2024年春季河西走廊一次強沙塵暴天氣成因及沙塵傳輸特征分析

摘 要：對2024年春季河西走廊一次強沙塵暴過程的成因和傳輸特征進行分析，結果表明：前期高溫少雨的氣候條件加劇了下墊面的沙塵化，使得土質疏松，地表干土層增厚，為沙塵暴提供了較豐富的物質基礎。在“階梯槽”的高空環流背景下，造成了不穩定層結，低層強的大氣斜壓性和強西北風急流及地面冷高壓與熱低壓之間鋒面過境，為強沙塵暴天氣形成提供了有利的動力和熱力條件。此次過程受當地沙塵和外來輸入性沙塵共同影響，沙塵以細小顆粒物為主。過程的傳輸路徑為偏西偏北路徑，經新疆、內蒙古西部、中部影響河西走廊，古爾班通古特沙漠為主要沙源地，在影響時間段內，沙塵隨著西北氣流自西向東傳輸，傳輸過程中由巴丹吉林沙漠、騰格里沙漠再次補充沙塵源。過程中不斷有沙源的補充，故持續時間長、強度強。

關鍵詞：河西走廊春季；強沙塵暴；遙感監測；傳輸特征

中圖分類號：P425.55 文獻標志碼：B 文章編號：2095–3305（2024）10–0-03

沙塵暴天氣是影響我國北方地區大氣環境質量的主要災害性天氣，會使得空氣質量急劇惡化，能見度降低，給水源地及下游地區的生態環境、交通電力、人體健康和生產生活造成重大影響，甚至引發人員傷亡事故。例如，1993年5月5日河西走廊發生的特強沙塵暴導致85人死亡、264人受傷、31人失蹤，影響范圍達到100萬km2，牲畜損失12萬頭（只），甚至23萬hm2的耕地因黑風暴帶來的沙土掩埋而絕收，造成的直接損失高達7.25億元。沙塵傳輸伴隨的礦物氣溶膠通過與氮氧化物、有機物等污染物排放的相互作用，可加重城市大氣污染程度，導致能見度下降。因此，沙塵的形成與傳輸問題引起了研究者的廣泛關注[1]。

甘肅河西走廊地處干旱、半干旱的內陸地區，上游有塔克拉瑪干沙漠、古爾班通古特沙漠，西與庫姆塔格沙漠接壤，東北部處在騰格里沙漠和巴丹吉林沙漠等的包圍中，甘肅境內荒漠化土地嚴重，東西部占60%以上，沙塵源豐富，是我國沙塵暴的高發區之一，但目前缺少對該區沙塵暴天氣過程形成機制、水平傳輸特征，以及激光雷達、遙感等資料在沙塵監測中應用的研究和探討[2-5]。因此，選取河西走廊地區2024年春季典型個例，對沙塵暴天氣形成的天氣學條件、沙塵過程中激光雷達特征、后向軌跡分析及衛星沙塵監測等進行綜合分析，探討河西走廊地區沙塵暴的形成、水平傳輸、沉降機制，更好地為預報服務和防災減災提供參考依據。

1 研究區域、數據與方法

1.1 研究區域

河西走廊位于甘肅省西北部，在祁連山以北，合黎山以南，烏鞘嶺以西，甘肅新疆邊界以東，為西北—東南走向的狹長平地。地域上包括甘肅省的河西五市：武威、張掖、金昌、酒泉和嘉峪關。西部敦煌市與庫木塔格沙漠相連，北部金塔縣與巴丹吉林沙漠接壤，東北部民勤縣被騰格里沙漠所圍。地勢南高北低，其海拔為1 139～3 100 m，年降水量40～410 mm，年蒸發量

1 500～3 311 mm。氣候干旱少雨，大風沙塵暴頻發。

1.2 數據與方法

選取2024年3月14—15日河西走廊春季區域性強沙塵暴過程暴發前后亞歐范圍內MICAPS高空、地面氣象資料，采用天氣學診斷方法，從沙塵暴水平傳輸路徑、高低空環流特征入手，對2024年河西走廊春季強沙塵暴的形成及傳輸特征進行診斷分析，為春季強沙塵暴天氣預報開拓新的思路，以期提高對沙塵重污染天氣機理的認識和沙塵污染天氣的預報預警水平，為生態環境治理和防災減災提供決策依據。以下文字和圖中描述的時間均為北京時間。

2 天氣實況及前期氣候概況

2.1 天氣實況

2024年3月14日16：30～17：12，敦煌出現沙塵暴，

平均最大風速達10.2 m/s，瞬間最大風速19.1 m/s（7級），最小能見度為900 m；17：41～17：55，瓜州出現沙塵暴，平均最大風速達9.5 m/s，瞬間最大風速17.9 m/s

（7級），最小能見度為600 m；3月15日04：27～06：25，民勤出現強沙塵暴天氣，平均最大風速達11.6 m/s，瞬間最大風速19.0 m/s（7級），最小能見度為368 m。河西走廊自西向東沙塵暴強度逐漸增大，持續時間顯著延長。

2.2 前期氣候狀況

3月5—15日，河西走廊持續偏暖，較常年平均氣溫偏高1 ℃以上（圖1a），大部地方降水偏少（圖1b），達25%。持續偏暖的大氣加上降水異常偏少與蒸發偏強產生的疊加效應，引起土壤快速失墑，土質變得極為疏松，使得原本就裸露的地表產生了大量干燥松散的沙礫。一般沙漠地區的表面沙粒已經過沙塵暴天氣無數次的篩刷，能夠被大氣動力過程遠距離輸送的沙粒并不多。干旱導致的荒漠化地帶細沙塵豐富，是沙塵天氣能夠實現起沙的主要源地。為此次起沙及沙塵污染傳輸提供了有利的氣候條件和豐富的物質

基礎。

圖1" 3月5—15日河西走廊平均氣溫（a）、降水（b）距平

3 高低空環流特征對比分析

在2024年3月14日08：00的500 hPa高空圖上（圖2a），中亞范圍內為“一槽一脊”型，脊位于烏拉爾山西側，烏拉爾山高壓脊后有暖平流向脊區輸送，脊的經向度加大，高壓脊前西北風風速加大，形成了西北風急流（最大風速達34 m/s），引導極地冷空氣快速南下補充至位于巴爾喀什湖西北部附近的低壓槽處，低壓槽發展，冷空氣堆積，形成了-44 ℃的冷溫度中心，槽前新疆東部到河西走廊形成階梯槽形勢，有明顯的冷平流輸送。3月14日20：00 500 hPa（圖2b），巴爾喀什湖西北部附近的低壓槽略東移南壓，低壓槽底部形成了西北風中空急流，最大風速≥24 m/s，河西走廊東部地區存在短波槽，槽前無西南暖濕氣流，過程干冷，不伴隨降水天氣。

a.08：00 500 hPa；b.20：00 500 hPa；c.08：00 700 hPa；d.20：00 700 hPa

圖2" 2024年3月14日08：00、20：00環流場

3月14日08：00的700 hPa高空圖上（圖2c），巴爾喀

什湖西北部附近有低壓槽，伴隨-32 ℃冷中心，系統深厚，冷空氣強度強，等溫線與等壓線交角接近90°。

大氣具有強斜壓性，河西走廊地區有熱低壓盤踞，伴隨4 ℃的暖中心，加大了高空鋒區的強度，形成了上冷下暖的不穩定層結，有利于沙塵天氣暴發。3月14日20：00 700 hPa（圖2d），巴爾喀什湖西北部附近有低壓槽快速東移南壓，槽底部形成一條中心強度達

16 m/s的強西北風低空急流，青?！游髯呃葻岬蛪杭訌?，暖中心增強至12 ℃，高空鋒區強度增強，層結更不穩定，河西走廊西部3月14日下午至傍晚出現沙塵暴天氣。

4 激光雷達特征參量

此次沙塵過程由于沙塵粒徑較小，因此在355 nm波長上的特征比532 nm波長明顯。沙塵天氣持續時間較長，即3月15日00：00～12：00。3月15日00：00～03：00，

沙塵粒子集中在0～2 km的高度，主要為本地沙塵在強烈的上升運動作用下抬升至空中，PM10濃度升高至

1 958 μg/m3。03：00～06：00，沙塵粒子集中在5～9 km，5～9 km退偏振比小于0.2，以外來輸入的細小顆粒物為主。06：00～09：00，伴隨下沉運動的增強，空中沙塵向下擴散至1～3 km。

5 沙塵傳輸特征

5.1 軌跡模擬

以民勤氣象站（103.0886°E，38.6319°N）為起始點，

選擇50、500、1 000 m作為起始高度，采用HYSPLIT模式進行逐6 h后向軌跡模擬，每條軌跡模擬時長48 h。模擬時段為3月14日06：00—15日24：00。

從模擬結果可以看出，沙塵發展階段，過程的傳輸路徑為偏西偏北路徑，經新疆、內蒙古西部、中部影響河西走廊。古爾班通古特沙漠為主要沙源地，影響時間段內沙塵隨著西北氣流自西向東傳輸，傳輸過程中由巴丹吉林沙漠、騰格里沙漠再次補充沙塵源。過程中不斷有沙源的補充，故持續時間長、強度強。由3月15日08：00風向污染圖進一步證實，此次過程以新疆古爾班通古特沙漠為沙源地，由巴丹吉林沙漠、騰格里沙漠再次補充沙塵源，隨著槽后西北氣流逐漸自西向東傳輸，形成一次沙塵污染傳輸過程，整個甘肅省中西部達到重污染天氣程度。

5.2 FY-4B衛星沙塵檢測

FY-4B/AGRI根據沙塵在各光譜中展示的與云、地表和晴空大氣的獨特差異性，提供了將沙塵和煙塵從云和晴空水體陸地中區分開的沙塵檢測產品（DSD），能在無云天氣下有效識別沙塵，但無法準確探測到云下沙塵。在3月14—15日沙塵暴過程中，DSD很好地識別出河西走廊地區出現的沙塵暴天氣，14日14：00，沙塵天氣開始進入河西走廊西部的敦煌地區，15：00～16：00，酒泉西南部為沙塵區，沙塵范圍擴大，17：00沙塵開始進入瓜州，瓜州出現沙塵暴天氣，3月14日19：00—15日09：00由于夜間沒有識別出沙塵區，10：00沙塵進入河西走廊東部地區。

6 結論

通過對2024年春季河西走廊一次強沙塵暴過程的成因進行分析，得出河西走廊春季沙塵暴發生傳輸規律。

（1）前期高溫少雨的氣候條件加劇了下墊面的沙塵化，使得土質疏松，地表干土層增厚，為沙塵暴提供了較豐富的物質基礎。

（2）在“階梯槽”的高空環流背景下，形成了不穩定層結，低層強的大氣斜壓性和強西北風急流及地面冷高壓和熱低壓之間鋒面過境，為強沙塵暴天氣形成提供了有利的動力和熱力條件。

（3）當500 hPa冷中心強度≤-44 ℃、700 hPa冷中心強度≤-32 ℃、500 hPa中空急流≥24 m/s、700 hPa低空急流≥16 m/s時，春季河西走廊中東部有發生沙塵暴天氣的可能。

（4）此次過程受當地沙塵和外來輸入性沙塵共同影響，沙塵以細小顆粒物為主。過程的傳輸路徑為偏西偏北路徑，經新疆、內蒙古西部、中部影響河西走廊；古爾班通古特沙漠為主要沙源地，影響時間段內沙塵隨著西北氣流自西向東傳輸，傳輸過程中由巴丹吉林沙漠、騰格里沙漠再次補充沙塵源。過程中不斷有沙源的補充，故持續時間長、強度強。

參考文獻

[1] 花叢，劉超，張碧輝.影響北京的兩次沙塵過程傳輸特征對比分析[J].中國沙漠，2019，39（6）：99-107.

[2] 張春燕，李巖瑛，馬幸蔚，等.河西走廊不同強度槽型沙塵暴垂直動量傳輸特征分析[J].地球科學進展，2022，37（9）： 925-936.

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[4] 吳碩秋，馬曉燕.利用風云四、MODIS及CALIPSO衛星資料分析西北沙塵過程的垂直和水平分布特征[J].環境科學學報，2020，40（8）：2892-2901.

[5] 阿不力米提江·阿布力克木，李娜，趙克明，等.塔里木盆地一次“東灌”沙塵暴大氣邊界層特征[J].沙漠與綠洲氣象，2019，13（5）：55-61.

收稿日期：2024-07-19

作者簡介：趙瑾（1987—），女，甘肅武威人，助理工程師，研究方向為應用氣象氣候。#通信作者：張春燕（1990—），女，甘肅白銀人，工程師，研究方向為短期天氣及災害性天氣，E-mail：1325086269@qq.com。