新疆南部一次沙尘暴天气过程分析

何娟娟，吾麦尔艾力·巴拉提，阿布都艾尼·艾则孜

麦盖提县气象局，新疆麦盖提 844600

学者们在对沙尘天气的研究结果中按能见度与风的强度不同，将沙尘天气划分为以下几类：第一类是将能见度不足10 km且风速不大的情况称为浮尘天气，这种情况下细小的沙尘颗粒在空气中飘浮，影响人们的正常呼吸；第二类是能见度在1～10 km以内，但风速较大的情况，称之为扬沙天气，扬沙天气不仅会影响呼吸，还会影响视觉，使得空气变得浑浊不清；第三类是能见度小于1 km且出现强风天气，沙尘颗粒被强风吹起，严重影响空气质量和人们的日常生活出行，是较危险的大范围灾害性天气。

沙尘暴按能见度和强度可划分为2种：（1）强沙尘暴。水平能见度≤200 m且风速≥20 m/s。（2）特强沙尘暴。水平能见度≤50 m且风速≥25 m/s，特强沙尘暴破坏性极强，因此又被称为“黑风”。

由于人类对自然资源的不合理开发加剧了土地荒漠化，生态环境渐渐恶化，沙尘暴作为自然天气现象本不由人类控制，但由于人类自身原因加剧了这种现象的发生，这对我国可利用土地面积带来了影响。

沙尘暴的发生意味着恶劣天气即将来临，尤其大部分情况下会刮起强风影响人们出行安全，情况严重时甚至会造成房屋倒塌，交通出行受到严重阻碍，森林可能出现火灾造成农作物和动物伤亡，空气受到严重污染。这一系列灾难不仅会给人民生活带来巨大危害，还会给国家经济建设造成不小损失。因此，沙尘暴作为自然环境中非常恶劣的自然现象，应当对其加强相关研究与气象预报预警服务，减轻沙尘暴给人们生活带来的恶劣影响，增强人们植树造林、预防沙尘的生活意识。因此，对沙尘暴的过程及其成因进行分析对研究沙尘暴天气与预防灾害有重要意义。

本文介绍了南疆沙尘暴天气的特点，利用常规观测资料分析了2014年4月22—24日在南疆暴发的沙尘暴天气的地面气象要素变化特征，利用高空探测数据分析了沙尘暴的路径和强度，通过涡度和散度的配置、垂直运动、垂直螺旋度、温度平流、高空急流等对此次天气过程进行了动力、热力学特征分析，分析了地形对沙尘暴的影响，总结出此次天气过程的原因及其带来的影响，对该区域的整体影响等做出结论，并提出了预报、预防灾害性天气的措施。

1 资料来源与研究方法

利用温度场资料、风场资料、湿度资料，分辨率为2.5°×2.5°；MICAPS常规气象资料、地面气象要素资料，对2014年4月23日发生在新疆南部的一次强沙尘暴天气进行分析，采用回归分析等方法研究新疆南部沙尘暴时间分布特征和空间分布特征。

2 南疆沙尘暴的气候特点

2.1 南疆地域特征

世界闻名的塔克拉玛干沙漠坐落于南疆盆地的中心，被称为世界四大沙源之一的塔克拉玛干沙漠作为巨大的沙源区，为南疆的沙尘暴天气提供了非常好的物质条件。受青藏高原和高山的影响，水汽无法顺利输送进来，又因为远离海洋，降水量极少，使新疆成为极端干旱地区，其中南疆降水更是稀少。山脉之间的隘口引起狭管效应成为大风口，进山口的戈壁滩则是大风出现频率最多的地方。在南疆盆地向四周吹起的沙尘以沙漠为中心强度递减，由于新疆经常受西北方向的高空急流影响，强大的急流起到了将沙尘输送数千公里“运输机”的作用，急流带来的沙尘暴影响范围极大。

2.2 南疆沙尘暴的时空分布特征

2.2.1 空间分布特征 从南疆多年平均沙尘日数分布图看出（图1），南疆的沙尘暴按地理分布以塔克拉玛干沙漠为中心点，逐渐向四周减少。据统计资料分析结果，年平均≥15 d的沙尘暴发生区域是沙尘暴发生的高发区，图1中的扇形区就是南疆沙尘暴的高发区。将不同区域的南疆12个站划分为5个部分：塔中为南疆中部；库车、阿克苏、库尔勒为南疆北部；和田、于田、民丰为南疆南部；若芜、且末为南疆东部；喀什、巴楚、莎车为南疆西部。

图1 南疆春季沙尘暴年平均沙尘日数分布

从图1分析得出，南疆北部沙尘日数最少3 d，最多10 d，南疆南部沙尘暴日数最少15 d，最多1个月,南疆西部沙尘暴日数最少5 d，最多1个月,南疆东部沙尘暴日数最少10 d，最多25 d。和田地区的民丰是南疆最高的站，海拔1 410 m，年平均日数为35.2 d。刘尊驰曾经在2005—2014年间对南疆地区12个站10年的3—11月沙尘日数进行分析，得出结论：南疆不同地区沙尘天气日数最多集中在中部，其次是南部、西部、东部，最少是北部。

2.2.2 时间分布特征 从时间角度来看，沙尘暴天气有日变化、季节性变化、年际变化、年代际变化的特征。针对南疆沙尘暴，分析结论曾指出其有季节性特征。南疆北部的沙尘暴高发期几乎在4—6月，其中，阿克苏站、库车站和尉犁等站点的沙尘暴高发期都在4月，阿拉尔站和沙雅等站的峰值区都在5月，新和站则在6月达到峰值；南疆南部的沙尘暴高发期基本是在4—7月的安得河站、皮山站和民丰站，4—6月集中在和田，还有且末站和喀什地区的英吉沙站、莎车站、泽普站和叶城站；若羌处于塔里木盆地的东部，每年的3—5月都是若羌站沙尘暴的高发期，其中4月会达到沙尘暴日数峰值；塔里木盆地西部的高发区在4—6月，主要在喀什地区的巴楚和麦盖提站，其中，这2个站点的峰值均在5月。阿克苏地区的柯坪县与其他站点不同的是，其高发期在4—7月，沙尘暴日数峰值发生在7月。

3 天气过程分析

3.1 沙尘暴发生前气候背景

2014年4月上旬至中旬，南疆气温高于年平均气温且无明显降水，气候干燥，又因为4月是新疆农作物出苗期，土质松散，裸露地表面积较大，为沙尘暴的发生提供了丰富的物质条件。

3.2 天气实况

2014年4月22日，受西伯利亚低槽南下引导，23日由新地岛冷涡影响的冷空气进入我国，影响整个新疆，新疆大范围降温，北疆各地出现大雪，局地暴雪冷。23日08:00南疆出现大范围的扬沙，随着冷空气的南下和不断加强，冷空气翻越天山影响南疆盆地，出现大范围的强沙尘暴天气。全疆24个国家站出现沙尘暴，3个站出现特强沙尘暴，南疆15个国家站出现沙尘暴，轮台、阿克苏、拜城、新和等出现大风，其中，尉犁能见度几乎为0。从逐3 h自动气象观测数据得出此次南疆沙尘暴天气过程的沙尘影响区域，此次沙尘暴起源于南疆盆地，主要影响区域以阿克苏地区北部为主并延伸至南疆北部、南疆东部以及东疆哈密市（图2）。

图2 2014年4月22—23日沙尘分布图

3.3 高空环流形势演变

沙尘暴开始前，从4月21日08:00—22日08:00 500 hPa高空形势场上可以看出，环流形势有大幅度变化，从21日的两槽一脊变为22日08:00的两脊一槽形势，21日08:00 高压脊前的来自新地岛的冷空气不断堆积在西伯利亚地区，形成低值系统，高压脊前的冷空气不断加深向南输送有利于脊的发展（图3a），22日08:00高压脊不断东移南压，影响西伯利亚低压槽迅速向东南发展为“U”形槽，高压脊在贝加尔湖，低压槽在巴尔喀什湖西侧，槽前即将进入新疆，影响北疆地区（图3b）。

图3 4月21日08:00（a）、4月22日08:00（b）风场、500 hPa形势场

3.4 物理量特征分析

3.4.1 相对湿度 23日08:00冷空气进入南疆前期，南疆北部的最高气温为26 ℃，空气干燥，冷空气进入后，从阿克苏和且末2个站点的相对湿度垂直—时间剖面图和比湿垂直—时间剖面图上可以看出，阿克苏站的低层700 hPa比湿为2.0～2.5 g/kg,700 hPa以下的相对湿度均在30%以下；且末站的700 hPa比湿为2～3 g/kg，700 hPa相对湿度均在45%以下，高温干燥的大气环境为该区域沙尘暴的发生提供了热力条件。整个沙尘暴过程中没有出现水汽堆积、空气湿度增加的现象，不利于降水的产生。

3.4.2 高空急流 从2014年4月23日08:00和20:00的高空300 hPa急流分布图上可以看出（图4），38～45°N区域上一直是有急流的。23日08:00高空急流的位置在43～47°N、76～95°E范围内，从图4中可以看出急流分布像一个“V”字形，急流强度＞45 m/s。沙尘暴出现之后23日20:00，急流明显向下移动，急流位置在39～42°N、83～97°E范围内，可以看出急流即将移出南疆向东移动，沙尘天气即将结束。在急流下传的影响下产生热力次级环流，高低空急流相互作用，为此次沙尘暴天气过程提供动力条件。

图4 2014年4月23日08:00（a）和20:00（b）300 hPa水平风场

3.4.3 相对涡度和散度分析 从2014年4月23日08:00起，分析中高低层隔6 h散度和涡度场，即沙尘暴开始、加强、结束3个时间段可以看出：23日08:00，南疆高层处于负涡度和辐散区，低层处于正涡度辐合区，说明南疆在500 hPa以下系统气旋性辐合上升；23日14:00，南疆中低层处于负涡度平流高值区，说明地面冷高压发展移动至南疆，低层系统的气旋性辐合上升增强，说明14:00沙尘暴在南疆暴发；23日20:00，南疆中高层系统处于正涡度辐合区，与08:00相反，低层系统处于正涡度辐合区，说明地面冷高压东移，移出南疆，此次沙尘暴过程结束。

4 结论

对2014年4月23日南疆沙尘暴天气进行成因分析得出，从此次天气过程的水汽条件分析结果可知，冷空气进入之前，南疆长期处于高温干燥的大气环境下，为该区域沙尘暴发生提供了热力条件。整个沙尘暴过程中没有出现水汽堆积、空气湿度增加的现象，不利于降水的产生。从西北来的冷空气进入南疆盆地之后，温度降低5～10 ℃，这种短时间内的剧烈降温有利于锋面生成，并且在锋面附近产生大风天气，有利于沙尘暴的发生发展。

从沙尘暴发生前期环流背景情况看出，来自高压脊前的新地岛的冷空气不断堆积，在西伯利亚地区形成低值系统。同时，高空出现强度大于45 m/s的急流，受急流影响，后期原系统不断向东南方向发展，干冷空气在巴尔喀什湖北部低压槽的引导下南下，在急流下传的影响下产生热力次级环流，高低空急流相互作用，为此次沙尘暴天气过程提供了动力条件。沙尘暴暴发前，高层次系统大气斜压性较好，低层气旋性辐合上升，有利于形成地面冷高压，使冷空气在低层气流的抬升作用下翻越天山进入南疆，南疆的干燥热空气与从西北来的冷空气相互作用形成高低空急流之间的相互配合，在急流附近高层辐散、低层辐合，大气层接不稳定，再加上地面冷锋的配合，在南疆盆地生成大风，大风将裸露在地表的沙尘吹起卷入空中并大范围向东输送，引发了此次南疆强沙尘暴天气。