巴彦浩特极端沙尘天气预报指标总结

王海鹰

（阿拉善左旗气象局，内蒙古自治区 巴彦浩特 750306）

沙尘暴是指强风将地面尘沙吹起使空气混浊，水平能见度小于1 km的天气现象，是中国西北地区和华北北部地区出现的灾害性天气，可造成房屋倒塌、交通供电受阻或中断、火灾、人畜伤亡等，污染自然环境，破坏作物生长，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危害。本文总结了沙尘暴预报指标，提升预报预警准确率，为提升灾害风险防范意识和能力提供基础信息，降低或避免极端沙尘天气造成的经济损失和人员伤亡提供技术保障。

1 沙尘暴特征分析

统计巴彦浩特自建站以来（1953年—2018年）能见度小于1 000 m的沙尘暴，分析其分布特征[1]。

2.1 年代际变化特征

近70年来，巴彦浩特沙尘暴出现频次总体呈现减少趋势，沙尘暴日数、平均日数变化速率分别为-14.7 d/10 a、-1.8 d/10 a。20世纪50年代—80年代是沙尘暴多发时期，尤其50年代和70年代呈现2个高峰期；90年代之后，沙尘暴以近1～3倍的速度明显下降；21世纪10年代降至低谷期（见表1）。

2.2 年际变化特征

巴彦浩特沙尘暴逐年呈波动式下降趋势。建站以来，沙尘暴日数最多为23 d，分别是1953年、1973年，其次为19 d，出现在1966年，有6个年份未出现沙尘暴，集中在2010年之后，且2015年—2018年连续4年未出现。见表1。

2.3 季节变化特征

建站以来，巴彦浩特沙尘暴日数为435 d，其中春季266 d，占沙尘暴总日数的61%；夏季123 d，占28%；秋季15 d，占4%；冬季31 d，占7%。即巴彦浩特沙尘暴主要集中春季和夏季，尤其以春季最为突出，概率最大，冬季和秋季沙尘暴出现较少，秋季概率最小。

2.4 月变化特征

统计巴彦浩特建站以来各月沙尘暴日数发现，4月—5月是出现最频繁的月份，分别占总日数的25%、22%，其次是3月、6月、7月，分别为15%、13%、10%，最不易出现沙尘暴的月份是1月、10月、11月，占比不足1%。

2.5 时间变化特征

统计1981年以来巴彦浩特沙尘暴出现时间段发现，上午出现20次，占比11%；下午至傍晚111次，占比62%；前半夜35次，占比20%；后半夜13次，占比7%。其中出现在前半夜的35次沙尘暴过程中有25次为下午发生后持续至前半夜。因此，巴彦浩特沙尘暴多发时段为下午至傍晚，且71%的概率持续至前半夜。

从沙尘暴持续时间来看，巴彦浩特沙尘暴平均持续时间为1.84 h，最短仅3 min，最长9.19 h。持续时间3 h以内居多，占比80%，其中1 h内最为突出，占总次数的40%；3～5 h，占比12%；5～8 h占比7%；8～10 h仅出现2次。

3 极端沙尘天气环流分型

对比分析巴彦浩特2000年以来能见度小于1 000 m，且持续时间4 h以上的极端沙尘天气过程，按照影响系统将其分为冷锋型、蒙古气旋与冷锋混合型2种类型[2]。

3.1 冷锋型（占比67%）

巴彦浩特极端沙尘天气多为冷锋型。在高空天气图上，欧亚中高纬环流形势有两脊两槽型、两脊一槽型、两槽一脊型，位于乌拉尔山附近高压脊不断发展加强，环流径向度加大，其东侧西西伯利亚附近高空冷槽或横槽，具有典型的斜压不稳定槽结构，槽前等高线辐散，温度槽落后于高度槽，槽后有一支强冷锋锋区，冷平流强烈。随着高空冷槽东移南压或横槽转竖，斜压有效位能释放，配合地面冷锋后冷气团前强大的气压梯度，以及强的变压梯度、白天热力正反馈机制，造成地面大风，爆发沙尘暴。

3.2 蒙古气旋与冷锋混合型（占比33%）

在高空天气图上，欧亚中高纬环流形势为两脊两槽型或两槽一脊型，位于西西伯利亚或巴尔喀什湖附近的高空槽东移过程中不断加强，在700 hPa及以下形成低涡，系统呈现明显的斜压结构，温度槽落后于高度槽，低涡（槽）后部冷平流强度随高度降低而增强。较强的地面气旋东移中加深不明显。高空冷空气东移南压，配合地面气旋及其后部强气压梯度，在气旋中心、冷锋前后出现大风、沙尘暴。

4 极端沙尘天气预报指标

4.1 气候背景

巴彦浩特极端沙尘天气均出现在春季3月—5月。分析出现极端沙尘天气的上年冬季（上年12月—当年2月）及当年春季以来的气候特点，结果表明极端沙尘天气出现时气温在上年冬季或当年春季处于偏高状态，甚至是冬季至春季持续偏高；降水在冬季或春季基本处于偏少状态，偶尔会出现正常或偏多状态[3]。

4.2 环流特征量

500 hPa天气图上温度槽落后于高度槽，冷槽或横槽在东移、转竖过程中发展加强，同时配合有-48℃～-40℃的冷中心，等温线与等高线交角为30°～60°。700 hPa天气图上冷槽或冷涡配合有-28℃～-24℃的冷中心，冷暖中心之间温度等值线非常密集，温度场与高度场近于垂直分布，蒙古气旋与冷锋混合型会形成中心值为280～288 hPa的冷涡。850 hPa天气图与700 hPa相似，配合有-20℃～-16℃的冷中心，蒙古气旋与冷锋混合型冷涡中心值为128～136 hPa。

地面天气图上两种类型沙尘暴均是冷锋后气压梯度强，在N40°附近、E100°～E110°有6～10根等压线，锋后降温明显；地面伴有气旋活动，但气旋基本维持不变或是发展不明显，12 h加深率＜5 hPa；沙尘暴白天强，入夜后明显减弱。冷锋型沙尘暴出现在锋后西北大风中，沙尘区域自西北至东南方向移动，且与地面大风区域基本一致；蒙古气旋与冷锋混合型沙尘暴在冷锋前偏南风、冷锋后西北风、气旋中心均有出现。

4.3 层结条件特征

从沙尘暴发生前周边探空站3θ图得知，饱和假相当位温随气压下降迅速减小，θ和θse线距离接近，θ和θe之间距离非常大，大气极为干燥；θ及θse线几乎垂直于横坐标轴，大气层结非常接近绝热状态，混合层深厚，伸展至500～600 hPa，有时甚至高于600 hPa。

4.4 湿度条件特征

沙尘发生前10 d以上无降水，且绝大多数极端沙尘过程发生前50 d以上无降水。过程前、过程中500～850 hPa整层温度露点差大于15℃，整层处于干区中。

4.5 热力条件特征

沙尘暴发生前，低层暖脊发展强盛控制阿拉善盟，升温明显，巴彦浩特升温幅度为6℃左右。

4.6 变压风特征

从3 h变压看，存在正负变压中心，正负变压差值为4～9 hPa，阿拉善盟处于锋后正变压中心与气旋前部负变压中心之间的变压梯度大值区。

4.7 高低空急流特征

200 hPa在阿拉善盟上空存在风速为30～50 m/s的西北、偏西高空急流；700 hPa西北低空急流风速为16～28 m/s；850 hPa为12～24 m/s，高低空急流的动量下传也是极端沙尘天气发生发展的有利条件。

4.8 正反馈机制

白天沙尘暴自身会形成热力正反馈机制，使沙尘发展加强，入夜后产生负反馈，沙尘明显减弱。而巴彦浩特极端沙尘天气均出现白天，正反馈机制作用显著。

4.9 沙尘暴发生前后气象要素的变化特征

沙尘暴发生前的特征是气温上升、气压降低、相对湿度下降、风力逐渐增大。冷锋开始逼近时，气压、相对湿度降至谷底。而气温上升至当日最高，风速大增，冷锋携带和大风卷起的沙尘使能见度急剧降低。冷锋过境后，气温剧烈下降。

5 结语

①巴彦浩特沙尘暴频发于春季，多发于下午至傍晚，总体呈现波动减少趋势。②高空斜压槽配合地面冷锋及其后部强气压梯度造成地面大风，引发极端沙尘天气，白天正反馈机制使沙尘持续和发展加强。但冷锋型高空锋区、冷平流强度强于蒙古气旋与冷锋混合型，且两者沙尘区域存在明显差异。③前期升温、深厚的混合层、整层干区、高低空急流动量下传、较强的变压梯度等条件为极端沙尘的发生发展提供了有利保障。④极端沙尘发生前冬春季的气温与沙尘暴的相关关系要优于降水与沙尘暴的相关关系。