于亞楠，王冰瑞，王 丹

（1.甘肅省酒泉市氣象局 甘肅，酒泉 735000；2.甘肅省金塔縣氣象局 甘肅，酒泉 735300）

1 天氣實況和前期氣候背景

1.1 天氣實況

2020年4月9日下午開始，甘肅省酒泉市出現(xiàn)了一次較強的區(qū)域性東大風(fēng)沙塵天氣，其境內(nèi)7個縣市均出現(xiàn)揚沙天氣，其中金塔縣和阿克塞縣達沙塵暴級別，最小能見度分別為900m和800m。敦煌市沙塵天氣持續(xù)時間長達35小時之久，瞬時極大風(fēng)速出現(xiàn)在敦煌雅丹地區(qū)，為33.3m/s（12級），突破了歷史極值，較為罕見。此次天氣過程極大風(fēng)速大值區(qū)主要出現(xiàn)在瓜州縣和敦煌市北部一帶，與低能見度低值區(qū)有較好的對應(yīng)。

1.2 前期氣候背景

酒泉地區(qū)2019-2020年冬季為1961年以來次強暖冬年份，從4月1-8日酒泉站和敦煌站日最高氣溫趨勢示意圖可以看出（圖1），此次天氣過程前期最高氣溫與歷史同期相比異常偏高，7、8兩日最高氣溫已達到20℃以上，且從3月以來到4月初酒泉市降水特少，正值春耕季節(jié)，使得地表土壤干旱疏松，為沙塵暴的發(fā)生提供了一定的物質(zhì)條件。

圖1 4月1日-8日酒泉站和敦煌站日最高氣溫趨勢圖

2 環(huán)流背景演變

2.1 高空形勢

在此次大風(fēng)沙塵天氣出現(xiàn)前期，8日20時高空500hPa亞歐大陸為經(jīng)向型環(huán)流，中高緯地區(qū)呈“兩槽一脊”形勢，高空槽分別位于烏拉爾山和我國東部沿海地區(qū)，高壓脊位于貝加爾湖至新疆一帶，呈東北—西南走向，脊后有暖平流輸送，將促使高壓脊向北伸展。由于前期受高壓脊前西北氣流影響，新疆至河西西部地區(qū)天氣晴好且逐日升溫。脊前貝加爾湖南側(cè)至蒙古國西部存在一橫槽，高緯地區(qū)的冷空氣沿脊前偏北氣流向南輸送，在橫槽后部堆積，并配合有-28℃冷中心。9日08時環(huán)流經(jīng)向度加大，同時脊前小橫槽逐漸南壓。700hPa高空圖上，新疆地區(qū)以及河西西部都處在暖區(qū)的控制下。9日20時500hPa高壓脊不斷向北伸展加強，脊前冷槽鋒區(qū)加強且繼續(xù)南壓至河西走廊，地面系統(tǒng)也隨之加強，10日08時高壓脊北部繼續(xù)向東北方向伸展，同時東移，但此時溫壓場已經(jīng)基本重合，預(yù)示著高壓脊系統(tǒng)將沒有加強的條件，系統(tǒng)移出我市的同時，大風(fēng)沙塵過程也即將結(jié)束。

2.2 地面形勢

前期冷高壓主體位于中西伯利亞地區(qū)，但分裂為兩個高壓中心，蒙新高地附近高壓中心強度為1027.5hPa，而整個新疆地區(qū)受熱低壓控制，與冷高壓中心之間的壓差達17.5hPa，形成東高西低的形勢。9日08時，地面冷高壓主體穩(wěn)定存在且西側(cè)高壓中心強度迅速加強，氣壓強度達1040hPa，與敦煌（1013hPa）壓差≥20hPa，高低壓之間形成了較大的氣壓梯度力，且此時冷鋒前沿已壓至我市北部地區(qū)。到20時，地面上等壓線密集區(qū)也逐漸南移，酒泉地區(qū)全部轉(zhuǎn)為偏東風(fēng)。10日隨著高空天氣系統(tǒng)的減弱，14時地面冷高壓主體已經(jīng)移至內(nèi)蒙中東部，且強度明顯減弱，但由于受冷鋒影響，酒泉市境內(nèi)等壓線達7條，氣壓梯度達到最大，此時額濟納旗與敦煌的壓差達到16hPa，酒泉與敦煌的壓差為11hPa，再加上河西走廊西部地形的狹管效應(yīng)和下坡風(fēng)的共同作用，使得玉門市、瓜州縣和敦煌市風(fēng)速達到最大。此后，由于地面加壓作用，使得氣壓梯度減小，風(fēng)力也逐漸開始減弱，此次大風(fēng)沙塵天氣的影響基本結(jié)束。由于此次過程冷空氣勢力較弱，酒泉市氣溫降幅不大，冷鋒過境后24小時最高氣溫降幅為3～6℃，最低氣溫降幅為2～6℃。

3 物理量場及衛(wèi)星云圖分析

3.1 地面3h變壓場

區(qū)域性大風(fēng)天氣產(chǎn)生前后在天氣圖上都有明顯的氣壓變化。與高空系統(tǒng)相配合，9日20時，隨著酒泉市風(fēng)向轉(zhuǎn)為偏東風(fēng)，地面3h正變壓中心也隨著高空氣流向東移動，此時瓜州縣風(fēng)力逐漸增大，境內(nèi)開始出現(xiàn)＞17m/s的大風(fēng)，到23時，酒泉地區(qū)完全處在正變壓區(qū)，且大部分地區(qū)3h正變壓大于5hPa，到10日14時，由于系統(tǒng)逐漸減弱，酒泉市范圍內(nèi)均受負變壓區(qū)控制，隨著正變壓向負變壓的轉(zhuǎn)變，地面加壓且氣壓梯度逐漸開始減小，風(fēng)力也逐漸減弱。由此可知，3h變壓場的變化與大風(fēng)天氣有較好的對應(yīng)關(guān)系，3h正變壓大值中心就是大風(fēng)的落區(qū)中心。

3.2 垂直速度

選取酒泉市所在區(qū)域（92°19'～100°12'E，38°06'～42°48'N），利 用NCEP/NCAR再 分 析 資 料 對850hPa、700hPa和500hPa三個層次的垂直速度場演變進行分析，據(jù)動力場顯示：9日14時開始，負速度大值區(qū)開始逐漸自東北向西南移動至，到9日20時，從對流層低層到中層均為一致的上升運動，且上升運動最強烈的區(qū)域為敦煌市和瓜州縣附近，與大風(fēng)區(qū)對應(yīng)；正速度大值中心位于蒙古中部地區(qū)，為下沉氣流區(qū)，由此低空輻合、高空輻散形成了從大氣邊界層到中低空的閉合環(huán)流。

3.3 垂直螺旋度

垂直螺旋度在一定程度上可以反映天氣系統(tǒng)的維持狀況。根據(jù)大風(fēng)沙塵出現(xiàn)的范圍，利用再分析資料計算了此次過程沿40°N，90°～110°E之間的垂直螺旋度?？芍?日20時在98°～108°E區(qū)域內(nèi)垂直螺旋度呈上負下正的分布特征，且負的大值中心位于400～200 hPa附近，為-3×Pa/，說明此次過程中該區(qū)域內(nèi)存在較強的上升運動，但是位置相對偏東，與過程中金塔出現(xiàn)的沙塵暴天氣對應(yīng)較好。

3.4 不穩(wěn)定條件

分別選取敦煌和酒泉9日08時和20時溫度對數(shù)壓力示意圖（圖略），熱力條件表明，在08時兩站在近地面都存在由于晴空輻射造成的逆溫層，且由于逆溫層頂有穩(wěn)定層的阻礙，濕度很小。到20時，大氣低層變得更加干燥，且從850-700hPa空氣的垂直遞減率與干絕熱遞減率相當（0.98℃/100m），形成了較強的熱對流，表明此時大氣處于極不穩(wěn)定狀態(tài)，為沙塵天氣的發(fā)生提供了有利的背景條件。

3.5 可見光云圖

在可見光云圖上，沙塵暴的反射率特征一般表現(xiàn)為其頂部區(qū)域結(jié)構(gòu)均勻，且順著風(fēng)向有明顯的紋理，色調(diào)呈淺灰色、有高云的暗影存在。從9日18:53分和10日14:30分兩個時次的可見光云圖上（圖略）反映出從9日下午開始，酒泉地區(qū)東北方向有紋理均勻的淺灰色區(qū)域并逐漸西移，這與高壓底前部偏東風(fēng)相對應(yīng)，10日中午則在酒泉中西部一帶，尤其是敦煌市境內(nèi)云圖紋理表現(xiàn)得非常清晰，也表明此時風(fēng)速較大。

4 結(jié)論與討論

第一，此次大風(fēng)沙塵天氣的形成，主要是由于高空高壓脊不斷向北發(fā)展，引導(dǎo)冷空氣在橫槽后部堆積，地面冷高壓較強且穩(wěn)定維持在蒙古中西部，而新疆到河西地區(qū)處在熱低壓控制中，較大的氣壓梯度力及地形作用使得地面出現(xiàn)較強的偏東大風(fēng)，且+△P3大值中心對應(yīng)于大風(fēng)沙塵（暴）的落區(qū)。

第二，在大風(fēng)沙塵過程中從對流層低層到中層為一致的上升運動，且垂直螺旋度的分布呈“上負下正”的特征，對大風(fēng)沙塵天氣有較好的指示意義，從可見光云圖上也有一定的反映。

第三，前期氣溫異常偏高，且降水特少，使得地表土壤干旱疏松，為沙塵（暴）的出現(xiàn)提供了一定的沙源條件。沙塵（暴）發(fā)生前，近地面較為干燥且存在逆溫層，午后熱對流的產(chǎn)生表明大氣處于極不穩(wěn)定狀態(tài)，為此次過程的發(fā)生提供了有利的背景條件。