呼市地区一次沙尘暴天气分析

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呼市地区一次沙尘暴天气过程分析
吴秋风
（民航呼和浩特交通管理中心航务部气象台，内蒙古呼和浩特010070）
摘要：2002 年3 月19 --20 日呼市白塔机场遭遇到一次由蒙古气旋强烈发展而形成的
沙尘暴天气过程，本文应用基本的观测资料、常规图表及HLAFS 资料，从天气学成因、
动力机制、大尺度环流、垂直结构等方面进行分析和诊断，结果表明：地形因素，斜压
强迫及高空急流引发的高层等熵位涡下传，使蒙古气旋强烈发展，为沙尘暴提供了动力
条件；其垂直结构决定的动量下传是沙尘暴形成的重要因素，在此基础上探讨蒙古气旋
沙尘暴的预报着眼点。
关键词：沙尘暴蒙古气旋环流背景动力机制天气学特征
1 引言
2003 年3 月19-20 日呼市地区出现了一次较为严重的沙尘暴天气，白塔
机场地面能见度在5 分钟内从2 公里迅速降到了800 米以下，当时黄尘弥漫，
短时最低能见度达600 米，RVR（跑道视程）也已接近550 米的飞行天气标
准，垂直能见度90 米；瞬间最大风速18 米/秒。黄黄的沙尘遮天蔽日，持
续时间达4 个小时，由于沙尘暴出现时间正值航班起飞的密集时间，致使2
架航班被迫延误。沙尘暴虽为小概率事件，但对飞行安全和人民生活的影响
都十分严重。
蒙古气旋是造成沙尘暴天气的主要天气系统，80%的沙尘暴天气是由蒙古
气旋发展造成的，这次过程就是典型的蒙古气旋强烈发展造成的沙尘暴天
气。本文从天气形势特征及动力机制入手，力求找到这种天气系统下沙尘暴
2
天气的预报着眼点和预报指标，为今后的相关预报提供参考,进而提高复杂
天气下飞行的气象保障能力。
2 天气实况
2.1 影响范围和强度
3 月19-23 日的沙尘暴天气主要受特强蒙古气旋影响。强冷空气和补
充南下的冷空气从西到东横扫大半个中国，造成了内蒙古东部，东北三省接
连出现大风、扬沙、沙尘暴天气，甚至还影响到华北地区及南方省市。据统
计全区73 个气象站出现沙尘暴，其中，52 个气象站为中度及以上沙尘暴，
30 余个气象站为强沙尘暴。范围之广，危害之严重是近年来少见的。
2.2 白塔机场能见度随时间演变
1 9 日能见度随时间演变
20日能见度随时间演变
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
1 9 : 4 8
1 9 : 5 3
2 3 : 3 1
2 3 : 5 5
0 : 5 5
1 : 1 2
6 : 5 5
7 : 1 4
8 : 1 7
8 : 4 3
9 : 1 4
9 : 2 7
1 0: 16
1 1: 1 2
1 1: 3 6
T
V
系列1
3
3 天气形势分析
3.1 环流背景
图1 500hPa 槽线演变
2002 年3 月18 日12 时500hPa 高空图显示，欧亚大陆为两脊一槽型,蒙古西
部至巴尔喀什湖为一长波槽，槽后冷平流直趋新疆北部地区，槽前蒙西山地
为暖平流区。到了19 日00 时,脊线移到110°E，上游槽区变宽90—98°E，
槽线分成两段，北段位于90-95°E，南段位于95-100°E ，37-47°N，呈
阶梯槽形势，槽区东南为辐散气流，温度场和高度场反位相配置，槽后锋区
加强，槽移动较快，12 小时移动了18 个经距，这是由于东亚槽正减弱东移
的缘故。槽后至乌拉尔山有一支强劲的偏西北急流，平均风速32m/s。19 日
12 时，上游槽北段仍滞留在原来位置，而南段已过蒙西山地且明显加强，移
至103°E，40-55°N 之间的位置，8 个纬距/12 小时，移动明显减速。这时
在槽底38-45°N 形成的急流风速达33 米/秒。20 日00 时，由于低槽内强的
斜压性，在90°E、65°N 处形成冷涡，有3 圈闭合，冷中心-40C°从19 日
00 时700hPa 看，位于呼和上空的暖脊开始减弱，槽后锋区加强，5 个纬距
4
内有4 条等温线。19 日12 时，槽移到二连—四子王—东胜一线，槽后西北
气流平均17 米/秒，最大28 米/秒，呼和站260°/12 米/秒，温度-3°。20
日00 时，在111ºE，50ºN 处出现两圈闭合中心，内圈272 线，此时呼和站
高空槽已过，呼和站风向正西，风速20 米/秒，由各层形势场配置知，为一
深厚的后倾系统，随着高空冷涡的形成、加深，地面蒙古气旋加强，为强沙
尘暴的发生提供了大尺度环流背景。
3.2 低空850hPa 强斜压不稳定
18 日12 时，本场上空为暖脊控制，高空槽位于95°E，50°N—哈密一线。
19 日00 时移到乌兰巴托—44347—52378—52657 一线，随着冷空气东移南
压，到19 日12 时，在蒙古国乌兰巴托站附近形成一闭合低压中心，最内圈
等高线132 线，等温线更加密集，锋区出口为辐散气流，其后冷平流极强，
此时高空槽刚好移过呼和站，基本位于53083— 凉城—53923，呼和站转偏
北风350º/16 米/秒，温度9 度，槽后平均风速17 米/秒，最大风速26 米/
秒，与地面锋面过境时间基本一致。这段时间(11：42—13：48)地面风最大，
达24 米/秒，到了20 日00 时，冷涡继续发展，最内圈等高线降为124 线。
由此可见，冷空气活动不但对冷涡发展非常重要，而且冷锋后的强冷空气下
冲对地面大风的形成也很关键。
3.3 地面冷锋路径和蒙古气旋发展
3 月18 日18 时地面图，在新疆北部地区存在冷高压，中心值1035hPa，随
着冷空气东移南压，气旋发展，中心值为1001hPa，锋后最大正变压6.4hPa，
19 日00 时，由于地形影响，冷空气分北路和西路，北路移动较慢，在贝加
尔湖-44 区区号附近，西路则移速加快至105ºE、40ºN—西宁一线，19 日06
5
时冷锋越过蒙西山地，北路冷空气以乌兰巴托和沙音山德地区为中心发展成
蒙古气旋，中心气压值为976hPa，变压差达7.3hPa,两圈闭合，在此过程中，
蒙西山地地形起了一定的作用。其影响方式主要通过位涡守恒强迫背风坡涡
度的产生，另外，山地地形对冷空气的阻滞也引发高层辐散和上升运动等地
转调整过程导致地面减压，导致蒙古气旋发生。之后，进入蒙古气旋的发展
阶段，此时，低层冷空气越过山地，形成对流层低层的地面气旋冷锋，使斜
压强迫成为该阶段气旋发展的主要因素。到19 日18 时，蒙古气旋中心移到
图2 地面冷锋路径
了115ºE、50ºN，中心值为952hPa，20 日00 时，蒙古气旋进一步发展，中
心气压值到896hPa，气旋冷锋在115ºE、50ºN—二连浩特。这个时期，由于
对流层高层高空槽下坡加深，急流加强，导致对流层折叠，引发高层等熵位
涡的下传，迫使地面气旋进一步发展，可见，在爆发性蒙古气旋发展中，等
熵位涡平流往往具有非常重要的作用。
4 动力诊断分析
4．1 高空急流
6
在高空冷涡发展过程中，正涡度中心一直位于冷涡中心的南部（图
略），这说明其切变涡度很强，冷涡底部的急流发展很快。急流中心从19 日
00 时的32 米/秒，迅速发展到20 日00 时的46 米/秒，位置与沙尘暴区域吻
合；急流出口区左侧地面冷锋前的上升运动区与高空急流出口区次级环流的
上升气流区相叠加，有利于不稳定能量蓄积；同时由于强烈的减压作用使得
蒙古气旋强烈发展，所以说高空急流的发展为地面大风的形成提供了动力条
件。
4．2 散度的垂直分布
对比沙尘暴区域与各个高度层次的散度区域，发现：500hPa 和850hPa
散度与沙尘暴、大风区分布的对应关系非常好（图略），500hPa 在沙尘暴区
有强辐合，而850hPa 在沙尘暴区有强辐散，可以推断，在500hPa 到850hPa
之间有较强的下沉气流，这与锋区随高度西倾是相适合的。从3 月20 日00
时500hPa 高空冷涡及槽区不同层次的位置也可以看出500hPa 的槽区位于
850hPa 槽区的后部，正是沙尘暴区域。可见这支下沉气流是动力强迫产生的。
4．3 沙尘暴动力机制分析
强冷空气的东移南下，使高空斜压槽迅速发展成冷涡，其后部的西北
气流使冷空气卷入冷涡，使冷涡强烈发展，在冷涡南部风速加强形成高空急
流，为沙尘暴的形成提供了动力条件。当然有了高空急流并不一定在地面产
生大风，要产生地面大风还必须有动量下传的条件，正如上面分析的，500hPa
层地面大风对应为辐合区，而850hPa 为辐散区，因此存在下沉气流，这种
配合与冷锋面倾斜是吻合的。可见这支下沉气流是冷涡发展中其垂直结构分
布所致，是一支动力强迫下沉气流。这支下沉气流将500hPa 急流的动量下
7
传到低层，在地面形成大风区，这与观测事实是吻合的。
5 冷空气的移动路径与呼和浩特地区出现沙尘暴天气的关系
这次冷空气活动从一开始18 日18 时地面图上出现就是两个低值中心，
到19 日00 时冷空气由于地形原因，分为北路和西路，西路移动较快，主要
影响甘肃河西地区，冷锋后三小时正变压+7.1(酒泉)，锋后W·NW 风，有大
风的三个站，最大风速18 米/秒，说明冷空气很强。19 日06 时，北路冷空
气越山加强，形成蒙古气旋，以东移为主。这样对于呼和站来说正处在北西
两路冷空气的交错地带，从地面风向分析，19 日07 是风向转成W·NW，风
速小于等于4 米/秒。到12 时风速剧增11 米/秒风向W·NW，说明先影响呼
和本站的是西路冷空气，风向偏西，持续三个小时风速较大，分别是W·NW11
米/秒、阵风17 米/秒，NW14 米/秒、阵风24 米/秒，W·NW8 米/秒、阵风15
米/秒，而后很快转成偏西风向，风速小于3 米/秒，这说明呼和站由西路锋
后渐转成北路锋前，直到19 时北路气旋冷锋过境，风向再度转成偏北风
NW9-11 米/秒，短时阵风达15 米/秒。虽然19 日12 时，锋面过境时，风速
很大，极大风速24 米/秒，但是能见度最低1000 米，这是因为西路冷锋带
来的天气主要是大风、扬沙，出现沙尘暴的站很少，而大片沙尘暴区主要出
现在蒙古气旋冷锋前后。所以说这次过程沙尘暴的预报主要应考虑蒙古气旋
的发展和气旋冷锋经过本场的时间，锋后的偏北风和强的下沉气流将地面图
上看到的大片沙暴区带到了呼和和及周边地区，致使呼和浩特白塔机场连续
三个小时垂直能见度90 米，最低能见度600 米。
6 结论
（1） 蒙西山地对冷空气的阻滞易引发高层辐散和上升运动，导致地面减压，蒙
8
古气旋发生、发展。
（2） 在850hPa 有强的冷平流区，锋区出口为辐散气流，大风，沙尘暴一般发生
在强冷平流区域。
（3） 500hPa 辐合、850hPa 辐散越明显，下沉越强，大风，沙尘暴越强。
（4） 高空冷涡强烈发展，在其南部形成高空急流为沙尘暴天气提供能量。
参考文献
[1]朱乾根，等·天气学原理和方法[M]·北京：气象出版社，1981
[2]方守义，朱福康·中国沙尘暴研究[M]·北京：气象出版社，1997
[3]孟雪锋，等·一次强沙尘暴天气成因分析[J]·内蒙古气象，2003

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