2021年春季內蒙古西部沙塵天氣特征及其氣候背景

馬文迪

(烏海市氣象局，內蒙古 烏海 016000)

沙塵天氣多發于中國北方春季，是內蒙古的主要氣象災害之一[1]，給工農業生產以及人民日常生活帶來極大危害。有研究表明近年來在全球氣候變暖的背景下，隨著綠化面積不斷擴大，沙化、荒漠化土地不斷減少，降水顯著增加，中國西北地區沙塵天氣明顯減少。

內蒙古西部地處中國內陸半干旱地區，其西北、東北、東南分布有烏蘭布和沙漠、庫布齊沙漠、毛烏素沙地，三面環沙為沙塵天氣提供了沙源地。2021年入春以來，我國北方沙塵天氣頻發，且影響范圍大，影響程度劇烈。例如3月14日—18日，受蒙古氣旋和冷鋒影響，中國北方出現了近10年最強沙塵天氣。此次沙塵暴于2021年3月14日上午起源于蒙古國南部，14日夜間進入中國，先后影響了中國華北、東北、西北、江淮等地區，其中內蒙古西部地區的沙塵天氣一直持續到18日夜間。

2021年春季沙塵天氣頻發的成因是什么?2021年春季以來的沙塵天氣是否出現新的特征？造成沙塵天氣頻發的氣候背景如何？筆者利用地面天氣資料和NCEP再分析資料對2021年春季內蒙古西部地區沙塵天氣特點及成因進行了分析總結。

1 2021年春季沙塵過程特點

本文自西向東依次選取內蒙古西部4個典型代表站：吉蘭泰站、烏海站、臨河站和東勝站進行分析。能見度數據和氣象實況數據來源于中國氣象局地面觀測資料，環流場、物理量等要素數據選擇美國國家環境預報中心NCEP逐日再分析位勢高度資料，網格點距為2.5°×2.5°。將逐日資料處理成候、月、季、年資料，氣候態取1981年—2010年平均。因為3月底內蒙古西部大部出現了降水天氣，3月份最后一次沙塵天氣發生于3月28日，為準確分析沙塵天氣前期的氣候特征，3月份的資料取3月1日至28日時間段內的平均值。本文定義一次大風過程中有兩個盟市的兩個站點出現揚沙或者沙塵暴為一次大范圍沙塵天氣。

1.1 沙塵暴發生時間較常年偏早，影響范圍廣、持續時間長

2021年春季內蒙古西部共發生8次沙塵過程，其中3次沙塵暴，5次揚沙。比2019年的4次和2020年的7次偏多。阿拉善發生7次沙塵暴，11次揚沙；巴彥淖爾市發生2次沙塵暴、1次揚沙過程；烏海發生3次沙塵暴、5次揚沙；鄂爾多斯市發生1次沙塵暴、2次揚沙(見表1)。且沙塵暴集中在3月份，揚沙天氣集中在4—5月份。

表1 2021年春季沙塵過程數 單位：次

2021年春季沙塵暴過程多集中在3月份(見表1)，且過程持續時間長，影響范圍廣。3月15日、19日和28日的3次沙塵暴天氣，自西向東影響我國北方大部分地區；15日的沙塵天氣面積超過380 km2，在內蒙古西部出現了強沙塵暴天氣，西北地區大部沙塵天氣從15日一直持續至19日。北方多地PM10峰值濃度超過5 000 μg/m3，沙塵天氣造成多地空氣嚴重污染、列車停運等情況。

1.2 沙塵過程較常年同期偏多

圖1為2011年—2021年4個代表站十年的沙塵暴實況序列圖，其中綠色實線是1981年—2010年氣候平均值，藍色柱狀為季節沙塵暴次數。2021年春季內蒙古西部的沙塵暴天數高于氣候平均值，吉蘭泰站沙塵暴天數高達7 d，高于歷史常年值3.9 d；臨河站2 d，高于歷史平均值1.7 d，烏海站的沙塵暴天數3 d低于常年值3.9 d，但是較前十年沙塵暴天數仍然明顯增高；東勝站近十年沒有出現沙塵暴天氣，2021年春季出現1 d，與常年值持平。

圖1 2011年—2021年沙塵暴實況序列圖

(注：綠色實線是常年值；單位：次)

2 沙塵天氣氣候背景

通常沙塵天氣爆發前期氣溫偏高，降水偏少，干燥裸露的地表為沙塵天氣的發生提供了豐富的沙塵源[2]。國家氣候中心的數據顯示2021年1月—3月上旬，蒙古國南部和中國北方大部平均氣溫較常年同期偏高1 ℃～2 ℃，降水異常偏少；特別是3月上旬內蒙古中西部、蒙古國西南部平均氣溫較同期偏高4 ℃～6 ℃，非常有利于沙塵天氣的發生。本文將重點分析春季沙塵天氣發生的氣候背景。

2.1 氣溫特征

2020年/2021年冬季(圖2a)內蒙古西部氣溫較常年同期均偏高，大部地區偏高1 ℃～2 ℃，阿拉善西北部、巴彥淖爾大部偏高2 ℃～4 ℃，巴彥淖爾局地偏高4 ℃～6 ℃。其中烏海地區只偏高0～1 ℃。進入2021年春季(圖2b)，內蒙古西部大部分地區氣溫較常年同期偏高1 ℃～2 ℃，巴彥淖爾仍有局地偏高4 ℃～6 ℃的地區，鄂爾多斯和烏海部分地區氣溫基本與常年同期持平。

(a) (b)

2.2 降水特征

2020年/2021年冬季(圖3a)內蒙古西部阿拉善中部、鄂爾多斯南部、巴彥淖爾南部降水較常年平均偏多50%左右，其余大部分地區降水較常年平均偏少，尤其阿拉善中部、巴彥淖爾北部大部分地區、鄂爾多斯東北部降水較常年平均偏少50%以上。加之冬季這些地區氣溫偏高，造成冬季土壤不易凍結，土質疏松，有利于來年春季沙塵天氣發生。

進入2021年3月，從月總降水量來看(3月1日—28日)，內蒙古西部大部分地區基本無降水，鄂爾多斯市降水量較多，部分地區達到了25 mm以上，這也是后期鄂爾多斯地區沙塵過程較少的原因。從降水距平百分率分布來看(圖3b)，內蒙古西部除鄂爾多斯大部分地區降水較常年平均偏多外，其他地區降水均偏少，且大部分地區降水偏少8成以上，由于偏少的降水加之偏高的氣溫，這些地區裸土外漏且土質疏松，當遇到有利的環流形勢時容易形成沙塵天氣，因此造成3月沙塵天氣多發，3次大范圍的沙塵暴均發生在3月。

4月除阿拉善西部降水不足10 mm以外，其他大部分地區降水量在10 mm～25 mm之間，從降水距平百分率分布來看(圖3c)，4月份內蒙古西部大部分地區降水較常年平均偏多，對沙塵天氣有所緩解，但也發生兩次揚沙天氣，可見這些因素并不是沙塵天氣的直接原因，而是造成沙塵天氣發生的短期氣候變化的間接原因。進入5月(圖3d)大部分地區降水較常年偏少5～8成，河套地區降水偏少8成以上，但是前期降水對起沙條件有所緩解，5月份的沙塵天氣以揚沙為主。

(a) (b)

前期冬季我國北方大部分地區特別是沙塵多發區降水偏少，氣溫偏高，使得前期地面植被狀況偏差，土質疏松，沙塵天氣早發。進入3月降水顯著偏少，地面植被狀況未得到改善，加之氣溫偏高，利于土壤解凍，土質變得疏松，使得2021年沙塵發生時間較常年偏早，以沙塵暴天氣為主，后期降水增加后，沙塵過程減少，以揚沙天氣為主。

2.3 環流形勢特征

2020年/2021年冬季(圖4a)，我國北方位勢高度距平在(-5)～(-10)之間，冷空氣較弱。歐亞大陸中高緯上空500 hPa環流形勢基本為一脊一槽型，內蒙古西部受東亞大槽槽后脊前西北氣流影響，但西伯利亞高壓脊較常年明顯偏弱，因此影響我國北方的西北氣流及冷空氣明顯偏弱，造成冬季我國北方大部分地區氣溫偏高，土壤不易凍結，有利于來年沙塵天氣早發。進入2013年春季(圖4b)，除新疆西部地區外我國基本處于位勢高度正距平區，冷空氣明顯加強，歐亞大陸中高緯上空500 hPa環流形勢基本為一槽一脊型，新疆地區為弱脊，內蒙古西部地區受脊前西北氣流控制，因此2021年春季氣溫較常年偏高，降水偏少，土壤解凍較早，為春季沙塵天氣提供有利條件。一槽一脊的大環流形勢有利于北方冷空氣向南爆發，是內蒙古西部地區沙塵暴發生的主要環流背景。

(a) (b)

2.4 土壤相對濕度特征

2020年/2021年冬季(圖5a)，內蒙古西部地區土壤濕度較常年平均偏低2成左右，加之溫度偏高，土壤不易凍結，土質疏松，易造成2021年沙塵天氣較早，強度較強。進入3月份(圖5b)，除鄂爾多斯地區外，其他地區土壤濕度較常年偏低，鄂爾多斯地區土壤情況較前期有所改善，這可能也是造成3月份其他地區發生沙塵暴時鄂爾多斯只是揚沙的原因之一。4月份(圖5c)開始土壤濕度較前期偏高，土壤狀況好轉，沙塵天氣變少，強度也有所減弱。進入5月份(圖5d)，降水開始減少，土壤濕度較常年平均值低，但受前期降水影響，雖沙塵天氣頻發，但都以揚沙為主。

(a) (b) (c) (d)

3 結論

經分析，2021年春季內蒙古西部沙塵天氣有兩個特點：①沙塵暴發生時間較常年偏早，影響范圍廣、強度大、持續時間長；②沙塵過程較常年同期偏多。

通過對前期冬季和2021年春季3個月的各物理量場分析，得出2021年春季沙塵天氣的氣候背景及成因如下：①2020年/2021年冬季，西伯利亞高壓脊較常年偏弱，影響我國北方地區的冷空氣偏弱，內蒙古西部地區氣溫偏高，降水偏少，土壤相對濕度較常年平均偏小，在這樣的氣候背景下，不利于冬季土壤凍結，土質疏松，這是造成2021年春季沙塵天氣早發且強度偏強的主要原因。②2021年春季，內蒙古西部地區受弱脊脊前西北氣流控制，氣溫較常年偏高，3月份除鄂爾多斯外其他地區降水較常年偏少8成，土壤濕度較常年偏低，土壤解凍較早，植被狀況偏差，土質疏松，是造成3月份沙塵暴天氣的主要原因，也是鄂爾多斯沙塵暴過程較少的原因。進入4月份降水偏多，土壤情況有所緩解，沙塵天氣強度減弱，以揚沙為主。③內蒙古西部地區造成沙塵暴發生的主要環流形式是一槽一脊的環流形勢，有利于北方冷空氣向南爆發。④前期的氣候背景決定了沙塵暴發生的時間及強度，前期的干旱少雨，氣溫偏高，導致土壤稀疏，為沙塵天氣提供沙源條件，春季低壓維持，一旦有冷空氣過境，強烈的氣壓差產生大風天氣，為沙塵暴的天氣提供動力和起沙條件。