2021年春季鄂尔多斯市一次强沙尘暴天气分析

李昊宇

摘要 利用卫星遥感监测2021年春季一次强沙尘暴天气，针对此次强沙尘暴过程的环流特征、边界层、物理量和沙源地进行分析总结。结果表明：前期无降水且气温异常偏高，地面解冻回暖，裸露地表土质疏松；500 hPa低槽、地面气旋和冷高压、地面冷锋是引起此次强沙尘暴的重要天气系统；午后气温日变化造成冷锋移至河套地区产生强烈锋生是造成此次沙尘暴的主要原因；强上升运动和动量下传为强沙尘暴的形成与发展提供了必要的动力条件。

关键词 强沙尘暴；冷锋；动量下传；沙源地

中图分类号：P425.5+5 文献标识码：B 文章编号：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

沙尘暴是强风从地面吹起大量沙尘，使水平能见度小于1 km的一种天气现象，具有突发性、危害性大等特点[1-4]。国内学者对春季强沙尘暴天气的气候特征和成因、沙尘源地和沙尘输送等方面做了大量的研究[5-10]。

2021年3月14—15日我国北方出现近十年来最强的沙尘暴过程。新疆南疆盆地西部、甘肃中西部、内蒙古、宁夏北部、陕西北部、山西北部、河北北部、北京、天津、黑龙江西部、吉林西部、辽宁西部等省（市、区）先后出现大范围沙尘暴、扬沙和浮尘天气，其中，内蒙古部分地区出现特强沙尘暴。

1 实况

1.1 天气实况

3月14—15日，鄂尔多斯市出现了大风、强沙尘暴过程。此次天气过程呈现出影响范围广、强度强、持续时间较长的特点。49个站出现了大风，大部地区出现强沙尘暴，特征为持续时间长、强度大，其中，伊金霍洛旗阿勒腾席热镇在15日02：00～10：00出现强沙尘暴（最小能见度183 m），10：00～15：00出现沙尘暴，沙尘暴过后出现了扬沙天气。

1.2 卫星遥感监测

利用卫星遥感技术可以动态监测沙尘发生的范围、强度及发展过程。通过对比沙尘暴暴发前期（图1a）与沙尘暴暴发后（图1b），可以看出13日晴朗少云，植被覆盖率少；15日中午，随着冷空气侵入，鄂尔多斯市北部地区能见度转好，但仍存在扬沙，南部沙尘暴天气维持，能见度较差。沙尘的路径向东南方向移动。

1.3 2021年沙尘天气较常年同期对比

2021年1—3月，鄂尔多斯市沙尘暴天数与常年同期相比（图2），杭锦旗、达拉特旗、准格尔旗偏多1～3 d。

2 前期气候特征

3月上旬全市平均气温2.0～4.2 ℃。较常年同期偏高4.8～6.0 ℃；较去年同期高2.8～4.2 ℃。旬極端最高气温16.6 ℃（3月9日，鄂托克前旗）。

上旬东胜、准格尔旗累计降水量0.1～0.3 mm，其余旗区无降水。较常年同期偏少90%～100%；与去年同期相比，达拉特旗、鄂托克前旗基本持平，其余地区少2.2～4.4 mm。

鄂尔多斯市无旱与轻旱面积约占全市总面积的30%，主要分布在鄂尔多斯市东北部；其余地区为中旱至重旱区域，面积约占全市总面积的70%。

前期鄂尔多斯市气温偏高，降水稀少，有利于地面迅速解冻，裸露地面土质疏松，为此次强沙尘暴天气提供了前期气候条件。

3 有利于强沙尘暴生成、发展的环流特征

3.1 500 hPa高空槽

3月14日08：00（图3a）贝加尔湖以西至新疆东部有高空槽，配合-36 ℃的冷中心，槽前部有强烈的暖平流；14日20：00（图3b）高空槽迅速移至贝加尔湖以南地区（12 h移动15个经度），配合温度槽，风速加大，鄂尔多斯市出现强沙尘暴天气。可见，500 hPa高空槽迅速东移是此次沙尘暴的影响系统。

3.2 700 hPa低槽

14日20：00（图4a），温度场落后于高度场，低槽后部有明显冷平流，冷平流强度随高度降低而增强，700 hPa、850 hPa与等高线几乎垂直。槽后西北气流不断东移南压，水平温度梯度加大，利于地面锋生，锋前的抬升作用也相应加强，由于锋生作用，等温线密集，700 hPa锋区加强，大气斜压性增强，利于动量下传[11-12]。由此可见，风场辐合和强斜压性为此次强沙尘暴的形成和维持提供了动量下传条件。

3.3 地面冷锋

午后辐射加强，在热力作用下，加大了地面冷锋前后的温度和气压梯度，地面冷锋增强，气旋中心数值由08：00 992.5 hPa下降至20：00 985 hPa。午后气温升高造成冷锋移至河套地区产生地面锋生是形成沙尘暴的主要原因。

14日20：00（图4b），地面冷高压位于新疆东北部地区，中心气压值为1 040 hPa，气旋位于内蒙古东北部偏西地区，中心强度为985 hPa，气旋的存在延缓了冷高压的移动，在河套地区形成了强的气压梯度。3 h变压最大值为6.1 hPa，地面冷锋位于内蒙古东北部至河套一带，大风沙尘暴天气出现在冷锋后部、冷高压前部、3 h变压最大的区域。

4 沙尘暴过程的大气边界层结构特征

对沙尘暴出现当天温度、温度露点差、风速进行边界层特征分析。

东胜站沙尘暴暴发当日08：00温度（5.5 ℃）明显高于沙尘暴暴发后一日08：00温度（-5.1 ℃）。08：00（图5a）2 km以下出现了明显的逆温，强度达4.7 ℃，20：00（图5b）逆温层仍然维持，逆温强度达3 ℃。锋面在夜间过境时，有利于沙尘暴的发生。

14日午后东胜站近地面温度露点差大，空气干燥，前期中低层干热有利于沙尘暴暴发。

伊和乌素站14日20：00开始边界层风速急剧增大，近地面风速由14日20：00的6.4 m/s急增至15日01：00的17.8 m/s，强风力条件为起沙提供了动力条件。同时，在沙尘暴触发过程中，地面大风是最重要的影响因素，在沙尘暴形成后的发展、持续阶段，近地层风速是影响沙尘暴强弱的最主要因素。

5 环境物理量场特征

5.1 强烈的上升运动

中低层辐合、高层辐散有利于垂直运动的加强，强烈的上升运动为强沙尘暴的形成、发展提供了必要的动力条件。由于500 hPa为下沉运动，不是从低层到高层一致的上升运动配置，因此，此次沙尘暴过程的沙尘大部分来自上游地区，本地沙源仅占一部分。

5.2 稳定度

在沙尘暴出现前14日20：00（图5b），上下层风垂直切变明显，低层850 hPa为西南风，700 hPa以上为西北风，有利于垂直运动发展，满足潜在动力不稳定条件。一旦触发冷平流，则可以释放能量，造成强的上升运动，使得动量下传，低层风速增大，加剧沙尘暴的发展。

6 沙源分析

鄂尔多斯有库布齐沙漠和毛乌素沙地，为沙尘暴发生和发展提供了永久性沙源。春季，沙漠沙地区干燥多风、植被覆盖率低、丰富的沙源物质是造成沙尘天气频发的主要原因。蒙古国有超过3/4的国土正在面临荒漠化威胁。据统计，21世纪10年代蒙古国每年有约100 d发生沙尘暴。2021年3月13日晚至14日中午，蒙古国大部分省份相继出现极端恶劣天气，遭遇特大沙尘暴袭击。从13日以来，蒙古国部分地区风速达到20～24 m/s，有时达到30～34 m/s；在戈壁草原地带则形成了强沙尘暴。沙尘主体随西北气流向东南移动，14日进入内蒙古，为此次强沙尘暴的主要沙尘来源。

7 结论

（1）500 hPa低槽、地面气旋和冷高压、地面冷锋是引起此次鄂尔多斯市大风强沙尘暴的重要天气系统。午后气温日变化造成冷锋移至河套地区产生强烈锋生是造成此次沙尘暴的主要原因。

（2）前期无降水且气温异常偏高，使地面解冻回暖，裸露地表土质疏松，为此次大风沙尘暴天气提供了前期气候背景。

（3）500 hPa低槽快速东移、700 hPa强冷平流和风场的辐合造成强斜压性，

中低层辐合、高层辐散有利于垂直运动的加强，产生强烈的上升运动；高空动量的有效下传是地面大风形成的原因之一。强上升运动和动量下传为强沙尘暴的形成和发展提供了必要的动力条件。

（4）上、下层风垂直切变明显，14日2 km以下存在逆温层，近地面温度露点差大，为此次大风沙尘暴的发生提供了动力不稳定的环境条件。

参考文献

[1] 方宗义，朱福康.中国沙尘暴研究[M].北京：气象出版社，1997.

[2] 张瑞军，何清，孔丹，等.近几年国内沙尘暴研究的初步评述[J].干旱气象， 2007（3）：88-94.

[3] 王汝佛，冯强，尚可政.2010春季我国一次强沙尘暴过程分析[J].干旱区地理， 2014，37（1）：31-44.

[4] 李岩瑛，杨晓玲，王式功.河西走廊东部近50 a沙尘暴成因、危害及防御对策[J].中国沙漠，2002（3）：82-86.

[5] 钱莉，杨金虎，杨晓玲，等.河西走廊东部“2008·5·2”强沙暴成因分析[J].高原气象，2010，29（3）：719-725.

[6] 李红军，汤浩.北疆春季沙尘暴极多与极少年环流场特征[J].沙漠与绿洲气象，2017，11（1）：35-40.

[7] 汤绪，俞亚勋，李耀辉，等.甘肃河西走廊春季强沙尘暴与低空急流[J].高原气象，2004（6）：840-846.

[8] 王劲松，李耀辉，康凤琴，等.“4·12”沙尘暴天气的数值模拟及诊断分析[J].高原氣象，2004（1）：89-96.

[9] 闵月，李娜，汤浩.2015年春季北疆沿天山一带一次强沙尘暴过程分析[J].沙漠与绿洲气象，2017，11（5）：30-37.

[10] 钱莉，杨永龙，王荣喆.河西走廊“2010·4·24”黑风成因分析[J].高原气象， 2011，30（6）：1653-1660.

[11] 朱乾根，林锦瑞，寿绍文，等.天气学原理和方法[M]．第三版.北京：气象出版社，2000.

[12] 李玲萍，李岩瑛，刘维成.河西走廊东部“2018·3·19”强沙尘暴特征分析[J].沙漠与绿洲气象，2020，14（2）：10-17.