鄂尔多斯市一次沙尘暴天气过程分析及GRAPES_MESO模式检验

杨海迪

鄂尔多斯市一次沙尘暴天气过程分析及GRAPES_MESO模式检验

杨海迪

（内蒙古自治区鄂托克旗气象局，内蒙古 鄂托克旗 016100）

文章利用气象高空、地面数据资料和GRAPES_MESO中尺度模式，对2022年3月13日发生在鄂尔多斯的一次沙尘天气过程进行分析。结果表明：此次沙尘天气的主要原因是蒙古气旋的强烈发展以及冷锋过境所引起的，在动力因子和热力因子的共同作用下，使得蒙古气旋发展东移，加之前期气候干燥，降水少，气温明显回升，近地层干燥，地表植被覆盖率低，裸露地表较多，为沙尘天气的发生提供丰富的沙源条件。GRAPES_MESO中尺度模式对此次沙尘天气形势预报偏北，但对大风的开始时间和落区预报表现较好。

沙尘暴；过程分析；遥感监测；GRAPES_MESO

引言

近年来，沙尘天气引起社会各界普遍关注，其给交通运输和公众生活生产带来诸多不便。我国大力提倡防沙治理工作，治沙效果显著。众多学者针对沙尘天气的源地、发生的季节特征、传输路径、形成的天气形势等方面进行了大量的研究，并取得较大成果，对业务人员预报沙尘暴天气过程具有很好的指导作用。赵明等[1]利用1960年—2020年辽宁56个地面观测站资料进行沙尘分析，结果显示辽宁地区因平均风速降低、大风日数减少和最低气温升高等原因，沙尘强度呈显著减弱趋势；段伯隆、张璐等[2,3]针对2021年3月14日至16日我国北方大范围强沙尘暴成因分析，结果显示此次沙尘暴天气过程主要是蒙古气旋强烈发展及冷锋过境引起的；王伏村等[4]对2010年4月24日发生在河西走廊的一次特强沙尘暴天气进行研究，结果显示大风沙尘暴天气主要出现在变压梯度大，即变压风大的区域；王莉娜等[5]基于多源资料对2019年3月26日至28日的沙尘暴天气过程进行分析，发现高空横槽是引起该次沙尘暴天气的关键因子，同时地基激光雷达观测资料对沙尘传输路径及沙尘来源具有很好的指示意义。腾跃等[6]研究得出沙尘暴天气与前期的气温偏高和风速偏大具有较好的正相关性；何光碧等[7]通过GRAPES_MESO模式对一次强降水过程的预报及误差分析，结果表明模式降水预报能一定程度反映降水实况；袁晨等[8]利用GRAPES_MESO区域中尺度模式对贵州温度与降水预报检验评估，结果表明该模式在高温预报方面能力较差，低温较好。本文利用常规气象观测资料、卫星遥感和GRAPES_MESO资料，根据环流特征、动力学和热力学条件，对2022年3月13日出现的沙尘暴天气进行综合分析，为今后预报研究工作提供参考。

1 资料来源及方法

利用气象高空、地面数据资料和GRAPES_MESO中尺度模式对2022年3月13日发生在鄂尔多斯市的一次沙尘暴天气过程进行分析。其中，基本资料来源于内蒙古鄂尔多斯市11个国家气象观测站，包括风速、能见度等气象要素和东胜站探空资料；GRAPES_MESO中尺度模式采用2022年3月12日20时起报的24 h预报产品，检验该模式在此次沙尘暴过程中的表现；遥感数据采用ENVI处理软件；文中所用的时间均为北京时间。

2 沙尘天气实况及遥感分析

2.1 天气实况

2022年3月13日，鄂尔多斯市自西向东出现了一次大范围的大风、沙尘天气，全市11个国家气象观测站中有6个站出现了沙尘暴，其中，达拉特旗和杭锦旗的伊克乌素站出现强沙尘暴，伊克乌素站最小能见度仅为362 m，全市大部地区均出现了8级以上的大风，西北部地区的极大风速在20 m/s以上，最大极大风速出现伊克乌素，达28 m/s（表1）。

表1 2021年3月13至14日鄂尔多斯市沙尘天气实况

2.1 沙尘天气遥感分析

根据风云四号卫星沙尘天气遥感监测显示，3月13日15时（图1），鄂尔多斯市上游阿拉善北部有强沙尘气团向东南移动扩散，杭锦旗能见度开始下降，出现沙尘天气；16时，强沙尘气团增强，沙尘范围进一步扩大，并移入鄂尔多斯市西北部，大部地区能见度转差，出现扬沙天气；20时前后（图2），强沙尘气团主体完全移入鄂尔多斯市中东部地区。

图1 15时风云4号卫星沙尘天气遥感监测图

图2 20时风云四号卫星沙尘天气遥感监测

3 沙尘天气过程分析

3.1 环流形势分析

分析500 hPa环流形势发现，此次沙尘暴天气过程是以西北向东南路径爆发所致，沙尘暴出现在高空槽前脊后，为低槽型沙尘暴。沙尘暴发生前，鄂尔多斯大部地区低层受暖区控制，升温明显，为沙尘暴发生发展提供了不稳定条件。

图3 8时500 hPa高度场、风场和温度场叠加图

图4 8时700 hPa高度场、风场和温度场叠加图

图5 8时850 hPa高度场、风场和温度场叠加图

图6 8时海平面气压图

2022年3月13日8时500 hPa高空图上（图3），整个欧亚大陆受高空槽影响，中纬度地区处于平直的纬向环流控制之下，中西伯利亚地区有一个冷涡存在，与之配合有-47℃的冷中心。影响鄂尔多斯地区的低槽位于蒙古国一带，环流纬向度较大，延伸至阿拉善、甘肃地区，槽后具有明显的冷平流，且温度槽落后于高度槽，交角约为60º，斜压性较强。槽底部有26 m/s的强风速带，最大风速达34 m/s，为此次沙尘天气提供了较好的输送机制。在新疆北部有一弱脊的存在，脊前西北气流引导冷空气不断南下，此时，内蒙古西部地区已经出现扬沙天气。20时，高空槽有所加深，转为东北西南向，高度场落后于温度场，鄂尔多斯市仍处于高空槽前，此时，西部地区沙尘强度有所减弱，中东部仍较强。23时左右，随着系统东移以及风力的减小，全市沙尘天气由沙尘暴、扬沙转为浮尘。

13日8时700 hPa上（图4），西伯利亚地区有冷涡维持，冷中心为-32℃，鄂尔多斯市处于暖中心顶部，与贝加尔湖的冷中心形成了较为明显的温度梯度，造成了强烈的不稳定层结，风速为18 m/s。20时，等高线和等温线反位向叠加，斜压性强，促使气旋性涡度不断发展，此时风速增大至24 m/s。

13日8时850 hPa上（图5），随着高度下降，辐合中心逐渐加强，该层形成了明显的切断低涡，位于阿拉善盟一带，同时，温度场落后于高度场，鄂尔多斯西部受低涡影响，在其后部为冷平流，前部为暖脊。在内蒙古锡林郭盟地区有一个高压的存在，高低压共同作用下，使得鄂尔多斯市辐合上升作用明显；随着系统不断东移发展，加之高空急流出口区左侧强辐合上升区的抽吸作用和低层暖平流加热上升的共同影响下，导致地面气旋加强，地面风速不断加大，引起大范围的大风、沙尘天气。20时，随着系统的东移，低涡移至锡林郭勒盟一带，鄂尔多斯处于高压前部，风力有所减小，沙尘天气趋于结束。

3.2 地面分析

3月13日5时锋面位于甘肃一带，锋前为热低压，中心值为1002 hPa，位于阿拉善一带，此时锋面附近出现了沙尘天气；8时（图6），从蒙古国至鄂尔多斯一带处于低压控制，鄂尔多斯处于气旋底部，由于其前部温度升高，气压降低，后部温度降低，气压升高，形成了明显的变压梯度，利于出现大风沙尘天气，且后部还伴随有冷锋东移南压，强大的冷空气促使地面起沙；11时，低压维持少动，冷锋已经移入鄂尔多斯市境内，西部地区风力开始逐渐增大，能见度转差；14时，随着冷锋逐渐东移，太阳辐射受沙尘阻挡，冷锋前后温度梯度加大，锋面加强，沙尘天气逐渐加强；20时，气旋移出鄂尔多斯境内，该市受高压前部控制，风力减小，能见度逐渐转好。

3.3 大气层结分析

影响沙尘暴发生发展的主要热力因素是大气层结条件。通过对位温、饱和假相当位温和假相当位温的垂直分布特征进行分析，得出沙尘暴天气发生前后的大气层结稳定度变化。本文选取东胜站探空资料。

13日8时T-lnP图（图略）显示，700 hPa附近有逆温层，整层大气表现较为干燥，上下层风垂直切变明显，低层850 hPa为西南风，700 hPa以上为西北风，有利于垂直运动发展，满足潜在动力不稳定条件。13日20时东胜站垂直位温分析图（图7）显示，垂直物理场在500 hPa以下，位温和假相当位温之间距离较小，饱和假相当位温与假相当位温之间距离较大，表明大气在低层较为干燥。位温和假相当位温在500 hPa以下与横坐标近似垂直，表明大气层结几乎为绝热状态，反映出沙尘暴发生在干燥的环境条件下。地面至700 hPa风向由8时顺时针转为逆时针，随着干冷空气的侵入，导致对流强度增大以及不稳定能量释放，但由于空气中水汽含量较低，无水汽输送，因此以干对流为主，利于产生沙尘天气。

图7 2022年3月13日20时东胜站（53543）及垂直位温分析图

3.4 沙尘条件及地形分析

通过观测站数据发现，大风为此次沙尘天气提供了足够的水平驱动力，而鄂尔多斯北部阴山和西部贺兰山下坡俯冲作用，配合高低空环流形势，使得地面风速进一步增大。鄂尔多斯沙尘来源一部分为外来沙尘，根据地形分布可知，鄂尔多斯市上游地区阿拉善盟北部、巴丹吉林沙漠、乌兰布和沙漠等为此次沙尘暴的发生提供了丰富的沙源条件，大风将这些沙尘输送至下游地区。一部分为本地沙源（库布齐沙漠）。加之前期气候干燥、降水少、近地层干燥、气温回升明显、地表植被覆盖率低等因素，大风将尘土扬起，导致空气中悬浮颗粒物增多。

4 GRAPES_MESO模式检验

为分析GRAPES_MESO中尺度模式在此次沙尘暴过程中的预报效果，本文利用该模式2022年3月12日20时起报的未来24小时预报，简要分析此次天气过程，该模式预报20时500 hPa高度场（图8）位置偏北。分析8时模式预报海平面气压与实况对比（图9）可知，模式预报低压与实况较为吻合。700 hPa，高度场和温度场反位向叠加，斜压性较好，8时850 hPa（图10），宁夏一带到鄂尔多斯市西南部有切变线存在，辐合上升作用明显，随着形势演变，17时以后（图11），切变线已移出鄂尔多斯市，低层转为西北气流控制，风力开始增大，10 m阵风预报表明，11时，鄂尔多斯西部风力开始增大，17时，杭锦旗北部风力增大至14 m/s，20时后，风力开始减小，此次沙尘暴天气实况和GRAPES_MESO模式对比表明，GRAPES_MESO模式表现较差，500 hPa高度场位置偏北，700 hPa未存在明显的风切变，辐合作用较弱，850 hPa存在明显的切变，但整体偏西，移动速度较快。值得关注的是该模式大风出现时间和出现区域的预报表现较好。

图8 20时模式500 hPa高度场与实况对比图

图9 8时模式海平面气压与实况对比图

图10 8时模式850 hPa风场预报图

图11 17时850 hPa风场预报图

5 结束语

2022年3月13日，鄂尔多斯地区出现了大范围的沙尘天气，局部地区出现了强沙尘暴，全市均出现了7级以上的大风，部分地区达到10级以上，通过对此次天气过程研究分析表明：

（1）此次沙尘天气的主要原因是由于蒙古气旋的强烈发展以及冷锋过境所引起的，随着蒙古气旋的发展东移，冷锋也跟随东移南下，大风和辐合上升运动使得上游的沙尘输送至下游，冷锋后出现了强沙尘暴天气。

（2）分析500 hPa、700 hPa、850 hPa温压场表明，随着高度的降低，等压线与等温线夹角越大，斜压性越强，冷平流越强；500 hPa高空槽前正涡度平流区、低层700 hPa和850 hPa冷暖平流的共同作用下，促使地面气旋不断加深发展东移。

（3）鄂尔多斯上游地区前期气候干燥，降水少，气温明显回升，近地层干燥，土壤干土层较厚，加之地表植被覆盖率低，裸露地表较多，为沙尘天气的发生提供丰富的沙源条件。

（4）利用GRAPES_MESO中尺度模式2022年3月12日20时起报的24 h预报产品和实况对比，结果表明：该模式预报此次沙尘天气形势偏北，但对于大风的开始时间和落区预报表现较好。

[1] 赵明，周春晓，李崇，等. 1960—2020年辽宁沙尘强度特征[J]. 中国沙漠，2022，42(2): 113-120.

[2] 段伯隆，刘新伟，郭润霞，等. “3·15”北方强沙尘暴天气成因分析[J]. 干旱气象，2021，39(4): 541-553.

[3] 张璐，范凡，吴昊，等. 2021年3月14—16日中国北方地区沙尘暴天气过程诊断及沙尘污染输送分析[J]. 环境科学学报，2022，42(5): 1-13.

[4] 王伏村，许东蓓，王宝鉴，等. 河西走廊一次特强沙尘暴的热力动力特征分析[J]. 气象，2012，38(8): 950-959.

[5] 王莉娜，杨丽丽，杨燕萍，等. 基于多源资料的西北地区一次沙尘暴天气过过程综合分析[J]. 大气与环境光学学报，2021，16(5): 392-403.

[6] 滕跃，王万瑞，贺皓，等. 陕西一次强沙尘暴过程诊断与分析[J]. 中国沙漠，2008，28(4): 770-774.

[7] 何光碧，肖玉华，屠妮妮，等. GRAPES_MESO模式对一次强降水过程的预报及误差分析[J]. 高原山地气象研究，2012，32(1): 8-17.

[8] 袁晨，谢清霞，刘彦华，等. GRAPES_MESO区域中尺度模式度对贵州温度与降水预报的检验评估[J]. 中低纬山地气象，2020，44(6): 56-59.

Analysis of a Sandstorm Weather Process and GRAPES_MESO Model Test in Ordos City

Using meteorological high altitude and ground data and GRAPES_MESO mesoscale model to analyze a dust weather process in Ordos on March 13, 2022. The results show that the main cause of the sand and dust weather is the strong development of Mongolian cyclone and the transit of cold front. Under the joint action of dynamic factors and thermal factors, the development of Mongolian cyclone moves eastward. In addition, the climate in the early stage is dry, the precipitation is less, the temperature rises significantly, the near ground layer is dry, the surface vegetation coverage is low, and the exposed surface is more, which provides rich sand source conditions for the occurrence of sand and dust weather. GRAPES_MESO mesoscale model predicts the dust weather situation in the north, but the forcast of the start time and falling area of strong wind is better.

sandstorm; process analysis; remote sensing is monitoring; GRAPES_MESO

P45

A

1008-1151(2022)10-0048-04

2022-08-30

杨海迪（1994－），女，宁夏平罗人，内蒙古自治区鄂托克旗气象局助理工程师，从事天气观测预报方面的研究工作。