯利亞低槽南下引導，23日由新地島冷渦影響的冷空氣進入我國，影響整個新疆，新疆大范圍降溫，北疆各地出現大雪，局地暴雪冷。23日08:00南疆出現大范圍的揚沙，隨著冷空氣的南下和不斷加強，冷空氣翻越天山影響南疆盆地，出現大范圍的強沙塵暴天氣。全疆24個國家站出現沙塵暴，3個站出現特強沙塵暴，南疆15個國家站出現沙塵暴，輪臺、阿克蘇、拜城、新和等出現大風，其中，尉犁能見度幾乎為0。從逐3 h自動氣象觀測數據得出此次南疆沙塵暴天氣過程的沙塵影響區域，此次沙塵暴起源于南疆盆地，主要影響區域以阿克蘇地區北部為主并延伸至南疆北部、南疆東部以及東疆哈密市（圖2）。

圖2 2014年4月22—23日沙塵分布圖

3.3 高空環流形勢演變

沙塵暴開始前，從4月21日08:00—22日08:00 500 hPa高空形勢場上可以看出，環流形勢有大幅度變化，從21日的兩槽一脊變為22日08:00的兩脊一槽形勢，21日08:00 高壓脊前的來自新地島的冷空氣不斷堆積在西伯利亞地區，形成低值系統，高壓脊前的冷空氣不斷加深向南輸送有利于脊的發展（圖3a），22日08:00高壓脊不斷東移南壓，影響西伯利亞低壓槽迅速向東南發展為“U”形槽，高壓脊在貝加爾湖，低壓槽在巴爾喀什湖西側，槽前即將進入新疆，影響北疆地區（圖3b）。

圖3 4月21日08:00（a）、4月22日08:00（b）風場、500 hPa形勢場

3.4 物理量特征分析

3.4.1 相對濕度 23日08:00冷空氣進入南疆前期，南疆北部的最高氣溫為26 ℃，空氣干燥，冷空氣進入后，從阿克蘇和且末2個站點的相對濕度垂直—時間剖面圖和比濕垂直—時間剖面圖上可以看出，阿克蘇站的低層700 hPa比濕為2.0～2.5 g/kg,700 hPa以下的相對濕度均在30%以下；且末站的700 hPa比濕為2～3 g/kg，700 hPa相對濕度均在45%以下，高溫干燥的大氣環境為該區域沙塵暴的發生提供了熱力條件。整個沙塵暴過程中沒有出現水汽堆積、空氣濕度增加的現象，不利于降水的產生。

3.4.2 高空急流 從2014年4月23日08:00和20:00的高空300 hPa急流分布圖上可以看出（圖4），38～45°N區域上一直是有急流的。23日08:00高空急流的位置在43～47°N、76～95°E范圍內，從圖4中可以看出急流分布像一個“V”字形，急流強度＞45 m/s。沙塵暴出現之后23日20:00，急流明顯向下移動，急流位置在39～42°N、83～97°E范圍內，可以看出急流即將移出南疆向東移動，沙塵天氣即將結束。在急流下傳的影響下產生熱力次級環流，高低空急流相互作用，為此次沙塵暴天氣過程提供動力條件。

圖4 2014年4月23日08:00（a）和20:00（b）300 hPa水平風場

3.4.3 相對渦度和散度分析 從2014年4月23日08:00起，分析中高低層隔6 h散度和渦度場，即沙塵暴開始、加強、結束3個時間段可以看出：23日08:00，南疆高層處于負渦度和輻散區，低層處于正渦度輻合區，說明南疆在500 hPa以下系統氣旋性輻合上升；23日14:00，南疆中低層處于負渦度平流高值區，說明地面冷高壓發展移動至南疆，低層系統的氣旋性輻合上升增強，說明14:00沙塵暴在南疆暴發；23日20:00，南疆中高層系統處于正渦度輻合區，與08:00相反，低層系統處于正渦度輻合區，說明地面冷高壓東移，移出南疆，此次沙塵暴過程結束。

4 結論

對2014年4月23日南疆沙塵暴天氣進行成因分析得出，從此次天氣過程的水汽條件分析結果可知，冷空氣進入之前，南疆長期處于高溫干燥的大氣環境下，為該區域沙塵暴發生提供了熱力條件。整個沙塵暴過程中沒有出現水汽堆積、空氣濕度增加的現象，不利于降水的產生。從西北來的冷空氣進入南疆盆地之后，溫度降低5～10 ℃，這種短時間內的劇烈降溫有利于鋒面生成，并且在鋒面附近產生大風天氣，有利于沙塵暴的發生發展。

從沙塵暴發生前期環流背景情況看出，來自高壓脊前的新地島的冷空氣不斷堆積，在西伯利亞地區形成低值系統。同時，高空出現強度大于45 m/s的急流，受急流影響，后期原系統不斷向東南方向發展，干冷空氣在巴爾喀什湖北部低壓槽的引導下南下，在急流下傳的影響下產生熱力次級環流，高低空急流相互作用，為此次沙塵暴天氣過程提供了動力條件。沙塵暴暴發前，高層次系統大氣斜壓性較好，低層氣旋性輻合上升，有利于形成地面冷高壓，使冷空氣在低層氣流的抬升作用下翻越天山進入南疆，南疆的干燥熱空氣與從西北來的冷空氣相互作用形成高低空急流之間的相互配合，在急流附近高層輻散、低層輻合，大氣層接不穩定，再加上地面冷鋒的配合，在南疆盆地生成大風，大風將裸露在地表的沙塵吹起卷入空中并大范圍向東輸送，引發了此次南疆強沙塵暴天氣。