2021年春季内蒙古西部沙尘天气特征及其气候背景

马文迪

(乌海市气象局，内蒙古 乌海 016000)

沙尘天气多发于中国北方春季，是内蒙古的主要气象灾害之一[1]，给工农业生产以及人民日常生活带来极大危害。有研究表明近年来在全球气候变暖的背景下，随着绿化面积不断扩大，沙化、荒漠化土地不断减少，降水显著增加，中国西北地区沙尘天气明显减少。

内蒙古西部地处中国内陆半干旱地区，其西北、东北、东南分布有乌兰布和沙漠、库布齐沙漠、毛乌素沙地，三面环沙为沙尘天气提供了沙源地。2021年入春以来，我国北方沙尘天气频发，且影响范围大，影响程度剧烈。例如3月14日—18日，受蒙古气旋和冷锋影响，中国北方出现了近10年最强沙尘天气。此次沙尘暴于2021年3月14日上午起源于蒙古国南部，14日夜间进入中国，先后影响了中国华北、东北、西北、江淮等地区，其中内蒙古西部地区的沙尘天气一直持续到18日夜间。

2021年春季沙尘天气频发的成因是什么?2021年春季以来的沙尘天气是否出现新的特征？造成沙尘天气频发的气候背景如何？笔者利用地面天气资料和NCEP再分析资料对2021年春季内蒙古西部地区沙尘天气特点及成因进行了分析总结。

1 2021年春季沙尘过程特点

本文自西向东依次选取内蒙古西部4个典型代表站：吉兰泰站、乌海站、临河站和东胜站进行分析。能见度数据和气象实况数据来源于中国气象局地面观测资料，环流场、物理量等要素数据选择美国国家环境预报中心NCEP逐日再分析位势高度资料，网格点距为2.5°×2.5°。将逐日资料处理成候、月、季、年资料，气候态取1981年—2010年平均。因为3月底内蒙古西部大部出现了降水天气，3月份最后一次沙尘天气发生于3月28日，为准确分析沙尘天气前期的气候特征，3月份的资料取3月1日至28日时间段内的平均值。本文定义一次大风过程中有两个盟市的两个站点出现扬沙或者沙尘暴为一次大范围沙尘天气。

1.1 沙尘暴发生时间较常年偏早，影响范围广、持续时间长

2021年春季内蒙古西部共发生8次沙尘过程，其中3次沙尘暴，5次扬沙。比2019年的4次和2020年的7次偏多。阿拉善发生7次沙尘暴，11次扬沙；巴彦淖尔市发生2次沙尘暴、1次扬沙过程；乌海发生3次沙尘暴、5次扬沙；鄂尔多斯市发生1次沙尘暴、2次扬沙(见表1)。且沙尘暴集中在3月份，扬沙天气集中在4—5月份。

表1 2021年春季沙尘过程数 单位：次

2021年春季沙尘暴过程多集中在3月份(见表1)，且过程持续时间长，影响范围广。3月15日、19日和28日的3次沙尘暴天气，自西向东影响我国北方大部分地区；15日的沙尘天气面积超过380 km2，在内蒙古西部出现了强沙尘暴天气，西北地区大部沙尘天气从15日一直持续至19日。北方多地PM10峰值浓度超过5 000 μg/m3，沙尘天气造成多地空气严重污染、列车停运等情况。

1.2 沙尘过程较常年同期偏多

图1为2011年—2021年4个代表站十年的沙尘暴实况序列图，其中绿色实线是1981年—2010年气候平均值，蓝色柱状为季节沙尘暴次数。2021年春季内蒙古西部的沙尘暴天数高于气候平均值，吉兰泰站沙尘暴天数高达7 d，高于历史常年值3.9 d；临河站2 d，高于历史平均值1.7 d，乌海站的沙尘暴天数3 d低于常年值3.9 d，但是较前十年沙尘暴天数仍然明显增高；东胜站近十年没有出现沙尘暴天气，2021年春季出现1 d，与常年值持平。

图1 2011年—2021年沙尘暴实况序列图

(注：绿色实线是常年值；单位：次)

2 沙尘天气气候背景

通常沙尘天气爆发前期气温偏高，降水偏少，干燥裸露的地表为沙尘天气的发生提供了丰富的沙尘源[2]。国家气候中心的数据显示2021年1月—3月上旬，蒙古国南部和中国北方大部平均气温较常年同期偏高1 ℃～2 ℃，降水异常偏少；特别是3月上旬内蒙古中西部、蒙古国西南部平均气温较同期偏高4 ℃～6 ℃，非常有利于沙尘天气的发生。本文将重点分析春季沙尘天气发生的气候背景。

2.1 气温特征

2020年/2021年冬季(图2a)内蒙古西部气温较常年同期均偏高，大部地区偏高1 ℃～2 ℃，阿拉善西北部、巴彦淖尔大部偏高2 ℃～4 ℃，巴彦淖尔局地偏高4 ℃～6 ℃。其中乌海地区只偏高0～1 ℃。进入2021年春季(图2b)，内蒙古西部大部分地区气温较常年同期偏高1 ℃～2 ℃，巴彦淖尔仍有局地偏高4 ℃～6 ℃的地区，鄂尔多斯和乌海部分地区气温基本与常年同期持平。

(a) (b)

2.2 降水特征

2020年/2021年冬季(图3a)内蒙古西部阿拉善中部、鄂尔多斯南部、巴彦淖尔南部降水较常年平均偏多50%左右，其余大部分地区降水较常年平均偏少，尤其阿拉善中部、巴彦淖尔北部大部分地区、鄂尔多斯东北部降水较常年平均偏少50%以上。加之冬季这些地区气温偏高，造成冬季土壤不易冻结，土质疏松，有利于来年春季沙尘天气发生。

进入2021年3月，从月总降水量来看(3月1日—28日)，内蒙古西部大部分地区基本无降水，鄂尔多斯市降水量较多，部分地区达到了25 mm以上，这也是后期鄂尔多斯地区沙尘过程较少的原因。从降水距平百分率分布来看(图3b)，内蒙古西部除鄂尔多斯大部分地区降水较常年平均偏多外，其他地区降水均偏少，且大部分地区降水偏少8成以上，由于偏少的降水加之偏高的气温，这些地区裸土外漏且土质疏松，当遇到有利的环流形势时容易形成沙尘天气，因此造成3月沙尘天气多发，3次大范围的沙尘暴均发生在3月。

4月除阿拉善西部降水不足10 mm以外，其他大部分地区降水量在10 mm～25 mm之间，从降水距平百分率分布来看(图3c)，4月份内蒙古西部大部分地区降水较常年平均偏多，对沙尘天气有所缓解，但也发生两次扬沙天气，可见这些因素并不是沙尘天气的直接原因，而是造成沙尘天气发生的短期气候变化的间接原因。进入5月(图3d)大部分地区降水较常年偏少5～8成，河套地区降水偏少8成以上，但是前期降水对起沙条件有所缓解，5月份的沙尘天气以扬沙为主。

(a) (b)

前期冬季我国北方大部分地区特别是沙尘多发区降水偏少，气温偏高，使得前期地面植被状况偏差，土质疏松，沙尘天气早发。进入3月降水显著偏少，地面植被状况未得到改善，加之气温偏高，利于土壤解冻，土质变得疏松，使得2021年沙尘发生时间较常年偏早，以沙尘暴天气为主，后期降水增加后，沙尘过程减少，以扬沙天气为主。

2.3 环流形势特征

2020年/2021年冬季(图4a)，我国北方位势高度距平在(-5)～(-10)之间，冷空气较弱。欧亚大陆中高纬上空500 hPa环流形势基本为一脊一槽型，内蒙古西部受东亚大槽槽后脊前西北气流影响，但西伯利亚高压脊较常年明显偏弱，因此影响我国北方的西北气流及冷空气明显偏弱，造成冬季我国北方大部分地区气温偏高，土壤不易冻结，有利于来年沙尘天气早发。进入2013年春季(图4b)，除新疆西部地区外我国基本处于位势高度正距平区，冷空气明显加强，欧亚大陆中高纬上空500 hPa环流形势基本为一槽一脊型，新疆地区为弱脊，内蒙古西部地区受脊前西北气流控制，因此2021年春季气温较常年偏高，降水偏少，土壤解冻较早，为春季沙尘天气提供有利条件。一槽一脊的大环流形势有利于北方冷空气向南爆发，是内蒙古西部地区沙尘暴发生的主要环流背景。

(a) (b)

2.4 土壤相对湿度特征

2020年/2021年冬季(图5a)，内蒙古西部地区土壤湿度较常年平均偏低2成左右，加之温度偏高，土壤不易冻结，土质疏松，易造成2021年沙尘天气较早，强度较强。进入3月份(图5b)，除鄂尔多斯地区外，其他地区土壤湿度较常年偏低，鄂尔多斯地区土壤情况较前期有所改善，这可能也是造成3月份其他地区发生沙尘暴时鄂尔多斯只是扬沙的原因之一。4月份(图5c)开始土壤湿度较前期偏高，土壤状况好转，沙尘天气变少，强度也有所减弱。进入5月份(图5d)，降水开始减少，土壤湿度较常年平均值低，但受前期降水影响，虽沙尘天气频发，但都以扬沙为主。

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

3 结论

经分析，2021年春季内蒙古西部沙尘天气有两个特点：①沙尘暴发生时间较常年偏早，影响范围广、强度大、持续时间长；②沙尘过程较常年同期偏多。

通过对前期冬季和2021年春季3个月的各物理量场分析，得出2021年春季沙尘天气的气候背景及成因如下：①2020年/2021年冬季，西伯利亚高压脊较常年偏弱，影响我国北方地区的冷空气偏弱，内蒙古西部地区气温偏高，降水偏少，土壤相对湿度较常年平均偏小，在这样的气候背景下，不利于冬季土壤冻结，土质疏松，这是造成2021年春季沙尘天气早发且强度偏强的主要原因。②2021年春季，内蒙古西部地区受弱脊脊前西北气流控制，气温较常年偏高，3月份除鄂尔多斯外其他地区降水较常年偏少8成，土壤湿度较常年偏低，土壤解冻较早，植被状况偏差，土质疏松，是造成3月份沙尘暴天气的主要原因，也是鄂尔多斯沙尘暴过程较少的原因。进入4月份降水偏多，土壤情况有所缓解，沙尘天气强度减弱，以扬沙为主。③内蒙古西部地区造成沙尘暴发生的主要环流形式是一槽一脊的环流形势，有利于北方冷空气向南爆发。④前期的气候背景决定了沙尘暴发生的时间及强度，前期的干旱少雨，气温偏高，导致土壤稀疏，为沙尘天气提供沙源条件，春季低压维持，一旦有冷空气过境，强烈的气压差产生大风天气，为沙尘暴的天气提供动力和起沙条件。