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沙尘暴短时预警系统
本工作在对全国较大的几十次沙尘暴天气过程进行综合分析的基础上，提出影响我国沙尘天气的四条冷空气路径，并利用37个高空探空天气站和59个地面气象观测站的资料建立了沙尘暴短时预警系统。通过使用2002年3月-4月历史资料进行了试报，沙尘预报准确率达73%，强沙尘暴预报准确率达100%，取得了较好结果。
第一部分    前言
沙尘暴，特别是特强沙尘暴是一种危害极大的灾害天气。当其形成之后，会以排山倒海之势滚滚向前移动，携带砂粒的强劲气流所经之处，通过沙埋、风蚀沙割、狂风袭击、降温霜冻和污染大气等作用方式，使大片农田或受沙埋、或遭风蚀刮走沃土，或者农作物爱霜冻之害；致使有的农作物绝收，有的大幅度减产；它能加剧土地沙漠化，对大气环境造成严重污染，对生态环境造成巨大破坏，对交通和供电线路产生重要影响，给人民生命财产造成严重损失。在非洲撒哈拉沙漠南缘的萨赫勒地区，从70年代初至80年代中期，由于连年大旱，造成草原退化，田地荒芜，尘沙四起，沙漠化土地蔓延，沙尘暴灾害加剧，使千百万非洲人民流离失所，生活悲惨。我国也是受沙尘暴危害最严重的国家之一，特别是西北地区尤为严重，几乎每年都有强沙尘暴发生。仅1993年5月5日的一次特强沙尘暴天气过程就造成直接经济损失5.6亿元。此次特强沙尘暴的影响范围总面积约110万km2，占全国总面积的11.5%，涉及西北四省（区）的18个地（市）的72个县（旗），人口1200多万人。据统计，在这次特强沙尘暴的浩劫中，共死亡85人，失踪31人，伤264人，在死亡和失踪者中，少年儿童居多。死亡和丢失大小牲畜几十万头（只），受灾农田和果林与幼林等均达几十万亩，数以百计的塑料大棚被毁，草场、牧场和盐场的基础设施、公路、铁路和供电线路等破坏都十分严重。此外，这次特强沙尘暴通过沙埋、吹刮等，对西北地区的植被生态环境造成了严重的破坏，大大加快了该地区荒漠化的进程，其间接经济损失是难以估量的。
由于近几年强沙尘暴发生频数有逐年增加的趋势，加之土地资源超载的局面短期内难以改善，随着全球气候的变暖，水资源短缺的矛盾将日趋尖锐。因此，沙尘暴对人类的危害也将随之增大。
附表 1   列出七十年代以来的五次强沙尘暴天气概况和造成的灾害表明，强沙尘暴的风力可达12级以上，与东南沿海登陆台风的最大风力相当。
表 1  七十年代以来五次强沙尘暴天气概况和灾害表
日     期 影 响 地 区 风  力 能见度 主  要  灾  情
1977年4月22日 甘肃酒泉、张掖 38米/秒 0米 仅张掖地区死亡54人，失踪25人，大面积农田受灾。
1979年4月9～11日 新疆、甘肃、青海、宁夏、内蒙古等省区的部分地区 46米/秒 0米 仅新疆死亡29人，伤43人，死亡牲畜2.57万头（只），受灾农田45万亩，损坏房屋1.4万间，兰新铁路沿线各站损失4200万元。
1983年4月26～28日 新疆东部和南部、青海中部、甘肃平凉、宁夏中部、内蒙古河套地区、陕西榆林 >35米/秒 <100米 宁夏死亡14人，成灾农作物200万亩以上；内蒙古伊克昭盟和陕西榆林地区死亡失踪58人，死亡丢失牲畜16万头（只）。
1986年5月17～20日 新疆和田、哈密，甘肃酒泉地区 35米/秒 0米 新疆和田地区死亡10人，失踪9人；哈密市损失1900多万元；兰新铁路多处被掩埋，中断运行31小时之久。
1993年5月5日 新疆东部、甘肃河西、宁夏大部、内蒙古西部 38米/秒 0米 死亡85人，失踪31人，重伤264人，死亡和丢失牲畜12万头（只），直接经济损失5.5亿元。
全球沙尘暴多发生于沙漠及邻近的干旱、半干旱的地区（图1-1）。非洲的撒哈拉地区，亚洲的阿拉伯、西南亚、中国西北部、前苏联中亚地区，美国西南部地区、澳大利亚地区等地是沙尘暴发生的地区。
美国三十年代干旱和沙尘暴现象持续了近10年，使得数百万公顷农田被毁，几十万人背井离乡。

图1-1、全球主要干旱区分布图（温克刚等2000年）
我国西北地区大部分是沙漠、干旱和半干旱地区，每年春季频繁发生的沙尘暴不仅给当地造成了重大的自然灾害，而且也严重危害京津等地，并波及到全国。
目前我国沙尘暴多发区域和主要影响区域已具备以地面气象观测、高空探测、遥感探测（卫星等）所构成的气象综合探测网。地面站距为50-100公里，高空站距300公里，观测时间间隔一般为6-12小时，地面气象观测项目为：温度、气压、湿度、风向、风速、降水、天气现象、云量、能见度、日照、蒸发、地温等常规气象要素；高空探测项目为：规定等压面温、压、湿和风；气象卫星主要用于探测大范围高时空分辨率的云系分布与演变等。对监测形成沙尘暴的天气尺度系统与中尺度系统，十分有利。
本工作通过对1977-2001年北方地区几十例强沙尘暴过程进行卫星云图和天气形势综合分析的基础上，根据影响沙土尘暴发生的冷空气移动路径和云图上云带特征，建立了短时（<24小时）天气预警模式。该模式在分析沙土尘暴形成的卫星与天气的机制基础上找出预报着眼点，进而确定相应的天气图关键区，选择关键区内的气象站的高空与地面要素，建立分类模型、热力模型和动力模型，最后形成沙尘暴短时预警系统。此系统有较强的自动处理功能，界面清楚，运行速度快。2002年3月-4月全国共出现沙尘暴天气过程11次，本方法试报出8次，其中对3月份2次强沙尘暴过程报出2次，对4月份2次强沙尘暴过程报出2次。
第二部分 沙尘暴的基本特征与成因分析
1．沙尘暴的基本特征
1．1沙尘暴定义、命名与等级划分
沙尘暴（sand-dust storm）是沙暴（sand storm）和尘暴（dust storm）两者兼有的总称。其中沙暴是指8级以上的大风把大量沙粒吹入近地面气层所形成的携沙风暴；尘暴则是指8-9级以上大风把大量尘埃及其它细粒物质卷入高空所形成的强风暴。
关于沙尘暴不同的国家或地区有不同的名称，如在印度西北部地区，将季风到来之前的季节内出现的对流性沙尘暴，称其为安德海（Andhi）；在非洲和阿拉伯地区称之为哈布（Haboob）；另有的地区称之为“phantom”，即“鬼怪”的意思。
对沙尘暴强度的等级划分，一般采用风速和能见度两个指标。如Joseph对发生在印度西北部的沙尘暴划分为三个等级：即4级＜风速≤6级，500m≤能见度＜1000m，称为弱沙尘暴；当6级＜风速≤8级，200m≤能见度＜500m，称为中等强度的沙尘暴；而风速≥9级，能见度＜200m，则称之为强沙尘暴。我国对沙尘暴的定义，与上述的定义大体相同（见表2）只是在强沙尘暴的等级范畴内，又划分出了强与特强沙尘暴，当水平能见度小于500m时，称为强沙尘暴，在西北省区当其达到最大强度（瞬时最大风速≥25m/s，能见度＜50 m，甚至降到0m）时，称为特强沙尘暴（或黑风暴，俗称“黑风”）。
表2  沙尘天气的分类和气象学定义
名 称 成   因 能见度 天空颜色 天气条件
浮 尘 远地或本地产生沙尘暴、扬沙后，尘沙等细粒浮游空中而形成。俗称“落黄沙” 小于10千米，垂直能见度较差 远物呈土黄色，太阳呈苍白色或淡黄色 无风或风较小
扬 沙 本地或附近尘沙被风吹起，使能见度显著下降 1-10千米 天空混浊，一片黄色 风较大
沙尘暴  小于1千米  风很大
1．2我国沙尘天气发生频次的历史演变
从公元300年以来我国沙尘事件的频数曲线（图1-2温克刚等，下同）。可见近千年期间， 沙尘频发期大约有5个，即1060～1090，1160～1270，1470～1560，1610～1700，1820～1890，每个频发期大约为90年左右，目前我国进入频发期。

图1-2公元300年以来我国沙尘事件频数曲线
1．3近50年来我国沙尘天气地理分布和变化趋势
沙尘天气是大气运动和自然地理环境的综合产物。从近50年气象台站的观测结果分析，我国长江以北大部地区都曾出现过扬沙和沙尘暴天气，并以西北地区最为突出。沙尘的多发区主要集中在塔里木盆地周围，敦煌-河西走廊-宁夏平原-陕北一线，内蒙古阿拉善高原、河套平原和鄂尔多斯高原（图1-3）。

图1-3我国扬沙、沙尘暴地理分布
1．4沙尘灾害在我国分布的一般特点
沙尘灾害在我国的分布具有以下三个显著特点：
首先，影响面积大。西起新疆，东抵沿海，受沙尘暴、扬沙和浮尘不同程度影响的省市区分别为17个、25和27个。
其次，强多发区集中。在我国西北部集中着两个主要强多发区：塔克拉玛干沙漠及附近地区；巴丹吉林沙漠、腾格里沙漠及其邻近地区。
再次，与沙漠和沙地密切关连。古尔班通古特、塔克拉玛干、库姆塔格、柴达木盆地、巴丹吉林、腾格里、乌兰布和毛乌素等沙漠，以及散布在黄河河套、青藏高原、蒙古高原的沙地为沙尘天气的出现提供了极为丰富的物质源。
此外，沙尘的分布还受到天气系统分布、植被分布、降水分布等的显著影响。沙尘暴往往会与其它自然灾害相伴发生，如干旱、冷空气入侵、龙卷风等，研究表明，沙尘暴和扬沙的运动路径与冷空气入侵路径有相当一致性。
2．沙尘暴的成因分析
2．1宏观条件
据有关研究指出，沙尘暴的形成有三个基本条件：一是大风，这是形成沙尘暴的动力条件。
沙尘暴是强风的产物，但它发生频率及强度又多与降水有关。从千年气候变化的背景分析，沙尘暴高发期对应于少雨干旱的气候背景（下图中的斜线所示）。图（2-1）中1060~1270年、1470~1920年两段沙尘暴高发期与这一时期的干旱是相对应的。

图2-1千年湿度指数曲线（下）与沙尘暴发生频率（上）对比图
另外，近年来强沙尘暴发生频率趋高，可能还与厄尔尼诺事件频繁发生、1998年6月以来赤道东太平洋又出现了较强的拉尼娜事件以及人类活动排放温室气体的增加导致的气候变暖等有关。
二是不稳定的空气状态，这是重要的局地热力条件。沙尘暴多发生在午后至傍晚时段内，就充分说明了大气不稳定状态的重要性。
三是地面上的沙尘物质，它是沙尘暴的物质基础。如30年代美国西部大草原的过度开垦，荒漠化加剧，沙尘源扩大，造成沙尘暴肆虐。又如前苏联50年代在哈萨克和西伯利亚等地区盲目大量开垦荒地，使地表裸露的沙尘物质增多，导致强沙尘暴频繁发生，这都是明显的例证。根据国家林业局提供的信息，我国的环境总体上恶化。图2-2、图2-3、图2-4为沙尘暴的发生提供了丰富物质。


图2-3、我国沙尘暴源区

图2-4、沙尘源区县分布图
下面是4个沙尘暴源区的基本情况（图2-5至图2-11）。

图2-5、新疆塔克拉玛干沙漠周边地区

图2-7、河西走廊及阿拉善地区

图2-9、蒙陕宁长城沿线

图2-11、乌蒙后山和浑善达克沙地

图2-12、植被状况
王式功等通过对沙尘暴形成的宏观天气气候条件和下垫面状况的系统分析，认为沙尘暴主要发生在春季和初夏季节有五方面的原因：①丰富沙尘源的下垫面和特殊的地形条件；②冬半年长时间的干燥和冻结，到春季解冻后地表土质变得很疏松；③春季高空急流轴所处位置是北方地区易吹大风的重要原因；④春季大气层结不稳定度增大，午后易产生对流，有利于高空动量下传；⑤春季是北方地区冷锋活动最频繁的季节，锋后大风也是产生沙尘暴最重要的因素之一。
2．2主要影响系统
沙尘暴是多种因素共同作用的产物。尤其是特强沙尘暴的发生发展，在具备宏观的气候和下垫面条件的前提下，还需有利的环流形势和天气系统相配合，Brazel分析了美国亚利桑那州1965-1980年期间沙尘暴发时的各种天气特征后指出，四种天气系统：①锋面系统，②雷暴与对流，③热带扰动和④上层切断低压易导致沙尘暴的产生。通过对我国北方地区几次大范围强或特强沙尘暴天气过程的分析，我们总结出了我国产生沙尘暴过程的四种云型特征。
2．2．1冷锋云系型沙尘暴天气云图特征
与冷锋云系相伴的沙尘暴是我国西北地区出现次数最多的一类。
在云图上，冷锋云系呈带状分布十分明显。引起沙尘暴的冷锋云带，在云图上又可分为宽云带和狭云带两种，宽云带引起沙尘暴较强，狭云带移动速度较快引起沙尘暴范围较广。例如1983年4月27日沙尘暴过程即属此类。
①过程简述。1983年4月27~28日西北地区出现大范围沙暴天气（最大风速大于35m/s），29日高空浮尘漂移至长江下游，30日到达日本上空。
②云团特征。此次过程主要是由一条狭的冷锋云带引起的，在27日08时的云图上，云带位于新疆东部（图略），云带自西向东移动的过程中不断变窄；到14时（图2-13）影响河西走廊，由于地形阻挡（内蒙古雅布赖山脉），云带出现断裂。在云图上，云带尾部沙尘暴区与浮尘区清晰可见。

图2-13、1983年4月27日14时VIS GMS-2
③天气形势。1983年4月27~28日，在贝加尔湖有低压槽加深，槽后冷平流很强，地面有冷锋配合。图2-14给出了700hPa急流轴位置，地面冷锋和冷高压移动位置及沙尘影响范围。从图上可以分析出，27日08时地面强高压中心（1040hPa）在阿尔泰，28日08时移至祁连山区，29日08时到达秦岭（1030hPa）。高压前面的冷锋向东南方向移动较快，平均移速50km/h，锋后出现大范围沙尘暴及浮尘天气。

图2-14、1983年4月27-29日综合天气图
④预报要点。关键是掌握冷锋云系东移中是否发展。在云图上，从云带演变本身可以判断；另外从云带后面的晴空区范围是否加强也可以判断未来冷锋云系是否发展，由于锋后晴空区对应中亚脊，当中亚浅脊与沿北支锋区东移的北欧高压脊或新地岛南下登陆的小高压脊同位相叠加后将强烈发展，使晴空区范围扩大，其前部的冷锋云带也将发展。
2．2．2蒙古气旋云型沙尘暴天气云图特征
每年春季，我国北方地区多蒙古气旋活动，因此蒙古气旋是造成北方沙尘暴的重要天气系统之一。尤其是2000年—2002年春季，华北、东北地区的强沙尘暴天气均与蒙古气旋的发生发展有关。下面以2001年4月6-7日强沙尘暴过程为例做一分析。
①沙尘暴时空演变和主要灾情
4月6日02时，西西伯利亚冷空气开始侵入新疆，在吐鲁番出现扬沙，同时甘肃省马鬃山出现7级大风。08时冷空气东移侵入内蒙古西部阿拉善盟，阿拉善盟开始出现大范围扬沙。14时沙尘天气迅猛加强，内蒙古阿拉善盟、巴彦淖尔盟北部、包头市北部、乌兰察布盟北部和锡林郭勒盟西部出现大范围沙尘暴和特强沙尘暴，水平能见度下降到200m到300m，其中阿拉善盟的额济纳旗沙尘暴从8点25分持续到16点17分，持续时间近8个小时，能见度下降到0m，风力达到7-9级（巴彦淖尔盟乌拉特后旗定时风速24m/s，满都拉庙定时风速22m/s）。6日20时，阿拉善盟、巴彦淖尔盟沙尘暴减弱停止，包头市北部、乌兰察布盟北部、锡林郭勒盟西部沙尘暴仍在持续，其范围向东扩展到锡林郭勒盟中东部，能见度下降到200m以下。7日02时，沙尘暴和强沙尘暴区稳定少动。其间在6日16时到7日02时，沙尘暴强度达到最强，内蒙古中部偏北地区5个气象站点能见度降至0m，形成特强沙尘暴（黑风暴）。7日08时包头市北部、乌兰察布盟北部，沙尘暴减弱停止，沙尘暴区继续向东扩展到内蒙古赤峰市北部、通辽市北部、兴安盟北部，其中兴安盟北部的胡尔勒、索伦、扎赉特旗出现了强沙尘暴，能见度下降到50m到300m。7日14时上述地区沙尘暴仍然持续，同时黑龙江和吉林省开始出现沙尘暴。7日20时除赤峰市北部和黑龙江省少数地区仍有沙尘暴外，横扫我国西北、华北、东北7个省、区及蒙古国南部，历时40多个小时的沙尘暴才告停止。

图2-15：2001年4月6-7日内蒙古、黑龙江、吉林沙尘暴最小能见度分布（单位m）
图2-15是6日14时到7日20时各站最小能见度分布图。由图上可见，这次沙尘暴过程，最强中心位于内蒙古中部偏北地区。强沙尘暴区主要位于42°N以北，且呈东西带状，这与造成强风的蒙古气旋活动和高空急流活动有着密切关系。表3是各级能见度出现站数。由表中可见此次沙尘暴过程非常猛烈，影响范围非常广阔。阿巴嘎旗特强沙尘暴（能见度0m）自6日20时一直持续到7日02时，持续时间长达6小时之久。利用地理信息系统和卫星遥感图象分析此次沙尘暴在中国境内影响面积约103万平方公里。
表3   4月6-7日各级水平能见度出现站数
分级 V≤50m 50m＜V≤200m 200m＜V≤500m 500m＜V＜1000m
站级 7 13 14 15
这场强沙尘暴给我国北方，造成了严重环境灾害，给农牧业造成巨大损失，也严重影响了交通安全和人的身体健康。据不完全统计，仅内蒙古巴彦淖尔盟乌拉特后旗农区刚播种的2.3万亩小麦有95%被风刮出地表。锡林郭勒盟北部和西部5个旗成幼畜死亡30783头（只），走失3万多头（只），倒塌和损坏棚圈4310间，被沙埋没草场3000亩，大部分牧民住房屋顶瓦被刮掉，大量蒙古包被损坏。苏尼特右旗旗政府所在地赛汗塔拉，因强沙尘暴造成医院人满为患，有的人病情严重至死。齐齐哈尔因沙尘暴机场被迫关闭8个小时。
②蒙古气旋爆发性发展和强冷空气入侵
蒙古气旋的生成发展和移动
这次大范围强沙尘暴与蒙古气旋爆发性发展关系密切。蒙古气旋4月5日02时生成于蒙西山地西侧，中心位于51°N、82°E，中心气压1003hPa。后向东偏南方向移动，6日02时中心位于49°N、100°E，中心气压加深到995hPa，此时气旋冷锋开始影响新疆、甘肃，形成大风沙尘天气。6日08时越过蒙西山地，移到乌兰巴托附近，气旋中心加深到991 hPa，在气旋冷锋袭击下，内蒙古西部的阿拉善盟出现大范围扬沙。其后气旋沿48°N—50°N纬带东移，气旋冷锋和副冷锋扫过内蒙古，内蒙古出现大范围强沙尘暴。6日20时到7日02时气旋爆发性发展，6个小时气旋中心气压急剧下降了6hPa，气旋中心移动缓慢（只移动了100km，而气旋自5日02时生成到7日20时消亡，6小时平均移动速度为246km），在锡林郭勒盟引发了最猛烈的沙尘暴，二连浩特、苏尼特左旗、阿巴嘎旗，6日20时到7日02时能见度为0m。显然气旋爆发性发展使地面风迅速加大，造成沙尘暴猛烈加强。7日08时气旋锢囚，中心东移到48.5°N 、118.5°E，沙尘暴开始影响我国东北黑龙江省和吉林省，沙尘暴带环绕在冷锋后气旋中心南部。气旋中心加深到977hPa（24小时内气旋中心加深了14hPa）。这一记录不仅是本次强沙尘暴过程蒙古旋中心气压的最低值，也是2001年1—5月份18次蒙古气旋沙尘暴过程气旋中心气压的最低值。强沙尘暴和特强沙尘暴就发生在6日08时到7日08时这一时段。这一事实说明，沙尘暴强度、范围和持续时间与蒙古气旋的强度和持续时间有着密切关系。7日14时期蒙古气旋开始填塞，20时消亡。
图2-16、图2-17分别是4月6日14时NOAA-16和4月7日08时FY-1C气象卫星监测到的沙尘暴遥感图象。由图2-16可以看出有两条沙尘暴带，分别与蒙古气旋冷锋和副冷锋相联系，配合地面测站沙尘暴观测记录，可以确定沙尘暴主要出现在地面冷锋和副冷锋之后（与副冷锋相联系的强沙尘暴带，后由蒙古侵入我国），紧跟地面锋线。另外在气旋暖区中（图中A区）有一强沙尘暴区，水平尺度约300km。这一中尺度强沙尘暴区位于内蒙古锡林郭勒盟西部的二连浩特和朱日和，水平能见度为200m是中尺度天气系统造成的。由图2-17配合地面气旋分析，可以看出此时蒙古气旋已发展到鼎盛期，形成锢囚气旋。强沙尘暴区仍位于气旋冷锋和副冷锋之后，紧跟地面锋线。就天气尺度系统而言，冷锋后的大风是形成沙尘暴起沙的主要动力。在本例中由于气旋的强烈发展，冷锋后的大风为西风或西南风，与通常是西北风或偏北风不同。

图2-17、2001年4月7日08时FY-1C卫星图像
2．2．3强对流云团型沙暴天气云图特征
过去我们对中尺度对流云团产生的沙尘暴天气了解较少，随着卫星云图的广泛应用，使我们对这类天气系统的认识不断加深。伴有中尺度系统的沙暴过程约占总数的1/3。云图上云团可以分为三种云型：（a）椭圆型，如图2-18为1993年5月5日16：33时GMS-4可见光云图，云团（A处）形成在冷锋云带前方，地面有飑线配合，使金昌出现了“黑风暴”过程。（b）对流云线型，云图上沙尘暴过程是由一条条排列规则的中尺度对流云线引起的，如1984年4月4日过程。（c）涡旋状型，发生在锋前暖区，云图上表现为大量的对流云团围绕着一个中心呈涡旋状分布，涡旋中心一般对应着低层的热低压。下面以1986年5月18~20日过程为例进行分析。

图2-19、1986年5月19日20时 IR GMS-3

图2-20、1986年5月19日08时综合天气图
①过程简述。1986年5月18日20时和田地区出现强沙尘暴天气，极大风速大于25.1m/s。19日14时影响到敦煌、西安等地，出现大风，能见度为零的时间长达4~5个小时，农田被沙覆盖达20~30cm。直到酒泉后才减弱。
②云图特征。在5月18日云图上（图略），南疆沙漠上空有大量对流云团发展，云团直径大约在50~100km，产生的降水不大，却有着完整的环流系统。到19日12UTC（图2-19），对流云团群移至敦煌附近，其涡旋状排列更加明显（图2-19中D处）。
③天气形势。5月18日的地面图上（图略），在南疆有热低压发展，低压中心与云图上涡旋中心有较好对应关系。图2-20是19日08时各层综合天气图。从图中可见由中亚进入我国的冷空气主力主要影响天山以北地区，故冷平流的加压作用仅限于北疆等地；而南疆处于锋前强西南气流中，仍为暖平流区，其引起的动力性减压有利于锋前热低压在南疆西部生成。
另外，在700hPa（图2-20）柴达木盆地有另一低压发展，其北侧（40°N附近）维持一条较强的东风气流带（图2-20中长箭头），促进东边的冷空气西侵。这支低空偏东急流的存在，加剧了南疆低层的气旋性能辐合，对热低压加强极为有利。
在500hPa高空，位于克什米尔上空的低压（图2-20断线表示）作用下，较湿的空气越过昆仑山脉进入南疆，促使热低压周围有大量云团发展。
18日20时，从中亚低槽中分裂出的部分弱冷空气经高原进入南疆西部，并生成弱冷锋，随着这股弱空气的入侵，热低压开始东移，并使和田等地偏西风增强，出现沙尘暴天气。
④预报要点。涡旋状云系的发展与维持是产生沙尘暴天气的关键系统，在相应的天气图上，与塔里木热低压的发生发展相对应。而热低压的发生发展受以下三个环流系统影响：（a）在高层（500hPa）新疆脊强大（有时在北疆出现闭合高压中心）、移动缓慢（每日东移速度不超过5个经度）；（b）在高压脊后部有一支强西南气流位于我国西部国境及帕米尔高原西侧，且较稳定；（c）在中、低层，从河西走廊到南疆东部有一支偏东急流存在。
2．2．4其它型沙尘暴过程云图特征
此类过程云型表现很复杂，难以分型，要深入研究。例如有的沙尘暴天气发生在晴空区，在云图上无云系影响，单靠卫星云图是难以分析的，以1990年4月24日过程说明。
在24日10：34时的云图上（图2-21a），赤塔至乌兰巴托一线有强低槽冷锋云系维持，云带前方（华北等地）为大范围晴空区。在天气图上（图略），晴空区位于锋前较强的西南气流控制下，而700hPa（图略）有西北至东南向的低空急流轴存在。当天下午，内蒙古中南部的张北戈壁沙滩地已经发生相当规模的沙尘暴（图2-21a中A处），在云图上可以清晰地看到沙尘暴起始区（上游）的边缘整齐，而扩散方（下游）边缘松散。3小时后（图2-21b），这一长条沙尘区明显扩大、加强。
a、1990年4月24日10时 b、1990年4月24日13时

图2-21、GMS-4红外云图
第三部分沙尘暴短时预警系统的建立
中国气象局预测减灾司关于沙尘天气预警业务服务暂行规定（2002年10月）中指出:
沙尘天气分为浮尘、扬沙、沙尘暴三类。
（一）浮尘：悬浮在大气中的沙或土壤粒子，是水平能见度小于10公里的天气现象；
（二）扬沙：风将地面尘沙吹起，使空气相当浑浊，水平能见度在1-10公里以内的天气现象。
（三）沙尘暴：强风将地面尘沙吹起，使空气相当浑浊，水平能见度小于1公里的天气现象。当水平能见度小于500米时，为强沙尘暴。
沙尘天气过程分为四类：浮尘天气过程、扬沙天气过程、沙尘暴天气过程和强沙尘暴天气过程。
（一）浮尘天气过程：在同一次天气过程中，我国天气预报区域内相邻5个或5个以上国家基本（准）站同时出现了浮尘天气。
（二）扬沙天气过程：在同一次天气过程中，我国天气预报区域内相邻5个或5个以上国家基本（准）站同时出现了扬沙天气。
（三）沙尘暴天气过程：在同一次天气过程中，我国天气预报区域内相邻3个或3个以上国家基本（准）站同时出现了沙尘暴天气。
（四）强沙尘暴天气过程：在同一次天气过程中，我国天气预报区域内相邻3个或3个以上国家基本（准）站同时出现了强沙尘暴天气。
1.沙尘暴分类模式
通过1977—2001年西北地区几十例沙尘暴过程进行卫星云图和天气形势合成分析，根据影响沙尘暴发生的冷空气移动路径和云图上锋面云带特征，将我国北方地区沙沙尘暴分为三种类型。即西北云带类、北方云带类（含蒙古气旋）和西方云带类。分析表明，沙尘暴形成的天气机制主要有以下几个方面：
1.1在关键区内有一条明显的冷锋云带，云带由密实的中高云系组成，云顶温度一般低于-40℃；锋面云带前边界比较模糊，而后边界较整齐，反映了高空风速较大；有时云带前边界或其前部有中尺度对流云团和中尺度飑线。冷空气移动路径不同，锋面云带的走向有所区别。西北类锋面云带多为东北、西南走向，自西北方沿北疆向东南直冲河西走廊；北方类云带走向呈准东、西向，从贝加尔湖经蒙古国南压至河套一带；西方类云带一般近于南北向，云带尾部伸至35°N以南。
1.2  500hpa关键区有低压槽发展，南北跨度大于8个纬度，并有24小时负变高和冷温度中心与低槽配合，槽前锋区较强，温度梯度大，低槽斜压性强，槽后有一支强风速带，易引起扰动动能的加强和动量下传。
1.3地面关键区有冷锋过境，有时出现锋生冷锋。地面冷高压较强，高压中心达1025hpa以上，冷锋后部有+△P3，锋前—△P3。变压梯度大。锋前热低压或蒙古冷性气旋发展强烈，与锋后冷高压之间形成明显的气压梯度。
1.4沙尘暴爆发前期，西北区东部增暖显著，持续增温大于10℃，有时24小时增温达7—8℃，当冷空气移至西北区上空时，形成上冷下暖强烈的热力对流不稳定大气层结，从而激发沙尘暴。
2.预报关键区的划分
关键区划分、范围及代表站
据分析在短期预报时效，影响沙尘暴的天气系统和云带主要集中在 35—60°N、65—120°E范围内，因此将上述区域划分为若干关键区。
关键区   范   围           各区代表站点（区站号）：
G1区  40—55 °N    28698  35394  35796 36096  36177  36870
65—95°E    51133  51076  51431  52203  51463  51495
G2区  43—60°N     30710（36096）  44292  51288 （52203)
85—120°E    51495  52267    52323   53463  53068
54102  50527
G3区  35—50 °N    (35796  36870)   38457  (51431)  (51463)
65—95°E     51709   51828    51777   (52203)  52418
G4区  35—45 °N    (52203)  52323  52267   52533  52681
90—120°E    52818   52889   52495   53614  53845
（53463） 54511
D1区  42—55°N     28898  35394  35796  36177  36231 36535
70—95°E    36259  36870  44218  51076  51133  51243
51288  51431  51463  51495  52203
D2区  42—55°N    36307 44218 (51288) (51495) (52203)
90—115°E  44231  44277   44287  44285  44292  44298
44347  30925   30710  53068
D3区  35—50°N   38457  51711  51709  51644  51656  51765
70—95°E   51811  51818  51828  51931  51855  51777
52418  52818
D4区  35—45°N  (52418)52323  52267  52533  52652  52674
90—115°E  52681 52787  52895  52495  53614  53513
52836  53336  53845  53772  54511
注：G区、D区分别代表高空和地面关键区；高空共选37个站点，有“（）”的6个站点重复使用，地面选取59个站点，其中“（）”的站点重复使用。各关键区代表站高空一般为10—12个，地面为14—17个。分布比较均匀，具有较好的代表性。
3.沙尘暴知识库
在分析西北沙尘暴天气成因基础上，吸收我国北方各省区及卫星中心等众多研究成果和经验，从云图特征、环流背景、影响系统、气象要素特征诸方面筛选出物理意义明确、相关好的预报因子，建立较为客观定量的分类规则和预报规则，形成沙尘暴预警知识库。知识库包括预报因子和预报规则两部分。客观地反映了形成大风沙尘暴天气的热力、动力和不稳定度天气条件。
3.1预报因子：TB云顶亮温； H、T、TD 分别为500hpa高度、温度、露点； △H24、△T24为24小时变高、变温； P、 △P3、△P24为海平面气压、3小时变压、24小时变压；T—Td为温度露点差；DDFF为风向风速等。
3.2预报知识与规则
3.2.1西北冷锋云带类：
1) G1区有冷锋云带，云顶亮温TB≤-44℃。
2) G1区500hpa △H24<-6位势什米。冷中心T≤-32℃。
3) 500hpa HG1-HG2<4位势什米(关键区最低值）；或 H35229—H36177≥12同时H52533—H36177≥16；或（H28698+H35796+H29634+H51706）/ (444292+H30710+H36096+H44212）/4≤8位势什米。
4) G1区500hpa有5站及以上FF≥20m/s强风带（风向DD≥270°）。
5) 地面△P3（D1区最大正值）—（△P3）（D4区或D2区最小值）≥9hpa。
6) 地面D1区△P24≥15hpa，同时D4区△P24<-10hpa或 D2区△P24<-20 hpa
7) 地面地面P（D1最大值）—P（D4最小值）≥35 hpa
或P（D1最大值）— P（D2最小值）≥30hpa
8) 地面D1区冷高压中心P≥1025hpa。
9) 地面D2区低压中心P≤1000 hpa。
10) 地面D4区P<1005 hpa。
11) 地面D1有3站大风区（FF≥12m/s）。
12) 500 hpa G4区△T24≥4℃；或500hpa TG4(最高值）—TG1(最低值)≥16℃；或52533  52681  52495  53845  53614 5站T（最高值）—TG1（最低值）≥15℃
13) 08时或14时地面D4区△T24（最高值）≥5℃；或T52533-T44218≥7℃；T52533-T44272≥12℃；
14) 地面D4区（T—Td）（最大值）≥15℃
分类规则：a 条件1、2、3满足进入分类模型；
b 条件5、6、7、8、9、10、11满足3条，同时符合4进入动力模型；
c  条件12、13、14满足2条进入热力模型；
a、b、c 同时满足，西北、华北地区有西北路径类沙尘暴。
3.2.2北方冷锋云带类：
1) G2区有冷锋云带，云顶亮温TB≤-44℃。
2) G2区500hpa △H24<-8位势什米  冷中心T≤-36℃。
3) 500hpa 1）HG2-HG1≤6位势什米(关键区最低值）；或2)H35796—H51076≥7位势什米；或(H28698+H35396+H29634+H51706)/4（H44292+H30710+H36096+H44212）/4≥4位势什米。
4) G1或G2区500hpa有5站及以上FF≥20m/s强风带（风向DD≥270°）。
5) 地面△P3（D2区最大正值）—△P3（D3区或D4区最小值）≥10hpa。
6) 地面P（D2最大值）—P（D4最小值））≥35 hpa或 P（D2最大值）— P（D3最小值）≥30hpa
7) 地面D1区或D2区冷高压中心P≥1025 hpa
8) 地面D3区或D4区低压中心P≤1000 hpa
9) 地面D1或D2有3站大风区（FF≥12m/s）
10) 500 hpaTG4（最高值）—TG2（最低值）≥16℃；或52533  52681  52495  53845  53614 5站T（最高值）—TG2（最低值）≥16℃
11) 08时或14时地面D4区△T24（最高值）≥5℃或T52533—T44218≥9℃或T52533—T44272≥12℃
12) 地面D4区（T—Td）（最大值）≥16℃
分类规则：a 条件1、2、3满足进入分类模型；
b  条件5、6、7、8、9满足3条，同时符合4进入动力模型；
c  条件10、11、12满足2条进入热力模型；
a、b、c 同时满足，西北东部、华北地区有北方路径类沙尘暴。
3.2.3西方冷锋云带类：
1) G3区有冷锋云带，云顶亮温TB≤-40℃。
2) 500hpaG3区△H24<-6位势什米，冷中心T≤-28℃。
3) 500hpa HG1-HG3≥4位势什米（关键区最低值）；或H51777—H35394≥25位势什米，同时H51076—H36870≥6位势什米。
4) G1区500hpa有5站及以上FF≥20m/s强风带（风向DD≥270°）。
5) 地面△P3（D3区最大正值）—△P3（D4区最小值）≥9hpa。
6) 地面P（D2最大值）—P（D3最小值）≥30 hpa或P（D1最大值）— P（D3最小值）≥25hpa
7) 地面D1区或D2区冷高压中心P≥1020 hpa。
8) 地面D3或D4  区P≤1000 hpa。
9) 地面D3或D1有3站大风区（FF≥12m/s）。
10) 500 hpaG3或G4区△T24≥6℃或500hpa TG4区最高值—TG1区最低值≥14℃；或52533  52681  52495  53845  53614 5站T（最高值）—TG3（最低值）≥16℃
11) 08时或14时地面D3或D4区△T24≥6℃；或T52533-T44218≥7℃；或T52533-T44272≥12℃
12) 地面D4区（T—Td）最大值≥15℃
分类规则：a 条件1、2、3满足进入分类模型；
b  条件5、6、7、8、9满足3条，同时符合4进入动力模型；
c  条件10、11、12满足2条进入热力模型；
a、b、c 同时满足，西北地区有沙尘暴。
4.建立预报模型
如图1所示，预报模型包括历史资料库和各类实时资料库。沙尘暴预报智能模型通过分类模型、动力模型和热力模型进入网络推理，分别预报西北、北方、西方冷锋云带三类沙尘暴。然后输出我国北方地区沙尘暴预报结果，向有关单位进行服务。
附：预报系统编程顺序
检索高空、地面、云图                北方类（规则1、2、3）
实时资料进行预处理----分类模型----西北类（规则1、2、3）
西方类（规则1、2、3）
北方类（规则5、6、7、8、9、及4）
---动力模型---西北类（规则5、6、7、8、9、10、11及4）
西方类（5、6、7、8、9及4）
北方类（规则10、11、12）
---热力模型---西北类（规则12、13、14）----预报结论
西方类（规则10、11、12）
图3：沙尘暴预报模型
5、2002年3月-4月试预报结果
2002年3月-4月全国共出现沙尘暴天气过程11次，本方法试报出8次（见表4），准确率达73%；其中共出现强沙尘暴4次，本方法试报出4次，准确率达100%。因此，本方法对强沙尘暴有较强的预报能力。
表4、2002年3月-4月沙尘暴天气试报结果
序号 起止时间 过程类型 试报结果
1 3.1-2 扬沙 无资料
2 3.15-17 沙尘暴 预报正确
3 3.18-22 强沙尘暴 预报正确
4 3.24-25 强沙尘暴 预报正确
5 3.28-30 沙尘暴 未报出
6 3.30-31 沙尘暴 未报出
7 4.1-3 沙尘暴 未报出
8 4.5-8 强沙尘暴 预报正确
9 4.11 沙尘暴 预报正确
10 4.13-17 沙尘暴 预报正确
11 4.19-20 沙尘暴 预报正确
12 4.21-24 强沙尘暴 预报正确