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河西走廊一次强沙尘暴动力机制分析

狄潇泓  刘新伟  沙宏娥  肖玮  
【摘要】:甘肃河西地区毗邻沙漠、戈壁,植被稀少,气候干燥,为全国沙尘暴日数最多的地区之一。近五年,甘肃沙尘暴有减少的趋势,2011年春季,甘肃省沙尘天气较历史同期偏少,3~5月,仅出现3次区域性沙尘暴过程。但4月28日出现的强沙尘暴过程影响范围广、且强度大。甘肃共40个气象站出现大风沙尘天气,河西走廊有9站出现沙尘暴,其中,7站达强沙尘暴。本文利用常规资料,加密自动站逐时资料,T639数值预报初始场资料,对2011年4月28~29日发生在甘肃省河西走廊的一次强沙尘暴天气过程进行气候背景、天气形势、冷空气路径及发生沙尘暴的站点气象要素及物理量等方面进行分析,探讨其形成的动力机制,并利用加密自动站资料,从中尺度天气系统方面讨论了甘肃省的沙尘暴中心——民勤,这一次没有出现沙尘暴的原因。通过对2010-2014年5次强沙尘暴过程的对比分析,结果表明:1)前期气温偏高、降水稀少是大风、沙尘天气出现的气候背景,多沙漠戈壁的下垫面有利于产生丰富的沙源条件。2)500h Pa斜压槽及与其伴随的强锋区是引发沙尘暴的重要的高空动力条件,地面冷高压及其前部强烈发展的热低压、地面冷锋是产生沙尘暴的地面影响系统;4月强沙尘暴过程中,地面高压强度达到1030h Pa以上,ΔP3达+7h Pa以上,三小时变压中心的移动方向对沙尘暴预报有重要意义,它指示了沙尘暴的移动发展方向。通过对2011年4月28日强沙尘暴过程的深入分析,发现:1)200h Pa高空急流位置及其调整与沙尘暴天气有直接关系:高空急流震荡合并对沙尘暴发生起到重要作用,其入口区引发次级环流,一方面使高空动量下传,近地层风速加大,另一方面使锋前低压和锋后高压均加强,导致冷锋前后气压梯度增强,地面风速加大,强风吹起沙尘,产生沙尘暴。沙尘暴发生在高空急流右侧、风速大于30 m/s的区域。2)通过对Q矢量散度的诊断,发现:Q矢量散度水平分布可了解垂直运动情况,通过Q矢量散度诊断,垂直运动情况与锋面附近次级环流一致。冷锋后Q矢量散度0,冷空气强烈下沉,将高空动量下传到地面,推动锋前Q矢量散度0,对应上升运动,随高度升高,上升、下沉区向西北方向倾斜,使地面锋面后部出现强烈西北大风,造成沙尘暴。3)螺旋度分析:沙尘暴一般出现在螺旋度零线附近等值线密集处,螺旋度负中心强度与沙尘暴强度正相关。螺旋度负值中心轴线一般位于高空槽附近,并且走向基本一致,槽前为正螺旋度区,它们能指示沙尘暴影响系统的发展变化。沙尘天气时,正负螺旋度中心相邻,沙尘暴一般出现在螺旋度零线附近等值线密集处,螺旋度负中心越强,对应沙尘暴强度越强。4)沙尘暴中心民勤没有出现沙尘暴的原因:对逐小时区域站风场进行分析,沙尘暴前,永昌地面有中尺度气旋性环流,其北部民勤为中尺度反气旋性环流,由于这对环流的存在,当冷锋经过时气旋所在之处气压梯度大大加强,空气质点得到更大的加速度,使得地面风速加大更猛烈;而反气旋所在之处气压差减小,对地面风加大有遏制作用。对比20时至29日0时两站3小时变压,永昌站是负值,23时达到-3h Pa,民勤站则为0~2h Pa的正值,因此,永昌产生更大的变压风,而民勤变压风较小,故没有出现沙尘暴。说明沙尘暴是在大尺度有利环流形势条件下,由中尺度系统激发的,通过对加密中尺度资料的分析,能更精准的分析确定沙尘暴的落区,提高短时临近预警的准确率。

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