李昊宇

摘要 利用衛(wèi)星遙感監(jiān)測(cè)2021年春季一次強(qiáng)沙塵暴天氣，針對(duì)此次強(qiáng)沙塵暴過(guò)程的環(huán)流特征、邊界層、物理量和沙源地進(jìn)行分析總結(jié)。結(jié)果表明：前期無(wú)降水且氣溫異常偏高，地面解凍回暖，裸露地表土質(zhì)疏松；500 hPa低槽、地面氣旋和冷高壓、地面冷鋒是引起此次強(qiáng)沙塵暴的重要天氣系統(tǒng)；午后氣溫日變化造成冷鋒移至河套地區(qū)產(chǎn)生強(qiáng)烈鋒生是造成此次沙塵暴的主要原因；強(qiáng)上升運(yùn)動(dòng)和動(dòng)量下傳為強(qiáng)沙塵暴的形成與發(fā)展提供了必要的動(dòng)力條件。

關(guān)鍵詞 強(qiáng)沙塵暴；冷鋒；動(dòng)量下傳；沙源地

中圖分類號(hào)：P425.5+5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：2095–3305（2023）12–0-03

Analysis of A Strong Sandstorm Weather in Ordos City in Spring 2021

Li Hao-yu （Ordos Meteorological Bureau， Ordos， Inner Mongolia 017010）

Abstract A strong sandstorm in spring 2021 was monitored using satellite remote sensing， and the circulation characteristics， boundary layer， physical quantities， and sand source areas of this strong sandstorm process were analyzed and summarized. The results indicate that there was no precipitation in the early stage and the temperature was abnormally high， causing the ground to thaw and warm up， and the exposed surface soil to become loose. The 500 hPa trough， surface cyclones， cold high pressure， and surface cold front are important weather systems that caused this severe sandstorm. The main reason for this sandstorm is the strong frontogenesis caused by the daily temperature change in the afternoon， which caused the cold front to move to the Hetao area. The strong upward motion and momentum downward transmission provide necessary driving conditions for the formation and development of strong sandstorms.

Key words Strong sandstorm; Cold front; Momentum downward transfer; Sand source area

沙塵暴是強(qiáng)風(fēng)從地面吹起大量沙塵，使水平能見(jiàn)度小于1 km的一種天氣現(xiàn)象，具有突發(fā)性、危害性大等特點(diǎn)[1-4]。國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)春季強(qiáng)沙塵暴天氣的氣候特征和成因、沙塵源地和沙塵輸送等方面做了大量的研究[5-10]。

2021年3月14—15日我國(guó)北方出現(xiàn)近十年來(lái)最強(qiáng)的沙塵暴過(guò)程。新疆南疆盆地西部、甘肅中西部、內(nèi)蒙古、寧夏北部、陜西北部、山西北部、河北北部、北京、天津、黑龍江西部、吉林西部、遼寧西部等省（市、區(qū)）先后出現(xiàn)大范圍沙塵暴、揚(yáng)沙和浮塵天氣，其中，內(nèi)蒙古部分地區(qū)出現(xiàn)特強(qiáng)沙塵暴。

1 實(shí)況

1.1 天氣實(shí)況

3月14—15日，鄂爾多斯市出現(xiàn)了大風(fēng)、強(qiáng)沙塵暴過(guò)程。此次天氣過(guò)程呈現(xiàn)出影響范圍廣、強(qiáng)度強(qiáng)、持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)的特點(diǎn)。49個(gè)站出現(xiàn)了大風(fēng)，大部地區(qū)出現(xiàn)強(qiáng)沙塵暴，特征為持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、強(qiáng)度大，其中，伊金霍洛旗阿勒騰席熱鎮(zhèn)在15日02：00～10：00出現(xiàn)強(qiáng)沙塵暴（最小能見(jiàn)度183 m），10：00～15：00出現(xiàn)沙塵暴，沙塵暴過(guò)后出現(xiàn)了揚(yáng)沙天氣。

1.2 衛(wèi)星遙感監(jiān)測(cè)

利用衛(wèi)星遙感技術(shù)可以動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)沙塵發(fā)生的范圍、強(qiáng)度及發(fā)展過(guò)程。通過(guò)對(duì)比沙塵暴暴發(fā)前期（圖1a）與沙塵暴暴發(fā)后（圖1b），可以看出13日晴朗少云，植被覆蓋率少；15日中午，隨著冷空氣侵入，鄂爾多斯市北部地區(qū)能見(jiàn)度轉(zhuǎn)好，但仍存在揚(yáng)沙，南部沙塵暴天氣維持，能見(jiàn)度較差。沙塵的路徑向東南方向移動(dòng)。

1.3 2021年沙塵天氣較常年同期對(duì)比

2021年1—3月，鄂爾多斯市沙塵暴天數(shù)與常年同期相比（圖2），杭錦旗、達(dá)拉特旗、準(zhǔn)格爾旗偏多1～3 d。

2 前期氣候特征

3月上旬全市平均氣溫2.0～4.2 ℃。較常年同期偏高4.8～6.0 ℃；較去年同期高2.8～4.2 ℃。旬極端最高氣溫16.6 ℃（3月9日，鄂托克前旗）。

上旬東勝、準(zhǔn)格爾旗累計(jì)降水量0.1～0.3 mm，其余旗區(qū)無(wú)降水。較常年同期偏少90%～100%；與去年同期相比，達(dá)拉特旗、鄂托克前旗基本持平，其余地區(qū)少2.2～4.4 mm。

鄂爾多斯市無(wú)旱與輕旱面積約占全市總面積的30%，主要分布在鄂爾多斯市東北部；其余地區(qū)為中旱至重旱區(qū)域，面積約占全市總面積的70%。

前期鄂爾多斯市氣溫偏高，降水稀少，有利于地面迅速解凍，裸露地面土質(zhì)疏松，為此次強(qiáng)沙塵暴天氣提供了前期氣候條件。

3 有利于強(qiáng)沙塵暴生成、發(fā)展的環(huán)流特征

3.1 500 hPa高空槽

3月14日08：00（圖3a）貝加爾湖以西至新疆東部有高空槽，配合-36 ℃的冷中心，槽前部有強(qiáng)烈的暖平流；14日20：00（圖3b）高空槽迅速移至貝加爾湖以南地區(qū)（12 h移動(dòng)15個(gè)經(jīng)度），配合溫度槽，風(fēng)速加大，鄂爾多斯市出現(xiàn)強(qiáng)沙塵暴天氣?？梢?jiàn)，500 hPa高空槽迅速東移是此次沙塵暴的影響系統(tǒng)。

3.2 700 hPa低槽

14日20：00（圖4a），溫度場(chǎng)落后于高度場(chǎng)，低槽后部有明顯冷平流，冷平流強(qiáng)度隨高度降低而增強(qiáng)，700 hPa、850 hPa與等高線幾乎垂直。槽后西北氣流不斷東移南壓，水平溫度梯度加大，利于地面鋒生，鋒前的抬升作用也相應(yīng)加強(qiáng)，由于鋒生作用，等溫線密集，700 hPa鋒區(qū)加強(qiáng)，大氣斜壓性增強(qiáng)，利于動(dòng)量下傳[11-12]。由此可見(jiàn)，風(fēng)場(chǎng)輻合和強(qiáng)斜壓性為此次強(qiáng)沙塵暴的形成和維持提供了動(dòng)量下傳條件。

3.3 地面冷鋒

午后輻射加強(qiáng)，在熱力作用下，加大了地面冷鋒前后的溫度和氣壓梯度，地面冷鋒增強(qiáng)，氣旋中心數(shù)值由08：00 992.5 hPa下降至20：00 985 hPa。午后氣溫升高造成冷鋒移至河套地區(qū)產(chǎn)生地面鋒生是形成沙塵暴的主要原因。

14日20：00（圖4b），地面冷高壓位于新疆東北部地區(qū)，中心氣壓值為1 040 hPa，氣旋位于內(nèi)蒙古東北部偏西地區(qū)，中心強(qiáng)度為985 hPa，氣旋的存在延緩了冷高壓的移動(dòng)，在河套地區(qū)形成了強(qiáng)的氣壓梯度。3 h變壓最大值為6.1 hPa，地面冷鋒位于內(nèi)蒙古東北部至河套一帶，大風(fēng)沙塵暴天氣出現(xiàn)在冷鋒后部、冷高壓前部、3 h變壓最大的區(qū)域。

4 沙塵暴過(guò)程的大氣邊界層結(jié)構(gòu)特征

對(duì)沙塵暴出現(xiàn)當(dāng)天溫度、溫度露點(diǎn)差、風(fēng)速進(jìn)行邊界層特征分析。

東勝站沙塵暴暴發(fā)當(dāng)日08：00溫度（5.5 ℃）明顯高于沙塵暴暴發(fā)后一日08：00溫度（-5.1 ℃）。08：00（圖5a）2 km以下出現(xiàn)了明顯的逆溫，強(qiáng)度達(dá)4.7 ℃，20：00（圖5b）逆溫層仍然維持，逆溫強(qiáng)度達(dá)3 ℃。鋒面在夜間過(guò)境時(shí)，有利于沙塵暴的發(fā)生。

14日午后東勝站近地面溫度露點(diǎn)差大，空氣干燥，前期中低層干熱有利于沙塵暴暴發(fā)。

伊和烏素站14日20：00開(kāi)始邊界層風(fēng)速急劇增大，近地面風(fēng)速由14日20：00的6.4 m/s急增至15日01：00的17.8 m/s，強(qiáng)風(fēng)力條件為起沙提供了動(dòng)力條件。同時(shí)，在沙塵暴觸發(fā)過(guò)程中，地面大風(fēng)是最重要的影響因素，在沙塵暴形成后的發(fā)展、持續(xù)階段，近地層風(fēng)速是影響沙塵暴強(qiáng)弱的最主要因素。

5 環(huán)境物理量場(chǎng)特征

5.1 強(qiáng)烈的上升運(yùn)動(dòng)

中低層輻合、高層輻散有利于垂直運(yùn)動(dòng)的加強(qiáng)，強(qiáng)烈的上升運(yùn)動(dòng)為強(qiáng)沙塵暴的形成、發(fā)展提供了必要的動(dòng)力條件。由于500 hPa為下沉運(yùn)動(dòng)，不是從低層到高層一致的上升運(yùn)動(dòng)配置，因此，此次沙塵暴過(guò)程的沙塵大部分來(lái)自上游地區(qū)，本地沙源僅占一部分。

5.2 穩(wěn)定度

在沙塵暴出現(xiàn)前14日20：00（圖5b），上下層風(fēng)垂直切變明顯，低層850 hPa為西南風(fēng)，700 hPa以上為西北風(fēng)，有利于垂直運(yùn)動(dòng)發(fā)展，滿足潛在動(dòng)力不穩(wěn)定條件。一旦觸發(fā)冷平流，則可以釋放能量，造成強(qiáng)的上升運(yùn)動(dòng)，使得動(dòng)量下傳，低層風(fēng)速增大，加劇沙塵暴的發(fā)展。

6 沙源分析

鄂爾多斯有庫(kù)布齊沙漠和毛烏素沙地，為沙塵暴發(fā)生和發(fā)展提供了永久性沙源。春季，沙漠沙地區(qū)干燥多風(fēng)、植被覆蓋率低、豐富的沙源物質(zhì)是造成沙塵天氣頻發(fā)的主要原因。蒙古國(guó)有超過(guò)3/4的國(guó)土正在面臨荒漠化威脅。據(jù)統(tǒng)計(jì)，21世紀(jì)10年代蒙古國(guó)每年有約100 d發(fā)生沙塵暴。2021年3月13日晚至14日中午，蒙古國(guó)大部分省份相繼出現(xiàn)極端惡劣天氣，遭遇特大沙塵暴襲擊。從13日以來(lái)，蒙古國(guó)部分地區(qū)風(fēng)速達(dá)到20～24 m/s，有時(shí)達(dá)到30～34 m/s；在戈壁草原地帶則形成了強(qiáng)沙塵暴。沙塵主體隨西北氣流向東南移動(dòng)，14日進(jìn)入內(nèi)蒙古，為此次強(qiáng)沙塵暴的主要沙塵來(lái)源。

7 結(jié)論

（1）500 hPa低槽、地面氣旋和冷高壓、地面冷鋒是引起此次鄂爾多斯市大風(fēng)強(qiáng)沙塵暴的重要天氣系統(tǒng)。午后氣溫日變化造成冷鋒移至河套地區(qū)產(chǎn)生強(qiáng)烈鋒生是造成此次沙塵暴的主要原因。

（2）前期無(wú)降水且氣溫異常偏高，使地面解凍回暖，裸露地表土質(zhì)疏松，為此次大風(fēng)沙塵暴天氣提供了前期氣候背景。

（3）500 hPa低槽快速東移、700 hPa強(qiáng)冷平流和風(fēng)場(chǎng)的輻合造成強(qiáng)斜壓性，

中低層輻合、高層輻散有利于垂直運(yùn)動(dòng)的加強(qiáng)，產(chǎn)生強(qiáng)烈的上升運(yùn)動(dòng)；高空動(dòng)量的有效下傳是地面大風(fēng)形成的原因之一。強(qiáng)上升運(yùn)動(dòng)和動(dòng)量下傳為強(qiáng)沙塵暴的形成和發(fā)展提供了必要的動(dòng)力條件。

（4）上、下層風(fēng)垂直切變明顯，14日2 km以下存在逆溫層，近地面溫度露點(diǎn)差大，為此次大風(fēng)沙塵暴的發(fā)生提供了動(dòng)力不穩(wěn)定的環(huán)境條件。

參考文獻(xiàn)

[1] 方宗義，朱福康.中國(guó)沙塵暴研究[M].北京：氣象出版社，1997.

[2] 張瑞軍，何清，孔丹，等.近幾年國(guó)內(nèi)沙塵暴研究的初步評(píng)述[J].干旱氣象， 2007（3）：88-94.

[3] 王汝佛，馮強(qiáng)，尚可政.2010春季我國(guó)一次強(qiáng)沙塵暴過(guò)程分析[J].干旱區(qū)地理， 2014，37（1）：31-44.

[4] 李巖瑛，楊曉玲，王式功.河西走廊東部近50 a沙塵暴成因、危害及防御對(duì)策[J].中國(guó)沙漠，2002（3）：82-86.

[5] 錢(qián)莉，楊金虎，楊曉玲，等.河西走廊東部“2008·5·2”強(qiáng)沙暴成因分析[J].高原氣象，2010，29（3）：719-725.

[6] 李紅軍，湯浩.北疆春季沙塵暴極多與極少年環(huán)流場(chǎng)特征[J].沙漠與綠洲氣象，2017，11（1）：35-40.

[7] 湯緒，俞亞勛，李耀輝，等.甘肅河西走廊春季強(qiáng)沙塵暴與低空急流[J].高原氣象，2004（6）：840-846.

[8] 王勁松，李耀輝，康鳳琴，等.“4·12”沙塵暴天氣的數(shù)值模擬及診斷分析[J].高原氣象，2004（1）：89-96.

[9] 閔月，李娜，湯浩.2015年春季北疆沿天山一帶一次強(qiáng)沙塵暴過(guò)程分析[J].沙漠與綠洲氣象，2017，11（5）：30-37.

[10] 錢(qián)莉，楊永龍，王榮喆.河西走廊“2010·4·24”黑風(fēng)成因分析[J].高原氣象， 2011，30（6）：1653-1660.

[11] 朱乾根，林錦瑞，壽紹文，等.天氣學(xué)原理和方法[M]．第三版.北京：氣象出版社，2000.

[12] 李玲萍，李巖瑛，劉維成.河西走廊東部“2018·3·19”強(qiáng)沙塵暴特征分析[J].沙漠與綠洲氣象，2020，14（2）：10-17.