2000年春季中国北方沙尘暴天气气候成因研究

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1、2 0 0 0 年春季中国北方沙尘暴 天气气候成因研究 杨民1蔡玉琴1王式功2 李文莉1尚可政：董光荣。 ( 1 甘肃省气象局，兰州7 3 0 0 2 0 ；2 兰州大学大气科学系，兰州7 3 0 0 0 0 ； 3 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所，兰州7 3 0 0 0 0 ) 摘要本文从环境背景和天气气候成因两个方面，分析了2 0 0 0 年眷季中嚣北方沙尘暴频繁 爆发的原因。结果表明：2 0 0 0 年春季中国北方大风、沙尘暴的源地、路径和天气形势可归纳为 三种类型；近年来中国北方干旱加剧，地荒漠化严重，使原本广阔的戈壁沙漠面积逐步扩 大，为沙尘暴天气的爆发提供了丰富的沙尘源；2 0

2、 0 0 年处于反厄尔尼诺( 拉尼娜) 事件的高峰 期，使东亚冬季风加强，同时2 0 0 0 年春季极涡位于东半球新地岛附近，冷空气频繁南下，易形成 大风天气；2 0 0 0 年春季我国北方干旱少雨，气温阐升迅速且温度偏高，使解冻的地表土层疏 松，又提供了丰富的沙尘源。 关麓调沙尘暴源地与路径天气气候成因 2 0 0 0 年春季，我国北方特别是华北地区连续多次出现沙尘天气，其时间之早，频率之高， 范围之广，强度之大，为历史同期所罕见。据统计，2 0 0 0 年春季共出现1 6 次大风、沙尘暴天气， 每次沙尘暴发生期间，都有“疾风卷冥海，万里扬沙砾，仰头不见天，昏昏竞朝夕”的状况出现。 给工农业

3、生产、交通运输、空气质量和人民的日常生活都带来了很大的危害，造成上亿元的宣 接经济损失和人员伤亡。本文从环境背景和天气气候成因两个方面对2 0 0 0 年春季我国北方大 风、沙尘暴天气过程进行了初步分析研究。 1 近5 0 年北方沙尘暴发生频次概况 通过对华北气象台站网连续4 0 多年观测数据的分析表明，虽然我国华北地区般沙尘天 气发生的日数呈减少趋势，例如，北京2 0 世纪5 0 年代平均沙尘暴日数、扬沙E l 数和浮尘日数 分别是9 0 年代的8 5 、1 4 5 和3 2 倍 1 3 ；但有关统计结果表明，我国北方强沙尘暴天气却有加 重趋势，强风沙灾害，1 0 世纪前平均1 0 0 年一

4、次，2 0 世纪5 0 - - 一6 0 年代发展到每两年一次，进入 9 0 年代，已发展到一年一次以上 1 3 。以西北五省( 区) 强或特强沙尘暴为例，西北五省( 区) 1 9 5 2 2 0 0 0 年5 月共出现强( 2 0 m s 风速 2 5 m s 、2 0 0 m 能见度 5 0 m ) 、特强( 风速 2 5 m s 、能见度5 0 m ) 沙尘暴天气6 3 次，平均每年1 3 次。从近5 0 年西北区强和特强沙尘暴 频数年代际变化的统计分析 4 及相关的分析结果来看，强沙尘暴发生频次呈上升趋势( 见表 1 + ) 。特别是进入9 0 年代中后期以来，西北区强沙尘暴发生更加频

5、繁。1 9 9 5 - 2 0 0 0 年出现强 沙尘暴1 6 次，平均每年2 6 次。 1 9 9 4 年前资料来源于参考文献 4 ，1 9 9 5 2 0 0 0 年资料来源予甘肃省资料档案室。 1 8 7 表12 0 世纪5 0 年代以来西北区强和特强沙尘暴颓数年代际变化 22 0 0 0 年春季北方大风、沙尘暴的源地、路径及天气形势 2 0 0 0 年春季，我国北方大风、沙尘暴发生的频次明显高于历年同期，共出现1 6 次，其中仅 4 月份就出现了8 次( 见表2 ) ，就华北地区而言这是2 0 世纪9 0 年代历年同期发生次数的3 倍 多引。经统计分析，2 0 0 0 年春季发生的大风

6、、沙尘暴的源地、路径及天气形势可归纳为三种 类型( 图1 ) 。 图12 0 0 0 年春季中国北方沙尘暴源地及路径示意图 古尔班通古特沙漠塔克拉玛于沙漠库姆塔格沙漠柴达木盆地沙漠巴丹吉林沙漠 腾格里沙漠乌兰布和沙漠库布齐沙漠毛乌索沙地浑善达克沙地 表22 0 0 0 年謇季中盈北方大风、沙尘暴个例谱 沙尘暴发生时间大风、扬沙区域沙尘爨区域强或特强沙尘暴区域 3 月1 7 1 9 日东疆、河西、华北大部、东北西南部内蒙古中西部、蒙古国中部、宁夏 3 月2 0 2 2 日东疆、陇中、山西局部、东北南部内蒙古中部、宁夏、陕西局部、河西 s 月2 6 2 7 日霪磊裁铲娜冻北耥潢窨荤嘉熹醐河酿钡濮北

7、山 4 月2 3 日 4 月5 6 日 4 月8 9 日 宁夏、华北大部、陇东内蒙古中西部 河西、华北中北部、黄淮的部分地区内蒙古、河北北部、辽宁西部 陇东、华j E 大部、东北南部、黄淮的内蒙古中部、河谫、宁夏、陕j E 、河j E 部分地区及山东局部 4 月1 2 1 3 日j 疆、东疆、华北西部内蒙古中西部、宁夏、南疆、陇东青海中北部、甘肃中西部 1 8 8 续表 ( 1 ) 北方路径类：这类大风、沙尘暴天气一般起源于蒙古国的乌兰巴托以南的广大地区， 途经蒙古大戈壁、腾格里沙漠、乌兰布和沙漠、库布齐沙漠、毛乌素沙地和浑善达克沙地，影响 蒙古国、我国西北区东部、华北大部和东北南部，有时还可

8、向南影响到黄淮地区。此类大风、沙 尘暴天气2 0 0 0 年春季共发生了7 次，分别在3 月2 6 2 7 日；4 月2 3 日，5 6 日，8 9 日，2 0 2 1 日；5 月2 3 日，1 5 1 6 日。这类天气发生时欧亚高空多移动性槽脊。过程开始前2 4 h 高 空偏西风急流多位于河套北部，此后快速东移到华北；经统计，地面大风区与此高空急流有较 好的对应关系。沙尘暴天气发生前期，西北区地面增温明显；贝加尔湖西部至新西伯利亚有强 冷高压，中心一般位于蒙古高原西北部，气压值在1 0 3 0 1 0 4 5 h P a 之间；贝加尔湖东部到河套 北部存在有低压中心。地面冷锋一般位于此低压中

9、心到河套西北部，冷锋前后均有较大的正、 负3 h 变压。 ( 2 ) 北西北路径类：这类大风、沙尘暴天气起源于蒙古高原中西部，东移南下过程中穿越 蒙古大戈壁、巴丹吉林沙漠、腾格里沙漠、乌兰布和沙漠和黄河河套的毛乌素沙漠等。影响范围 包括新疆北部与东部、甘肃、蒙古国与内蒙古中西部、宁夏、陕西北部及华北西部等。此路径的 沙尘暴2 0 0 0 年春季共发生了6 次，分别在3 月1 7 1 9 日，2 0 2 2 日；4 月2 3 2 5 日，2 7 2 8 日；5 月1 0 1 1 日，2 4 2 5 日。此类天气过程开始前，北欧上空有高压脊发展，并向东扩展到乌 拉尔山。同时中亚的里海、咸海一带也有

10、脊发展，然后两脊叠加并加强，使脊前冷槽南压至蒙古 高原到新疆北部，并在阿勒泰山到河酉走廊形成一支强的高空西风急流。它随着冷槽的东移发 展不断增强，所经之地易造成大风、沙尘暴天气。地面影响系统为新西伯利亚强冷高压，高压中 心位于巴尔喀什湖附近；同时贝加尔湖以东也有较强高压存在。两高压之间为一低值区，低压 中心多位于贝加尔湖南部。地面冷锋过程前位于蒙古高原西部至天山，冷锋前后均存在较大的 正、负3 h 变压。过程发展中，新西伯利亚高压与我国东北反气旋高压贯通，使贝加尔湖南部低 压区南压，当地面冷锋进入河西走廊时，沙尘暴天气出现。 ( 3 ) 西北路径类：这类大风、沙尘暴天气多起源予巴尔喀什湖附近。

11、引发沙尘天气的冷空 气团东移经过古尔班通古特沙漠，翻越天山后分支：一部分冷空气倒灌入南疆引发沙尘暴；另 一部分( 主力) 继续向东南移动。其影响范围包括蒙古高原的中西部、新疆大部、河西走廊、青海 北部及宁夏、陕西的部分地区。这类大风、沙尘暴天气在2 0 0 0 年出现了3 次，即4 月1 2 1 3 】8 9 日，1 8 - - 1 9 日；5 月5 6 日。此类大风、沙尘暴天气过程开始前2 4 h ，5 0 0 h P a 高空乌拉尔山中 部到咸海多为高压脊，脊区有大片正变高区，最大达+ 1 9 d a g p m ；冷槽一般位于蒙古高原西部 到巴尔喀什湖附近，冷槽附近为负变高压，正负变高的

12、连线成西北一东南走向。此后脊前偏北风 加强，使得巴尔喀什湖冷槽迅速南压到新疆后东移，造成大风、沙尘暴天气。此类沙尘暴天气的 地面影响系统中心偏南，主要以新西伯利亚至贝加尔湖的强冷高压为主，中心强度在1 0 4 5 h P a 以上。地面冷锋位于内蒙古至柴达木盆地，冷锋后有较大的正3 h 变压。 3 我国北方的地理环境 大风、沙尘天气的发生、发展离不开丰富的沙尘源。我国北方与蒙古国境内戈壁沙漠众多， 仅我国北方就有古尔班通古特沙漠、塔克拉玛干沙漠、库姆塔格沙漠、柴达木盆地沙漠、巴丹吉 林沙漠、腾格里沙漠、乌兰布和沙漠、库布齐沙漠、黄河河套的毛乌素沙地和浑善达克沙地 等 5 ，这些总面积达数百万平

13、方公里的沙漠戈壁为沙尘暴天气的发生提供了大量的沙尘源。 此外在全球气候变化的影响下，我国北方地区干旱和暖冬现象日益严重，加之不合理的人 为活动干扰( 过度农垦、放牧、滥伐以及水资源利用不当，工矿、交通建设中不注意环境保护 等) ，造成了大面积植被的破坏，加剧了水土流失、土壤沙化、土壤次生盐渍化和土壤物理性质 的恶化。我国已成为世界沙漠化最严重的国家之一，沙漠化面积达到2 6 2 2 万k m 2 ，占国土面 积的2 7 3 ( 而我国的森林覆盖率仅有1 3 9 2 ) 。涉及全国1 8 个省( 区) ，4 7 1 个县，1 1 亿人 口。2 0 世纪9 0 年代后沙漠化的国土面积以每年2 4

14、6 0 k m 2 的速度扩展着。据统计，1 9 4 9 - - - - 1 9 9 4 年，我国共有6 6 6 万h m 2 耕地沦为沙丘或沙地，平均每年丧失耕地1 7 万h m 2 。我国北方“三 化”( 即退化、沙化、碱化) 的草地面积达1 3 5 亿h m 2 ，约占草地总面积的1 3 ，并且仍以每年 4 3 3 3 万h m 2 的速度增加着。根据最新资料显示，我国北方大部分省( 区) 退化的草地面积均超 过这些省区草地总面积的6 0 ，其中宁夏、陕西、山西三省( 区) 退化的草地面积达到9 0 9 2 M 1 1 | 。 由上述这些触目惊心的数字可知，我国北方土地荒漠化越来越严重，

15、因此地表覆盖状况急 剧恶化。而强沙尘暴灾害的频繁发生又与土地荒漠化的加速蔓延和扩展密切相关。 42 0 0 0 年春季我国北方沙尘暴多发的气候原因 4 1 气候的年代际和年际变化 近4 0 年来的气象记录表明，我国北方春季大风日数的增减与沙尘暴日数的增减是一致 的。研究表明大风日数的增减是气候年代际和年际变化的反映。每年冬春季寒潮大风的出现 与冬季风的强度有关。东亚季风有明显的1 0 5 0 年尺度的变化。亚洲冬季风与厄尔尼诺事件 有密切关系，在厄尔尼诺年东亚冬季风强度弱，而在反厄尔尼诺年东亚冬季风势力强岛 。在2 0 世纪7 0 年代，反厄尔尼诺事件占优势，我国北方寒潮大风天气出现很频繁；在

16、8 0 9 0 年代，厄 尔尼诺事件占优势，寒潮大风天气出现相对少一些。2 0 0 0 年正处于2 0 世纪最强的一次厄尔尼 诺事件以后的反厄尔尼诺事件的高峰期，这一大范围的海洋一大气过程，其变化速度和强度超 过以往，造成我国北方1 9 9 9 年冬至2 0 0 0 年春强寒潮大风的频繁出现，为沙尘暴的频繁发生提 供了动力学条件。 4 2 冷空气频繁南下的环流背景分析 由于2 0 0 0 年4 月我国北方出现了8 次大风、沙尘暴天气，因此以4 月为例分析春季大风、 19 0 沙尘暴发生的天气环流背景。由3 月北半球5 0 0 h P a 月平均图( 图略) 可知2 0 0 0 年极涡呈偶极 型分布，中心分别位于美洲东北部和新地岛附近( 二者强度基本相躺) ，而常年同期的极涡主体 只位于美洲东北部。再由4 月5 0 0 h P a 平均高度和距平图( 图2 ) 知，在东半