2021年春季鄂爾多斯市一次強沙塵暴天氣分析

李昊宇

摘要 利用衛星遙感監測2021年春季一次強沙塵暴天氣，針對此次強沙塵暴過程的環流特征、邊界層、物理量和沙源地進行分析總結。結果表明：前期無降水且氣溫異常偏高，地面解凍回暖，裸露地表土質疏松；500 hPa低槽、地面氣旋和冷高壓、地面冷鋒是引起此次強沙塵暴的重要天氣系統；午后氣溫日變化造成冷鋒移至河套地區產生強烈鋒生是造成此次沙塵暴的主要原因；強上升運動和動量下傳為強沙塵暴的形成與發展提供了必要的動力條件。

關鍵詞 強沙塵暴；冷鋒；動量下傳；沙源地

中圖分類號：P425.5+5 文獻標識碼：B 文章編號：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

沙塵暴是強風從地面吹起大量沙塵，使水平能見度小于1 km的一種天氣現象，具有突發性、危害性大等特點[1-4]。國內學者對春季強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日我國北方出現近十年來最強的沙塵暴過程。新疆南疆盆地西部、甘肅中西部、內蒙古、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）先后出現大范圍沙塵暴、揚沙和浮塵天氣，其中，內蒙古部分地區出現特強沙塵暴。

1 實況

1.1 天氣實況

3月14—15日，鄂爾多斯市出現了大風、強沙塵暴過程。此次天氣過程呈現出影響范圍廣、強度強、持續時間較長的特點。49個站出現了大風，大部地區出現強沙塵暴，特征為持續時間長、強度大，其中，伊金霍洛旗阿勒騰席熱鎮在15日02：00～10：00出現強沙塵暴（最小能見度183 m），10：00～15：00出現沙塵暴，沙塵暴過后出現了揚沙天氣。

1.2 衛星遙感監測

利用衛星遙感技術可以動態監測沙塵發生的范圍、強度及發展過程。通過對比沙塵暴暴發前期（圖1a）與沙塵暴暴發后（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能見度轉好，但仍存在揚沙，南部沙塵暴天氣維持，能見度較差。沙塵的路徑向東南方向移動。

1.3 2021年沙塵天氣較常年同期對比

2021年1—3月，鄂爾多斯市沙塵暴天數與常年同期相比（圖2），杭錦旗、達拉特旗、準格爾旗偏多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、準格爾旗累計降水量0.1～0.3 mm，其余旗區無降水。較常年同期偏少90%～100%；與去年同期相比，達拉特旗、鄂托克前旗基本持平，其余地區少2.2～4.4 mm。

鄂爾多斯市無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；其余地區為中旱至重旱區域，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，裸露地面土質疏松，為此次強沙塵暴天氣提供了前期氣候條件。

3 有利于強沙塵暴生成、發展的環流特征

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（12 h移動15個經度），配合溫度槽，風速加大，鄂爾多斯市出現強沙塵暴天氣。可見，500 hPa高空槽迅速東移是此次沙塵暴的影響系統。

3.2 700 hPa低槽

14日20：00（圖4a），溫度場落后于高度場，低槽后部有明顯冷平流，冷平流強度隨高度降低而增強，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加強，由于鋒生作用，等溫線密集，700 hPa鋒區加強，大氣斜壓性增強，利于動量下傳[11-12]。由此可見，風場輻合和強斜壓性為此次強沙塵暴的形成和維持提供了動量下傳條件。

3.3 地面冷鋒

午后輻射加強，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，氣旋中心數值由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產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，中心氣壓值為1 040 hPa，氣旋位于內蒙古東北部偏西地區，中心強度為985 hPa，氣旋的存在延緩了冷高壓的移動，在河套地區形成了強的氣壓梯度。3 h變壓最大值為6.1 hPa，地面冷鋒位于內蒙古東北部至河套一帶，大風沙塵暴天氣出現在冷鋒后部、冷高壓前部、3 h變壓最大的區域。

4 沙塵暴過程的大氣邊界層結構特征

對沙塵暴出現當天溫度、溫度露點差、風速進行邊界層特征分析。

東勝站沙塵暴暴發當日08：00溫度（5.5 ℃）明顯高于沙塵暴暴發后一日08：00溫度（-5.1 ℃）。08：00（圖5a）2 km以下出現了明顯的逆溫，強度達4.7 ℃，20：00（圖5b）逆溫層仍然維持，逆溫強度達3 ℃。鋒面在夜間過境時，有利于沙塵暴的發生。

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

伊和烏素站14日20：00開始邊界層風速急劇增大，近地面風速由14日20：00的6.4 m/s急增至15日01：00的17.8 m/s，強風力條件為起沙提供了動力條件。同時，在沙塵暴觸發過程中，地面大風是最重要的影響因素，在沙塵暴形成后的發展、持續階段，近地層風速是影響沙塵暴強弱的最主要因素。

5 環境物理量場特征

5.1 強烈的上升運動

中低層輻合、高層輻散有利于垂直運動的加強，強烈的上升運動為強沙塵暴的形成、發展提供了必要的動力條件。由于500 hPa為下沉運動，不是從低層到高層一致的上升運動配置，因此，此次沙塵暴過程的沙塵大部分來自上游地區，本地沙源僅占一部分。

5.2 穩定度

在沙塵暴出現前14日20：00（圖5b），上下層風垂直切變明顯，低層850 hPa為西南風，700 hPa以上為西北風，有利于垂直運動發展，滿足潛在動力不穩定條件。一旦觸發冷平流，則可以釋放能量，造成強的上升運動，使得動量下傳，低層風速增大，加劇沙塵暴的發展。

6 沙源分析

鄂爾多斯有庫布齊沙漠和毛烏素沙地，為沙塵暴發生和發展提供了永久性沙源。春季，沙漠沙地區干燥多風、植被覆蓋率低、豐富的沙源物質是造成沙塵天氣頻發的主要原因。蒙古國有超過3/4的國土正在面臨荒漠化威脅。據統計，21世紀10年代蒙古國每年有約100 d發生沙塵暴。2021年3月13日晚至14日中午，蒙古國大部分省份相繼出現極端惡劣天氣，遭遇特大沙塵暴襲擊。從13日以來，蒙古國部分地區風速達到20～24 m/s，有時達到30～34 m/s；在戈壁草原地帶則形成了強沙塵暴。沙塵主體隨西北氣流向東南移動，14日進入內蒙古，為此次強沙塵暴的主要沙塵來源。

7 結論

（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強沙塵暴的重要天氣系統。午后氣溫日變化造成冷鋒移至河套地區產生強烈鋒生是造成此次沙塵暴的主要原因。

（2）前期無降水且氣溫異常偏高，使地面解凍回暖，裸露地表土質疏松，為此次大風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強冷平流和風場的輻合造成強斜壓性，

中低層輻合、高層輻散有利于垂直運動的加強，產生強烈的上升運動；高空動量的有效下傳是地面大風形成的原因之一。強上升運動和動量下傳為強沙塵暴的形成和發展提供了必要的動力條件。

（4）上、下層風垂直切變明顯，14日2 km以下存在逆溫層，近地面溫度露點差大，為此次大風沙塵暴的發生提供了動力不穩定的環境條件。

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