巴彥浩特極端沙塵天氣預(yù)報指標(biāo)總結(jié)

王海鷹

（阿拉善左旗氣象局，內(nèi)蒙古自治區(qū) 巴彥浩特 750306）

沙塵暴是指強風(fēng)將地面塵沙吹起使空氣混濁，水平能見度小于1 km的天氣現(xiàn)象，是中國西北地區(qū)和華北北部地區(qū)出現(xiàn)的災(zāi)害性天氣，可造成房屋倒塌、交通供電受阻或中斷、火災(zāi)、人畜傷亡等，污染自然環(huán)境，破壞作物生長，給國民經(jīng)濟建設(shè)和人民生命財產(chǎn)安全造成嚴(yán)重的損失和極大危害。本文總結(jié)了沙塵暴預(yù)報指標(biāo)，提升預(yù)報預(yù)警準(zhǔn)確率，為提升災(zāi)害風(fēng)險防范意識和能力提供基礎(chǔ)信息，降低或避免極端沙塵天氣造成的經(jīng)濟損失和人員傷亡提供技術(shù)保障。

1 沙塵暴特征分析

統(tǒng)計巴彥浩特自建站以來（1953年—2018年）能見度小于1 000 m的沙塵暴，分析其分布特征[1]。

2.1 年代際變化特征

近70年來，巴彥浩特沙塵暴出現(xiàn)頻次總體呈現(xiàn)減少趨勢，沙塵暴日數(shù)、平均日數(shù)變化速率分別為-14.7 d/10 a、-1.8 d/10 a。20世紀(jì)50年代—80年代是沙塵暴多發(fā)時期，尤其50年代和70年代呈現(xiàn)2個高峰期；90年代之后，沙塵暴以近1～3倍的速度明顯下降；21世紀(jì)10年代降至低谷期（見表1）。

2.2 年際變化特征

巴彥浩特沙塵暴逐年呈波動式下降趨勢。建站以來，沙塵暴日數(shù)最多為23 d，分別是1953年、1973年，其次為19 d，出現(xiàn)在1966年，有6個年份未出現(xiàn)沙塵暴，集中在2010年之后，且2015年—2018年連續(xù)4年未出現(xiàn)。見表1。

2.3 季節(jié)變化特征

建站以來，巴彥浩特沙塵暴日數(shù)為435 d，其中春季266 d，占沙塵暴總?cè)諗?shù)的61%；夏季123 d，占28%；秋季15 d，占4%；冬季31 d，占7%。即巴彥浩特沙塵暴主要集中春季和夏季，尤其以春季最為突出，概率最大，冬季和秋季沙塵暴出現(xiàn)較少，秋季概率最小。

2.4 月變化特征

統(tǒng)計巴彥浩特建站以來各月沙塵暴日數(shù)發(fā)現(xiàn)，4月—5月是出現(xiàn)最頻繁的月份，分別占總?cè)諗?shù)的25%、22%，其次是3月、6月、7月，分別為15%、13%、10%，最不易出現(xiàn)沙塵暴的月份是1月、10月、11月，占比不足1%。

2.5 時間變化特征

統(tǒng)計1981年以來巴彥浩特沙塵暴出現(xiàn)時間段發(fā)現(xiàn)，上午出現(xiàn)20次，占比11%；下午至傍晚111次，占比62%；前半夜35次，占比20%；后半夜13次，占比7%。其中出現(xiàn)在前半夜的35次沙塵暴過程中有25次為下午發(fā)生后持續(xù)至前半夜。因此，巴彥浩特沙塵暴多發(fā)時段為下午至傍晚，且71%的概率持續(xù)至前半夜。

從沙塵暴持續(xù)時間來看，巴彥浩特沙塵暴平均持續(xù)時間為1.84 h，最短僅3 min，最長9.19 h。持續(xù)時間3 h以內(nèi)居多，占比80%，其中1 h內(nèi)最為突出，占總次數(shù)的40%；3～5 h，占比12%；5～8 h占比7%；8～10 h僅出現(xiàn)2次。

3 極端沙塵天氣環(huán)流分型

對比分析巴彥浩特2000年以來能見度小于1 000 m，且持續(xù)時間4 h以上的極端沙塵天氣過程，按照影響系統(tǒng)將其分為冷鋒型、蒙古氣旋與冷鋒混合型2種類型[2]。

3.1 冷鋒型（占比67%）

巴彥浩特極端沙塵天氣多為冷鋒型。在高空天氣圖上，歐亞中高緯環(huán)流形勢有兩脊兩槽型、兩脊一槽型、兩槽一脊型，位于烏拉爾山附近高壓脊不斷發(fā)展加強，環(huán)流徑向度加大，其東側(cè)西西伯利亞附近高空冷槽或橫槽，具有典型的斜壓不穩(wěn)定槽結(jié)構(gòu)，槽前等高線輻散，溫度槽落后于高度槽，槽后有一支強冷鋒鋒區(qū)，冷平流強烈。隨著高空冷槽東移南壓或橫槽轉(zhuǎn)豎，斜壓有效位能釋放，配合地面冷鋒后冷氣團前強大的氣壓梯度，以及強的變壓梯度、白天熱力正反饋機制，造成地面大風(fēng)，爆發(fā)沙塵暴。

3.2 蒙古氣旋與冷鋒混合型（占比33%）

在高空天氣圖上，歐亞中高緯環(huán)流形勢為兩脊兩槽型或兩槽一脊型，位于西西伯利亞或巴爾喀什湖附近的高空槽東移過程中不斷加強，在700 hPa及以下形成低渦，系統(tǒng)呈現(xiàn)明顯的斜壓結(jié)構(gòu)，溫度槽落后于高度槽，低渦（槽）后部冷平流強度隨高度降低而增強。較強的地面氣旋東移中加深不明顯。高空冷空氣東移南壓，配合地面氣旋及其后部強氣壓梯度，在氣旋中心、冷鋒前后出現(xiàn)大風(fēng)、沙塵暴。

4 極端沙塵天氣預(yù)報指標(biāo)

4.1 氣候背景

巴彥浩特極端沙塵天氣均出現(xiàn)在春季3月—5月。分析出現(xiàn)極端沙塵天氣的上年冬季（上年12月—當(dāng)年2月）及當(dāng)年春季以來的氣候特點，結(jié)果表明極端沙塵天氣出現(xiàn)時氣溫在上年冬季或當(dāng)年春季處于偏高狀態(tài)，甚至是冬季至春季持續(xù)偏高；降水在冬季或春季基本處于偏少狀態(tài)，偶爾會出現(xiàn)正常或偏多狀態(tài)[3]。

4.2 環(huán)流特征量

500 hPa天氣圖上溫度槽落后于高度槽，冷槽或橫槽在東移、轉(zhuǎn)豎過程中發(fā)展加強，同時配合有-48℃～-40℃的冷中心，等溫線與等高線交角為30°～60°。700 hPa天氣圖上冷槽或冷渦配合有-28℃～-24℃的冷中心，冷暖中心之間溫度等值線非常密集，溫度場與高度場近于垂直分布，蒙古氣旋與冷鋒混合型會形成中心值為280～288 hPa的冷渦。850 hPa天氣圖與700 hPa相似，配合有-20℃～-16℃的冷中心，蒙古氣旋與冷鋒混合型冷渦中心值為128～136 hPa。

地面天氣圖上兩種類型沙塵暴均是冷鋒后氣壓梯度強，在N40°附近、E100°～E110°有6～10根等壓線，鋒后降溫明顯；地面伴有氣旋活動，但氣旋基本維持不變或是發(fā)展不明顯，12 h加深率＜5 hPa；沙塵暴白天強，入夜后明顯減弱。冷鋒型沙塵暴出現(xiàn)在鋒后西北大風(fēng)中，沙塵區(qū)域自西北至東南方向移動，且與地面大風(fēng)區(qū)域基本一致；蒙古氣旋與冷鋒混合型沙塵暴在冷鋒前偏南風(fēng)、冷鋒后西北風(fēng)、氣旋中心均有出現(xiàn)。

4.3 層結(jié)條件特征

從沙塵暴發(fā)生前周邊探空站3θ圖得知，飽和假相當(dāng)位溫隨氣壓下降迅速減小，θ和θse線距離接近，θ和θe之間距離非常大，大氣極為干燥；θ及θse線幾乎垂直于橫坐標(biāo)軸，大氣層結(jié)非常接近絕熱狀態(tài)，混合層深厚，伸展至500～600 hPa，有時甚至高于600 hPa。

4.4 濕度條件特征

沙塵發(fā)生前10 d以上無降水，且絕大多數(shù)極端沙塵過程發(fā)生前50 d以上無降水。過程前、過程中500～850 hPa整層溫度露點差大于15℃，整層處于干區(qū)中。

4.5 熱力條件特征

沙塵暴發(fā)生前，低層暖脊發(fā)展強盛控制阿拉善盟，升溫明顯，巴彥浩特升溫幅度為6℃左右。

4.6 變壓風(fēng)特征

從3 h變壓看，存在正負(fù)變壓中心，正負(fù)變壓差值為4～9 hPa，阿拉善盟處于鋒后正變壓中心與氣旋前部負(fù)變壓中心之間的變壓梯度大值區(qū)。

4.7 高低空急流特征

200 hPa在阿拉善盟上空存在風(fēng)速為30～50 m/s的西北、偏西高空急流；700 hPa西北低空急流風(fēng)速為16～28 m/s；850 hPa為12～24 m/s，高低空急流的動量下傳也是極端沙塵天氣發(fā)生發(fā)展的有利條件。

4.8 正反饋機制

白天沙塵暴自身會形成熱力正反饋機制，使沙塵發(fā)展加強，入夜后產(chǎn)生負(fù)反饋，沙塵明顯減弱。而巴彥浩特極端沙塵天氣均出現(xiàn)白天，正反饋機制作用顯著。

4.9 沙塵暴發(fā)生前后氣象要素的變化特征

沙塵暴發(fā)生前的特征是氣溫上升、氣壓降低、相對濕度下降、風(fēng)力逐漸增大。冷鋒開始逼近時，氣壓、相對濕度降至谷底。而氣溫上升至當(dāng)日最高，風(fēng)速大增，冷鋒攜帶和大風(fēng)卷起的沙塵使能見度急劇降低。冷鋒過境后，氣溫劇烈下降。

5 結(jié)語

①巴彥浩特沙塵暴頻發(fā)于春季，多發(fā)于下午至傍晚，總體呈現(xiàn)波動減少趨勢。②高空斜壓槽配合地面冷鋒及其后部強氣壓梯度造成地面大風(fēng)，引發(fā)極端沙塵天氣，白天正反饋機制使沙塵持續(xù)和發(fā)展加強。但冷鋒型高空鋒區(qū)、冷平流強度強于蒙古氣旋與冷鋒混合型，且兩者沙塵區(qū)域存在明顯差異。③前期升溫、深厚的混合層、整層干區(qū)、高低空急流動量下傳、較強的變壓梯度等條件為極端沙塵的發(fā)生發(fā)展提供了有利保障。④極端沙塵發(fā)生前冬春季的氣溫與沙塵暴的相關(guān)關(guān)系要優(yōu)于降水與沙塵暴的相關(guān)關(guān)系。