錫林郭勒盟“3·14”沙塵暴天氣過程分析

格日樂，哈斯塔木嘎

錫林郭勒盟氣象局，內蒙古錫林郭勒 026000

內蒙古自治區(qū)是我國沙塵暴天氣的多發(fā)地，也是沙塵暴天氣發(fā)生時的主要沙源地之一，2021年3月14—15日內蒙古自治區(qū)出現了近10年來最強的一次沙塵暴天氣，內蒙古西部大部分地區(qū)出現強沙塵暴，中部的錫林郭勒盟等地出現沙塵暴，其余地區(qū)出現揚沙和浮塵[1]。沙塵暴在蒙古國南部形成后，由冷空氣驅動南下侵入內蒙古，引發(fā)了全區(qū)的沙塵暴天氣。本次強沙塵暴過程有2個特點：一是本次過程的主要影響系統為蒙古氣旋和冷鋒導致，范圍廣、強度大、持續(xù)時間長。二是伴隨沙塵暴，全區(qū)大部分出現大風和強降溫天氣[2]。冷鋒后部高壓中心的強度達到了1 040 hPa，冷鋒過境后全區(qū)降溫幅度為10℃～12℃，達到寒潮標準。自2020年的冬季以來，內蒙古西部大部分地區(qū)降雪持續(xù)偏少，土壤干燥，地表凍結程度低，容易起沙。氣溫回升強盛，造成士壤疏松，當大風出現時，容易形成起沙。地面升溫也使得當高層冷空氣入侵時容易形成不穩(wěn)定層結，易于沙塵上揚，形成更強的沙塵天氣[3]。另外，前期明顯升溫與冷空氣暴發(fā)疊加，使得冷鋒強度、地面風速更高，因而出現更強的沙塵暴。

沙塵暴預報是內蒙古地區(qū)天氣預報員的重要工作內容之一，這是因為沙塵暴不僅對內蒙古工農業(yè)生產、人們生活、環(huán)境和生態(tài)方面，同時沙塵暴往往也會對下游地區(qū)產生較大影響。例如3月14—15日的強沙塵暴天氣過程影響面積超過380萬km2，影響我國西北、華北大部、東北地區(qū)中西部、黃淮、江淮北部等地，約占國土面積的40%[4]。

1 天氣實況

受蒙古氣旋影響，3 月 14 —15日，錫林郭勒盟出現2021年首場大范圍大風沙塵天氣。錫林郭勒盟西北部地區(qū)、南部地區(qū)出現沙塵暴天氣，其中二連浩特市、蘇尼特右旗、鑲黃旗、太仆寺旗出現強沙塵暴，最小能見度223～477 m。沙塵暴主要出現在14 日夜間，15 日 08:00沙塵暴減弱為揚沙，午后沙塵天氣基本結束。阿巴嘎旗極大風速 28.0 m/s，其余地區(qū)極大風速 17.1～25.8 m/s（圖 1）。此外，14—15 日，錫林郭勒盟大部地區(qū)出現較強降溫天氣，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℃，正藍旗、太仆寺旗氣溫下降 6℃。

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

2 天氣成因分析

此次沙塵暴天氣過程是由蒙古氣旋和強冷鋒共同造成的大范圍沙塵暴天氣過程。從 3 月 14 日 20:00地面圖上來看（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，蒙古國一帶，而且鋒后沙塵區(qū)域風速較大。而且氣旋后部的冷高壓強度強，中心值達到了1 040 hPa，強大的冷氣團將自西北向東南方向移動，影響內蒙古大部地區(qū)，鋒后冷氣團的前部有強大的氣壓密度，大氣受到強大的氣壓梯度力的作用下，地面形成強風，起沙塵暴。冷鋒過后從高空環(huán)流形勢可以看出（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 的整個對流層，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。從溫度場上來看，500 hPa溫度槽落后于高度槽，槽后有強冷鋒鋒區(qū)，對流層的低層，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)強度在對流層中下層非常強盛，等高線與等溫線交角隨高度下降而增大，典型的斜壓結構。而且冷槽后部的溫度線梯度較大，尤其700 hPa上，110°E～ 120°E 間溫度梯度達到了24℃，冷平流強烈，隨著冷鋒南壓強冷空氣將暴發(fā)。

圖2 2021 年 3 月 14 日 20:00海平面氣壓場（a）（綠色區(qū)域為沙塵暴區(qū)）和500 hPa（b）、700 hPa（c）、850 hPa（d）高空形勢圖（藍線為位勢高度，紅線為溫度）

3 層結條件

此次沙塵暴的強度分布與地面大風極值分布不一致，這是因為沙塵暴是干對流，除了鋒面抬升作用外，有利于起沙的層結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圖（圖3）上可以看出，飽和假相當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位溫之間距離大，位溫線和假相當位溫線 500 hPa以下距離接近，表明大氣層結干燥。而且位溫線和飽和假相當位溫線幾乎垂直于橫坐標，大氣層結非常接近絕熱狀態(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）、假相當位溫（紅色線） 及飽和假相當位溫（藍色線）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區(qū)。對混合層的表征包括混合層高度和強度。混合層內空氣的深度混合往往導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 給出了本次過程 3 月 14—15 日二連浩特的混合層出現的情況，結合位溫和比濕可見，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，混合層高度應在 600 hPa 附近。14 日08:00層結較為穩(wěn)定，到傍晚時穩(wěn)定度明顯下降，存在日變化。可見，混合層對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 地面大風與天氣系統

此次沙塵暴過程錫林郭勒盟的南部地區(qū)也出現沙塵暴天氣，其中鑲黃旗和太仆寺旗出現強沙塵暴。在沙塵暴觸發(fā)過程中，地面大風與沙塵暴強度存在密切的關系。圖5為此次過程中錫盟南部地區(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，風速增大，溫度急劇下降，同時沙塵暴開始形成，能見度開始減小，表明15日00:00以后，冷鋒過境，并觸發(fā)沙塵暴，太仆寺旗站的沙塵暴天氣持續(xù)了8 h，能見度與地面風速存在非常好的反向關系。

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度（a）、氣壓（b）、溫度（c）、風速（d）

5 沙塵暴移動路徑

此次冷鋒型強沙塵暴的移動路徑為北路，沙塵暴發(fā)源于蒙古國西部和南部，沿東南方向移動，經內蒙古中部、西部地區(qū)到達華北平原。沙塵暴移動路徑的形成是大尺度地形和天氣系統的影響，導致此次沙塵暴過程的影響系統為地面冷鋒[5]。從地面冷鋒的移動情況來看，蒙古氣旋中心位置偏北，沿著 50°N 緯線向東移動，中心強度變化不大，但是冷鋒后，堆積在蒙古國南部地區(qū)的強冷空氣，隨著冷鋒東移，直接東南下，經過錫盟的西北部地區(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，風力雖然明顯加大，但是沒有出現沙塵暴天氣[6]。

6 結論

針對2021年3月14—15日影錫盟的沙塵暴天氣過程觀測和診斷分析，其成因主要有以下4個方面。

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

（2）地面大風的形成受主要氣旋發(fā)展和鋒后冷平流的影響。冷鋒后有強大的氣壓梯度，大氣在強大氣壓梯度力的作用下，冷鋒過境后，錫盟大部地區(qū)出現大風天氣，同時出現沙塵暴。氣旋后部的冷高壓強度強，中心值達到了1 040 hPa，冷平流強烈，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特征，也是有利于沙塵暴發(fā)生的層結條件。本次過程中除了錫盟西北部地區(qū)外，錫盟南部地區(qū)還出現了強沙塵暴天氣，主要是因為14日白天南部地區(qū)地面溫度較高，從700 hPa與850 hPa高空圖上看，南部地區(qū)存在暖中心，形成了較深厚的混合層，并在冷鋒過境時形成深厚干對流并引發(fā)強沙塵暴。

（4）此次冷鋒型強沙塵暴的移動路徑為北路，沙塵暴發(fā)源于蒙古國西部和南部，沿東南方向移動，經內蒙古中部、西部地區(qū)到達華北平原。