楊曉玲， 李巖瑛， 陳 靜， 郭麗梅， 陳 英， 趙慧華

（1.甘肅省武威市氣象局，甘肅 武威 733099；2.中國氣象局蘭州干旱氣象研究所，甘肅省干旱氣候變化與減災(zāi)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/中國氣象局干旱氣候變化與減災(zāi)重點(diǎn)開放實(shí)驗(yàn)室，甘肅 蘭州 730020）

沙塵暴是我國北方地區(qū)春季發(fā)生的災(zāi)害性天氣，往往會(huì)造成重大損失。近年來，我國學(xué)者在沙塵暴方面取得了很大的進(jìn)展［1-3］。楊曉玲等［4］對(duì)武威市一次沙塵暴天氣過程分析指出，強(qiáng)冷空氣的卷入使西伯利亞冷槽強(qiáng)烈發(fā)展，為沙塵暴的發(fā)展提供了動(dòng)力條件，而西伯利亞冷槽的垂直結(jié)構(gòu)為沙塵暴提供了動(dòng)量下傳機(jī)制，地面冷鋒后部形成的大風(fēng)，為沙塵暴的形成創(chuàng)造了基本條件。肖賢俊等［5］對(duì)2002 年3 月一次特強(qiáng)沙塵暴診斷分析發(fā)現(xiàn)，該次沙塵暴由蒙古氣旋后部冷鋒鋒生產(chǎn)生的偏西北大風(fēng)引發(fā)，近地面風(fēng)速的垂直切變和地面熱通量的加大使邊界層湍流加強(qiáng)揚(yáng)起地面沙塵，地面鋒區(qū)附近風(fēng)場(chǎng)的強(qiáng)水平切變、鋒面垂直環(huán)流及鋒后斜壓轉(zhuǎn)換的作用，將地面卷起的沙塵帶到高空，引發(fā)強(qiáng)沙塵暴。王文等［6］利用模式輸出資料對(duì)一次強(qiáng)沙塵暴分析發(fā)現(xiàn)，高空急流在能量轉(zhuǎn)換過程中起到非常重要的作用。王勁松等［7］對(duì)甘肅河西走廊一次強(qiáng)沙塵暴的強(qiáng)風(fēng)天氣形勢(shì)和地面風(fēng)場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值模擬指出，沙塵暴爆發(fā)前3 h 河西走廊出現(xiàn)西北大風(fēng)，并有大風(fēng)向這一地區(qū)明顯輻合，沙塵暴發(fā)生在地面處于干暖狀態(tài)的地區(qū)。林良根等［8］利用模式結(jié)果對(duì)一次強(qiáng)沙塵暴天氣分析表明，強(qiáng)沙塵暴過程中有明顯的干空氣侵入，這種干空氣侵入將對(duì)流層高層高位渦帶入低層，促進(jìn)了對(duì)流層低層氣旋及對(duì)流運(yùn)動(dòng)的發(fā)展，繼而引起強(qiáng)沙塵暴的發(fā)生。岳平等［9］從大氣層結(jié)穩(wěn)定度角度分析了內(nèi)蒙古西部和河西走廊一次沙塵暴過程，指出大氣層結(jié)不穩(wěn)定起了激發(fā)作用，沙塵暴爆發(fā)前風(fēng)速迅速增大，為起沙提供了動(dòng)力條件。江吉喜［10］利用衛(wèi)星云圖分析1993 年5 月5 日甘肅、寧夏特大沙塵暴指出，這場(chǎng)沙塵暴主要由冷鋒前部的一次颮線活動(dòng)造成。劉淑梅等［11］對(duì)2001 年4 月蘭州二次區(qū)域性強(qiáng)沙塵暴天氣進(jìn)行了對(duì)比分析，總結(jié)了沙塵暴的一些預(yù)報(bào)思路和要點(diǎn)。目前很多研究工作主要針對(duì)典型的沙塵暴或強(qiáng)沙塵暴過程，對(duì)浮塵天氣關(guān)注相對(duì)較少［12-15］。

浮塵指在無風(fēng)或風(fēng)力較小的情況下，塵土、細(xì)沙均勻地浮游在空中，使水平能見度＜10 km，具有持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、能見度低、塵土較細(xì)、不易消散等特征，易對(duì)人體造成較大危害。2021年3月15—19日河西走廊出現(xiàn)了一場(chǎng)維持時(shí)間長(zhǎng)達(dá)5 d的罕見強(qiáng)沙塵天氣過程，造成影響較大。本文在分析沙塵天氣的氣候背景和大氣環(huán)流形勢(shì)演變的基礎(chǔ)上，著重分析后期浮塵天氣的傳輸和持續(xù)特征，旨在找出此次浮塵天氣形成和長(zhǎng)時(shí)間維持的原因，以加深對(duì)河西走廊浮塵天氣的進(jìn)一步認(rèn)識(shí)，將為浮塵天氣的預(yù)報(bào)預(yù)警提供科學(xué)的參考依據(jù)，同時(shí)對(duì)生態(tài)環(huán)境的保護(hù)和改善具有積極意義。

1 研究區(qū)概況

河西走廊位于甘肅省西北部，在祁連山以北，合黎山以南，烏鞘嶺以西，甘肅新疆邊界以東，為西北—東南走向的狹長(zhǎng)平地。地域上包括甘肅省的河西五市：武威、張掖、金昌、酒泉和嘉峪關(guān)。西部敦煌市與庫姆塔格沙漠相連，北部金塔縣與巴丹吉林沙漠接壤，東北部民勤縣被騰格里沙漠包圍。地勢(shì)南高北低，海拔高度1139～3100 m，年降水量40～410 mm，年蒸發(fā)量1500～3311 mm。氣候干燥、冷熱變化劇烈，自東而西年降水量漸少，干燥度漸大，風(fēng)大沙多，特別是河西走廊東部民勤縣是我國沙塵天氣多發(fā)地之一。

2 數(shù)據(jù)與方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

本文選取了2021年3月15—19日MICAPS常規(guī)氣象觀測(cè)資料以及物理量場(chǎng)資料，所用資料均由中國氣象局天氣預(yù)報(bào)室提供。

2.2 研究方法

采用統(tǒng)計(jì)學(xué)、天氣動(dòng)力學(xué)、診斷分析等方法，結(jié)合天氣學(xué)原理與方法，分析2021年3月15—19日沙塵天氣的傳輸及其持續(xù)特征。使用垂直速度場(chǎng)、渦度場(chǎng)表征動(dòng)力條件，其中垂直速度場(chǎng)為正，表示下沉氣流，垂直速度場(chǎng)為負(fù)，表示上升氣流；渦度場(chǎng)為正，表示輻散，渦度場(chǎng)為負(fù)，表示幅合。使用探空資料（T-logP）、K指數(shù)表征大氣穩(wěn)定度條件，其中TlogP圖上有逆溫層、假相當(dāng)位溫（θse）直線下降、溫度露點(diǎn)差（T-Td）大，表示大氣層結(jié)穩(wěn)定，反之亦然；K指數(shù)越小，大氣越穩(wěn)定，K指數(shù)越大，大氣越不穩(wěn)定。

3 結(jié)果與分析

3.1 沙塵天氣實(shí)況與前期氣候特征

3.1.1 沙塵天氣實(shí)況2021年3月15—19日河西走廊出現(xiàn)了一場(chǎng)罕見的大范圍持續(xù)性強(qiáng)沙塵天氣，其中15日凌晨到上午馬鬃山、鼎新、玉門、高臺(tái)、張掖、民勤6 站出現(xiàn)了沙塵暴，張掖、民勤為強(qiáng)沙塵暴，最小能見度分別為248 m、270 m，個(gè)別站點(diǎn)出現(xiàn)了揚(yáng)沙，大多數(shù)站點(diǎn)為浮塵，敦煌、瓜州、玉門、鼎新、烏鞘嶺5站極大風(fēng)速大于17.0 m·s-1，多數(shù)站點(diǎn)極大風(fēng)速大于10.0 m·s-1；15 日下午到19 日區(qū)域內(nèi)所有站點(diǎn)風(fēng)速明顯減小，極大風(fēng)速小于5.0 m·s-1，所有站點(diǎn)均為浮塵天氣，最小能見度在0.1～1.6 km，武威能見度最小，為0.1 km（15 日），沙塵天氣持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)達(dá)3～5 d（圖1）。15—19 日沙塵天氣經(jīng)歷了由強(qiáng)變?nèi)醯陌l(fā)展變化過程，19日夜間沙塵天氣逐漸消散。這次沙塵天氣的影響范圍和持續(xù)時(shí)間都是河西走廊近10 a來所罕見的。

圖1 河西走廊2021年3月15—19日沙塵天氣最小能見度和持續(xù)天數(shù)Fig.1 Minimum visibility and duration of sand weather on 15—19 March,2021 in Hexi Corridor

3.1.2 前期氣候特征通常沙塵天氣爆發(fā)前期降水偏少、氣溫偏高，干燥裸露的地表為大范圍沙塵天氣的發(fā)生提供豐富的沙塵源［16-17］。國家氣候中心的數(shù)據(jù)顯示2021 年1—3 月上旬中國北方大部及蒙古國南部氣溫較常年同期偏高1～2 ℃，降水異常偏少，特別是2021年3月上旬西北地區(qū)大部、內(nèi)蒙古中西部、蒙古國西南部氣溫較同期偏高4～6 ℃，降水偏少，是非常有利于沙塵天氣發(fā)生的氣候條件。另外，根據(jù)段伯隆等［18］的研究，2021年3月蒙古國植被覆蓋度只有0.07，屬高強(qiáng)度沙漠化土地；中國北方植被覆蓋度為0.12，屬中度沙漠化土地，且3月處于土壤逐漸解凍時(shí)期，為沙塵天氣的發(fā)生提供了良好的沙源。

2021年1—3月上旬河西走廊氣溫也異常偏高，較歷年同期偏高3.7 ℃，特別是2月氣溫較歷年同期偏高4.5 ℃，為有氣象記錄以來最高，降水持續(xù)偏少。前期高溫少雨的氣候條件、干燥的大氣環(huán)境不利于浮游塵土、細(xì)沙的沉降，是導(dǎo)致3 月15—19 日河西走廊沙塵天氣長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)的原因之一。

3.2 大尺度環(huán)流形勢(shì)

3.2.1 高空環(huán)流形勢(shì)3月14日08:00 500 hPa高度場(chǎng)上，歐亞大陸整體呈“兩脊一槽”形勢(shì)，西伯利亞為高壓脊，脊前至貝加爾湖有深厚的低壓槽，槽前鋒區(qū)強(qiáng)烈，伴隨冷渦中心強(qiáng)度達(dá)-40 ℃，最大風(fēng)速達(dá)42 m·s-1（圖2a）。700 hPa貝加爾湖也有深厚的低壓槽，伴隨冷中心強(qiáng)度達(dá)-28 ℃，且冷渦落后于低壓槽，低壓槽將加深，冷渦前部等溫線密集，10緯距內(nèi)有8條等溫線，冷平流非常強(qiáng)，低壓槽前部的蒙古國為0 ℃暖中心，槽前后溫差達(dá)28 ℃，等溫線和等壓線交角接近90°，具有強(qiáng)斜壓性和斜壓不穩(wěn)定特征（圖2b），高低空河西走廊均處在西北氣流的控制中。隨著冷渦的東移南壓，500 hPa、700 hPa低壓槽強(qiáng)烈發(fā)展，14日下午到夜間蒙古國中西部地區(qū)爆發(fā)了大范圍的強(qiáng)沙塵暴，受高空貝加爾湖深厚低壓槽后西北氣流引導(dǎo)冷空氣東移南下，配合高空急流動(dòng)量下傳影響，將蒙古國中西部高空的沙塵粒子輸送到河西走廊，15日凌晨至上午河西走廊局地出現(xiàn)了沙塵暴、揚(yáng)沙等天氣。

圖2 3月14—15日08:00 500 hPa和700 hPa環(huán)流形勢(shì)Fig.2 Circulation situations of 500 hPa and 700 hPa at 08:00 on 14 and 15 March

15 日08:00 500 hPa 蒙古國的低壓槽東移南壓至東北地區(qū)，并發(fā)展為低渦，強(qiáng)度達(dá)516 gpm，槽底及槽前最大風(fēng)速達(dá)40 m·s-1（圖2c）；700 hPa 蒙古國的低壓槽發(fā)展為低渦，強(qiáng)度達(dá)268 gpm，高空冷氣團(tuán)的高度有所下降，低空河西走廊由原來的西北氣流轉(zhuǎn)為偏東氣流（圖2d）。15 日白天內(nèi)蒙古中西部出現(xiàn)沙塵暴，甘肅中西部、寧夏北部、陜西北部及華北北部出現(xiàn)大范圍的沙塵天氣，河西走廊上空500 hPa為西北氣流，700 hPa 為偏東氣流，且均有暖舌從高原伸展到河西走廊，表現(xiàn)為暖平流，即河西走廊上空為下沉氣流。16 日08:00后，500 hPa 除東北地區(qū)仍受蒙古氣旋影響外，歐亞大陸基本處于平直的緯向環(huán)流控制，河西走廊風(fēng)速小于20 m·s-1，對(duì)低層的抽吸作用不明顯。700 hPa環(huán)流形勢(shì)變化不大，基本為偏東氣流，風(fēng)速在8～10 m·s-1，河西走廊高低空均有溫度脊，對(duì)流層結(jié)相對(duì)穩(wěn)定，這種環(huán)流形勢(shì)一直維持到18 日20:00（圖略），期間河西走廊浮塵天氣一直維持。18 日夜間新一輪冷空氣從新疆進(jìn)入河西走廊，19 日08:00 500 hPa、700 hPa 河西走廊均為西北氣流控制，風(fēng)速增大，冷平流明顯，浮塵天氣逐漸消散。

3.2.2 低空異常偏東北氣流此次沙塵天氣維持期間，低空850 hPa 從蒙古國到華北經(jīng)蒙古、寧夏、陜西等地建立了異常顯著偏東北氣流（圖3）。14 日08:00 新疆到河西走廊為西北氣流；15 日08:00 蒙古國到內(nèi)蒙古為偏北氣流，河西走廊轉(zhuǎn)為偏東氣流，受此偏北轉(zhuǎn)偏東氣流輸送帶的影響，低空蒙古國及沿途的沙塵被這支偏北轉(zhuǎn)偏東氣流輸送到了河西走廊；15 日凌晨河西走廊出現(xiàn)了沙塵天氣；16—18日這支偏北—偏東氣流一直維持，將高空緩慢沉降的沙塵及低空沿途的沙塵源源不斷地輸送到河西走廊，是河西走廊浮塵天氣長(zhǎng)時(shí)間維持的沙塵來源，由于河西走廊風(fēng)速較小，本地沒有明顯的沙塵補(bǔ)充。19日白天河西走廊轉(zhuǎn)為西北氣流，沙塵輸送路徑被切斷，但浮塵天氣一直持續(xù)到了夜間，這可能是由于塵土、細(xì)沙的擴(kuò)散和沉降需要一定的時(shí)間，即浮塵天氣結(jié)束略滯后于天氣系統(tǒng)。

圖3 3月14—19日08:00 850 hPa氣流動(dòng)態(tài)Fig.3 Airflow dynamic of 850 hPa at 08:00 on 14—19 March

3.2.3 地面系統(tǒng)3 月14 日14:00 地面西伯利亞至蒙古貝加爾湖一帶為強(qiáng)盛冷高壓，中心強(qiáng)度達(dá)1040.0 hPa，其前部蒙古國為強(qiáng)盛熱低壓，中心強(qiáng)度達(dá)885.0 hPa，等壓線密集，氣壓梯度和3 h 變壓大，高低壓中心的差值155 hPa；在等壓線密集、3 h變壓較大區(qū)前部有一強(qiáng)冷鋒面，此時(shí)鋒面后部出現(xiàn)了大風(fēng)、沙塵暴天氣（圖4a）。隨著冷高壓東移南壓的影響，14 日傍晚到夜間，蒙古國及內(nèi)蒙古的大部分地方出現(xiàn)了沙塵暴；15 日02:00 冷高壓范圍進(jìn)一步擴(kuò)大，此時(shí)地面鋒面底部進(jìn)入河西走廊西部，冷高壓占據(jù)了蒙古國及內(nèi)蒙古的大部分地方，中心強(qiáng)度加強(qiáng)為1042.5 hPa，熱低壓東移至蒙古東北部到黑龍江一帶，新疆為熱低壓，青藏高原上為冷高壓，河西走廊處于鞍型場(chǎng)的中心、強(qiáng)冷高壓后部的偏東氣流中（圖4b）；15 日02:00—08:00 地面鋒面自西向東在河西走廊過境是造成15日凌晨至上午出現(xiàn)大風(fēng)、局地沙塵暴和揚(yáng)沙天氣的原因之一。15日08:00伴隨蒙古國及內(nèi)蒙古冷高壓東移南壓，其底部偏東氣流進(jìn)一步加強(qiáng)，河西走廊位于冷高壓后部偏東南氣流中，偏東轉(zhuǎn)偏東南氣流將蒙古國、內(nèi)蒙古及沿途近地面的沙塵輸送到了河西走廊，河西走廊出現(xiàn)了大范圍的浮塵天氣（圖4c）。15日20:00河西走廊等壓線更加密集，偏東南氣流維持（圖4d）。16—18日冷高壓移速緩慢，河西走廊的偏東南氣流一直維持，且風(fēng)速和濕度較小，不利于沙塵的水平和垂直擴(kuò)散，使得浮塵天氣得以長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)（圖略）。19日伴隨新疆新一輪冷空氣的東移，河西走廊偏東氣流轉(zhuǎn)為西北氣流，且風(fēng)速增大，水平擴(kuò)散加大使沙塵逐漸趨于消散。

圖4 3月14日14:00和15日02:00、08:00、20:00地面系統(tǒng)Fig.4 Ground systems at 14:00 on 14 March,and 02:00,08:00 and 20:00 on 15 March

3.3 動(dòng)力條件分析

3.3.1 垂直速度場(chǎng)垂直速度場(chǎng)上，14 日20:00 500 hPa新疆處于強(qiáng)烈上升氣流中心區(qū)，中心值達(dá)-1.0×10-5hPa·s-1，河西走廊位于其東南部弱上升氣流區(qū)（圖5a）；700 hPa 新疆也有對(duì)應(yīng)上升氣流中心，中心值達(dá)-0.6×10-5hPa·s-1，河西走廊也位于其東南部的弱上升氣流區(qū)（圖5b），表現(xiàn)為高層上升氣流比低層強(qiáng)烈，說明高層對(duì)底層具有抽吸作用，大氣層結(jié)不穩(wěn)定。15日08:00 500 hPa蒙古國南部、內(nèi)蒙西部到河西走廊為明顯下沉氣流中心，中心值達(dá)0.4×10-5hPa·s-1（圖5c）；700 hPa 也對(duì)應(yīng)有下沉氣流中心，中心值達(dá)0.3×10-5hPa·s-1（圖5d）。16 日08:00 500 hPa、700 hPa 河西走廊垂直速度與15 日08:00 基本一致，中心值分別達(dá)0.3×10-5hPa·s-1（圖5e）、0.1×10-5hPa·s-1（圖5f）。17—18日下沉氣流中心緩慢東移，河西走廊仍處于下沉氣流范圍內(nèi)，且15—18日均為高層下沉氣流比底層略強(qiáng)，說明大氣層結(jié)相對(duì)穩(wěn)定。

圖5 3月14日20:00、15—16日08:00 500 hPa和700 hPa垂直速度場(chǎng)Fig.5 Vertical velocity fields of 500 hPa and 700 hPa at 20:00 on 14 March and at 08:00 on 15—16 March

3.3.2 渦度場(chǎng)渦度場(chǎng)上，14 日20:00 500 hPa 新疆東部、甘肅至青藏高原上為明顯的輻散帶，渦度中心強(qiáng)度為-3×10-5·s-1（圖6a）；700 hPa 河西走廊、內(nèi)蒙古中西部至蒙古國東部為明顯的輻合帶，渦度中心強(qiáng)度為10×10-5·s-1，河西走廊位于輻合中心的底部（圖6b），表現(xiàn)為高層輻散低層輻合，說明大氣層結(jié)不穩(wěn)定。15 日08:00 500 hPa 甘肅至青藏高原上為輻合帶，渦度中心強(qiáng)度為2×10-5·s-1，河西走廊位于輻合中心的后部（圖6c）；700 hPa 河西走廊、內(nèi)蒙古西部至蒙古國為明顯的輻散帶，渦度中心強(qiáng)度為-5×10-5·s-1，河西走廊位于輻散中心的底部（圖6d）。16 日08:00 500 hPa 輻合帶、渦度中心強(qiáng)度與15日08:00基本一致（圖6e）；700 hPa河西走廊至內(nèi)蒙古為輻散帶，強(qiáng)度有所減弱，渦度中心強(qiáng)度為-2×10-5·s-1，河西走廊位于輻散中心（圖6f）。17—18日500 hPa、700 hPa 渦度中心緩慢東移，強(qiáng)度有所減弱，河西走廊仍處于高層輻合、底層輻散范圍內(nèi)，即渦度場(chǎng)上也表現(xiàn)為下沉運(yùn)動(dòng)，與垂直速度場(chǎng)相一致。

圖6 3月14日20:00、15—16日08:00 500 hPa和700 hPa渦度場(chǎng)Fig.6 Virticity fields of 500 hPa and 700 hPa at 20:00 on 14 March and at 08:00 on 15—16 March

由上述分析可知，14日夜間到15日凌晨河西走廊上升氣流明顯，大氣層結(jié)不穩(wěn)定，易激發(fā)高低層對(duì)流的發(fā)生，使風(fēng)速增大，為起沙提供了動(dòng)力條件。15 日白天到19 日下沉氣流在河西走廊上空長(zhǎng)時(shí)間維持，大氣處于相對(duì)靜穩(wěn)狀態(tài)，沙塵天氣不易水平和垂直擴(kuò)散，是沙塵天氣長(zhǎng)時(shí)間維持的主要原因之一［19-21］。沙塵天氣維持期間，大氣較為穩(wěn)定，本地起沙條件能力弱。

3.4 大氣穩(wěn)定度

3.4.1 探空資料（T-logP）從穩(wěn)定度的角度，以民勤站探空曲線為例分析這次河西走廊浮塵天氣持續(xù)大氣層結(jié)特征發(fā)現(xiàn)，14 日20:00T-logP圖上民勤站幾乎未出現(xiàn)逆溫層，500 hPa以下大氣處于干暖狀態(tài)，特別是700 hPa 至500 hPa 非常干燥（圖7a），干暖的大氣極易觸發(fā)干對(duì)流，為大風(fēng)沙塵提供了熱力不穩(wěn)定條件。15日08:00 850 hPa和700 hPa之間存在一個(gè)明顯的逆溫層（圖7b）；16 日08:00 逆溫層厚度進(jìn)一步抬升，高度將近750 hPa（圖7c）；17日08:00出現(xiàn)了雙逆溫層，低層850 hPa 至2000 m 有一較薄的逆溫層，700 hPa 至600 hPa 為深厚逆溫層（圖7d）；18日08:00雙逆溫層仍然存在，高度有所降低，低層逆溫在850 hPa 以下，上層逆溫在2800 m 至700 hPa（圖7e）。持續(xù)深厚的逆溫層像蓋子一樣，抑制了沙塵的垂直擴(kuò)散，對(duì)沙塵的維持起到促進(jìn)作用。另外，15—18 日，民勤從地面到高層假相當(dāng)位溫（θse）基本呈直線下降趨勢(shì)，說明沒有不穩(wěn)定能量，大氣層結(jié)較為穩(wěn)定；民勤地面至500 hPa溫度落點(diǎn)差（T-Td）在10～30 ℃，說明500 hPa 以下大氣干燥，特別是近地層非常干燥，不利于低層浮塵的沉降。總之，本次浮塵天氣維持期間，河西走廊大氣層結(jié)極為穩(wěn)定，這與白冰等［22］、楊靜等［23］研究的浮塵天氣的垂直結(jié)構(gòu)相一致。

圖7 3月14日20:00和15—18日08:00民勤探空曲線T-logP圖Fig.7 T-logP map of Minqin station detective curve at 20:00 on 14 March and at 08:00 on 15—18 March

3.4.2 K 指數(shù)K指數(shù)場(chǎng)上，14 日20:00 新疆東部至河西走廊西部為弱的負(fù)K指數(shù)區(qū)，河西走廊東部為弱的正K指數(shù)區(qū)（圖略），層結(jié)相對(duì)不穩(wěn)定。15 日08:00 內(nèi)蒙古至甘肅有K指數(shù)≤-60 ℃的負(fù)中心，河西走廊處于K指數(shù)負(fù)中心后部等值線密集區(qū)（圖8a）。16 日08:00K指數(shù)負(fù)中心略有東移，強(qiáng)度有所減弱，中心值為-45 ℃（圖略）。17日08:00K指數(shù)負(fù)中心分裂為東西向的2個(gè)，一個(gè)東移入海，一個(gè)仍位于內(nèi)蒙古至甘肅，K指數(shù)中心值為-40 ℃，河西走廊處于K指數(shù)的負(fù)值區(qū)（圖8b）。18 日08:00K指數(shù)負(fù)中心進(jìn)一步東移減弱，河西走廊仍處在負(fù)值的范圍內(nèi)（圖略）。這種負(fù)K指數(shù)的配置表明河西走廊上空大氣層結(jié)非常穩(wěn)定。

圖8 3月15日和17日08:00 K指數(shù)場(chǎng)Fig.8 K index field at 08:00 on 15 and 17 March

4 結(jié)論

利用MICAPS常規(guī)氣象觀測(cè)資料以及物理量場(chǎng)資料，分析研究了河西走廊罕見強(qiáng)沙塵天氣傳輸及其過程持續(xù)特征，得到了以下結(jié)論：

（1）3 月14 日下午到夜間，受強(qiáng)烈發(fā)展的蒙古低壓槽影響，蒙古國南部及內(nèi)蒙古中西部地區(qū)爆發(fā)了強(qiáng)沙塵暴。前期蒙古國及中國北方前期干旱少雨、氣溫偏高是造成此次強(qiáng)沙塵暴天氣的重要原因，植被覆蓋度偏低為強(qiáng)沙塵天氣的發(fā)生提供了較好的沙源。

（2）3月15日凌晨到上午受貝加爾湖高空深厚低壓槽后西北氣流引導(dǎo)冷空氣東移南下、高空急流動(dòng)量下傳、配合地面冷鋒過境共同影響，造成了河西走廊局地大風(fēng)、沙塵暴、揚(yáng)沙等天氣。強(qiáng)沙塵暴出現(xiàn)后，中低層700 hPa、850 hPa及近地面的偏東北氣流將蒙古國、內(nèi)蒙古及沿途沙塵源源不斷輸送到了河西走廊，造成了河西走廊15 日下午至19 日的強(qiáng)浮塵天氣，這與楊曉軍等［24］模擬的沙塵質(zhì)點(diǎn)后向軌跡的沙源來自蒙古國東部地區(qū)的分析結(jié)果較為一致。

（3）浮塵天氣維持期間，高低空風(fēng)速較小，不利于沙塵的垂直輸送，地面冷高壓移速緩慢，河西走廊位于地面冷高壓后部，地面風(fēng)速和濕度小，不利于沙塵的沉降和水平擴(kuò)散，對(duì)沙塵的持續(xù)起到促進(jìn)作用。另外，沙塵傳輸至河西走廊后，受祁連山脈的阻擋而堆積，也是浮塵強(qiáng)度加強(qiáng)和維持的可能原因之一，這一點(diǎn)需在今后的工作中進(jìn)一步研究。

（4）3 月14 日20:00 垂直速度、渦度、探空曲線及K指數(shù)分析表明，高低層盛行上升氣流、無逆溫層、大氣干暖和大氣處于相對(duì)不穩(wěn)定狀態(tài)，有利于大風(fēng)、沙塵天氣的產(chǎn)生。15—18日出現(xiàn)了相反的狀態(tài)，高低層盛行下沉氣流、逆溫層深厚、底層大氣干燥和大氣處于相對(duì)靜穩(wěn)狀態(tài)，抑制了低層沙塵的垂直擴(kuò)散和沉降，對(duì)浮塵的維持起到促進(jìn)作用。

本文從氣候成因、環(huán)流形勢(shì)演變、物理量診斷等方面分析了此次河西走廊沙塵天氣發(fā)生、傳輸和長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)的原因，僅停留在初步分析診斷的基礎(chǔ)上，但沙塵形成的物理機(jī)制非常復(fù)雜，如邊界層的熱力不穩(wěn)定、觸發(fā)的低層干對(duì)流、混合層高度的變化等都對(duì)沙塵天氣發(fā)生發(fā)展的具體影響、逆溫層高度和厚度對(duì)沙塵塵天氣強(qiáng)弱的關(guān)系如何［25-27］、沙塵傳輸途中與地形地貌的關(guān)系如何及其他特殊氣象條件［28-29］對(duì)連續(xù)沙塵天氣的作用等等，還需今后的工作中深入地探討和研究。此外，本研究得出了“本次浮塵天氣維持期間，河西走廊大氣層結(jié)極為穩(wěn)定”的結(jié)論，這可能是浮塵天氣維持的必要條件，這一點(diǎn)有待于在業(yè)務(wù)應(yīng)用和科研工作進(jìn)一步的驗(yàn)證。