Plateau Meteorology

Plateau Meteorology >

2026 , Vol. 45 >Issue 3: 782 - 797

DOI: https://doi.org/10.7522/j.issn.1000-0534.2025.00102

Comparative Study on the Formation Mechanisms and Transport Characteristics of Three Spring Easterly Dust Events in Gansu Province

  • Wenjing LI , 1 ,
  • Xiaogang LIANG , 2 ,
  • Shang GOU 1 ,
  • Rong CHENG 3 ,
  • Li MA 1 ,
  • Haojun QIN 1
Expand
  • 1. Lanzhou Central Meteorological Observatory，Lanzhou 730020，Gansu，China
  • 2. Lanzhou Meteorological Bureau，Lanzhou 730020，Gansu，China
  • 3. Lanzhou Regional Climate Center，Lanzhou 730020，Gansu，China

Received date: 2025-05-29

  Revised date: 2025-09-15

  Online published: 2026-04-27

Copyright

© Editorial Department of Plateau Meteorology （CC BY-NC-ND）
Fold

Abstract

Against the backdrop of the ongoing “warm-wet transition” in Northwest China， dust events in Gansu Province have exhibited distinct regional characteristics.However， the formation mechanisms and transport patterns specific to easterly dust events remain inadequately studied.This study presents a comparative analysis of three representative spring easterly dust events in Gansu， integrating conventional meteorological observations， ERA5 reanalysis data， satellite remote sensing products， and HYSPLIT backward trajectory modeling driven by GDAS meteorological fields.We systematically examined the climatic preconditions， synoptic circulations， thermodynamic and dynamic parameters， and transport characteristics.The principal findings are as follows： （1） The climatic preconditions for easterly dust events show no significant divergence from those of west-events.Prior to blowing dust events， near-surface temperatures were approximately 2 ℃ above the multi-year climatological mean， whereas preceding dust storms， anomalies reached 4~6 ℃.Regions with a precipitation deficit of 50% or lower relative to the historical mean were particularly prone to dust activation.（2） In contrast to the typical “west-high， east-low” pressure pattern and frontal subsidence mechanism associated with west-events， easterly dust events are governed by a northward-displaced 500 hPa trough and a surface “north-high， south-low” pressure configuration.， resulting from the interaction between a cold anticyclone and a thermal low situated over southern Xinjiang or eastern Qinghai.As the system propagates eastward， the anomalously positioned cold front sweeps across northern Gansu， inducing dust outbreaks driven by easterly gales behind the cold front and along the high-pressure periphery.（3） Thermodynamic and Dynamic Features， easterly dust events are characterized by strong cold air advection at 850 hPa （exceeding -4×10-5 K·s-1）， positive vertical velocity greater than 0.4 Pa·s-1 below 700 hPa， and positive horizontal helicity values surpassing 100 m2·s-2 in the middle and lower troposphere.These signatures stand in clear contrast to those of westerly dust events， which are typically associated with negative vertical velocity and negative horizontal helicity.（4） In terms of dust sources and transport， easterly dust events are predominantly driven by external transport.During blowing dust events， remote sources contribute more significantly than proximal ones.Conversely， dust storms are mainly fueled by local deserts and adjacent arid regions， such as the Badain Jaran Desert and the Tengger Desert.

Key words： Gansu Province; easterly dust events; formation mechanism; transport characteristics

Cite this article

Wenjing LI , Xiaogang LIANG , Shang GOU , Rong CHENG , Li MA , Haojun QIN . Comparative Study on the Formation Mechanisms and Transport Characteristics of Three Spring Easterly Dust Events in Gansu Province[J]. Plateau Meteorology, 2026 , 45(3) : 782 -797 . DOI: 10.7522/j.issn.1000-0534.2025.00102

1 引言

沙尘气溶胶近年来已经成为全球气候变化研究中的重点问题， 其对地球系统的辐射平衡、 生态环境、 云微物理过程和水循环等存在直接或间接的影响（Hu et al， 2017； Kok et al， 2023； Su， 2024； 程星雨等， 2025； Fan et al， 2025； Zhang et al， 2025）。甘肃省位于西北内陆， 属于黄土高原、 青藏高原和内蒙古高原三大高原交汇的山川地带， 周围多戈壁沙漠（何珊娟等， 2024）， 是中国沙尘天气多发的省份。目前， 在“西北暖湿化”的背景下， 甘肃省的沙尘天气因其独特的地理位置、 气象气候特征以及地形条件， 呈现出显著的区域性特征， 成为学术界持续关注的热点议题（陈发虎等， 2023； 张强等， 2023； 丁一汇等， 2023）。
有学者从天气学角度出发， 研究沙尘天气的触发维持机制， 发现大气层结极为稳定是沙尘天气长时间维持的必要条件（杨晓玲等， 2022）； 沙尘暴出现在总螺旋度零线附近， 且爆发区的垂直螺旋度分布特征是上负下正， 低层正值越大， 沙尘强度越强（陶健红等， 2004； 狄潇泓等， 2016； 程鹏等， 2013； 李岩瑛等， 2008）； 通过对过程混合层高度、 垂直速度等物理量的变化发现河西走廊乃至西北地区的沙尘主要为蒙古国和自身产生的沙尘贡献（段伯隆等， 2021）。也有学者多角度对比分析不同强度的沙尘过程， 发现冷锋型沙尘暴的发生强度与冷空气强度及南下方式、 高压脊线位置及强度、 高低空急流活动的区域等关键环流特征、 动力特征之间均有确定性的关系（陈豫英等， 2015； 李玲萍等， 2021）。
除此之外， 越来越多的新技术新方法被用于沙尘天气的探测与研究。通过后向轨迹HYSPLIT模式（Hybrid Single Particle Lagrangian Integrated Trajectory Model）对沙尘传输路径和潜在源区的研究， 可以发现在一次西北地区沙尘暴事件中塔克拉玛干沙漠是气溶胶污染形成的中心（Wu et al， 2023）； 稳定、 沙尘天气下西宁市区PM10主要来自于青海省境内海西州的西方路径和河西走廊的东方转向路径（谢启玉等， 2018）； 引起酒泉市沙尘天气的潜在源区主要分布在研究区西部、 东部和本地地区（黄芳芳等， 2024； 孙霞忠， 2017）； 兰州市春季高PM10污染的主要输送路径为偏西路径和西北路径（刘娜等， 2012）； 也有学者结合卫星、 雷达等多源遥感数据对沙尘气溶胶的物理特性， 沙尘天气的发生时间、 范围、 强度和边界层的变化特征等进行研究， 弥补常规地面监测的不足（刘清华， 2018； 徐路扬等， 2023； 黄悦等， 2021； 杨丽丽等， 2021； 包新荣等， 2021）。
已有研究聚焦于西北风主导下（冷锋型）沙尘天气的相关研究， 对于蒙古冷高压与南部低压系统相互作用引起强东风， 从而触发沙尘天气的研究则相对匮乏。因此选取近年来三次在春季不同月环流背景下， 当年最强的东风型沙尘天气过程， 对其发生的气候背景、 大气环流形势演变、 热动力条件及沙尘的传输路径和潜在源区贡献进行分析， 为该类型沙尘天气的预报预警， 科学防御极端灾害天气及改善生态环境等提供一定的科学参考依据。

2 资料来源和方法介绍

2.1　资料来源

采用的资料主要包括： （1）经甘肃省气象信息与技术装备保障中心质控后的1987 -2023年国家气象观测站地面观测日降水量、 平均气温逐小时能见度数据； （2）全国空气质量发布平台（https： //air.cnemc.cn： 18007/）下载的甘肃省环境监测站点逐小时PM10浓度数据； （3）欧洲中期天气预报中心第5代全球大气再分析产品（ECMWF Reanalysis v5， ERA5）， 水平分辨率0.25°×0.25°， 垂直方向分为19层， 气象要素包括位势高度、 温度、 u、 v风场、 垂直速度等； （4）日本Himawari-8、 9卫星L1级通道数据（https： //www.eorc.jaxa.jp/ptree/）， 分辨率5 km×5 km。
文中涉及的地图是基于中华人民共和国自然资源部地图技术审查中心标准地图服务系统下载的审图号为GS（2024）0650的中国地图制作， 底图无修改。

2.2　方法介绍

HYSPLIT模式是由NOAA和澳大利亚气象局合作开发的用来计算简单的气团轨迹及模拟复杂的扩散和沉积， 具有处理多种气象要素输入场、 多种物理过程和不同类型污染物排放源较为完整的输送、 扩散和沉降模式。常常和聚类分析、 潜在源贡献因子分析法（PSCF）和权重浓度轨迹分析（CWT）结合在一起， 定量反映不同轨迹的沙尘颗粒物和气体污染物来源和输送路径。本文选择全球数据同化系统（Global Data Assimilation， GDAS）气象数据（https： //www.ready.noaa.gov/archives.php）驱动HYSPLIT模式开展相关研究。

2.3　天气实况

本文所选取的三次沙尘天气过程分别为：
2020年4月9 -11日一次扬沙过程（过程1）， 此次过程局地性强， 影响范围主要集中在河西地区中西部［图1（a）］， 酒泉、 嘉峪关、 张掖3市共出现6站扬沙， 最低能见度为敦煌1.4 km； 过程影响时间为9日21:00（北京时， 下同）至11日02:00， 最强时段在10日00:00 -02:00， 对应能见度明显下降和PM10浓度陡升［图2（a）］。
图1 三次过程沙尘站次对比（单位： 站）

Fig.1 Comparison of three dust processes stations.Unit： station

图2 三次沙尘过程主要站点PM10、 能见度演变

Fig.2 The evolution of PM10 and visibility at the main stations during the three dust processes

2023年5月19 -20日一次扬沙过程（过程2）， 此次过程影响范围较广， 河西五市及陇中、 陇东北部共14个县区出现了沙尘天气［图1（b）］， 最低能见度为民勤1.9 km； 过程主要发生在19日08:00至20日02:00［图2（b）］。
2021年3月14 -18日一次沙尘暴过程（过程3）， 此次过程波及西北、 华北、 东北等地的10多个省市， 甘肃省内大部分地方出现不同强度沙尘天气［图1（c）］， 其中河西五市超一半国家站强度达扬沙以上， 瓜州等4站能见度低至0.2 km； 甘肃省受影响时间主要为14日20:00至18日20:00， 该时段内多站能见度均低于5 km， PM10浓度在1000 μg·m-3［图2（c）］。

3 结果与分析

3.1　气候背景

2020年4月［图3（a）］， 沙尘过程发生前10天， 河西地区除南部山区外， 平均气温较过去30年同期偏高1~2 ℃； 2023年5月［图3（b）］， 沙尘发生前10天， 甘肃省除甘南高原外， 平均气温均偏高2 ℃左右， 酒泉、 张掖等地局地偏高近3 ℃； 2021年3月15日前10天， 全省大部气温较历年明显偏高2 ℃以上， 河西及陇中偏高4~6 ℃。
图3 三次过程发生前10天较过去30年甘肃省气温距平（a~c， 单位： ℃）和降水距平百分率（d~f， 单位： %）

Fig.3 The temperature anomalies （a~c， unit： ℃ ）and precipitation anomalies percentage（d~f， unit： %） of 10 days before the process in the Gansu Province compared to the past 30 years

通过对比三次过程发生前10天平均降水较历史距平百分率发现， 2020年4月10日， 沙尘过程发生前10天河西地区的降水距平百分率较历年明显偏少50%以上［图3（d）］， 且敦煌、 酒泉、 张掖等地无降水出现， 地表及浅层土壤较干燥； 2023年5月19日沙尘发生前［图3（e）］， 河西及陇中大部分地区同样偏少50%以上； 2021年3月15日前10天， 降水偏少区域相比两次扬沙过程明显范围更大［图3（f）］， 河西、 陇中整个地区及庆阳市北部地区偏少50%以上， 其中酒泉、 张掖、 武威大部地区该时段未出现降水。
综上， 三次东风型沙尘过程发生前， 气温偏高且降水偏少的区域与沙尘影响范围基本一致， 扬沙发生前气温偏高2 ℃， 沙尘暴发生前气温偏高4 ℃及以上； 沙尘影响范围的前期降水均明显偏少五成以上， 且前期无降水的区域更易起沙形成扬沙或沙尘暴。

3.2　环流形势

2020年4月9日20:00， 500 hPa高度场上欧亚大陆呈“两脊一槽”， 槽区分别位于巴尔喀什湖以北及贝加尔湖以东， 贝湖以东为一横槽， 横槽中心强度为552 dagpm， 甘肃省位于横槽尾部， 高空最大风速为20 m·s-1； 9日20:00地面上有东、 西冷高压与高空槽区对应（中心强度分别为1030 dagpm、 1037.5 dagpm）， 甘肃位于东侧冷高压底部； 随着系统发展， 至10日02:00， 东部冷高压有所加强， 中心强度达1040 dagpm， 与高原东部热低压（中心强度为1007.5 dagpm）南北对峙形成冷锋， 冷锋位于甘肃西北部至河套地区， 冷锋过境对地面造成加压， 引起地面上强烈的偏东大风， 最大风速达16 m·s-1， 对应河西地区较强的扬沙天气。
图4 2020年4月9日20:00（a）、 10日08:00（b）500 hPa环流形势场及4月9日20:00（c）、 10日02:00（d）地面气压场

（c）和（d）中黑色实线为等高线或等压线， 灰色虚线为等温线， 锯齿线为冷锋位置， 字母G和D分别为高压、 低压中心

Fig.4 Circulation situation field of 500 hPa at 20:00 on 9 April， 2020 （a） and at 08:00 on 10 April （b）， and surface pressure at 20:00 on 9 April （c） and at 02:00 on 10 April （d）.In （c） and （d）， the black solid line is the isohypse or isobar， gray dashed line is isotherm， and the jagged line is the cold front， the letters G and D represent high and low pressure centers， respectively

图5 2023年5月18日20:00（a）、 19日08:00（b）500 hPa环流形势场及5月18日20:00（c）、 19日08:00（d）地面气压场， （c）和（d）中黑色实线为等高线或等压线， 灰色虚线为等温线， 锯齿线为冷锋位置， 字母G和D分别为高压、 低压中心

Fig.5 Circulation situation field of 500 hPa at 20:00 on May 18， 2023 （a） and 08:00 on May 19 （b）， and surface pressure at 20:00 on 18 May （c） and at 08:00 on 19 May （d）.In （c） and （d）， black solid line is the isohypse or isobar， gray dashed line is isotherm， and the jagged line is the cold front， the letters G and D represent high and low pressure centers， respectively

2023年5月18日20:00， 500 hPa高度场上欧亚大陆呈“一槽一脊”形势， 新疆北部至贝加尔湖为低压槽区， 脊区位于乌拉尔山附近， 整个甘肃省处于低压槽底部， 中高层均为西北风， 高空风速在20 m·s-1左右； 至19日08:00， 乌山脊强烈发展形成阻塞高压， 槽后等温线密集， 冷平流使低压槽在东移过程中加强发展， 形成切断低压（中心强度为540 dagpm）， 附近冷中心强度达-35 ℃； 地面上， 18日20:00蒙古气旋中心强度为992.5 dagpm； 高空槽后脊前的负涡度平流使下沉运动加强， 地面冷高压增压发展， 冷高压中心达1035 dagpm， 蒙古气旋与地面冷高压之间气压梯度增大形成锋面， 位于中蒙边界至甘肃北部， 此时内蒙古偏北地方开始出现大范围的扬沙、 沙尘暴天气， 随着锋面南压， 锋后偏东风加强， 甘肃自河西出现扬沙后， 沙尘范围自西向东逐渐扩大。
图6 2021年3月14日20:00（a）、 15日08:00（b）500 hPa环流形势场及3月14日20:00（c）、 15日08:00（d）地面气压场

（c）和（d）中黑色实线为等高线或等压线， 灰色虚线为等温线， 锯齿线为冷锋位置， 字母G和D分别为高压、 低压中心

Fig.6 Circulation situation field of 500 hPa at 20:00 on 14 March， 2021 （a） and at 08:00 on 15 March （b）， and surface pressure at 20:00 on 14 March （c） and at 08:00 on 15 March （d）.In （c） and （d）， black solid line is the isobar or isohypse， gray dashed line is isotherm， and the jagged line is the cold front， the letters G and D represent high and low pressure centers， respectively

2021年3月14日20:00， 500 hPa高度上欧亚大陆整体呈“两脊一槽”的形式， 极涡位于泰梅尔半岛附近， 其底部东移的短波槽位于贝加尔湖以西， 中纬地区处于平直的纬向环流控制下； 15日08:00短波槽东移南压并进一步加强形成蒙古气旋， 中心数值达504 dagpm。地面上， 14日20:00蒙古气旋位于我国东北及其以北地区， 后部大片区域均受冷高压控制， 南疆有一热低压， 此时锋线前侧部分进入甘肃河西地区， 地面加压， 引起强烈的偏东大风， 河西地区能见度减小， 开始出现沙尘天气； 由于冷高压控制40°N以北大部分地区， 随着冷高压东移， 大风虽有所减弱， 但甘肃始终位于其底部， 受回流东风携带的沙尘影响， 造成了此次长时间的大范围沙尘暴。
通过以上分析发现， 造成此类东风型沙尘过程的关键是高空槽及地面冷高压与热低压的位置， 由于此类沙尘过程高空槽位置偏北， 导致地面冷高压位置偏北， 甘肃大部均处于地面冷高压底部， 受偏东大风影响； 且多在南疆或青海东部有热低压形成， 地面呈“北高南低”的形势， 地面冷锋多位于甘肃北部， 在系统东移过程中， 冷锋仅尾部掠过甘肃， 明显区别于西风型（多为冷锋型）沙尘过程中， 整个锋区自西向东经过甘肃， 强锋区内动量下传造成大范围沙尘过程。

3.3　沙尘热动力物理量特征

3.3.1　垂直速度

2020年4月的扬沙过程中， 通过沿敦煌（40.13°N， 94.17°E）所在纬度所做垂直速度剖面可以看出， 4月9日20:00［图7（a）］敦煌以东的大部分地方高空为上升运动， 500 hPa附近上升运动较明显（垂直速度小于-0.6 Pa·s-1）， 此时对应起沙时段； 至4月10日00:00［图7（b）］， 垂直环流出现分异， 95°E -100°E范围内正、 负垂直速度区由高空到近地面呈现出由东向西的倾斜趋势， 且中心绝对值均超过0.6 Pa·s-1， 对应此次沙尘最强的由西向东传输与沉降阶段， 至4月10日08:00［图7（c）］负值区消失， 正值区对应沙尘逐渐向近地面沉降。
图7 沿敦煌站40.13°N（a~c）、 瓜州站40.54°N（d~f）、 张掖站38.93°N（g~i）所做垂直速度剖面（单位： Pa·s-1）

Fig.7 Vertical velocity profiles along the latitude of Dunhuang station 40.13°N （a~c）， along the latitude of Guazhou station 40.54°N （d~f）， along the latitude of Zhangye Station 38.93°N （g~i）.Unit： Pa·s-1

2023年5月的扬沙过程中， 垂直速度变化明显区主要位于100°E附近及以东区域， 4月18日20:00［图7（d）］， 100°E附近高层为弱下沉区， 中低层为明显的上升区， 随后中心强度在0.4 Pa·s-1左右的下沉区逐渐向西移动［图7（e）］， 近地面加压导致风速增大， 所在纬度内蒙古地区出现沙尘； 至4月19日20:00［图7（f）］， 随着系统东移， 105°E附近的河套地区开始出现明显的正负速度变化， 陇中地区即受冷空气活动所挟卷的沙尘在19日白天出现沙尘天气。
2021年3月的沙尘暴过程持续时间长， 波及范围广， 因此选择处于河西中部的张掖站做垂直速度剖面并对此进行分析［图7（g）~（i）］， 可以看出正负垂直速度变化梯度明显较前两次过程大， 3月14日20:00［图7（g）］在100°E以西的中低层均为负速度区， 为较强的上升运动， 100°E以东区域已开始出现较弱的下沉运动； 随着系统东移， 3月15日08:00， 100°E以西的中低层负值区逐渐转正且中心强度大于0.8 Pa·s-1， 即上升区转为下沉， 地面加压出现大风， 对应强沙尘的发生， 负速度区东移至100°E以东区域， 且各层垂直速度变化减弱， 对应底部偏东风携带的回流沙尘， 甘肃沙尘过程进入维持阶段。
东风型沙尘在过程发生前存在-0.6 Pa·s-1左右的负垂直速度区， 对应上升运动， 但由高空向近地表自东向西的0.4 Pa·s-1以上的正垂直速度区， 即沙尘沉降阶段与东风型沙尘的较强时段具有较好的对应关系， 且正值中心越大， 对应沙尘强度越强。

3.3.2　温度平流

经环流形势分析， 由于甘肃省始终位于冷高压底部， 锋区后部， 无强锋区过境， 因此在500 hPa上甘肃省内均无明显冷暖空气活动， 700 hPa仅有弱冷平流活动（图略）， 850 hPa上冷暖平流变化较为明显（图8）， 由于冷空气携带沙尘进行传输， 冷空气的强度和活动路径对沙尘的传输具有指导意义（李玲萍等， 2024）。在2020年4月及2023年5月的扬沙过程中， 沙尘发生过程中的冷平流强度约-4×10-5 K·s-1， 且多为小股势力入侵； 而在沙尘暴过程中， 850 hPa上显现出强度更强、 范围更大的冷平流， 强度小于-8×10-5 K·s-1。
图8 2020年4月（a~c）、 2023年5月（d~f）、 2021年3月（g~i）850 hPa温度平流强度（单位： ×10-5 K·s-1）

Fig.8 850 hPa temperature advection intensity of April， 2020 （a~c）， May， 2023 （d~f） and March， 2021 （g~i）.Unit： ×10-5 K·s-1

3.3.3　水平螺旋度

根据925~600 hPa（约4 km）各层的平均风速确定风暴移动速度， 平均风向右偏40°确定风暴移动方向， 计算得出925~600 hPa的平均水平螺旋度（图9）。通过对比， 三次过程中的负螺旋度区均位于甘肃省以北地区， 其位置变化与沙尘的触发， 即冷锋的发展具有较好的对应关系， 在系统东移发展过程中， 冷锋后部扫过酒泉北部时也出现了对应的负螺旋度区； 且相比之下， 2021年的沙尘暴过程北部的负值区范围更大， 强度更强， 中心区小于-200 m2·s-2， 与李岩瑛等（2008）的研究结果一致， 即负值水平螺旋度大小与其下游沙尘暴的发生时间和强度有一定的对应关系且适用于冷锋型（即西风型）沙尘过程。
图9 2020年4月（a~c）、 2023年5月（d~f）、 2021年3月（g~i）水平螺旋度（单位： m2·s-2）

Fig.9 Horizontal helicity of April， 2020 （a~c）， May， 2023 （d~f）， March， 2021 （g~i）.Unit： m2·s-2

而正螺旋度区与东风型沙尘的传输和沉降具有较好的一致性， 如2020年4月10日00:00河西地区为水平螺旋度100 m2·s-2左右的正值区、 2023年5月19日08:00 -20:00河西及陇中地区大于150 m2·s-2的正值区及2021年3月15 -16日自西向东覆盖整个甘肃省大于200 m2·s-2的正值区均与对应过程沙尘的发生较为契合， 并且正值中心越大， 表明在该地沙尘向近地表沉降越强。

3.4　沙尘传输特征

3.4.1　后向轨迹与遥感传输路径

2020年4月的扬沙过程中， 金塔站、 张掖站、 民勤站3个站点在100 m的沙尘轨迹基本一致， 大致呈内蒙古东部浑善达克沙地至河西的走向， 金塔、 张掖500 m的沙尘轨迹同100 m相似； 而金塔和民勤在500 m以上高度的轨迹为内蒙古北部自西向东至乌兰布和沙漠， 在当地维持1000 m左右高度后转为偏东风， 并在6 h内输送到达本地沉降（图10）。由卫星云图［图11（a）~（b）］可见， 4月9日13:00甘肃及以北区域受高压控制， 地表裸露， 10日10:00河西地区明显存在一条沙尘带， 但此次过程持续时间较短， 且最强时段发生在夜间， 可见光缺失监测资料， 无法明确沙尘传输方向。
图10 金塔（左）、 张掖（中）、 民勤（右）48 h后向轨迹

（a~c） 2020年4月10日02:00； （d~f） 2023年5月19日16:00； （g~i） 2021年3月15日14:00

Fig.10 48-hour backward trajectories of Jinta （left）， Zhangye （middle）， and Minqin （right）. （a~c） 02:00 on 10 April， 2020； （d~f） 16:00 on 19 May， 2023； （g~i） 14:00 on 15 March， 2021

图11 2020年4月9日13:00（a）、 4月10日10:00（b）， 2023年5月19日08:00、 16:00（c， d）， 2021年3月15日10:00、 16日10:00（e， f）葵花8、 9号真彩图像（A、 B、 C分别为金塔、 张掖、 民勤）

Fig.11 True-color images from Himawari-8 and Himawari-9 at 13:00 on April 9， 2020 and 10:00 on April 10， 2020 （a， b）； 08:00 and 16:00 on May 19， 2023 （c， d）； 10:00 on March 15， 2021 and 10:00 on March 16， 2021 （e， f）， （A， B， and C are Jinta， Zhangye and Minqin， respectively）

2023年5月的扬沙过程中， 除金塔100 m的轨迹偏北外， 其余高度上三站沙尘轨迹基本一致， 从新疆北部、 蒙古西部以较大的风速沿西北-东南路径至中蒙边境地区， 并转为东北风， 且风速有所减小， 经过12 h左右移至河西地区。卫星云图［图11（c）， （d）］上在5月19日08:00， 蒙古气旋结构密实， 其底部有一条沙带， 在甘肃至内蒙古西部还存在另外一条沙带， 至16:00蒙古气旋结构疏散两条沙带合二为一， 沙尘受东移冷高压底部的偏东风向甘肃逐渐沉降［图11（c）， （d）］。
2021年3月的沙尘暴过程中， 河西3站的100 m、 500 m、 1000 m的沙尘轨迹均呈现出明显的东风回流形势， 即先自西北向东南， 到达中蒙边界附近后受冷高压底部东北大风影响， 开始向西移动。从轨迹高度上看， 金塔地区沙尘气团垂直运动高度较高， 达5000 m以上， 在3月15日02:00下沉至低层， 张掖和民勤的沙尘气团垂直运动高度基本在1500 m左右。卫星云图［图11（e）， （f）］上在3月15日10:00， 在强锋区位置处有一条明显的黄色沙带， 受蒙古气旋裹挟至高空中， 后在系统东移过程中气旋强度减弱， 受冷高压底部偏东风的影响沙尘开始自东向西的回流［图11（e）~（f）］。

3.4.2　潜在源区分布及其相对贡献

2020年4月的扬沙过程轨迹聚类图上（图12）， 酒泉主要有东、 西两条轨迹， 东部轨迹占比（70.83%）远高于西部轨迹， 其中内蒙古东部浑善达克沙地作为东部轨迹中的沙尘主要源地， PM10质量浓度的贡献大于700 μg·m-3。张掖和武威的沙尘轨迹聚类图上均有东、 北、 西三条轨迹， 东部轨迹达54.17%， 占比高于其他两条轨迹占比之和， 且东部源地对沙尘浓度贡献较大， 张掖周边的巴丹吉林沙漠、 腾格里沙漠北部、 乌兰布和沙漠作为潜在源区， 对PM10质量浓度的贡献超过800 μg·m-3； 武威东北方向的轨迹占比较多， 周围的腾格里沙漠、 乌兰布和沙漠、 库布齐沙漠均为其沙尘潜在源区， 其中乌兰布和沙漠、 库布齐沙漠对于PM10质量浓度的贡献大于400 μg·m-3。
图12 酒泉（上）、 张掖（中）、 武威（下）在2020年4月沙尘过程的沙尘轨迹聚类（a， d， g， 单位： %）、 WPSCF（b， e， h）及PM10质量浓度（c， f， i， 单位： μg·m-3）分布特征

Fig.12 The distribution characteristics of sand dust trajectory clustering （a， d， g， unit： %）， WPSCF （b， e， h）， and PM10 mass concentration （c， f， i， unit： μg·m-3） during the April 2020 sandstorm process in Jiuquan （top）， Zhangye （middle）， and Wuwei （bottom）

2023年5月的沙尘轨迹聚类图上（图13）， 酒泉有长短两条轨迹均为转向轨迹， 较长轨迹（蓝色）沿蒙古国西部自西北向东南移动至中蒙边界后转为东北-西南走向， 占比达72.92%； 综合WPSCF与加权浓度权重轨迹（Weighted Concentration-Weighted Trajectory，WCWT）图， 此轨迹对酒泉污染潜在贡献较大， 本地戈壁、 周边的巴丹吉林沙漠及远距离的蒙古国西部戈壁均为污染源地， 对PM10质量浓度贡献大于240 μg·m-3。张掖的沙尘轨迹聚类同样有长、 短两条轨迹， 较短轨迹（蓝色）占比达77.08%， 但对PM10质量浓度潜在贡献小于150 μg·m-3； 而较长的轨迹（红色）中， 张掖本地及周边的巴丹吉林沙漠对PM10质量浓度潜在贡献超240 μg·m-3。武威的沙尘轨迹聚类结果与张掖相似， 有两条轨迹， 西北部轨迹占（蓝色）比超70%， 且本地及周边巴丹吉林沙漠为污染物主要潜在源区， 其中武威本地及周边对于PM10质量浓度的贡献最大， 达400 μg·m-3以上。
图13 酒泉（上）、 张掖（中）、 武威（下）在2023年5月沙尘过程的沙尘轨迹聚类（a， d， g， 单位： %）、 WPSCF（b， e， h）及PM10质量浓度（c， f， i， 单位： μg·m-3）分布特征

Fig.13 The distribution characteristics of sand dust trajectory clustering （a， d， g， unit： %）， WPSCF （b， e， h）， and PM10 mass concentration （c， f， i， unit： μg·m-3） during the May 2023 sandstorm process in Jiuquan （top）， Zhangye （middle）， and Wuwei （bottom）

2021年3月沙尘暴过程中（图14）， 酒泉的沙尘传输有4条轨迹， 其中来自蒙古国中部偏东路径的轨迹（蓝色）占比最大， 周边的巴丹吉林沙漠、 远距离的内蒙古戈壁、 蒙古国南部均为污染物源地， 且质量浓度贡献大于1000 μg·m-3。张掖有6条沙尘聚类轨迹［图14（d）］， 其中东北部输送轨迹（绿色）占比较大， 且PM10的加权潜在源贡献因子（Weighted Potential Source Contribution Function，WPSCF）与WCWT分析结果较为一致， 张掖本地及附近的污染源的质量浓度贡献最大， 超过3000 μg·m-3， 在内蒙古西北部的戈壁地区也存在沙尘的潜在源区， 对PM10有一定贡献。武威地区的聚类轨迹有5条［图14（g）］， 其中占比最大的为东北路径（绿色）41.67%， 根据潜在源分析结果， 高PM10污染以近距离输送为主， 其主要潜在污染源区为附近的腾格里沙漠， PM10质量浓度贡献达到5000 μg·m-3， 库布齐沙漠与乌兰布和沙漠也有一定的源贡献。
图14 酒泉（上）、 张掖（中）、 武威（下）在2021年3月沙尘过程的沙尘轨迹聚类（a， d， g， 单位： %）、 WPSCF（b， e， h）及WCWT（c， f， i， 单位： μg·m-3）分布特征

Fig.14 The distribution characteristics of sand dust trajectory clustering （a， d， g， unit： %）， WPSCF （b， e， h）， and PM10 mass concentration （c， f， i， unit： μg·m-3） during the March 2021 sandstorm process in Jiuquan （top）， Zhangye （middle）， and Wuwei （bottom）

对比这3次沙尘过程， 扬沙天气的污染物源地主要为远距离内蒙古东部的乌兰布和沙漠、 库布奇沙漠、 浑善达克沙地及周边的戈壁， 其贡献的质量浓度要大于周边沙源， 潜在污染源的分布面积较小； 沙尘暴天气以附近沙漠起沙为主， 沙源为本地的戈壁、 沙地及周边的巴丹吉林沙漠、 腾格里沙漠， 远距离的我国内蒙古地区和蒙古国的戈壁沙漠也有一定的沙尘贡献， 潜在污染源的分布面积较大。

4 结论

（1） 甘肃省春季东风型沙尘天气气候背景与西风型无明显差异， 扬沙发生前气温较历史同期偏高2 ℃左右， 沙尘暴偏高4~6 ℃； 降水距平百分率较历史同期偏少五成及以上的地区更易发生沙尘天气。
（2） 与西风型沙尘“西高东低”及锋区横扫甘肃， 锋区内动量下传引起的西风型沙尘不同， 东风型沙尘由于500 hPa高空槽位置偏北， 地面冷高压与南疆或青海东部的热低压形成“北高南低”的形势， 冷锋位置偏北， 系统东移过程中冷锋底部掠过甘肃北部， 受冷锋后部及冷高压底部偏东大风影响， 造成甘肃省沙尘天气。因此， 甘肃省沙尘预报中， 应对高空槽、 地面冷高压、 热低压位置和强度及冷锋的位置多加关注。
（3） 东风型沙尘天气与850 hPa小于-4×10-5 K·s-1的冷平流、 700 hPa以下大于0.4 Pa·s-1的正垂直速度区及中低层100 m2·s-2以上的正水平螺旋度区有较好的对应关系， 与已有研究中提出的西风型沙尘天气对应负垂直速度区、 负水平螺旋度区的研究结论存在差异。
（4） 对于东风型沙尘天气， 沙尘传输主要以外源输送为主， 对于污染物源地， 扬沙天气远距离沙源贡献大于周边沙源， 潜在污染源的分布面积较小； 沙尘暴天气以本地荒漠及附近沙漠起沙为主， 沙源为本地的戈壁、 沙地及周边的巴丹吉林、 腾格里沙漠等， 潜在污染源的分布面积较大。

References

Publishing order | Descend order by publishing year | Descend order by cited within
Fan L， Wang Y， He B， et al， 2025.Spatio-temporal distribution and transport pathways analysis of sand and dust weather in North China［J］.Natural Hazards， 121（6）： 7425-7445.DOI： 10.1007/s11069-024-07044-8 .

Hu T T， Wu D， Li Y H， et al， 2017.The effects of sandstorms on the climate of northwestern China［J］.Advances in Meteorology， 2017（1）： 4035609.DOI： 10.1155/2017/4035609 .

Kok J F， Storelvmo T， Karydis V A， et al， 2023.Mineral dust aerosol impacts on global climate and climate change［J］.Nature Reviews Earth & Environment， 4（2）： 71-86.DOI： 10.1038/s43017-022-00379-5 .

Su J， Wu H Y， Zhang X S， et al， 2024.Research on the impact of sand and dust weather on the social-ecological system resilience based on the DPWSIR model-taking the arid cities of Northwest China as an example［J］.Ecological Indicators， 166： 112314.DOI： 10.1016/j.ecolind.2024.112314 .

Zhang X X， Yang X H， Yang F， et al， 2025.Windblown dust in the Tarim Basin， northwest China［J］.Scientific Reports， 15： 11209.DOI： 10.1038/s41598-025-95974-z .

包新荣， 王莉娜， 杨燕萍， 等， 2021.基于激光雷达对兰州市强沙尘过程的分析研究［J］.干旱区资源与环境， 35（1）： 92-99.DOI： 10.13448/j.cnki.jalre.2021.014.Bao X R ，

Wang L N， Yang Y P， et al， 2021.Analysis of strong dust process in Lanzhou city： Based on lidar［J］.Journal of Arid Land Resources and Environment， 35（1）： 92-99.DOI： 10.13448/j.cnki.jalre.2021.014 .

陈发虎， 谢亭亭， 杨钰杰， 等， 2023.我国西北干旱区“暖湿化”问题及其未来趋势讨论［J］.中国科学： 地球科学， 53（6）： 1246-1262.DOI： 10.1360/SSTe-2022-0405.Chen F H ，

Xie T T， Yang Y J， et al， 2023. Discussion of the “warming and wetting” trend and its future variation in the drylands of Northwest China under global waring［J］.Science China： Earth Sciences， 66（6）： 1241-1257.DOI： 10.1360/SSTe-2022-0405 .

陈豫英， 陈楠， 谭志强， 2015.宁夏不同强度沙尘天气动力机制［J］.中国沙漠， 35（2）： 438-447.

Chen Y Y， Chen N， Tan Z Q， 2015.Dynamic mechanism of dust weather with different intensities in Ningxia， China［J］.Journal of Desert Research， 35（2）： 438-447.

程鹏， 王宝鉴， 孔祥伟， 等， 2013.河西走廊一次强沙尘暴天气的螺旋度诊断［J］.干旱气象， 31（1）： 144-149.DOI： 10.11755/j.issn.1006-7639（2013）-01-0144.Cheng P ，

Wang B J， Kong X W， et al， 2013.Diagnostic analysis of the helicity during a heavy dust storm weather process in Hexi Corridor［J］.Journal of Arid Meteorology， 31（1）： 144-149.DOI： 10.11755/j.issn.1006-7639（2013）-01-0144 .

程星雨， 徐志伟， 俞妍， 等， 2025.卫星遥感揭示的2001年以来中蒙地区沙尘事件频次变化及其原因［J］.中国沙漠， 45（2）： 47-60.

Cheng X Y， Xu Z W， Yu Y， et al， 2025.Changes in frequency and possible causes of dust occurrence in northern China and Mongolia since 2001 revealed by remote sensing［J］.Journal of Desert Research， 45（2）： 47-60.

狄潇泓， 刘新伟， 沙宏娥， 等， 2016.河西走廊一次强沙尘暴动力机制分析［J］.干旱区资源与环境， 30（8）： 145-151.DOI： 10.13448/j.cnki.jalre.2016.263.Di X H ，

Liu X W， Sha H E， et al， 2016.Dynamic mechanism of a severe sandstorm occurred in the Hexi Corridor［J］.Journal of Arid Land Resources and Environment， 30（8）： 145-151.DOI： 10.13448/j.cnki.jalre.2016.263 .

丁一汇， 柳艳菊， 徐影， 等， 2023.全球气候变化的区域响应： 中国西北地区气候“暖湿化”趋势、 成因及预估研究进展与展望［J］.地球科学进展， 38（6）： 551-562.

Ding Y H， Liu Y J， Xu Y， et al， 2023.Regional responses to global climate change： progress and prospects for trend， causes， and projection of climatic warming-wetting in northwest China［J］.Advances in Earth Science， 38（6）： 551-562.

段伯隆， 刘新伟， 郭润霞， 等， 2021.“3·15”北方强沙尘暴天气成因分析［J］.干旱气象， 39（4）： 541-553.DuanBL， LiuXW， GuoRX， et al， 2021.Cause analysis on severe dust storm in northern China on 15 March 2021［J］.Journal of Arid Meteorology， 39（4）： 541-553.

何珊娟， 王天河， 谭睿琦， 等， 2024.塔克拉玛干沙漠春季沙尘活动与西风急流位置变化的关系［J］.高原气象， 43（6）： 1573-1585.DOI： 10.7522/j.issn.1000-0534.2024.00042.He S J ，

Wang T H， Tan R Q， et al， 2024.Relationship between spring dust activity and the position change of westerly jet in Taklimakan Desert［J］.Plateau Meteorology， 43（6）： 1573-1585.DOI： 10.7522/j.issn.1000-0534.2024.00042 .

黄芳芳， 马伟强， 王遂缠， 等， 2024.基于CE-318观测的甘肃省气溶胶光学特性分析［J］.高原气象， 43（1）： 241-253.DOI： 10.7522/j.issn.1000-0534.2023.00030.Huang F F ，

Ma W Q， Wang S C， et al， 2024.Optical characterization of aerosols in Gansu Province based on CE-318 observations［J］.Plateau Meteorology， 43（1）： 241-253.DOI： 10.7522/j.issn.1000-0534.2023.00030 .

黄悦， 陈斌， 董莉， 等， 2021.利用星载和地基激光雷达分析2019年5月东亚沙尘天气过程［J］.大气科学， 45（3）： 524-538.DOI： 10.3878/j.issn.1006-9895.2008.19249.Huang Y ，

Chen B， Dong L， et al， 2021.Analysis of a dust weather process over east Asia in may 2019 based on satellite and ground-based lidar［J］.Chinese Journal of Atmospheric Sciences， 45（3）： 524-538.DOI： 10.3878/j.issn.1006-9895.2008.19249 .

李玲萍， 李天江， 李岩瑛， 等， 2024.陆面与大气边界层热力作用对河西走廊冷锋型沙尘暴的影响［J］.高原气象， 43（2）： 498-509.DOI： 10.7522/j.issn.1000-0534.2023.00055.Li L P ，

Li T J， Li Y Y， et al， 2024.The influence of thermal interaction between land surface and atmospheric boundary layer on cold front sandstorm in Hexi Corridor［J］.Plateau Meteorology， 43（2）： 498-509.DOI： 10.7522/j.issn.1000-0534.2023.00055 .

李玲萍， 李岩瑛， 李晓京， 等， 2021.河西走廊不同强度冷锋型沙尘暴环流和动力特征［J］.中国沙漠， 41（5）： 219-228.DOI： 10.7522/j.issn.1000-694X.2021.00094.Li L P ，

Li Y Y， Li X J， et al， 2021.Characteristics of circulation and dynamic of the different cold front sandstorm processes in Hexi Corridor［J］.Journal of Desert Research， 41（5）： 219-228.DOI： 10.7522/j.issn.1000-694X.2021.00094 .

李岩瑛， 张强， 李耀辉， 等， 2008.水平螺旋度与沙尘暴的动力学关系研究［J］.地球物理学报， 51（3）： 692-703.DOI： 10.3321/j.issn： 0001-5733.2008.03.010.Li Y Y ，

Zhang Q， Li Y H， et al， 2008.Dynamic relationships between the horizontal helicity and the sandstorm［J］.Chinese Journal of Geophysics， 51（3）： 692-703.DOI： 10.3321/j.issn： 0001-5733.2008.03.010 .

刘娜， 余晔， 陈晋北， 等， 2012.兰州春季沙尘过程PM10输送路径及其潜在源区［J］.大气科学学报， 35（4）： 477-486.DOI： 10.13878/j.cnki.dqkxxb.2012.04.001.Liu N ，

Yu Y， Chen J B， et al， 2012.A study on potential sources and transportation pathways of PM10 in spring in Lanzhou［J］.Transactions of Atmospheric Sciences， 35（4）： 477-486.DOI： 10.13878/j.cnki.dqkxxb.2012.04.001 .

刘清华， 2018.基于卫星资料的我国沙尘天气监测方法［J］.红外， 39（10）： 33-39.DOI： 10.3969/j.issn.1672-8785.2018.10.006.Liu Q H ， 2018.Monitoring methods of dust in China based on satellite data［J］.Infrared， 39（10）： 33-39.DOI： 10.3969/j.issn.1672-8785.2018.10.006 .

孙霞忠， 2017.沙尘暴降尘源区示踪［D］.兰州： 兰州大学.Sun X Z， 2017.Dustfall source areas tracing during dust storms： a case study in Jiuquan， China［D］.Lanzhou： Lanzhou University.

陶健红， 王劲松， 冯建英， 2004.螺旋度在一次强沙尘暴天气分析中的应用［J］.中国沙漠， 24（1）： 83-87.

Tao J H， Wang J S， Feng J Y， 2004.Applying of helicity in analysis of a severe sandstorm［J］.Journal of Desert Research， 24（1）： 83-87.

吴芷瑜， 辛智鸣， 姜群鸥， 等， 2023.基于HYSPLIT模式的西北干旱区典型沙尘事件沙源地及沙尘传输路径探析［J］.光谱学与光谱分析， 43（6）： 1862-1868.

Wu Z Y， Xin Z M， Jiang Q O， et al， 2023.Analysis of dust source and dust transport path of a typical dust event in arid area of northwest China based on HYSPLIT model［J］.Spectroscopy and Spectral Analysis， 43（6）： 1862-1868.

谢启玉， 何永晴， 朱宝文， 等， 2018.西宁市区不同天气形势下的PM10输送路径及潜在源区［J］.气象与环境科学， 41（1）： 56-61.DOI： 10.16765/j.cnki.1673-7148.2018.01.007.Xie Q Y ，

He Y Q， Zhu B W， et al， 2018.Transportation path and potential source of PM10 in Xining City in different synoptic situations［J］.Meteorological and Environmental Sciences， 41（1）： 56-61.DOI： 10.16765/j.cnki.1673-7148.2018.01.007 .

徐路扬， 翟亮， 王媛媛， 等， 2023.多源遥感数据在北京春季沙尘天气监测中的应用评估［J］.干旱气象， 41（2）： 318-327.DOI： 10.11755/j.issn.1006-7639（2023）-02-0318.Xu L Y ，

Zhai L， Wang Y Y， et al， 2023.Application evaluation of multi-source remote sensing data in spring dust weather monitoring in Beijing［J］.Journal of Arid Meteorology， 41（2）： 318-327.DOI： 10.11755/j.issn.1006-7639（2023）-02-0318 .

杨丽丽， 王莉娜， 闭建荣， 等， 2021.基于激光雷达的西北沙尘过程分析［J］.绿色科技， 23（4）： 7-9.DOI： 10.16663/j.cnki.lskj.2021.04.002.Yang L L ，

Wang L N， Bi J R， et al， 2021.Analysis of dust process in northwest China based on lidar［J］.Journal of Green Science and Technology， 23（4）： 7-9.DOI： 10.16663/j.cnki.lskj.2021.04.002 .

杨晓玲， 李岩瑛， 陈静， 等， 2022.河西走廊罕见强沙尘天气传输及其过程持续特征［J］.干旱区地理， 45（5）： 1415-1425.

Yang X L， Li Y Y， Chen J， et al， 2022.Transmission of rare strong dust and its process continuous characteristics in Hexi Corridor［J］.Arid Land Geography， 45（5）： 1415-1425.

张强， 杨金虎， 王朋岭， 等， 2023.西北地区气候暖湿化的研究进展与展望［J］.科学通报， 68（14）： 1814-1828.DOI： 10.1360/TB-2022-0643.Zhang Q ，

Yang J H， Wang P L， et al， 2023.Progress and prospect on climate warming and humidification in Northwest China［J］.Chinese Science Bulletin， 68（14）： 1814-1828.DOI： 10.1360/TB-2022-0643 .

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