引言

春季是东北地区沙尘天气频发的关键时段，其形成不仅与局地地表裸露、土壤干燥密切相关，更受到大尺度环流系统持续性调整的显著驱动。近年来，随着西伯利亚高压活动路径的偏移、蒙古气旋生成频率的波动以及区域植被覆盖格局的改变，东北地区沙尘过程的强度、持续时间与影响范围呈现出非线性变化趋势。沙尘天气不仅导致空气质量急剧恶化，还对农业生产、航空运行及人体呼吸系统构成直接威胁。尽管现有气象监测网络不断完善，但对沙尘起沙机制与传输路径的精确刻画仍存在较大不确定性。尤其在预报实践中，模式对边界层动力过程的模拟偏差常导致起沙时间与强度预测失准。

一、东北地区春季沙尘天气的环流背景与空间分布特征

(一)大尺度环流系统的驱动作用

东北地区春季沙尘天气的发生，首要依赖于特定的大尺度环流配置。在多数典型个例中，西伯利亚高压的南伸与蒙古气旋的东移共同构成沙尘起沙与输送的主要动力源。当西伯利亚高压在蒙古高原西北部建立并加强时，其东南侧形成显著的偏北气流，引导冷空气大规模南下。与此同时，蒙古气旋在地面图上表现为闭合低压中心，其发展过程伴随强烈的气旋性辐合与低层风速增强。二者协同作用，在内蒙古东部至东北西部形成大范围的气压梯度区，驱动强风越过松嫩平原与科尔沁沙地，为沙尘抬升提供必要的动力条件。值得注意的是，春季冷暖空气交替频繁，气旋发展常伴随锋面系统，冷锋过境时的阵风与乱流进一步加剧地表扬尘。此外，高空急流的位置与强度亦对沙尘垂直输送具有调控作用。当200hPa急流轴位于40°N以北且风速超过30m/s时，其入口区右侧的辐散抽吸效应可促进沙尘向对流层中上层抬升，延长其传输距离与滞留时间。

(二)沙尘过程的空间分异与地理关联

从空间分布来看，东北地区沙尘天气呈现明显的西强东弱格局。西部的内蒙古通辽、赤峰，以及吉林白城、松原等地为沙尘高发区，年均沙尘日数可达5至8天。这一分布与区域下垫面性质高度相关。上述地区地处农牧交错带，春季积雪融化早，地表植被尚未返青，加之长期耕作与放牧导致表层土壤疏松，抗风蚀能力弱。相比之下，东部的长白山地区因森林覆盖率高、地形抬升作用明显，沙尘发生频率显著降低。沙尘传输路径则主要受地面风场主导，典型路径包括由蒙古国东南部经锡林郭勒盟进入通辽，再沿西南—东北向移向吉林中部；或从河套地区北上，经乌兰察布影响辽宁西北部。遥感反演数据显示，春季沙尘气溶胶的光学厚度在西部平原区可达0.8以上，而在东部山地则普遍低于0.3，进一步印证了空间分异的显著性。

(三)沙尘强度等级与环流配置的对应关系

根据能见度与风速标准，东北春季沙尘可划分为扬沙、沙尘暴与强沙尘暴三级。不同强度等级对应不同的环流结构特征。扬沙过程多出现在弱气旋或高压后部均压场中，地面风速普遍在6至8m/s之间，高空无明显急流支持，垂直混合层较浅。沙尘暴则通常与成熟阶段的蒙古气旋相联系，地面风速突破10m/s，700hPa以下出现显著的冷平流与温度梯度，大气层结趋于不稳定。强沙尘暴事件往往伴随气旋快速加深与高空急流耦合，形成“低涡—急流—锋面”三重强迫结构。此时，地面气压在12小时内下降超过8hPa，850hPa风速达16m/s以上，且水汽含量极低，相对湿度不足30%。此类配置下，沙尘不仅起沙强度大，且可被输送至3000米以上高度，影响范围扩展至辽宁中部乃至朝鲜半岛北部。

二、沙尘天气发生过程中的温压场结构与水汽输送特征

(一)地面与高空温压系统的协同演变机制

东北地区春季沙尘天气的发生，往往伴随着地面与高空系统之间的强烈耦合与协同演变。在天气尺度上，沙尘过程启动前24至48小时，地面图上可见西伯利亚高压在蒙古高原西北部稳定维持，其东南侧引导冷空气南下，形成自西北向东南延伸的冷锋。与此同时，高空500hPa图上常出现自乌拉尔山向东移动的低槽，槽前正涡度平流显著，激发对流层中层扰动发展。随着低槽东移加深，其底部冷中心与地面蒙古气旋初生中心形成垂直耦合结构，导致气旋性环流在低层迅速加强。此时，850hPa温度场中可辨识出明显的暖舌自河套地区向东北方向伸展，与冷空气交汇于内蒙古东部至吉林西部，形成强烈的温度梯度带。该区域正是沙尘起沙的核心区。

(二)边界层热力结构与垂直运动的动态响应

沙尘起沙的关键环节发生在近地面边界层，其热力与动力结构的快速调整直接决定了起沙强度与持续性。在沙尘发生前夜，地表长波辐射冷却导致近地面层形成稳定边界层，常伴有逆温层存在，抑制垂直混合。然而，随着日出后太阳短波辐射增强，地表迅速升温，感热通量急剧增加，逆温层自下而上被破坏。探空观测显示，沙尘活跃时段，边界层高度可在6小时内从不足500米迅速发展至1800米以上，形成深厚的对流混合层。在此过程中，位温梯度显著减小，大气趋于中性或弱不稳定状态，有利于动量与热量的垂直交换。风速垂直廓线呈现典型的“低空急流”特征，最大风速中心常位于900hPa至850hPa之间，风速可达16至20m/s。该急流的存在不仅增强了近地层风切变，还通过动量下传机制将高空动能输送至地表，显著提升地表风速。

(三)水汽输送的弱化与干空气团的维持机制

水汽条件是制约沙尘发生与维持的关键抑制因子，其输送特征直接决定了大气的湿润程度与沉降潜力。在东北春季沙尘过程中，水汽输送普遍呈现“弱输入、强辐散”的格局。从水汽通量来看，沙尘发生前及期间，700hPa以下层次水汽通量值普遍低于6g/(m·hPa·s)，且水汽通量散度为正值，表明区域大气处于净水汽流失状态。高空图上可见，来自西北方向的干冷空气持续入侵，形成深厚的干层，500hPa以下相对湿度平均低于40%，部分区域甚至不足20%。这种干燥环境极大抑制了云滴凝结与降水过程，使得湿沉降机制失效，沙尘颗粒一旦进入大气便难以通过降水清除。比湿垂直剖面显示，850hPa比湿多在1至3g/kg之间，显著低于春季气候平均值。卫星水汽图像中，沙尘区常对应于大范围的暗色调，反映中低层大气的干燥核。更为重要的是，干空气的侵入还通过增强蒸发冷却效应，降低地表湿度，削弱土壤团聚体稳定性，间接降低起沙阈值。

三、沙尘天气预报中的主要难点与技术瓶颈

(一)起沙过程的参数化不确定性

当前数值模式对沙尘起沙过程的模拟仍存在显著偏差，核心问题在于地表参数化方案的适用性不足。多数模式采用基于风速阈值的起沙判据，但该阈值在不同下垫面条件下差异显著。例如，在固定沙地与农田裸土上，起沙风速可相差3至5m/s。现有模式多采用静态地表类型数据，未能反映春季土地利用的动态变化，如耕地翻耕、积雪消融等过程，导致起沙区域与时间预测失准。此外，土壤湿度的模拟偏差亦影响起沙效率。模式中土壤湿度常依赖于降水与蒸发的平衡计算，但在春季冻融交替背景下，实际土壤含水量变化剧烈，模式难以准确捕捉。部分研究尝试引入动态植被覆盖指数与地表粗糙度修正项，但在区域尺度上仍缺乏高分辨率观测支撑，参数化方案的普适性受限。

(二)沙尘传输路径与强度预报的模式偏差

沙尘传输过程涉及复杂的物理机制，包括湍流扩散、干湿沉降、垂直混合与长距离输送。现有区域模式在模拟沙尘浓度空间分布时，常出现传输路径偏移、峰值浓度低估或高估等问题。其根源在于模式对边界层过程的刻画不足。多数模式采用一阶闭合方案或简单边界层方案，难以准确模拟强风条件下的非局地湍流输送。此外，沙尘粒子的粒径分布与沉降速度设定多基于经验假设，未充分考虑区域土壤颗粒组成的实际差异。例如，东北西部沙尘以细沙与粉砂为主，沉降速度较慢，易被远距离输送，而模式中常采用全球平均粒径参数，导致传输距离预测偏短。高空风场的模拟误差亦影响沙尘垂直分布，部分模式对急流位置与强度的预报偏差可达2至3个纬距，进而影响沙尘抬升高度与扩散范围。

(三)多源观测资料融合与实时订正的挑战

尽管地基观测、卫星遥感与雷达探测为沙尘监测提供了丰富数据，但在预报业务中实现多源资料的有效融合仍面临技术障碍。地面气象站主要提供风速、能见度等间接指标，对沙尘浓度的直接反演能力有限。卫星产品如MODIS、VIIRS可提供气溶胶光学厚度，但受云覆盖与地表反照率干扰，反演精度在春季积雪区显著下降。此外，不同传感器的空间分辨率与时间频次不一，数据同化过程中易引入系统性偏差。例如，极轨卫星每日仅过境1至2次，难以捕捉沙尘过程的快速演变。探空资料虽能提供垂直结构信息，但站点稀疏，无法反映局地边界层特征。当前业务预报仍高度依赖预报员经验，缺乏自动化的多源数据融合与实时订正算法，导致预报更新滞后，难以满足精细化预警需求。

结论

东北地区春季沙尘天气的形成是大尺度环流调整、局地地表条件与边界层动力过程共同作用的结果，其演变特征表现出显著的环流依赖性与空间异质性。西伯利亚高压与蒙古气旋的协同作用驱动强风与气压梯度，为沙尘起沙提供动力基础，而干燥的大气环境与深厚的不稳定边界层则促进沙尘的持续扬起与垂直输送。当前预报技术在起沙参数化、传输模拟与多源观测融合方面仍存在系统性偏差，尤其在地表动态变化与边界层非局地过程的刻画上亟待改进。未来需加强高分辨率地表观测与垂直探测，优化模式物理过程参数化方案，发展融合人工智能的沙尘预报订正技术，以提升对东北地区春季沙尘天气的精细化预测能力。

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