基于V-3θ图的两次强沙尘暴天气过程分析

滕海迪

(巴彦淖尔市气象局，内蒙古 巴彦淖尔 015000)

2021年上半年，巴彦淖尔市频频出现沙尘天气，截至6月上旬全市就出现了13次大范围的沙尘天气过程，较常年同期明显偏多，尤其是3月14日—15日，一场十年不遇的沙尘暴袭击巴彦淖尔市，使得人们措手不及，近几年已经较少见到“这么纯”的沙尘暴了。沙尘天气对人们的生产、生活、健康有着重要的影响，有时甚至会产生破坏性和灾难性的灾难，因此沙尘天气的预报研究意义重大。目前，对于沙尘天气的预报研究，气象工作者已经从多方面取得了一定的成果，其中部分学者[1-3]从V-3θ图结构特征等方面进行了研究，结果表明V-3θ图对于大风沙尘的预测具有较好的指示意义。文章通过对巴彦淖尔市近30年来最强的两次大范围强沙尘暴天气过程的V-3θ图进行了分析，以期为今后的大风沙尘天气的预报提供参考依据。

1 天气概况

2021年3月14日傍晚至夜间，巴彦淖尔市出现近10年最强沙尘暴天气，最小能见度出现在乌拉特前旗为111 m，达到强沙尘暴(以下简称“3.14过程”)。2010年3月19日白天至夜间，巴彦淖尔市出现近30年最强沙尘暴天气，最小能见度出现在海力素为30 m，达到特强沙尘暴(以下简称“3.19过程”)。

2 环流特征

2.1 环流形势

500 hPa上，“3.14过程”在亚欧中高纬度为“两高一低”环流形势，高压脊脊线位于70°E～80°E和110°E～120°E附近，冷槽位于贝加尔湖西侧附近。冷槽中有-36℃的冷中心，随着冷空气的不断南下，高压脊前的西北急流推动冷槽东进南压加强为冷涡。在冷涡旋转东南移的过程中，推动锋区扫过巴彦淖尔市形成大风天气沙尘暴。“3.19过程”在亚欧中高纬度为 “西高东低”环流形势，巴尔喀什湖至贝加尔湖之间有一个发展加强的高压脊，脊线位于90°E左右，振幅≥30个纬距，波长≥35个经距，脊前是一支很强的西北气流带，风速普遍≥40 m·s-1，部分甚至高达60 m·s-1，高空槽位于黑龙江至陕西一带。从温度场和气压场的配置来看，在高压脊前冷平流较为明显，导致冷空气大规模向东南方向爆发侵袭巴彦淖尔市，脊前槽后的西北急流直插内蒙古巴彦淖尔市，形成大风沙尘暴天气。从沙尘粒子的传输来看，“3.14过程”在3月13日欧洲中东部及蒙古国出现大范围的沙尘天气，随着地面冷锋的移动，大风将沙尘粒子传输至巴彦淖尔市，“3.19过程”沙尘粒子来源于蒙古国和阿拉善盟及本地沙源。

2.2 气象要素对比

两次过程都是出现在初春干旱的气候背景下，受蒙古气旋后部冷锋的影响出现的大范围的沙尘暴天气。“3.19过程”地面更干，风速大，下沉气流强，动量下传明显，使得大风更易将沙尘粒子吹起形成沙尘暴。“3.14过程”冷空气爆发迅速，冷平流强，3 h变压明显，使得风速迅速增大，冷锋傍晚过境，风速日变化明显，日最大气温差及日最高气温大，大气层结不稳定，同时600 hPa以下存在两层逆温层，冷锋过境时锋面抬升暖空气，激发逆温层中能量释放。“3.19过程”由西南风转为偏西风，后期为西北风，“3.14过程”由西南风转为西北风，后期为东北风，两次过程均有利于将西部阿拉善盟、北部蒙古国的沙尘粒子输送至巴彦淖尔市，但是“3.14过程”后期处于高压底部影响，偏东风逐渐减弱，气层趋于稳定，并在3月15日白天—19日形成持续时间较长的沙尘回流，全市空气质量差，出现了以PM10(可吸入颗粒物)为首要污染物的重污染天气。

3 临河站V-3θ图特征对比

3.1 “3.14过程”V-3θ图特征分析

2021年3月14日08：00时(图1a，图中线条从左往右依次为θ、θsed、θ*曲线)，500 hPa以下θ、θsed曲线距离很近，而θsed、θ*曲线距离较远，说明对流层中下层大气层中水汽含量少。θsed、θ*曲线在850 hPa～700 hPa与横坐标轴成90°的直角，θ、θsed曲线在700 hPa～500 hPa与横坐标轴成90°的直角，θ*曲线在500 hPa～700 hPa与横坐标轴成120°的钝角。地面为2 m/s-1西南风，对流层高层为36m南s-1强盛的西南风，随着高度的增加，西南风风速明显增加，形成“顺滚流”。300 hPa～100 hPa上θ、θsed、θ*3条曲线呈现右倾现象，无明显“超低温”存在。

(a)2021年3月14日08：00 (b)2021年3月14日20：00 (c)2021年3月15日08：00图1 “3.14过程”V-3θ图

2021年3月14日20：00(图1b)，θ、θsed曲线距离进一步缩小，而θsed、θ*曲线距离明显增大，且高度由原来的500 hPa上升到400 hPa，表明大气中水汽含量进一步减少，大气层结更加的干燥。θ、θsed曲线在850 hPa～650 hPa与横坐标轴成90°的直角，θ*曲线在850 hPa～600 hPa与横坐标轴成150°的钝角，在600 hPa～500 hPa与横坐标轴成90°的直角，大气层结的不稳定性较前一时次增强。从地面到对流层高层仍有“顺滚流”，850 hPa～700 hPa也出现了低空急流。从超低温情况看，300 hPa和200 hPa附近出现左拐，说明有“超低温”存在。大气层结干燥且层结极不稳定，不稳定能量只能通过大风来转换，预示着巴彦淖尔市夜间将出现大风天气，实际上巴彦淖尔市夜间风力明显增大，出现了大范围罕见的强沙尘暴天气。

2021年3月15日08：00时(图1c)，θ、θsed、θ*3条曲线的距离明显缩小，尤其850 hPa以下接近重合，在800 hPa～400 hPa有一定的距离，但不明显，说明对流层中下层大气层中水汽含量较多。θ、θsed、θ*3条曲线在近地面到850 hPa与横坐标轴成90°的直角，而在850 hPa以上随着高度的增加呈一致的右倾趋势。地面为东北风，对流层高层为西北风，随着高度的增加，形成“逆滚流”。250 hPa附近出现左拐，说明有“超低温”存在。整体来看，大气层结稳定，沙尘天气减弱。

3.2 “3.19过程”V-3θ图特征分析

2021年3月19日08：00时(图2a)，500 hPa以下θsed、θ*曲线距离较远，说明对流层中下层大气层中水汽含量少。θ、θsed曲线随着高度的增加呈一致的右倾趋势，而θ*曲线在500 hPa以下基本与横坐标轴成120°的钝角。地面为4 m·s-1偏西风，对流层高层为42 m·s-1强盛的偏西风，随着高度的增加，偏西风风速明显增加，形成“顺滚流”，另外中高层风速大，有利于动量下传增大地面风速，同时会增大层结的不稳定性。300 hPa～100 hPa上θ、θsed、θ*3条曲线呈现右倾现象，无明显“超低温”存在。

(a)2021年3月19日08：00 (b)2021年3月19日20：00 (c)2021年3月20日08：00图2 “3.19过程”V-3θ图

2021年3月19日20：00时(图2b)，θsed、θ*曲线距离仍较大，高度由原来的500 hPa下降到600 hPa，但θ、θsed、θ*3条曲线在700 hPa以下呈现一致的左倾现象，在700 hPa～600 hPa上θ、θsed曲线与横坐标轴成90°的直角，θ*曲线与横坐标轴成120°的钝角。大气层结的不稳定性较前一时次增强。从地面到对流层高层仍存在“顺滚流”，850 hPa、700 hPa分别出现了24 m/s-1、34 m/s-1的低空急流。300 hPa～100 hPa上θ、θsed、θ*3条曲线呈现右倾现象，无明显“超低温”存在。此时大气层结的不稳定已通过大风来转换，强风的出现导致了此次大范围的强沙尘暴天气。

2021年3月20日08：00时(图2c)，θ、θsed、θ*3条曲线的距离明显缩小，大气中水汽含量增多，且随着高度的增加呈一致的右倾趋势。地面为东风，对流层高层为西北风，随着高度的增加，形成“逆滚流”。300 hPa～100 hPa上θ、θsed、θ*3条曲线呈现右倾现象，无明显“超低温”存在。大气层结稳定，沙尘天气结束。

4 结束语

①两次过程都是出现在初春干旱的气候背景下，受蒙古气旋后部冷锋的影响出现的大范围的沙尘暴天气。“3.19过程”地面更干，动量下传明显，使得大风更易将沙尘粒子吹起形成沙尘暴。“3.14过程”沙尘暴的出现与高空强锋区、强冷平流、强变压梯度、强气压梯度力密切相关。②大风发生前，θ、θsed、θ*曲线在500 hPa或600 hPa以下与横坐标轴成直角或钝角，随着高度的增加，风向或风速形成“顺滚流”，对流层顶附近有时会有“超低温”现象存在。③V-3θ图中θ、θsed曲线距离近，而θsed、θ*曲线距离较远，大气层结干燥且层结极不稳定，不稳定能量只能通过大风来转换。④大风发生后，V-3θ图中θ、θsed、θ*3条曲线的距离缩小，或接近重合。随着高度的增加呈一致的右倾趋势。随着高度的增加，风向或风速形成“逆滚流”。大气层结稳定，沙尘天气减弱。