格日樂(lè)，哈斯塔木嘎

錫林郭勒盟氣象局，內(nèi)蒙古錫林郭勒 026000

內(nèi)蒙古自治區(qū)是我國(guó)沙塵暴天氣的多發(fā)地，也是沙塵暴天氣發(fā)生時(shí)的主要沙源地之一，2021年3月14—15日內(nèi)蒙古自治區(qū)出現(xiàn)了近10年來(lái)最強(qiáng)的一次沙塵暴天氣，內(nèi)蒙古西部大部分地區(qū)出現(xiàn)強(qiáng)沙塵暴，中部的錫林郭勒盟等地出現(xiàn)沙塵暴，其余地區(qū)出現(xiàn)揚(yáng)沙和浮塵[1]。沙塵暴在蒙古國(guó)南部形成后，由冷空氣驅(qū)動(dòng)南下侵入內(nèi)蒙古，引發(fā)了全區(qū)的沙塵暴天氣。本次強(qiáng)沙塵暴過(guò)程有2個(gè)特點(diǎn)：一是本次過(guò)程的主要影響系統(tǒng)為蒙古氣旋和冷鋒導(dǎo)致，范圍廣、強(qiáng)度大、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)。二是伴隨沙塵暴，全區(qū)大部分出現(xiàn)大風(fēng)和強(qiáng)降溫天氣[2]。冷鋒后部高壓中心的強(qiáng)度達(dá)到了1 040 hPa，冷鋒過(guò)境后全區(qū)降溫幅度為10℃～12℃，達(dá)到寒潮標(biāo)準(zhǔn)。自2020年的冬季以來(lái)，內(nèi)蒙古西部大部分地區(qū)降雪持續(xù)偏少，土壤干燥，地表凍結(jié)程度低，容易起沙。氣溫回升強(qiáng)盛，造成士壤疏松，當(dāng)大風(fēng)出現(xiàn)時(shí)，容易形成起沙。地面升溫也使得當(dāng)高層冷空氣入侵時(shí)容易形成不穩(wěn)定層結(jié)，易于沙塵上揚(yáng)，形成更強(qiáng)的沙塵天氣[3]。另外，前期明顯升溫與冷空氣暴發(fā)疊加，使得冷鋒強(qiáng)度、地面風(fēng)速更高，因而出現(xiàn)更強(qiáng)的沙塵暴。

沙塵暴預(yù)報(bào)是內(nèi)蒙古地區(qū)天氣預(yù)報(bào)員的重要工作內(nèi)容之一，這是因?yàn)樯硥m暴不僅對(duì)內(nèi)蒙古工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、人們生活、環(huán)境和生態(tài)方面，同時(shí)沙塵暴往往也會(huì)對(duì)下游地區(qū)產(chǎn)生較大影響。例如3月14—15日的強(qiáng)沙塵暴天氣過(guò)程影響面積超過(guò)380萬(wàn)km2，影響我國(guó)西北、華北大部、東北地區(qū)中西部、黃淮、江淮北部等地，約占國(guó)土面積的40%[4]。

1 天氣實(shí)況

受蒙古氣旋影響，3 月 14 —15日，錫林郭勒盟出現(xiàn)2021年首場(chǎng)大范圍大風(fēng)沙塵天氣。錫林郭勒盟西北部地區(qū)、南部地區(qū)出現(xiàn)沙塵暴天氣，其中二連浩特市、蘇尼特右旗、鑲黃旗、太仆寺旗出現(xiàn)強(qiáng)沙塵暴，最小能見(jiàn)度223～477 m。沙塵暴主要出現(xiàn)在14 日夜間，15 日 08:00沙塵暴減弱為揚(yáng)沙，午后沙塵天氣基本結(jié)束。阿巴嘎旗極大風(fēng)速 28.0 m/s，其余地區(qū)極大風(fēng)速 17.1～25.8 m/s（圖 1）。此外，14—15 日，錫林郭勒盟大部地區(qū)出現(xiàn)較強(qiáng)降溫天氣，其中西北部地區(qū)及阿巴嘎旗、東烏珠穆沁旗、鑲黃旗氣溫下降 12℃～17℃，錫林浩特、西烏珠穆沁旗、烏拉蓋、正鑲白旗氣溫下降9℃～10℃，正藍(lán)旗、太仆寺旗氣溫下降 6℃。

圖1 2021 年 3 月 14—15 日最小能見(jiàn)度分布（a）和地面極大風(fēng)速分布（b）

2 天氣成因分析

此次沙塵暴天氣過(guò)程是由蒙古氣旋和強(qiáng)冷鋒共同造成的大范圍沙塵暴天氣過(guò)程。從 3 月 14 日 20:00地面圖上來(lái)看（圖 2a），錫林郭勒盟位于蒙古氣旋底部，氣旋中心位于(50°N，115°E)，位置略偏北，但是冷鋒尺度較大，呈南北向，從呼倫貝爾以西地區(qū)一直向南延伸至河套以北地區(qū)，沙塵暴區(qū)位于冷鋒后部，蒙古國(guó)一帶，而且鋒后沙塵區(qū)域風(fēng)速較大。而且氣旋后部的冷高壓強(qiáng)度強(qiáng)，中心值達(dá)到了1 040 hPa，強(qiáng)大的冷氣團(tuán)將自西北向東南方向移動(dòng)，影響內(nèi)蒙古大部地區(qū)，鋒后冷氣團(tuán)的前部有強(qiáng)大的氣壓密度，大氣受到強(qiáng)大的氣壓梯度力的作用下，地面形成強(qiáng)風(fēng)，起沙塵暴。冷鋒過(guò)后從高空環(huán)流形勢(shì)可以看出（圖 2b），高空 500 hPa貝加爾湖一帶存在徑向度較大的高空槽，從 200 hPa到 850 hPa 的整個(gè)對(duì)流層，隨著高度下降，低槽逐漸加深，在700 hPa 和 850 hPa形成切斷低渦，向東南延伸。從溫度場(chǎng)上來(lái)看，500 hPa溫度槽落后于高度槽，槽后有強(qiáng)冷鋒鋒區(qū)，對(duì)流層的低層，錫盟地區(qū)受溫度脊控制，而且 700 hPa上錫盟南部地區(qū)存在暖中心。鋒區(qū)強(qiáng)度在對(duì)流層中下層非常強(qiáng)盛，等高線與等溫線交角隨高度下降而增大，典型的斜壓結(jié)構(gòu)。而且冷槽后部的溫度線梯度較大，尤其700 hPa上，110°E～ 120°E 間溫度梯度達(dá)到了24℃，冷平流強(qiáng)烈，隨著冷鋒南壓強(qiáng)冷空氣將暴發(fā)。

圖2 2021 年 3 月 14 日 20:00海平面氣壓場(chǎng)（a）（綠色區(qū)域?yàn)樯硥m暴區(qū)）和500 hPa（b）、700 hPa（c）、850 hPa（d）高空形勢(shì)圖（藍(lán)線為位勢(shì)高度，紅線為溫度）

3 層結(jié)條件

此次沙塵暴的強(qiáng)度分布與地面大風(fēng)極值分布不一致，這是因?yàn)樯硥m暴是干對(duì)流，除了鋒面抬升作用外，有利于起沙的層結(jié)條件也是影響沙塵發(fā)生發(fā)展的主要熱力因素。從2021年 3 月 14日20:00二連浩特站的大氣層結(jié)圖（圖3）上可以看出，飽和假相當(dāng)位溫隨氣壓下降迅速減小，垂直方向的溫度遞減率非常高，位溫線和飽與假相當(dāng)位溫之間距離大，位溫線和假相當(dāng)位溫線 500 hPa以下距離接近，表明大氣層結(jié)干燥。而且位溫線和飽和假相當(dāng)位溫線幾乎垂直于橫坐標(biāo)，大氣層結(jié)非常接近絕熱狀態(tài)，形成混合層，有利于沙塵暴天氣的發(fā)生。

圖3 2021 年 3 月 14 日 20:00二連浩特站的位溫（綠色線）、假相當(dāng)位溫（紅色線） 及飽和假相當(dāng)位溫（藍(lán)色線）的垂直廓線

混合層是近地面層行星邊界層中形成的中性層結(jié)區(qū)。對(duì)混合層的表征包括混合層高度和強(qiáng)度?；旌蠈觾?nèi)空氣的深度混合往往導(dǎo)致邊界層上下水汽均勻分布，比濕垂直梯度往往在混合層頂突然加大，其下方接近等濕。因此混合層頂是地面以上位溫和比濕梯度急劇增大的高度。

圖4 給出了本次過(guò)程 3 月 14—15 日二連浩特的混合層出現(xiàn)的情況，結(jié)合位溫和比濕可見(jiàn)，3 月 14 日 08:00 850 hPa附近存在夜間輻射逆溫層，20:00則形成了深厚的混合層，混合層高度應(yīng)在 600 hPa 附近。14 日08:00層結(jié)較為穩(wěn)定，到傍晚時(shí)穩(wěn)定度明顯下降，存在日變化。可見(jiàn)，混合層對(duì)沙塵暴的形成具有重要影響。

圖4 2021 年 3 月 14—15 日二連浩特位溫和比濕廓線（位溫單位：℃，比濕單位：0.1 g/kg）

4 地面大風(fēng)與天氣系統(tǒng)

此次沙塵暴過(guò)程錫林郭勒盟的南部地區(qū)也出現(xiàn)沙塵暴天氣，其中鑲黃旗和太仆寺旗出現(xiàn)強(qiáng)沙塵暴。在沙塵暴觸發(fā)過(guò)程中，地面大風(fēng)與沙塵暴強(qiáng)度存在密切的關(guān)系。圖5為此次過(guò)程中錫盟南部地區(qū)的太仆寺旗站地面氣象要素的演變特征。圖中可以看到， 15 日00:00之后太仆寺旗站的氣壓上升，風(fēng)速增大，溫度急劇下降，同時(shí)沙塵暴開(kāi)始形成，能見(jiàn)度開(kāi)始減小，表明15日00:00以后，冷鋒過(guò)境，并觸發(fā)沙塵暴，太仆寺旗站的沙塵暴天氣持續(xù)了8 h，能見(jiàn)度與地面風(fēng)速存在非常好的反向關(guān)系。

圖5 2021年3月14日08:00～15日08:00太仆寺旗地面氣象要素演變能見(jiàn)度（a）、氣壓（b）、溫度（c）、風(fēng)速（d）

5 沙塵暴移動(dòng)路徑

此次冷鋒型強(qiáng)沙塵暴的移動(dòng)路徑為北路，沙塵暴發(fā)源于蒙古國(guó)西部和南部，沿東南方向移動(dòng)，經(jīng)內(nèi)蒙古中部、西部地區(qū)到達(dá)華北平原。沙塵暴移動(dòng)路徑的形成是大尺度地形和天氣系統(tǒng)的影響，導(dǎo)致此次沙塵暴過(guò)程的影響系統(tǒng)為地面冷鋒[5]。從地面冷鋒的移動(dòng)情況來(lái)看，蒙古氣旋中心位置偏北，沿著 50°N 緯線向東移動(dòng)，中心強(qiáng)度變化不大，但是冷鋒后，堆積在蒙古國(guó)南部地區(qū)的強(qiáng)冷空氣，隨著冷鋒東移，直接?xùn)|南下，經(jīng)過(guò)錫盟的西北部地區(qū)，繼續(xù)影響到錫盟南部地區(qū)，而錫盟的東北部地區(qū)還處于氣旋后部，風(fēng)力雖然明顯加大，但是沒(méi)有出現(xiàn)沙塵暴天氣[6]。

6 結(jié)論

針對(duì)2021年3月14—15日影錫盟的沙塵暴天氣過(guò)程觀測(cè)和診斷分析，其成因主要有以下4個(gè)方面。

（1）此次影響錫盟的沙塵暴為冷鋒型強(qiáng)沙塵暴過(guò)程，氣旋冷鋒為直接的沙塵暴觸發(fā)系統(tǒng)。

（2）地面大風(fēng)的形成受主要?dú)庑l(fā)展和鋒后冷平流的影響。冷鋒后有強(qiáng)大的氣壓梯度，大氣在強(qiáng)大氣壓梯度力的作用下，冷鋒過(guò)境后，錫盟大部地區(qū)出現(xiàn)大風(fēng)天氣，同時(shí)出現(xiàn)沙塵暴。氣旋后部的冷高壓強(qiáng)度強(qiáng)，中心值達(dá)到了1 040 hPa，冷平流強(qiáng)烈，鋒后降溫劇烈。

（3）干旱地區(qū)地面加熱形成的深厚混合層是其重要的層結(jié)特征，也是有利于沙塵暴發(fā)生的層結(jié)條件。本次過(guò)程中除了錫盟西北部地區(qū)外，錫盟南部地區(qū)還出現(xiàn)了強(qiáng)沙塵暴天氣，主要是因?yàn)?4日白天南部地區(qū)地面溫度較高，從700 hPa與850 hPa高空?qǐng)D上看，南部地區(qū)存在暖中心，形成了較深厚的混合層，并在冷鋒過(guò)境時(shí)形成深厚干對(duì)流并引發(fā)強(qiáng)沙塵暴。

（4）此次冷鋒型強(qiáng)沙塵暴的移動(dòng)路徑為北路，沙塵暴發(fā)源于蒙古國(guó)西部和南部，沿東南方向移動(dòng)，經(jīng)內(nèi)蒙古中部、西部地區(qū)到達(dá)華北平原。