玉门地区沙尘暴气候特征

玉门地区沙尘暴气候特征李诚玉门市气象局摘要：利用1954—2010年的常规观测资料，对玉门地区的沙尘暴气候特征、产生沙尘暴天气的大气环流特征和天气系统进行了分析研究；研究了玉门地形和地理情况对沙尘暴天气的作用。结果表明：玉门的沙尘暴主要要集中在3到5月，其中3月最多。沙尘暴天气的主要影响系统一是锋面系统；二是雷暴与对流；三是上层切断低压。关键词：沙尘暴气候特征影响系统引言沙尘暴是沙暴和尘暴两者兼有的总称，是指强风把地面大量沙尘卷入空中，使空气特别混浊，水平能见度小于1km的天气现象［1］。沙尘暴的产生最主要的因素之一是强风，由于玉门市地处河西走方廊地带，南为祁连山，北为马鬃山，形成自然的峡管状，又是西北气流和冷空气的通道，在狭管效应的作用下使得风速加大［2］。河西地区频邻沙漠，戈壁，气候干燥，地表植被稀少，春季3到5月份冷空气活动频繁，一遇大风天气，便容易形成沙尘天气，给当地的工农业生产造成一定的影响。本文通过对玉门地区沙尘暴天气的气候特征进行分析，意在探寻影响玉门地区沙尘暴的大气环流及影响系统，找出此类天气的预报着眼点，以便在过程来临前准确地做出预报，为防灾减灾提供可靠依据。1、玉门地区沙尘暴气候特征1.1、玉门市沙尘暴危害玉门市戈壁沙漠广布，绿洲多被其包围，植被覆盖度小，故7级以上的风便可形成沙尘暴，沙尘暴表现为尘土四起，飞沙走石，能见度极坏，行走不便，牧区很容易丢失或走散牲畜。1.2、造成玉门地区沙尘暴主要路径据分析,影响我市的沙尘暴主要有三条路径：西北路径：冷空气来源于冰洋气团，强冷空气自西西伯利亚经新疆东南下入侵我国，造成大风沙尘暴。其中，一直东南移的该路冷空气的主力，将可能造成当日午后鼎新—民勤—中卫一线的沙尘暴；其偏东移动的分支将可能造成拐子湖—乌海—伊克乌素一线的沙尘暴；而其从马鬃山东侧经玉门镇折向西行的分支，将可能造成敦煌—若羌一线的偏东风沙尘暴。西北路径类沙尘暴范围广、强度大。发生次数最多。如1993年5月5日黑风属此类型。这类大风、沙尘暴天气多起源于巴尔喀什湖附近。引发沙尘天气的冷空气团东移经过古尔班通古特沙漠，一部分冷空气倒灌入南疆引发沙尘暴；另一部分继续向东南移动。影响范围有新疆北部与东部、甘肃、内蒙古、宁夏、陕西北部及华北西部等。西方路径：这类大风、沙尘暴天气多起源于中亚地区，翻越帕米尔高原后，进入南疆盆地，西路冷空气主要造成南疆盆地南缘地区的沙尘暴。在其东移过程中一支可能引起河西走廊大风沙尘暴，另一支可能造成青海省的大风沙尘暴天气。北方路径：冷空气来自极地气团或变性气团经贝加尔湖蒙古国南下直冲我国西北东部、华北等地，主要造成内蒙古等地的沙尘暴。如2000年4月6日北京的浮尘天气。1.3、气象要素的变化特征沙尘暴主要发生在冷锋天气过程中，随地面冷锋自西向东迅速推移，冷锋过境前后气象要素变化剧烈。冷锋前部温度高、气压低、空气干燥，天气晴朗。冷锋一到，气象要素发生跳跃式变化。沙尘暴过境时，伴随有明显的升压、降温和风速突然加大的过程。2地形对沙尘暴的影响2.1、地形的狭管效应玉门市地处河西走廊地带，南为祁连山，北为马鬃山,形成自然的狭管效应。当冷空气由新疆入侵并经过塔克拉玛干沙漠地带，冷锋后的大风挟带大量沙尘进入河西走廊，由于玉门地处地形的“狭管效应”风速不断加强，常常造成强沙尘暴天气。2.2、越山下滑效应据资料统计，玉门市的偏西大风常比周围大1到2级。这一方面与地形的狭管效应分不开；另一方面是冷空气越山沿坡下滑时，伴随着位能向动能转换，也造成风速加大。如玉门1983年5月18日发生的沙尘暴天气和1977年4月22日在张掖发生的沙尘暴天气都与狭管效应和冷空气越山下滑有关。冷空气翻越天山，在南疆盆地形成大风和扬沙天气进入河西后，因狭管地形产生水平辐合加速度，加大气压梯度和温度梯度，促使冷锋加强，导致黑风暴或强沙暴天气的产生。3、沙尘暴与气象要素的关系，沙尘暴天气的一般形势3.1、干旱、少雨是沙尘暴多发区的基本气候特征。河西地区深处欧亚大陆腹地，远离海洋，周围又有高山、高原阻挡，特别是青藏高原的隆起，成为夏季风难以逾越的屏障，来自海洋上的暖湿气流难以到达。致使河西地区，夏季水汽十分贫乏，降水稀少；在冬季，北方地形较开阔，来自蒙古-西伯利亚高压区的强大干冷气流长驱直入，造成异常干燥寒冷的气候。4、形成沙尘暴的天气形势环流形势与长波调整中亚至东亚范围，巴尔喀什湖以西至里海上空为位势高度正距平，巴尔喀什湖以东西伯利亚和蒙古高原为强大的负距平，朝鲜半岛以东有一个正距干中心，而无沙尘暴年则相反。4.1、冷锋活动沙尘暴是多种因素共同作用的产物。尤其是特强沙尘暴的发生发展，在具备宏观的气候和下垫面条件的前提下，还需有利的环流形势和天气系统相配合。冷锋后偏北大风在春季出现最多，是中纬度地区出现强沙尘暴的主要天气系统。冷锋后出现大风的原因，主要是锋后有强冷空气活动，冷空气下沉，动量下传使其后地面风速加大。沙尘暴天气出现前期，青藏高原东部低空常出现大幅度增温，促使高原东北部低涡(如柴达木低涡)发展，若蒙古高原东南部同时也有高压发展，则可导致高原北部河西走廊地区低空东风急流的形成。这是巴丹吉林和腾格里沙漠、甘肃河西走廊乃至河套西部地区发生大范围强沙尘暴的重要条件。4.2、锋面气旋与热低压发展塔里木盆地热低压或柴达木热低压及河西中尺度低压生成发展、东移主要影响到我国西北地区。影响华北、内蒙古的沙尘暴，主要为来自北和西北路，也有西路和本地形成的。北和西北路与东亚气旋相联系，西蹄与气旋锋面相联系；本地形成的与华北低槽和入海高压相联系，东北冷涡也可造成华北地区的扬沙或沙尘暴天气。冷锋前强烈发展的低压是造成沙尘暴的重要地面天气系统。西西伯利亚气旋形成后，与冷锋同时东移至蒙古国西部，锋前动力和平流减压，出现大片负变压区，低压加深，锋区气压梯度加强。冷锋穿越巴丹吉林大沙漠东南移，锋后蒙古国西部形成强沙尘暴区，同时内蒙古和甘肃也开始出现大风扬沙天气。蒙古国沙尘暴中心形成于冷锋加强的过程中；西北区强沙尘暴大多数是由于蒙古气一旋冷锋锋生引发的。春分(3月21日)过后，太阳逐渐向北移动，北方升温明显，这种气温升到最高后而出现的大风天气，反映了“热极生风”的天气现象。此时，南疆盆地、河西走廊西部出现热低压。在有利的高空环流形势下，西北地区沙尘暴期间主要有三个地面低值天气系统影响，一是南疆热低压；二是河西中尺度低压；三是与冷锋相伴随的蒙古和东亚气旋。三、近50年玉门沙尘暴变化规律玉门市位于河西走廊的西部，北纬39°40′—40°55′，东经97°00′—98°20′。地形大体为三部，南为祁连山山地，北为马鬃山山地，由于强风和洪积作用，部分山地已经准平原化，中间为走廊地带。玉门地区是西北气流和冷空气的通道，在狭管效应的作用下，使得风速加大，年平均风速达每秒3.8米。到了春季大气环流发生了转变，来自北半球，高纬度大陆的北方干冷空气势力有所减弱，而北半球低纬度海洋上的暖湿空气逐渐活跃起来，不断地流向中纬度地带，使这些地方气温升高，当北方干冷空气再次南下时，它总是喜欢冲向气压比较低的暖空气区，冷暖空气相遇后，冷空气进，暖空气退，空气运动加快，就容易形成大风，春季地面干燥，浮土层厚，所以一刮大风，就风沙迷漫，易出现沙尘暴天气。据1954—2010年资料显示，玉门春天沙尘暴天气占全年沙尘暴日数的50%,冬季次之，夏秋最少。图-1玉门平均各月沙尘暴日数春季经常有势力强大的冷空气入侵，而且春季植被少，沙漠和裸露的地表温度上升的很快，只要连续晴好两三天，地温即可升得很高，如果这时遇上强大的冷空气在中午前后过境，一般都可形成沙尘暴。出现沙暴前的天气形势：在乌拉尔山地区有高压脊发展，脊前在巴尔咯什湖到新疆有明显低压槽在加深，西北区上空为浅脊控制。当巴尔喀什湖冷槽东移时，槽后的西北气流及正24小时变高加强，槽前的负24小时变高进入高原，相应地面图上，冷高压及其前部冷锋规律东移，冷锋过境，大风沙暴开始。通过统计分析玉门地区沙尘暴的年际变化表现为：80年代以前基本维持在年均10天左右，90年代后明显减少，一般在5天左右，这与全国沙尘暴年变化基本一致。玉门平均各月沙尘暴日数0.00.20.40.60.81.01.21.41.61.82.0123456789101112月份天数图-2玉门1954-2010年沙尘暴日数四、沙尘暴的综合预报方法沙尘暴的预报仍然以天气学方法为主，但数值预报的作用在逐渐加强。（一）、天气形势分析首先要考虑季节及气候特点：沙尘暴一般出现在冬末到夏初一段降水相对较少、大风次数较多的季节。二要有适当的天气形势相配合：沙尘暴出现前三天，高空大气环流形势出现明显的调整，上游有槽出现，温度槽脊落后于高度槽，有成片的大于20m／s的急流区，低槽上游脊迅速发展。地面天气图上冷锋后正变压明显。沙尘暴出现前5～6小时锋后有大于3hPa的3小时正变压。三要把握好天气系统影响的时间：沙尘暴的出现有明显的日变化，影响系统中午前后到达，则会发展加强，如果是傍晚前后到达则会减弱。四要考虑下垫面对沙尘暴的作用：沙尘暴一般发生于沙漠及荒漠边缘地表干燥疏松而无植被覆盖的地方。500hPa高空天气图上，影响系统可归纳为横槽转向类、脊前下滑槽类、西风小槽东移类和东北冷涡类等四种类型。（二）、天气学方法预报思路在预报西北沙尘暴时，着重考虑以下几点：(1)从天气图上看，分析在乌拉尔山是否有暖脊形成，脊前有一支强西北气1954-2010玉门年沙尘暴日数051015202530351954195619591962196519681971197419771980198319861989199219951998200120042007年份天数流配合。分析强冷空气是否会在西伯利亚堆积加强，能否形成深厚的冷槽，温度场是否明显落后于高度场，力管效应是否明显。(2)欧洲中心72小时预报图上，在新疆至甘肃河西一带是否有深厚的冷槽存在，槽后西北气流是否明显。(3)要认真分析前期气候背景，是否长期干旱少雨。而且要掌握沙尘暴一般出现在冷暖空气交绥最为频繁的春季，其它季节很少见。(4)前期是否持续数日高温天气，因为这样的天气易于地面形成热低压、产生辐合上升运动，地面土质也更干燥疏松。(5)确定冷锋过境的时间，是否在午后至傍晚入境。(6)要考虑特殊地形的作用和沙尘暴多发易发区。(7)充分利用卫星云图资料，确定冷锋云带的强度和高空风速的大小，同时注意锋前是否有强对流运动、有对流云团产生、发展。(8)进入4～5月份，要分析有关沙尘暴易于出现的所有地区的资料，加强监测，注意冷空气的动向，增强责任感，提高防范意识。（三）、数值预报天气学方法预报沙尘暴，其优点是易于操作，但主观性强。现在数值预报技术日臻完善，国家气象中心、欧洲中期数值预报中心和美国等的数值预报产品可提供大尺度环流背景。利用数值预报产品给出的大尺度环流形势，再结合当地各种预报指标和统计学方法也可制作沙尘预报。各种中尺度模式发展得也很快，对各种物理过程考虑得也比较周全，对一些中小尺度天气过程完全可以做到定量化的客观预报。利用中尺度数值模式，在方程组中加入沙尘含量项，也是目前正在发展中的一种预报方法。怎样把传统的天气学方法同现代数值预报技术完美地结合起来，探索一种新的沙尘暴天气预报方法，乃是今后需要深入研究的一个关键课题。沙尘暴的产生主要是受三大因子支配：强风因子、热力动力不稳定因子和沙尘源因子。因此，在对沙尘暴进行预报时，也必须综合考虑这三个因子及其相互作用问题。（四）、集成预报通过对产生强沙尘暴天气三大因子的实时诊断，从强冷空气、热力不稳定和近地层环境分析入手，在天气系统自动识别技术的支持下，应用多种方案确定强沙尘暴落区，建立自动、客观化的沙尘暴天气监测和预报系统。参考文献［1］杨德保，尚可政，王式功.沙尘暴［m］.北京：气象出版社,2003.1-2［2］李栋梁，刘德祥.甘肃气候［m］.北京：气象出版社，2009.177-178