陕西2004年春季最强一次沙尘天气过程分析_王旭仙

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1、 4860陕西 2004 年春季最强一次沙尘天气过程分析 陕西 2004 年春季最强一次沙尘天气过程分析 王旭仙1，吕俊杰1，侯明全2，安中浩1，孙健康1 （1.渭南市气象局，渭南，714000；2.陕西省气象台，西安，710015） 摘 要摘 要 按照沙尘天气的新标准，根据陕西省 95 个气象测站资料，统计了 2004 年春季陕西出现的 5 次沙尘天气过程，并对3 月 910 日最强一次沙尘天气过程进行了分析。结果表明：这次沙尘天气过程的冷空气源地是西西伯利亚；影响系统是蒙古气旋和地面冷锋，其后部的西北气流是推动沙尘暴前行的动力因子。通过物理量分析得知：沙尘天气主要出现在冷温度平流的强锋区、

2、正涡度平流的下风方和se 高能舌后部的能量锋区。强的下沉运动使高空动量下传，中、低层风力加大，是起沙的动力条件。最后又对沙尘天气造成的危害和防御进行了分析。 关键词：关键词：陕西春季，最强沙尘，分析 春季是我国北方地区冷空气活动的频繁季节，主要受蒙古气旋、东北气旋和黄河气旋的影响，这为沙尘暴的发生创造了有利的动力条件，同时由于春季太阳辐射加强，近地面气温上升速度快，冷空气入侵时容易形成不稳定天气；特别是由冬季到春季，陕西大部分地区气候干燥、少雨，特别是陕北一带，地表植被覆盖少，使下垫面裸露多的沙土逐渐变得松散，当遇有较强的天气系统，就很容易产生沙尘天气。现对陕西 2004 年春季最强一次沙尘天

3、气过程进行分析。 1 沙尘天气新标准1 沙尘天气新标准 从 2004 年 9 月 16 日开始，我国新的沙尘天气标准开始实施，该标准对浮尘、扬沙、沙尘暴、强沙尘暴进行了重新界定。新的标准将沙尘天气分为浮尘、扬沙、沙尘暴和强沙尘暴四类。其中，判定浮尘的标准是，尘土、细沙均匀地浮游在空中，使水平能见度小于 10 公里的天气现象；扬沙的标准是风将地面尘沙吹起，使空气相当混浊，水平能见度在 1 公里至 10 公里以内的天气现象；而界定浮尘天气过程和扬沙天气过程则是在同一次天气过程中， 我国天气预报区域内 5 个或 5 个以上国家基本(准)站在同一观测时次出现浮尘天气和扬沙天气；判定沙尘暴的标准是强风将

4、地面大量尘沙吹起，使空气很混浊，水平能见度小于 1 公里的天气现象；强沙尘暴则是大风将地面尘沙吹起，使空气非常混浊，水平能见度小于 500 米的天气现象。界定沙尘暴、强沙尘暴天气过程是在同一次天气过程中，我国天气预报区域内3 个或 3 个以上国家基本(准)站在同一观测时次出现了沙尘暴天气和强沙尘暴天气。 2 2 沙尘天气概况沙尘天气概况 按照沙尘天气的新标准，统计分析了陕西省 95 个测站资料（除黄陵、三原、华山） ，从表 1 可看出：2004 年春季陕西共出现了 5 次沙尘天气过程。3 月 35 日，3 月 910 日、3 月 1617 日和 3 月 314 月 1 日；4 次过程是全省性的

5、，3 月 2729 日是区域性的，仅仅影响陕西北部。其中 3 月 910 日的沙尘天气过程是 2004 年影响范围最大、强度最强的一次过程，全省沙尘天气达到 109 站次，其中沙尘作者简介：王旭仙， （1957）女， 陕西大荔人，高级工程师，主要从事天气预报及其研究工作。 分会场编号 S5 4861暴 3 站次，扬沙 38 站次，浮尘 68 站次；从区域分布来看，陕北以扬沙天气为主，伴有局地的沙尘暴或浮尘，关中、陕南以浮尘天气为主，伴有局地的扬沙1。 表表 1 2004 年春季沙尘天气过程统计年春季沙尘天气过程统计 起 止 时 间 过 程 类 型 沙尘天气影响范围 月日 陕北 扬沙 关中、陕南

6、 浮尘 陕北 扬沙 15 站 沙尘暴 1 站 关中 浮尘 29 站 扬沙 9 站 陕南 浮尘 25 站 扬沙站 月日月日 陕北 扬沙陕北 扬沙 关中、陕南 浮尘关中、陕南 浮尘 陕北 陕北 浮尘站浮尘站 扬沙扬沙 33 站 沙尘暴站站 沙尘暴站 关中 关中 浮尘浮尘 35 站 扬沙站站 扬沙站 陕南 陕南 浮尘浮尘 30 站 扬沙站站 扬沙站 月日 陕北、关中 扬沙 陕南 浮尘 陕北 浮尘站 扬沙 12 站 关中 浮尘站 扬沙 14 站 陕南 浮尘站 月日 陕北 扬沙 陕北 浮尘站 扬沙 12 站 沙尘暴站 月月日 陕北 扬沙 关中、陕南 浮尘 陕北 扬沙站 关中 浮尘 13 站 扬沙站 陕南

7、 浮尘站 3 环流形势分析及冷空气移动路径 3.1 500hPa 环流形势演变特征 3 环流形势分析及冷空气移动路径 3.1 500hPa 环流形势演变特征 沙尘天气是在特定地理环境和下垫面条件下，由特定的大尺度环流背景和某种天气系统所诱发的一种灾害性天气。在 500hPa 高空天气图上，3 月 7 日 08 时的欧亚环流形势为两槽一脊型，西部的冷低压位于乌山西北部，东部的低槽位于 135E140E，从中西伯利亚到新疆西部为一宽广的高压脊，脊前有冷空气下滑，促使西部冷低压向东南方向移动加深，新疆到河套为一致的西北气流。8 日 20 时，东部的槽减弱东移， 西部冷低压移到西西伯利亚的西南部巴湖的

8、北部， 且槽后有40的冷中心配合，巴湖东北部到贝湖西部气压梯度很大，锋区非常明显，两者之间的高压脊减弱东移到东北地区。9 日 20时（如图 1） ，50N 以北、70E120E 整个为低槽区，冷温度中心已东南移到贝湖北部，中心值为43，相应冷温度槽底部南压到 40N 以南的陕北境内，使脊前下滑的不稳定小槽加深发展，槽后强 图 1 2004-03-09-20 500 hPa 环流形势图 细实线为等高线，虚线为等温线，粗实线为槽线图 2 2004-03-09-20 地面环流形势图 实线为等压线，锯齿线为冷锋 阴影区大部为沙尘暴，斜线区大部为扬沙局部为沙尘暴4862的西北气流和从蒙古到河套冷平流引导

9、低层强冷空气向南爆发， 造成 910 日陕西自北向南大范围的沙尘天气过程。 3.2 地面影响系统分析3.2 地面影响系统分析 从 3 月 8 日 20 时的地面天气图上可看出，贝湖南部到蒙古的中部有一气旋，中心数值为 986hPa，新疆西北部有冷锋生成，两个系统均有天气区配合；9 日 08 时气旋已移到贝湖的东南部内蒙古的中部，中心数值为 985hPa，气旋底部已压到河套的南部一带，新疆的冷锋位于天山北侧，但势力较弱，另一条锋面位于贝湖东南部经蒙古中部到甘肃西部；14 时气旋发展，100E120E、35N60N大陆上全被气旋所控制，气旋中心东移到蒙古到内蒙东部，气旋中气压梯度较大，中心数值为

10、986hPa，随着气旋的移动，锋面迅速东南压过河套西北部甘肃中部，锋面附近出现了成片的沙尘暴区；20 时（如图 2） ， 在获得高空小槽的动力减压下， 气旋加强东移到内蒙东部及东北地区， 中心数值为 983 hPa，锋面分裂为南北两段，南部的移到山西南部经陕西中部甘肃南部，沙尘暴区也随之南压到陕西中北部甘肃东南部，造成了陕西春季最严重的一次沙尘天气过程。 从以上分析可知：造成这次沙尘天气过程的影响系统是：蒙古气旋和地面冷锋。后部的西北气流穿越宽广的沙漠地区，在斜压性的作用下，锋面在南压中加强，产生大风天气，这是推动沙尘暴前行的动力因子2。 3.3 冷空气移动路径 3.3 冷空气移动路径 沙尘暴

11、移动路径是指经常爆发强沙尘暴或强沙尘暴中心经常过境的地区。根据天气图分析，西伯利亚地区常是冬春季冷空气活动中心，是入侵我国冷空气的源地，这些冷空气随源地的不同而取不同的路径入侵西北地区3（如图 3） 。这次冷空气的主力来自西西伯利亚附近，经蒙古西部吹向腾格里沙漠和毛乌素沙漠，造成内蒙、宁夏、甘肃及陕西大范围的沙尘天气，沙尘天气所经过的地区与冷锋移动路径一致，所以冷空气的移动路径属于西北路（如图 4） 。 4 物理量场分析 4.1 温度平流 4 物理量场分析 4.1 温度平流 图 3 造成西北地区沙尘暴的冷空气移动路径图 图 4 2004-03-09-0210-02 锋面移动路径示意图48639

12、 日 08 时 500hPa 以下贝加尔湖到新疆北部均为冷温度平流活动，冷平流区呈带状分布，三层在蒙古西部都有-5010-4s-1以上强冷平流中心，700 hPa 达-5510-4s-1以上，低层强中心偏东。20 时 500hPa 强中心略有东移，700 hPa（如图 5）冷平流中心分裂成两个中心，一个位于新疆东北部，一个沿偏北气流移到河套的西北部，强度达-4010-4s-1以上，沙尘天气区就发生在冷平流前沿的强锋区中。强冷平流使中、低层的低槽、切变和冷锋东移发展4 4，加大了高空动量的下传，造成中低层风力加大。在平均海拔 1300m 的蒙古高原，700 hPa 较强的偏北气流有利于将卷起的沙

13、尘水平输送到下游地区。这次沙尘天气主要出现在蒙古气旋后部、冷高压前气压梯度较大的锋面附近，而且范围涉及到陕西的大部分县市。 4.2 涡度平流 4.2 涡度平流 8 日 20 时 500 hPa 涡度平流分布图上，新疆北部国境线上有 4010-10s-2的正涡度平流中心东移，9日 08 时移到新疆北部的北塔山附近，对应 850 hPa 有一切变，内蒙古西部到巴塘有-1010-10s-2负涡度平流。9 日 20 时低层涡度平流不明显，500hPa 正涡度平流区有所东南移，从新疆北部经河西走廊到陕北西部为西北东南向的正涡度平流区， 对应 500 hPa 新疆高脊前的西北气流， 有利的正涡度平流在中、

14、高层西北气流的作用下，为沙尘天气的形成提供了动力条件，沙尘天气出现在正涡度平流的下风方。 4.3 假相当位温 4.3 假相当位温 3 月 9 日 08 时 850 hPa 到 500 hPase 的分布图上，贝加尔湖到新疆天山一线有一能量锋区，河套为高能区控制， 中低空形成了明显的 “” 型的高能场分布， 9 日 20 时此能量锋区南压， 低层 850 hPa（如图 6）se 场呈东北西南向“”分布，蒙古中部河套等se 梯度大，相似于夏季出现强对流天气前的se 能量分布形状。在沙尘天气发生前由于中、低层大气升温明显，层结很不稳定，有强的潜在不稳定能量的积累，由于强冷空气的侵入、低层湍流运动发展

15、和高空动量下传，从而形成地面沙图 5 2004-03-09-20 700hPa 温度平流和风场分布图 单位：10-4s-1 图 6 2004-03-09-20 850hPase 分布图 单位： 4864尘天气。沙尘天气就出现在se 高能舌后部的锋区中。 4.4 垂直速度 4.4 垂直速度 3 月 9 日 08 时 3 垂直速度图上 300 hPa 以下，贝加尔湖经蒙古、河西走廊到新疆为强的上升运动区，500 hPa 最大上升速度达5010-3hPas-1以上，蒙古西部有 2010-3hPas-1的下沉运动区。9日 20 时下沉区加强范围扩大到整个河套地区，强中心东南移，中心值达 6010-3hPas-1以上，而在其东部为上升气流，强下沉气流有利于高空急流动量下传，使对流层中低层风力加大5，为起沙提供了动力条件。沙尘天气主要出现在锋后因下沉气流导致的近地面辐散大风区内。 5 沙尘天气的危害及防御 5 沙尘天气的危害及防御 沙尘天气是我国西北地区和华北北部地区出现的强灾害性天气。 不但污染自然环境、 破坏作物生长，造成交通供电受阻或中断、火灾、人蓄伤亡等，而且给国民经济建设和人民生命财产安全造成严重的损失和极大的危害。 5.1 生态环境恶化。5.1 生态环境恶化。沙尘会使地表层土壤风蚀、沙漠化加剧，使