呼和浩特市2022-03-13_14强沙尘暴过程特例分析及预报方法研究.pdf

第期气 象 水 文 海 洋 仪 器N o 年月M e t e o r o l o g i c a l,H y d r o l o g i c a l a n dM a r i n e I n s t r u m e n t sJ u n 收稿日期:基金项目:内蒙古科技厅项目()和环保公益性行业科研专项()资助作者简介:孙尚瑜(),女,硕士,工程师主要从事天气预报预测方法研究工作呼和浩特市 /强沙尘暴过程特例分析及预报方法研究孙尚瑜(呼和浩特市气象局,呼和浩特 )摘要:文章使用常规气象观测资料和E C M C F数值预报产品,对发生在呼和浩特市 /强沙尘暴过程进行天气系统演变、物理量特征等分析.结果表明:)h P a高空急流动量下传、h P a长波槽携带强冷空气东移,配合 和 h P a辐合切变,且温度场、高度场反位相叠加、地面蒙古气旋强烈发展,是此次大风、沙尘暴天气爆发的主要影响系统和环流形势;)呼和浩特市假相当位温线与地面近乎垂直,整层为中性温度层结,大气不稳定,有利于沙尘吹起,形成沙尘暴;)前期气候晴热干燥少雨,加之春季地表植被稀少,内蒙古西部多沙漠,为沙尘暴爆发创造了环境条件.关键词:强沙尘暴;天气系统演变;物理量特征中图分类号:P 文献标识码:A文章编号:X()S t u d yo ns p e c i a l c a s ea n a l y s i sa n dp r e d i c t i o nm e t h o do fs t r o n gd u s t s t o r mp r o c e s s f r o m M a r c h t o,i nH o h h o tS u nS h a n g y u(H o h h o tM e t e o r o l o g i c a lB u r e a u,H o h h o t )A b s t r a c t:U s i n g c o n v e n t i o n a l m e t e o r o l o g i c a l o b s e r v a t i o n d a t a a n d E CMC F n u m e r i c a lf o r e c a s tp r o d u c t s,t h i sp a p e ra n a l y z e s t h ew e a t h e r s y s t e me v o l u t i o na n dp h y s i c a l q u a n t i t yc h a r a c t e r i s t i c so f t h es t r o n gs a n d s t o r mp r o c e s s t h a to c c u r r e d i nH o h h o t f r o m M a r c h t o,T h e r e s u l t s s h o wt h a t:)t h em a i ni n f l u e n c es y s t e ma n dc i r c u l a t i o ns i t u a t i o nc a u s et h eo u t b r e a ko ft h i sw i n d y,s a n d s t o r mw e a t h e r i n c l u d i n g h P au p p e r l e v e l j e tm o m e n t u m m o v i n gd o w n w a r d,h P al o n g w a v et r o u g hc a r r y i n gs t r o n gc o l da i r f o re a s t w a r ds h i f t,m a t c h i n gt h e h P a,h P ac o n v e r g e n c es h e a r,i n v e r s ep h a s es u p e r p o s i t i o no f t e m p e r a t u r e f i e l da n dh e i g h t f i e l da n d i n t e n s ed e v e l o p m e n t o fM o n g o l i ac y c l o n eo ng r o u n d )T h ep s e u d oe q u i v a l e n tp o t e n t i a lt e m p e r a t u r el i n ei n H o h h o ti sk e p tn e a r l yv e r t i c a lt og r o u n d T h ew h o l e l a y e rb e l o n g s t on e u t r a l t e m p e r a t u r es t r a t i f i c a t i o na n dt h ea t m o s p h e r e i su n s t a b l e,c o n d u c i v e t ot h eb l o w i n go fs a n d sa n dd u s t sa n df o r m a t i o no fs a n d s t o r m)T h ec l i m a t e i nt h ee a r l yp e r i o di ss u n n y,h o t,d r ya n dr a i n l e s s B e s i d e s,t h es u r f a c ev e g e t a t i o ni ss p a r s ei ns p r i n ga n dt h ew e s t e r np a r to fI n n e r M o n g o l i ai sd o m i n a t e db yd e s e r t s,a l lo fw h i c hc o u l dc r e a t ee n v i r o n m e n t a lc o n d i t i o n s f o r t h eo u t b u r s to f s a n d s t o r mK e yw o r d s:s t r o n gs a n d s t o r m;w e a t h e rs y s t e me v o l u t i o n;p h y s i c a l q u a n t i t yc h a r a c t e r i s t i c s第期孙尚瑜:呼和浩特市 /强沙尘暴过程特例分析及预报方法研究引言强沙尘暴天气是春季发生在中国西北和内蒙古西部的一种危害极大的灾害性天气,具有突发性强、影响范围广、破坏力大的特点,强沙尘暴生命史很短,从发生发展到消失不足 h .内蒙古春季沙尘暴频次具有明显的阶段性特征,世纪 年代初中期沙尘暴有所减少,年代中期至 年代末增多,属高发期,年代初至 年代后期处在减弱阶段,年以来沙尘暴频次又呈增加趋势 .据统计,/沙尘暴过程为内蒙古自治区近 a以来最强的沙尘暴过程.分析此次沙尘暴过程的主要形成原因:)自 年冬季以来呼和浩特市降水持续偏少、土壤干燥、地表冻结程度低、容易起沙;)月上旬以来呼和浩特市气温回升迅速,造成土壤疏松,当有大风出现时,容易吹起沙尘;)地面升温使得当高层冷空气入侵时容易形成不稳定层结,易于沙尘上扬,导致更强沙尘天气;)前期明显升温与冷空气爆发叠加,使得冷锋强度、地面风速更强,导致更强沙尘暴 .并且此次沙尘暴过程是自内蒙古东北部向西南方向移动,同时,也通过对流层中高层的远距离传输影响下游地区.其环流特征及系统演变过程具有较强的代表性,为积累呼和浩特市本地监测预报服务经验奠定基础.天气实况 /呼和浩特市出现大范围大风、沙尘暴天气,其中,个旗县区中有个达到强沙尘暴,最小能见度出现在托克托县,为 m,风速最大站点为呼和浩特站,为 m/s(级);呼和浩特市平均风力达 级、阵风级,北部和西南部地区平均风力 级,阵风 级(表).表 /呼和浩特市大范围强沙尘暴天气实况站点呼和浩特站赛罕区新城区武川县土默特左旗托克托县和林格尔县清水河县沙尘现象沙尘暴沙尘暴沙尘暴沙尘暴沙尘暴强沙尘暴沙尘暴扬沙最大瞬时风速/(m/s)最小能见度/m h降温/降水量/mm 大气环流形势 T :高空形势分析 日:,h P a,欧亚大陆地区呈现西高东低环流态势,呼和浩特市处于乌拉尔山暖高脊前西北气流的控制中,在新疆北中部蒙古高原西部形成一支风速 m/s的西北向强风速带,最大风速为 m/s.并且新疆北部有一明显冷槽,不断向下游输送冷空气,扰动加强.日:,h P a与 h P a配合,乌拉尔山高压脊位置变化不大,位于东北地区的低槽有所加深,略有南压,从新疆到内蒙古中东部均为偏西风影响,弱暖脊东移,无明显冷暖平流,风力为 m/s.新疆北中部风力较大,为 m/s.日:,h P a贝加尔湖有一个闭合冷涡.呼和浩特市受高压脊影响,风力不大,无明显冷暖平流,气层干燥,上游有一个弱暖脊.T :高空形势分析 日:,h P a,从西西伯利亚冷涡底部分裂出的弱短波槽位于新疆以北至贝加尔湖以西地区,并在蒙古西部形成一个冷涡,大风速区伴随冷涡逐步东移,风力达 m/s(武川风力为 m/s),温度线影响呼和浩特市.日:,h P a,贝加尔湖与巴尔喀什湖之间的冷槽继续加深,与冷槽对应的高空槽略有加强,呼和浩特市及湖泊上游受乌拉尔山暖性高压脊影响,平均风力在 m/s,上游冷平流已经进入巴彦淖尔市,呼和浩特市仍受暖脊控制.日:,h P a,贝加尔湖低涡明显加强,槽线位于蒙古东部至呼和浩特市中部,呼和浩特市东部位于切变前受西南气流影响,温度露点差,云量增多.T :高空形势分析 日:,h P a,暖高脊继续加深发展,脊前偏北风加强,不断引导冷空气南下,高空槽加深,:位于呼和浩特市,并与 冷槽配合,槽后有一支 m/s的西北急流,此时,呼和浩特市地面产生大风、沙尘天气,个旗县区均出现沙尘暴.日:,h P a与 h P a较为一致,高空风力较大,呼和浩特市风力增强为 m/s,并且 h P a低槽滞后于 h P a和 h P a,斜压性较强,有利于低层低槽继续加强.受高空西北风急流带的引导,冷平流快速东移南气 象 水 文 海 洋 仪 器J u n 下,呼和浩特市及上游温度露点差 ,整层干燥.此次沙尘暴天气主要发生在 日:,与高空冷槽东移南压相对应,此后冷空气扩散南下,呼和浩特市沙尘暴天气趋于结束.日:,h P a,位于乌拉尔山的暖高脊北抬,东北冷涡东退,冷槽位于蒙古地区,并逐渐向呼和浩特市推进.此时,呼和浩特市位于冷涡底部受西北气流影响,风力达 m/s,温度露点差 的区域覆盖呼和浩特市及包头、巴彦淖尔市大部地区.T:高空形势分析 日:,h P a,亚欧大陆仍为西高东低的环流形势,西伯利亚冷平流继续东移南压,呼和浩特市位于冷槽底部,受 线控制,继续受较强的西北气流影响,冷平流前沿已推进至蒙古南部.此时,呼和浩特市的地面大风及沙尘天气逐渐加强.日:,h P a,高空槽位于贝加尔湖以东,冷平流已控制贝加尔湖南部并继续向下游地区推进,与 h P a配合,呼和浩特市受乌拉尔山暖高脊前的西北风控制,风力仍然较大.此时,呼和浩特市及上游大部地区温度露点差 ,非常干燥,加之风速达 m/s以上,沙尘暴天气爆发.日:,h P a,乌拉尔山暖脊前西北气流与东北冷涡后部西北气流在呼和浩特市汇合,上游的高脊向北发展,冷空气沿着高脊前西北气流快速向东南推进控制呼和浩特市.此时,西北风力达 m/s,温度露点差 区域已影响上游及呼和浩特市大部,冷槽位于包头以东,:,呼和浩特市处于高低压之间气压梯度最大的区域,此时大风、沙尘暴天气最强.:,高压控制呼和浩特市大部,大风、沙尘暴天气基本结束.地面环流形势 日:,地面冷高压控制蒙古地区,在贝加尔湖以北地区地面开始形成气旋.蒙古高压逐渐向东南方向移动.呼和浩特市位于冷高压的底部,以晴到多云天气为主.日:,位于蒙古的冷高压中心东移南压至东海一带,蒙古地区东部由地面低压系统代替,其中心气压为,h P a.而新疆北部地面冷高压也逐渐加强,中心气压 h P a,高压前部风力增大至 m/s.呼和浩特市位于高压前部,地面气旋底后部,天空状况与风力没有明显的变化.日:,蒙古低压继续发展并向东移动,地面冷锋位于蒙古南部至阿拉善盟东部且移动缓慢.新疆西北部的地面冷高压继续发展并向东推进至呼和浩特市下游,高压前部的气压梯度明显加大,呼和浩特市风力增大,全市出现大风沙尘天气,其中武川、呼和浩特、清水河为沙尘暴.日:,位于新疆西北部的庞大地面冷高压稳定少动,位于蒙古的地面气旋继续发展,地面气旋底部的气压梯度、变压梯度进一步增大,风沙天气随地面冷高压东移而向东发展.此时,呼和浩特市北部大风、沙尘暴天气明显增强.日:,地面冷高压继续向东推进,地面冷锋由横转竖,蒙古气旋南压明显,位于蒙古东部至锡林郭勒一带,呼和浩特市位于高低压之间的过渡带,气压梯度加大,变压梯度加大.风沙天气位于冷锋后部高压前部,范围进一步东扩,呼和浩特市、蒙古中部及上游河套地区完全被大风、沙尘暴天气控制.由于冷空气的进入,气温开始下降.日:,随着天气系统的东移,地面冷高压逐渐控制呼和浩特市,大风沙尘天气基本结束.高空急流 日:,h P a新疆北部蒙古西部呼和浩特市盛行西北风,风力在 m/s;日:为整层西北风,且略减小至 m/s;日:,包头、鄂尔多斯、巴彦淖尔市偏西风逐渐转为西北风,风力在 m/s,呼和浩特市附近风力在 m/s.由此可以表明:在沙尘暴爆发前期、初期及后期,在 h P a有一致的西北风高空急流存在,对动量下传具有很大的影响.层结条件对呼和浩特站()的温度对数压力数据进行分析可得,h P a干冷空气逐渐下传,h P a至近地面非常干燥,整层为一致的偏西气流且风力逐层加大.卫星云图 日:日:为沙尘暴爆发初期至最为强烈的时段.日:,呼和浩特市受高空浅槽前云系影响,大部地区以中低云系为主,:云系东移南压;:呼和浩特市受蒙古气旋生成的逗点云系尾部影响,此时呼和浩特市冷锋过境,气压梯度、变压梯度均处于大值区,第期孙尚瑜:呼和浩特市 /强沙尘暴过程特例分析及预报方法研究低层强烈辐合,高层辐散上升运动加强,高低空配置强烈的抽吸作用对沙尘暴有明显的正贡献 .:蒙古涡旋系统在东移的过程中,影响范围缩小,涡旋的后部下沉气流加强,配合高空的冷平流开始影响呼和浩特市.单站气象要素资料分析 地面气象要素特征分析 日:地面气象要素变化可知,:后,气温明显回升,:后骤降;呼和浩特站气压变化不大;相对湿度小于 ,并且在:以后进一步降低至 ,而后变化不大;:后定时风速明显加大至 m/s,而后急剧减小.由此可以表明:从沙尘暴爆发到结束,地面气象要素变化具有气温略回升、气压变化不大、平均风速逐渐增加,及湿度迅速下降的特征 .高空单站测风特征呼和浩特站()测风分析:日:日:,呼和浩特市境内以偏西风为主,高层风力远远大于低层,中高层平均风力均在 m/s左右,尤其是 日:日:,和 h P a存在风力 m/s左右的低空急流,h P a存在风力 m/s的高空急流.从呼和浩特市垂直温度场分析,日:日:,h P a以下受暖空气影响,有一个的闭合暖中心.结束语文章通过分析呼和浩特市 /的强沙尘暴过程得出结论:)环流条件:环流特征为“一槽一脊”型,环流径向度较大,新疆脊发展强盛,可分析出闭合高压中心.东亚大槽经过调整后趋于稳定,槽后脊前为强的 西 北 气 流,在 西 北 气 流 中 出 现 风 速 m/s的强风速轴,动量下传作用使呼和浩特市高低空均出现偏西大风.)热力系统及沙源条件:前期气候晴热,干燥少雨,春季地表植被稀少,为沙尘暴爆发创造了环境条件.河套地区及周边多沙漠,为沙尘暴的爆发提供了较好的沙源条件.)动力系统:不同地区大风开始时间、大风落区位置与地面冷锋系统配合一致,h P a高空急流、强 冷 空 气 随 高 空 槽 东 移 南 下,加 之 和 h P a低空急流,且蒙古气旋加强发展和冷锋面东移、午后热力升温、层结不稳定性增强是呼和浩特市全境沙尘暴、局地强沙尘暴的主要成因.)预报预警指标分析:此次冷锋加蒙古气旋型强沙尘暴天气爆发的经验指标为 h P a存在支高空急流,平均风力达到 m/s;h P a高空槽明显加深,并配合 冷中心,呼和浩特市上游 个纬距内有根等温线,且等温线与等高线交角超过 ,高空冷平流明显;和 h P a温度场与高度场呈现反位相叠加,且存在支风力在 m/s以上的低空急流;地面图上蒙古气旋强烈发展,中心气压降低至 h P a左右,且呼和浩特市位于蒙古气旋底部根等高线影响区内,越靠近蒙古气旋中心风速越大;或大风区产生于高低压之间气压梯度、变压梯度的过渡带,大气斜压性强,强烈锋生引起地面大风.呼和浩特市每年月具有较好的沙尘暴爆发环境条件和物质条件,预报将出现大风天气时,应同时考虑沙尘天气.参考文献:白肇桦,徐国昌中国西北天气M北京:气象出版社,董安祥,白虎志,陆登荣,等河西走廊强和特强沙尘暴变化趋势的初步研究J高原气象,():方宗义,朱福康,江吉喜,等中国沙尘暴研究M北京:气象出版社,钱莉,李岩瑛,杨永龙,等河西走廊东部强沙尘暴分布特征及飑线天气引发强沙尘暴特例分析J干旱区地理,():孙永刚,孟雪峰,荀学义,等温度平流在沙尘暴和大风天气预报中的差异分析J气象,():王可丽,江灏,吴虹 年春季中国北方沙尘暴的环流动力结构分析J高原气象,():王式功,杨德保,金炯,等我国西北地区黑风暴的成因和对策J中国沙漠,():徐国昌强沙尘暴天气过程中的若干问题思考J干旱气象,():张亚妮,张碧辉,宗志平,等影响北京的一例沙尘天气过 程 的 起 沙 沉 降 及 输 送 路 径 分 析 J气 象,():赵庆云,张武,吕萍,等河西走廊“”特强沙尘暴特征分析J高原气象,():孙尚瑜巴彦淖尔市春季一次大范围连续沙尘暴天气特征分析J气象水文海洋仪器,():