摘要：本文對(duì)2009年4月23日～24日發(fā)生在我國西北大部、華北西部等地的一次強(qiáng)沙塵暴天氣過程從天氣事實(shí)天氣學(xué)成因等方面進(jìn)行了分析和診斷指出這次沙塵暴過程發(fā)生是由于極地冷空氣南下以及蒙古氣旋共同影響下產(chǎn)生的。通過對(duì)內(nèi)蒙古臨河站沙塵暴發(fā)生前后各氣象要素的變化進(jìn)行對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)在沙塵暴發(fā)生前期，持續(xù)劇烈的升溫為沙塵暴的發(fā)生提供了有利的熱力條件，高空急流的變化導(dǎo)致了對(duì)流層中下層鋒區(qū)的加強(qiáng)為沙塵暴的發(fā)生提供了有利的大尺度環(huán)流背景，而且高低層環(huán)境風(fēng)對(duì)沙塵暴生命史的各階段有較好的指示性。
　　關(guān)鍵詞：沙塵暴 蒙古氣旋 高空急流 動(dòng)力條件 熱力條件
　　中圖分類號(hào)：P4文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1672-3791（2012）09（c）-0241-02
　　沙塵暴天氣是干旱和荒漠區(qū)特有的災(zāi)害性天氣，是指強(qiáng)風(fēng)把地面大量沙塵卷入空中，使空氣特別渾濁，水平能見度小于1km的天氣現(xiàn)象，其強(qiáng)大的風(fēng)力，裹挾著大量的沙塵給工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、交通運(yùn)輸、人們生活及生態(tài)環(huán)境等都造成了嚴(yán)重的危害，引起了人們的廣泛關(guān)注。我國已發(fā)生荒漠化的面積達(dá)262.2萬平方公里，占陸地國土面積的27.3%，僅西北五省和內(nèi)蒙古自治區(qū)荒漠化面積就占全國荒漠化面積的80%左右，所以它又是西北地區(qū)特有的災(zāi)害天氣之一。沙塵天氣包括沙塵暴、揚(yáng)沙、浮塵是由大風(fēng)造成的能見度惡劣的天氣現(xiàn)象盡管其產(chǎn)生的原因十分復(fù)雜但很多學(xué)者研究表明沙塵天氣的發(fā)生需要三個(gè)必要條件：一是足夠強(qiáng)的風(fēng)力；二是熱力不穩(wěn)定低層處于垂直不穩(wěn)定狀態(tài)；三是大風(fēng)經(jīng)過的區(qū)域內(nèi)下墊面植被稀疏土質(zhì)干燥疏松存在著豐富的沙塵源。
　　1 天氣實(shí)況
　　2009年4月23日～24日發(fā)生在我國北方地區(qū)的沙塵暴是入春以來影響范圍最廣，強(qiáng)度最大的一次強(qiáng)沙塵暴天氣過程，先后影響甘肅大部，內(nèi)蒙古中西部、寧夏、山西、陜西北部，在沙塵暴天氣影響的范圍內(nèi)風(fēng)力較大，烏拉特后旗最大瞬時(shí)風(fēng)速達(dá)29.7m/s，海力素的最小能見度為200m，空氣渾濁，路上行人行走十分困難。23日02時(shí)受冷空氣南下以及地面氣旋的共同在作用，甘肅北部地區(qū)2個(gè)站點(diǎn)出現(xiàn)揚(yáng)沙天氣，隨后05時(shí)，由于地面氣旋的進(jìn)一步東移發(fā)展，甘肅出現(xiàn)沙塵天氣站點(diǎn)增加為9個(gè)，其中4個(gè)出現(xiàn)沙塵暴，同時(shí)，沙塵天氣已經(jīng)擴(kuò)張到內(nèi)蒙古阿拉善盟南部，23日14時(shí)后，沙塵暴發(fā)展到最強(qiáng)，內(nèi)蒙古巴彥淖爾市全境出現(xiàn)沙塵暴天氣，此時(shí)沙塵天氣已經(jīng)影響到甘肅大部地區(qū)、內(nèi)蒙古西部以及陜西北部，23日20時(shí)以后，內(nèi)蒙古巴彥淖爾市北部海力素以及烏拉特中旗陸續(xù)出現(xiàn)降水，沙塵暴趨于結(jié)束，表1為內(nèi)蒙古巴彥淖爾市沙塵天氣情況。
　　2 高空環(huán)流形勢(shì)
　　2.1 500hPa形勢(shì)
　　4月下旬前期，500hPa高空中高緯度為兩槽一脊型。貝加爾湖至烏拉爾山為一暖脊，其西側(cè)咸海以及里海由冷槽控制，我國東北地區(qū)處于深厚的東北冷渦控制，整個(gè)西北地區(qū)處于烏拉爾山暖脊前沿西北氣流中。4月19日，新地島以北的冷氣團(tuán)東移，在西西伯利亞堆積，并形成一個(gè)-38℃的冷中心。4月20日，烏拉爾山上游暖平流促使該地暖脊迅速發(fā)展北伸，并于21日、22日持續(xù)發(fā)展，致使經(jīng)向度不斷加大，冷中心沿高脊前西北氣流滑落南下，4月23日凌晨，高空鋒區(qū)加強(qiáng)南壓至河套地區(qū)與青海中部之間，導(dǎo)致我國西北地區(qū)甘肅、寧夏、內(nèi)蒙古、陜西等地暴發(fā)大風(fēng)沙塵暴天氣，在沙塵天氣出現(xiàn)時(shí)，500hPa中高緯徑向環(huán)流明顯，以兩槽一脊形勢(shì)為主，上游暖舌、高脊發(fā)展強(qiáng)盛，振幅非常大，北脊點(diǎn)已經(jīng)深入到極地且有閉合的高中心形成，溫度槽明顯落后于高度槽，等高線與等溫線之間最大夾角呈現(xiàn)90°冷槽在貝加爾湖以東110-120E，40-50N之間形成-33℃強(qiáng)冷中心。在阻塞高壓東側(cè)的東北氣流引導(dǎo)下，極地強(qiáng)冷空氣由北向南輸送。此時(shí)高度梯度密集區(qū)正好位于內(nèi)蒙古巴彥淖爾市，10個(gè)緯距內(nèi)有近6根等高線通過，臨河單站的高空風(fēng)力達(dá)到40m/s以上。
　　2.2 700hPa形勢(shì)場(chǎng)
　　700hPa與500hPa低槽底部相對(duì)應(yīng)位置上，形成兩圈閉合低渦中心，低渦后部有強(qiáng)冷空氣南下插入，溫度槽落后高度槽7～8個(gè)經(jīng)距，從阿拉善盟北部至其南部1根等高線穿過4根等溫線，并全部呈現(xiàn)近似90°夾角，溫度梯度非常大，此時(shí)冷渦強(qiáng)烈發(fā)展，在冷平流最強(qiáng)的地區(qū)正是出現(xiàn)沙塵暴天氣，說明高空冷空氣的產(chǎn)生后迅速下沉，致使冷鋒后的強(qiáng)冷空氣下沖是地面大風(fēng)的形成關(guān)鍵因素，巴彥淖爾市整體處于冷渦中心控制，高空風(fēng)以偏西風(fēng)為主，臨河站風(fēng)速達(dá)24m/s以上。
　　3 地面高壓、氣旋系統(tǒng)的發(fā)展及冷鋒動(dòng)態(tài)
　　此次形成強(qiáng)沙塵暴天氣的主要原因是強(qiáng)冷空氣的南下以及蒙古氣旋的發(fā)展共同造成的，20日極地冷空沿著烏拉爾山高脊前沿南下堆積并不斷補(bǔ)充，形成西西伯利亞冷高壓并開始緩慢南下，高壓中心起始?xì)鈮褐禐?027.5hPa，當(dāng)其于23日南下影響我國西北時(shí)，最強(qiáng)氣壓值增長到1037.5hPa。蒙古氣旋的形成晚于高壓的形成，22日午后影響我國西北地區(qū)以及蒙古國的地面低壓帶受西西伯利亞冷空氣南下影響，開始快速發(fā)展加強(qiáng)，并在蒙古國境內(nèi)形成為閉合中心，低壓中心值為1000hPa，22日17時(shí)冷高壓進(jìn)一步南下，冷空氣前沿開始影響甘肅北部以及阿拉善盟西北部地區(qū)，此時(shí)蒙古氣旋發(fā)展到最強(qiáng)，中心氣壓值為997.5hPa，地面圖顯示蒙古國西部氣壓梯度密集地區(qū)出現(xiàn)沙塵暴天氣，23日02時(shí)，蒙古氣旋向東移動(dòng)，其中心位于巴彥淖爾市，氣壓值為1002.5hPa，同時(shí)在甘肅北部有兩個(gè)站出現(xiàn)揚(yáng)沙，23日05時(shí)，蒙古氣旋由于高壓的南下擴(kuò)張被推動(dòng)繼續(xù)向東緩慢移動(dòng)，中心位于108°E，42°N，氣壓梯度明顯加大，高低壓中心壓差為35hPa，甘肅中部以及北部已經(jīng)出現(xiàn)大面積揚(yáng)沙天氣，個(gè)別地區(qū)出現(xiàn)沙塵暴，巴彥淖爾市海力素出現(xiàn)浮塵，08時(shí)冷空氣繼續(xù)南下，并在88°E，37°N處形成1022hPa的中心，氣壓梯度大值中心位于100°E，45°N附近，巴彥淖爾市全境出現(xiàn)揚(yáng)沙天氣，烏拉特中旗出現(xiàn)沙塵暴，14時(shí)，蒙古氣旋的東移，氣壓梯度大值中心位于105°E，42°N附近，巴彥淖爾市全境能見度急劇下降，由揚(yáng)沙轉(zhuǎn)為沙塵暴天氣，并于23日20時(shí)，隨著蒙古氣旋東移至華北一帶，并開始減弱，各地沙塵天氣趨于結(jié)束。從23日02時(shí)～23日23時(shí)，蒙古氣旋在我國北部的強(qiáng)烈發(fā)展且緩慢移動(dòng)，高空強(qiáng)勁的西風(fēng)急流，在我國西北地區(qū)形成大范圍的揚(yáng)沙和沙塵暴天氣。
　　4 溫度的垂直變化特征
　　從圖1臨河站沙塵發(fā)生前后高空各層溫度96小時(shí)變化可以看出，沙塵暴發(fā)生前期高空大氣溫差有兩種變化，分別發(fā)生在地面至500hPa及500hPa以上，沙塵暴發(fā)生前500hPa以上溫度基本保持不變或以降溫為主，而500hPa以下的近地層溫度急劇升高，48h內(nèi)溫度升高了11℃，22日08時(shí)，最大溫差為69℃，這樣就形成了高層降溫，底層升溫的垂直結(jié)構(gòu)，使垂直方向的溫度梯度加大，從而有利于對(duì)流的發(fā)展，促使上升運(yùn)動(dòng)加劇，在23日08時(shí)以后，由于冷空氣東移開始影響臨河地區(qū)，底層500hPa以下溫度急劇下降，而此時(shí)高層500hPa以上溫度反而開始增加，上下層溫度梯度減少到54℃，氣層趨于穩(wěn)定，到24日08時(shí)溫差進(jìn)一步減少到48℃，氣層已經(jīng)穩(wěn)定，此時(shí)冷空氣完全控制臨河地區(qū)。
　　5 動(dòng)力特征
　　5.1 高空急流以及環(huán)境風(fēng)演變
　　分析300～200hPa高空形勢(shì)（圖略），沙塵暴期間，在38°～45°N附近有一支強(qiáng)的急流，這支西北急流經(jīng)西西伯利亞進(jìn)入我國西北地區(qū)，22日20時(shí)，500hPa上38°～45°N風(fēng)速為18～28m/s，23日08時(shí)，強(qiáng)風(fēng)速帶明顯加強(qiáng)且南壓，其中心強(qiáng)度也加強(qiáng)，35°～45°N范圍內(nèi)風(fēng)速增20～42m/s。高空急流加強(qiáng)導(dǎo)致急流中心不斷向下伸展，能量下傳，下層西風(fēng)急流不斷加大，23日08時(shí)500hPa最大風(fēng)速加大到42m/s。同時(shí)，對(duì)流層中、下層500，700hPa鋒區(qū)明顯加強(qiáng)。從臨河單站高空風(fēng)場(chǎng)隨時(shí)間變化（圖2）顯示，在沙塵暴發(fā)生前以及發(fā)生時(shí)，臨河市處于槽前，槽底偏西氣流的控制中，風(fēng)向基本以平直的偏西風(fēng)為主，當(dāng)沙塵暴發(fā)生趨于結(jié)束時(shí)，由于高空冷槽從臨河站滑過，臨河站處于槽后西北氣流控制，同時(shí)，地面冷高壓進(jìn)一步推動(dòng)鋒面東移南壓，所以環(huán)境風(fēng)在400hPa以下有較明顯變動(dòng)。
　　5.2 垂直環(huán)流特征
　　在大風(fēng)當(dāng)日08時(shí)700hPa垂直速度與實(shí)況對(duì)比（圖略），42°～45°N，98°～106°E區(qū)域內(nèi)為下沉氣流區(qū)，40°～43°N，108°～110°E區(qū)域?yàn)樯仙龤饬鲄^(qū)，最大上升速度為60×10-3Pa/s，通過與地面實(shí)況圖做對(duì)比不難發(fā)現(xiàn)強(qiáng)上升運(yùn)動(dòng)區(qū)與地面蒙古氣旋基本重合，即為蒙古氣旋所在的位置，同時(shí)對(duì)應(yīng)當(dāng)日鋒區(qū)的位置可見，在冷鋒前面為上升運(yùn)動(dòng)，冷鋒后面為下沉運(yùn)動(dòng)，由于北部冷空氣向南擴(kuò)散且推動(dòng)暖氣團(tuán)向東移動(dòng)，此時(shí)鋒區(qū)隨之東移，從鋒附近的垂直上升速度以及下沉速度的強(qiáng)度可以證明強(qiáng)上升與下沉加大了鋒附近的空氣垂直運(yùn)動(dòng)，鋒附近空氣垂直運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈，運(yùn)動(dòng)速度快，沖擊前方的暖空氣使之產(chǎn)生激烈的上升運(yùn)動(dòng)，從而造成沙塵暴夭氣出現(xiàn)。
　　6 西北地區(qū)降水與溫度狀況
　　北方地區(qū)常年降水稀少，而且大都集中在夏秋季節(jié)，其降水具有季節(jié)不均勻性以及分布不均勻性，尤其進(jìn)入2009春季后，階段性的降水并沒有改變整體干旱的局面，加上2009年1～4月份氣溫回升迅速，以巴彥淖爾市為例，季平均氣溫比常年偏高了1.6～2.9℃，尤其進(jìn)入4月以后，氣溫明顯偏高，平均比歷年偏高3.6℃。同時(shí)，由于植被稀少，地表疏松，使沙塵源充足，當(dāng)冷空氣入侵時(shí)，極易形成沙塵暴天氣。
　　7 結(jié)論
　?。?）在沙塵暴發(fā)生過程中沙塵暴過程發(fā)生在大氣環(huán)流調(diào)整過程中、前期，持續(xù)增溫為沙塵暴的發(fā)生提供了有利的熱力條件。（2）沙塵暴期間，高空急流中心的不斷下伸，致使動(dòng)量下傳，從而使近地面風(fēng)速加大，動(dòng)能增加，從而為沙塵暴的發(fā)生提供了基本條件。（3）強(qiáng)鋒區(qū)、蒙古氣旋以及冷鋒是觸發(fā)此次強(qiáng)沙塵暴的主要影響系統(tǒng)，也是發(fā)生此次沙塵暴天氣的必要條件，同時(shí)也是沙塵暴的發(fā)生的動(dòng)力條件。（4）北方地區(qū)的特殊地理特征以及入春以來降水稀少，氣溫偏高，氣候異常導(dǎo)致沙塵暴天氣頻繁發(fā)