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包海山(鄂尔多斯学研究)

茫茫沧海望无边,飞入群山浪惊天。奇思妙想动天地,容纳万象包海山。

 
 
 

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蒙名道日那,汉意东方,又非常喜欢东方第一圣人老子的道学, 于是自称东方老道。姓名包海山,诗曰: 茫茫沧海望无边,飞入群山浪惊天。 奇思妙想动天地,容纳万象包海山。

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鄂尔多斯市沙尘暴天气分析及预报(贺勤)  

2016-12-21 22:07:58|  分类: 中国地方学 |  标签: |举报 |字号 订阅

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         鄂尔多斯市沙尘暴天气分析及预报
       强沙尘暴是沙漠及其邻近地区的一种特殊的非常暴烈的灾害性天气,它具有突发性强、影响范围广、破坏力大的特点。大鄂尔多斯高原,每年均有一至数次沙尘暴天气发生,给工、农、牧业生产及人民生命财产带来巨大的损失。我们查阅了从公元前 205年(有文献记载的)至今在我市及附近地区由强沙尘暴天气给国民造成的灾害,例如明朝 1550年 3月在伊盟及山西部分地区,据记载:“黑风至西来,昼晦如夜,人物咫尺不辨……房屋多摧,人畜亦伤。”清朝1881年五月初三据记载,“午后闻声自西北来,势如万马奔腾,顷刻狂风大作……白日张灯,百余年无也。”再如近期 1983年 4月 27日我盟出现了大风强沙暴天气,瞬间最大风速达 38m/s,能见度 <1m,飞沙走石,伸手不见五指,仅鄂旗、鄂前旗两旗共死亡大小牲畜 42113头(只),大小水井 8084眼被沙埋,并造成房屋倒塌、人员伤亡,交通、电讯中断,大面积农田、草场被沙埋没,牲畜饱青推迟 15~20天,全盟死亡 26人,经济损失十分惨重。因此有必要对沙尘暴的形成机制、监测及预报进行细致的研究,以便加强防灾措施,造福人类。
       在我们查阅的历史文献中,从公元前 205年(汉朝)至 1949年共查到 51个有记载的强沙尘暴天气个例,其中发生在春季的为 30例,占 58.8%;夏、秋季 11例,占 21.6%;冬季 10例,占 19.6%。在四季中,以春季的强沙暴危害最为严重。在现代气象资料中,对我市 1980年 ~1990年共 11年的气象资料,经过统计分析,我们规定:24小时内全市8个站定时观测的风速普遍为 6~7级,其中必须一站的瞬间风速 >25m/s,能见度 <200m,为一个强沙尘暴日。经统计,11年中共有 11个强沙尘暴日,其中 8例是发生在春季( 3~5月)的,占 73%。从我们所统计的大量资料中表明:绝大多数的强沙尘暴天气发生在春季。因此,本文主要从春季沙尘暴天气出现前 24~48小时及出现当时的大尺度环流形势、影响系统、形成的物理机制及成因进行初步分析,以求得一些有意义的结果和启示。
       一、环流形势演变及主要影响系统
      在强沙尘暴天气发生时 500hpa图上,整个欧亚大陆为一脊一槽型,强沙尘暴发生在环流形势由经向向纬向调整的过程中。 
      1.环流形势
      在沙尘暴天气发生前 48小时,在极地有强冷空气中心,其冷舌不断向南伸展,在乌拉尔山西侧形成一个高压脊,脊前为一片强西北气流区,并不断有冷空气沿西北气流分股南下,迭置于西伯利亚的低压区,形成一个较深厚的冷槽。温度场明显落后于高度场。由于脊前不断有冷平流输送,使此槽不断加深东移。在地面图上,与高空锋区相对应的蒙古高压发展完整,在 36区形成一个高中心,处于冷锋前部的西北地区东部到蒙古中部为一暖性低压区,我国西北地区呈西高东低的刮风形势。 
       2.影响系统
      我市的沙尘暴天气是由冷锋、蒙古冷高压和其前边的暖低压共同影响的结果。
      在沙暴天气开始前 24小时,中亚冷空气从蒙古西部经北疆东移南下,冷锋开始移入蒙古低压中。沙暴当日,蒙古气旋加深东移,在 700hpa高空图上,( 45~60N,80~-100E)内有低槽,此时高、低压间的气压梯度达 50hpa左右或以上,从而使我市出现强西北风和沙尘暴天气。随着蒙古气旋东移减弱,沙尘暴天气结束。
      二、沙尘暴成因分析
      经过我们对数十年资料的统计分析可以看出,我市的沙尘暴是由从西伯利亚移经北疆进入我市的强冷空气受这些地区局部的动力、热力扰动条件、高低空动量交换、特定地形和下垫面特点的影响及其相互作用形成的。经分析概述如下: 
      1.动力作用
      强的气压梯度和变压梯度的动力作用,是造成地面强风的重要原因之一。
      冷锋前后的气压差均在 36hpa或以上,冷锋后 5个经距内有 6~10条等压线通过,3小时变压差达 6~9hpa,通常冷锋前后△P3差达 3~4hpa就可出现大风,而这样强的变压差必然会导致很大的地转偏差,使空气具有大的加速度,在变压梯度最大的区域造成强风。利用地转偏差公式,在考虑摩擦的条件下,我们计算了沙尘暴天气发生前后的偏差风。(公式略)
       从计算结果我们发现,风速水平平流和风速垂直切变引起的偏差风量级较小,三小时变压梯度造成的偏差风量级较大,它们差 1~2个量级。说明偏差风中以变压风起主导作用,地转偏差是由三小时变压梯度造成的,强三小时变压梯度是空气获得加速度形成沙尘暴天气的动力因素。由此可见,三小时变压梯度对沙尘暴天气的生成具有一定的预报指示意义。 
      2.热力作用
      强的温度梯度也是导致锋面大风风速增大的原因之一。从我们统计资料中可以看出:多数强沙尘暴天气过程均伴有锋后的剧烈降温。而在冷锋前,暖平流向低压区输送,地面增温显著,我市地面又多为沙漠为主,受热增温更快,致使冷锋前后形成很大的温度梯度。
      温度梯度的增大必然导致偏差风加大,沙暴中的强风区主要是由偏差风造成的,同时温度梯度的增大也使大气斜压性加强,从而增大了斜压不稳定性,促使位能释放转化成为动能,其结果是风速加大。 
      3.动量下传的作用
      对流层上下层的动量交换是造成地面强风的原因之一,它是通过西风急流自上而下传递的。在冷空气东移南下过程中,西西伯利亚到北疆的中低层逐步建立了一支西北风急流。经对指标站 500、700hpa风速分析发现,对同一站点,高层风速减小与中低层风速加大同时出现;不同站点,上游风的变化先于下游,并且具有从高层向中低层逐步向下游传递的特征。又通过对变高梯度的分析发现,冷锋前后南北向的变高梯度均在 27~50位势什米之间。变高梯度大,加之槽后强大的西北急流,使冷空气奔腾而下,这也是风力大的原因之一。
      可见,动量下传对中低空急流加强起了重要作用。在沙尘暴天气到来前,即冷锋前,天气晴好,地面辐射增温强烈,空气层结不稳定,铅直交换强,空气的动量下传也较强,因而使地面风速也明显加大。
       4.下垫面影响
      下垫面的属性及久旱少雨、高温低湿是强沙尘暴形成的必要条件。我市是风沙天气较多地区之一,直接原因是广阔的沙漠所提供的丰富物资条件,只需风速达 8~10m/s就可尘土飞扬,这就为强沙尘暴的形成提供了有利条件。表 -3为过程前 1月内的降水量与历年同期平均值的比较。
      每场过程前期,我市多为干旱时期,土壤失墒严重,地表极为干燥。尤其是沙漠地区,这种特殊的下垫面具有吸收长波辐射热量迅速、增温快的特点。在气温高、日照强的情况下,地面强烈增温,往往使近地面层的温度垂直递减率超过于绝热递减率而造成绝对静力不稳定。若有扰动,就可引起强烈的垂直运动,将地面沙土吹向空中,为沙尘暴暴发创造了条件。
      综上所述,沙尘暴是特定的天气背景和下垫面条件下的产物。是西西伯利亚强冷空气南下经北疆直入河西走廊及附近地区造成的。强冷空气南下形成明显的气压梯度、变压梯度、温度梯度和动量下传等是形成沙暴的重要原因。锋前对流层不稳定,在强冷空气冲击下,导致锋前飑线的形成则是沙暴的触发机制,地面植被稀少、天气干燥是造成沙暴的主要原因。
       三、预报着眼点
       在预报沙尘暴天气时,应着重考虑以下几点: 
       1.从天气图上看,确定在乌拉尔山西侧是否有暖脊形成,脊前要有一支强西北气流配合。分析强冷空气是否会在西伯利亚堆积、加强、能否形成深厚的冷槽,温度场是否明显落后于高度场。 
       2.欧洲中心 48~72小时预报图上,在河套附近是否有深厚的冷槽存在,槽后西北气流是否明显。 
       3.注意冷锋前后气压梯度的大小及锋前是否有强对流运动。 
       4.要认真分析前期气候背景,是否长期干旱少雨,而且要掌握沙尘暴一般出现在冷暖空气交换最为频繁的春季。 
       5.前期是否持续数天高温天气,易于地面形成辐合上升运动,表面土质也更疏松。 
       6.充分利用卫星云图资料,确定冷锋云带的强度和高空风速的大小。
      总之,进入 4~5月份,预报员要认真分析有关沙尘暴易于出现的所有资料,加强监测,注意冷空气的动向,增强责任感,提高防范意识,为我市的工、农、牧业生产及人民生命财产安全做出我们的贡献。
      作者:贺勤,鄂尔多斯市气象局高级气象工程师,鄂尔多斯学研究会专家委员会委员
      原载《鄂尔多斯学研究》2006年第2期 
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