河西走廊春季沙尘暴大气边界层垂直结构特征*

李岩瑛 张春燕 张爱萍 杨吉萍 陈 英 聂 鑫

1 甘肃省武威市气象局,武威 733000 2 中国气象局兰州干旱气象研究所,甘肃省干旱气候变化与减灾重点实验室/中国气象局干旱气候变化与减灾重点开放实验室，兰州 730020 3 甘肃省民勤县气象局,民勤 733399

提 要： 沙尘暴是河西走廊春季最严重的灾害天气之一，弄清沙尘暴的大气边界层特征，是提高其预报预警水平和减轻危害的重要手段。应用河西走廊敦煌、酒泉、张掖、民勤等4个站2006—2016年春季逐日08时(北京时，下同)和20时高分辨率探空资料和地面风沙观测资料，探讨该地区不同站点从地面到高空5 km高度范围内沙尘强度、沙尘暴日变化和持续时间，以及不同环流形势下的大气边界层垂直结构变化特征。结果表明：沙尘暴08时逆温强度在1.6 ℃·(100 m)-1以上，相对湿度<40%干层厚度超过3 km，<30%干层厚度超过1.5 km且20时最大风速>13 m·s-1。受海拔高度、地形和下垫面土壤性质影响，低层风场具有明显的日变化，山谷风效应显著；敦煌和民勤气温高，空气干燥，风速大且沙尘多；张掖受走廊狭管效应影响，风速较大。沙尘暴中敦煌低层以东南风到西南风为主，高层及其他站以偏西风到西北风为主。沙尘暴发生时边界层内气象条件日变化总体而言：上午干暖，下午冷湿风速较大，最大风速为17.6 m·s-1，出现在0.9 km高度；近地面夜间和上午为南风，下午为西风，夜间风速较小且空气干燥。沙尘暴持续时间长时，早晚气温低，持续时间5 h以下的08时大气干层较厚，达2.85 km；而5 h以上的20时大气干层较厚，达1.05 km。相对湿度≤30%时大气干层上午和夜间较厚，下午浅薄，温度露点差最小阈值为16～17℃，最大高度在2.85～3.00 km。不同沙尘暴环流形势下：脊型早上干冷风速大，0.75 km高度处风速最大达14.6 m·s-1；西风槽型下午湿冷风速大，0.9 km高度处风速最大达15.7 m·s-1；而西风气流型近地层冷干，风速小，但早上1.2～3.5 km 高度和晚上2.4 km以上高层风速较大。

引 言

河西走廊是我国沙尘暴发生最多而且灾情最重的地区之一，冬、春季污染严重，气溶胶光学厚度值最大(Filonchyk et al,2020)，该区为沙漠大地貌背景，地表粉尘含量高，干旱水分少，植被少，因而在较强风力作用下,沙尘事件频发(程鹏，2011；孔锋，2020；李宽等，2019)。沙尘暴天气是造成河西走廊缺血性心脏病患者死亡的危险因素之一(Li et al,2020)，该区春季沙尘暴发生多而灾情重(李岩瑛等，2014)，常发生远距离跨太平洋运输，使大量风积尘沉积在亚洲大陆和北太平洋(Wei et al，2020),甚至输送到阿拉斯加和加拿大西海岸(Guo et al, 2017; Liu et al,2019)，其产生的沙尘气溶胶对北半球空气质量、海洋生态环境及太阳辐射平衡等有复杂影响(黄悦等,2021；Chen et al,2020；张鹏等，2018)。近30年来河西走廊的沙尘暴发生次数减弱而强度增强(蒋盈沙等，2019)，主要原因包括：第一,沙尘暴发生频率变化与气温变化呈负相关关系，如：丰华等(2012)揭示了近年来，由于气温整体升高导致我国沙尘暴发生频率呈整体下降趋势；第二,沙尘暴频次减小也可能与新疆和内蒙古等沙源区向暖湿化发展有关，由暖干化向暖湿化转型对沙尘暴的发生有一定的弱化作用(姚俊强等，2013)；第三,还与当地浅层土壤湿度、大气湿度和风速有关(常兆丰等，2011；张虎等，2020)，造成该区强沙尘暴的主要因素是水文和风力，其次是源范围的扩大(Guan et al，2013),河西走廊近70年资料表明沙尘暴日数与大风日数关系较密切，呈显著正相关，而该区大风日数呈减少趋势；第四,从海气相互作用来看，春、夏季河西走廊沙尘暴发生次数与前两年赤道中、东太平洋海温的负相关最好(尚可政等，1998),计算1951—2020年赤道中、东太平洋三个区秋、冬季海温距平线性趋势表明，三个区近70年来均呈上升趋势。另外，Zhang et al(2021)通过对中国北方近500年沙尘暴活动及机制分析得出：近现代沙尘暴活动的增强可能与因人类活动增强而导致的粉尘供应量增加有关,而该时段内沙尘暴减弱趋势可能与近现代全球变暖导致的平均风速降低有关；黄土高原东北部公海湖近230年沙尘暴重建也进一步证实人类活动、全球变暖对沙尘暴产生的显著影响(Xu et al，2021)。

沙尘暴主要发生在大气边界层中，边界层厚度及其温湿风条件等垂直结构特征直接影响着沙尘暴的发生发展，进一步影响其强度、范围和持续时间。针对民勤站干湿、风沙等不同天气的边界层垂直结构特征进行分析，表明风沙边界层高度介于无降水和有降水之间，沙尘暴多由风场的剧烈扰动和锋面过境引起，近地层越干冷、西北风越强,强沙尘暴持续时间越长(李岩瑛等，2011;2014)。李岩瑛等(2019)进一步探讨了河西走廊边界层厚度与风沙强度的关系，得出边界层厚度与最高气温、最低气温和0 cm最高地温较密切，与最高气温、极大风速成正比；边界层厚度随着风沙强度的增强而增高，4月较高(3 500 m以上)，而塔克拉玛干沙漠边界层厚度在夏季最大，只有3 000 m(何清和金莉莉，2020)；河西走廊东部沙尘暴下午到傍晚出现最多(李玲萍等，2019)，原因是夜间至早晨近地面逆温厚且强，大气层结稳定，不利于沙尘暴发生发展，而午后到傍晚，地面热通量增强，地气温差大，大气不稳定增强，加强了动量下传和风速，有利于沙尘暴发生发展(张春燕等,2019；李彰俊，2008)。典型个例研究证明沙尘暴过程是大气不稳定层结变为稳定层结的过程(赵庆云等，2012；阿布力克木等，2019；Peng et al,2005)，但多数是局地的、零散的分析。

河西走廊春季沙尘暴边界层厚度在3～4 km，因而其海拔高度在4～5 km(李岩瑛等，2019)，处于500 hPa以下，位居对流层中下层。该层内气温随高度增加而降低，空气对流运动明显，近地面的水热、沙尘等通过对流向上空输送，5 km高度处在风沙边界层的顶端,受其南部祁连山地形影响较小，高空动量常通过该层高度下传到地面形成大风沙尘暴天气(李岩瑛等，2019)，而沙尘暴在垂直方向主要靠对流和湍流向上输送(张强和王胜，2005)。

本文利用河西走廊10年以上逐日探空加密资料和风沙资料，重点分析从地面到高空5 km不同地点沙尘强度、沙尘暴日变化和持续时间，以及不同环流形势下的大气垂直结构，以期得到河西走廊春季沙尘暴的大气边界层垂直结构特征。

1 研究区及资料方法

河西走廓东起乌鞘岭，西至古玉门关，南北介于祁连山、阿尔金山和马鬃山、合黎山、龙首山之间，南部山脉海拔在3 000～4 000 m，祁连山主峰海拔为5 564 m；北部在2 000～3 000 m，东部的龙首山较高在2 500～3 000 m，而中西部较低在2 000 m左右。境内地势南北高，中间低；地形比较复杂，南部为山地、中部为平原、北部为沙漠和戈壁。巴丹吉林沙漠和腾格里沙漠分别位于河西走廊中东部的北侧，以及民勤的北部和东部(图1)。

应用资料：河西走廊敦煌、酒泉、张掖、民勤4个站2006—2016年春季逐日08时和20时两个时次地面到5 km每隔50 m高空加密观测资料，地面风沙资料。使用日数平均法，即：同一种天气相同高度平均，同一站点不同天气平均，同一天气不同站点平均。

从河西走廊13个站1960—2019年60年年均沙尘暴日数得出：东部的民勤最多(21.7 d)，其次是西部的金塔(15.6 d)、鼎新(13.3 d)、张掖(10.6 d)，马鬃山最小，为1.2 d(图1)。

图1 河西走廊13个站1960—2019年年均沙尘暴日数及海拔高度、沙漠分布Fig.1 Average annual sandstorm days for 13 stations during 1960-2019, elevation and desert distribution over Hexi Corridor

2 近地层风沙边界层气象特征

对比不同风沙条件下，计算近地面到高空5 km河西走廊4个站平均的逆温层厚度及强度，近地层相对湿度<40%的干层厚度，相对湿度<30%的干层起止高度，≤1 km最大风速及高度，不稳定层结(即∂θ/∂z<0)的最低高度(李崇银等，2005)，详见表1。

表1 河西走廊地面到5 km高度08时和20时不同风沙强度要素特征Table 1 Characteristics of different wind-sand force elements at 08:00 BT and 20:00 BT from ground up to 5 km altitude over Hexi corridor

早晚对比：逆温仅发生在08时，厚度小于0.25 km，强沙尘暴时逆温最强且相对湿度<40%的大气干层厚度达4.5 km，08时比20时厚0.5～3 km，而相对湿度<30%的大气干层只有在沙尘暴和强沙尘暴时08时的厚度在1.5 km以上，其他风沙天气是20时较厚；最大风速除大风无沙尘天气时08时较20时略大外，其他风沙天气20时风速较大，高度在0.5～1.0 km，20时沙尘暴及强沙尘暴出现高度为0.9 km，风速明显比08时偏大4 m·s-1左右，这与西北大气边界层高度600 m和900 m平均风速增加一致(孟丹等,2019)。不同风沙天气最大风速对比：08时大风大，而20时沙尘暴较大。不稳定层结高度08时远高于20时，08时3 km以下层结稳定，而20时0.4 km以下近地层稳定。

沙尘暴不同于风沙天气的显著特点是：08时逆温强度在1.6℃·(100 m)-1以上，相对湿度<40%干层厚度超过3 km，<30%干层厚度超过1.5 km且20时最大风速大于13 m·s-1。

3 河西走廊4站沙尘天气大气边界层垂直结构

对2006—2016年河西走廊4个站六种不同风沙天气的边界层特征进行分析，结果如下：

浮尘：08时贴地面300 m以下存在逆温层，强度弱，气温从高到低为民勤、敦煌、酒泉、张掖，相对湿度<40%，风速1 km以下小于6 m·s-1，风向2 km 以下从东南风到西南风，以上从西南风到偏西风；20时近地面无逆温层，气温地面到1.4 km以下民勤较高，1.4 km以上敦煌较高；2 km以下相对湿度<40%且风速在2 km以下，民勤较大，为11 m·s-1，其他3个站风速小于8 m·s-1，随高度增大，风向5 km以下从地面到高空由东南风向西风转变(图略)。

扬沙：08时贴地面500 m以下存在逆温层，强度弱，气温敦煌较高，其他3个站较相近，1 km以下相对湿度<40%，风速<11 m·s-1，民勤在0.7 km附近风速较大,达12 m·s-1，风向敦煌、酒泉随高度从东南风转到偏西风，其他2个站以偏西风为主；20时近地面无逆温层，气温敦煌明显高4～5℃以上，1 km以下相对湿度<40%，风速随高度增大，从小到大为敦煌、张掖、酒泉和民勤，略大于08时，风向敦煌从地面向高空由偏南风向西风转变，其他3个站以偏西风为主(图略)。

沙尘暴：4个站的月均沙尘暴日数除张掖略少(2 d)外，其他3个站均为3 d。08时贴地面400 m以下存在逆温层，强度弱，08时气温张掖明显偏高4℃以上，2 km以下相对湿度<40%，1 km以下风速民勤较大,为12 m·s-1，敦煌在600 m附近风速较大,达12 m·s-1，风向自西向东从东南风转到偏西风；20时张掖0.5 km 以下，其他3个站1 km以下相对湿度<40%，张掖湿度较大，风速在1 km以下从小到大为敦煌、民勤、酒泉和张掖，张掖在1 km 处风速较大,达17 m·s-1，风向中3 km以下敦煌从地面向高空由偏南风向西风转变，其他3个站以偏西风到西北风为主(图2)。图2d1中民勤高空2 km左右风向转变说明08时有高空槽通过，低层在槽前是西南风，高层在槽后为西北风。图2d2酒泉、张掖站的风向突变转向说明20时沙尘暴发生时，在酒泉、张掖2个站之间存在锋面次级环流;在2.8～3 km以下低层西北风表示有冷空气,为下沉气流，以上为西南风到东南风表示有暖空气,为上升气流。

图2 2006—2016年河西走廊4个观测站春季沙尘暴温湿风随高度的分布(a)气温,(b)相对湿度,(c)风速,(d)风向(角标1为08时，2为20时，下同)Fig.2 Distribution of temperature, relative humidity and wind with height in spring sandstorm at (a1, b1, c1, d1) 08:00 BT and (a2, b2, c2, d2) 20:00 BT (the same below)at four observation stations in Hexi Corridor during 2006-2016(a) temperature, (b) relative humidity, (c) wind speed, (d) wind direction

强沙尘暴：08时近地面1 km以下存在逆温层，敦煌、酒泉气温较高，相对湿度<30%，民勤、敦煌风速较大,为10 m·s-1以上，其他2个站较小，风向从地面到5 km高空敦煌从东南风到西南风，民勤从西南风到偏西风，而其他2个站为西风向西北风转变；20时民勤、敦煌相对湿度<30%，酒泉在40%左右，而张掖在50%～70%；在1.4 km以下风速从敦煌、酒泉、民勤和张掖依次增大，从地面到高空5 km 风向除敦煌从东南风到西风外，其他均为西北风(图3)。图3d1说明08时张掖在近地面受祁连山地形山谷风影响吹南风，0.05～0.6 km高度吹西北风,有冷平流，0.6～1.0 km高度间风向顺转,有暖平流，1.0 km高度以上逆转是冷平流，大气层结不稳定。图3d2说明20时敦煌受南部祁连山地形影响盛行偏南风，因而在高空1.7 km以下和3.8 km以上是偏南风，1.7～3.8 km是偏西风，说明敦煌上空1.7～3.8 km有冷空气入侵。

大风无沙尘：敦煌显著干暖风速大，08时近地面0.5 km以下存在逆温层，相对湿度从干到湿依次为敦煌、民勤、酒泉和张掖，敦煌4 km以下相对湿度<20%;风速从小到大为张掖、酒泉、民勤、敦煌，敦煌较大,在0.8 km附近达23 m·s-1;风向从地面到5 km高空敦煌从东北风到西南风，民勤从西北风到偏西风，而其他2个站为西南风到偏西风转变。20时近地层0.7 km以下相对湿度<30%;风速在1.4 km以下从张掖、民勤、酒泉和敦煌依次增大，敦煌在0.5 km附近达17 m·s-1;风向从地面到高空5 km除敦煌从东北-北风到西南风转变外，其他均为西北风(图略)。

大风伴沙尘：气温敦煌较高、酒泉较低，08时近地面0.2 km以下存在逆温层，相对湿度<30%，风速民勤、敦煌较大(在13 m·s-1以上)，其他两站较小，从地面到5 km高空风向敦煌从东南风到西南风，而其他从西南风到偏西风转变；20时相对湿度只有张掖大于30%，0.9 km以下从张掖、敦煌、酒泉和民勤风速依次增大，5 km以下敦煌风向以西南风为主，其他均为西北风(图略)。

4 大气边界层垂直结构的影响因素

4.1 沙尘强度的影响

计算方法：先将六种不同沙尘天气站点平均，然后再由河西走廊4个站平均，通过对比得出河西走廊边界层要素的变化。

4.1.1 气 温

08时气温(图4a)：近地层0.1 km以下均有逆温层存在。气温1.1 km以下从低到高为浮尘、扬沙、大风伴沙尘、大风无沙尘、强沙尘暴、沙尘暴，1.1～1.8 km强沙尘暴较高，1.8～3.1 km大风无沙尘较高，沙尘暴、强沙尘暴次之。3.1～4 km大风无沙尘较低，大风伴沙尘较高，4 km以上沙尘暴较高。20时气温(图4b)：大风无沙尘气温较高，其他0～0.5 km从低到高为强沙尘暴、大风伴沙尘、沙尘暴、浮尘、扬沙，0.5～0.9 km大风伴沙尘低而扬沙高，0.9 km以上大风伴沙尘低而沙尘暴高。

说明沙尘暴在发生前近地层增温明显，发生后降温迅速，早晚气温变幅从大到小为大风无沙尘、浮尘、扬沙、大风伴沙尘、沙尘暴、强沙尘暴。沙尘越强，气温在20时低于08时的高度越低，上述风沙天气对应高度分别为1.65、1.65、1.25、0.75、0.5和0.4 km，冷空气下沉高度越低。

4.1.2 相对湿度

如图5所示，上湿下干，08时5 km以下强沙尘暴、沙尘暴较干，大风伴沙尘较湿；1 km以下从干到湿为强沙尘暴、沙尘暴和大风无沙尘(小于30%)，其他依次为浮尘、扬沙和大风伴沙尘。20时1.5 km 以下从干到湿为大风无沙尘、浮尘、扬沙、沙尘暴、大风伴沙尘和强沙尘暴。沙尘暴和强沙尘暴的特征是早干晚湿，08时0.7 km以下随高度增加湿度减小，以上则增加；而20时近地层5 km以下随高度增加而湿度增加。

4.1.3 风 速

08时(图6a)：浮尘风速较小，其他风沙天气则是0.05 km以下强沙尘暴较大，0.05～1.4 km从强沙尘暴、沙尘暴、扬沙、大风伴沙尘和大风无沙尘依次增大，大风无沙尘在0.9 km达13 m·s-1，1.4～1.8 km又从扬沙、沙尘暴、大风无沙尘、大风伴沙尘和强沙尘暴依次增大，1.8～3.5 km大风伴沙尘较大，3.5 km以上大风无沙尘较大。

20时(图6b)：浮尘、扬沙风速较小，0～0.05 km强沙尘暴大，0.05～0.4 km大风伴沙尘大，0.4～1.7 km 沙尘暴大，1.7～2.5 km强沙尘暴大，2.5～5 km 大风伴沙尘大，而强沙尘暴略小。

图3 同图2，但为强沙尘暴Fig.3 Same as Fig.2, but for strong sandstorms

图4 2006—2016年春季(a)08时和(b)20时河西走廊4个观测站不同沙尘强度中气温随高度的分布Fig.4 Distribution of temperature with height in different sand-dust intensities at four observation stations in Hexi Corridor at (a) 08:00 BT and (b) 20:00 BT in spring of 2006-2016

图5 同图4，但为相对湿度Fig.5 Same as Fig.4, but for relative humidity

图6 同图4，但为风速Fig.6 Same as Fig.4, but for wind speed

早晚对比：20时风速是增大的，其中沙尘暴在0.5～0.9 km、强沙尘暴在0.9 km、2.5 km附近增速较明显，增速达4 m·s-1左右。

4.1.4 风 向

08时(图7a)：大风无沙尘在3 km以下，浮尘在1.6 km以下风向处于偏南与西南风之间，其他处于西南风至西风之间，在5 km高空以上均转为西风。20时(图7b)：浮尘在1.6 km以下风向处于偏南与西南风之间，大风无沙尘和扬沙在3 km以下处于西南风至西风之间，其他以偏西风为主。

图7 同图4，但为风向Fig.7 Same as Fig.4, but for wind direction

4.2 沙尘暴天气条件下的边界层气象条件日变化的影响

针对发生在不同时段上午(08—12时)、下午(12—20时)和夜间(20时至次日08时)沙尘暴的近地面要素变化对比得出(图8)：气温08时明显偏高4～7℃以上，下午高于夜间，近地面差距较大，3 km以上下午和夜间无差距；20时明显偏低3～4℃以上，2.4 km以下夜间较高，2.4 km以上上午较高。相对湿度08时较干(20%～30%)，0.5～0.8 km和2.4 km 以上下午较湿；20时从干到湿为夜间、上午和下午，分别在16%～20%、20%～30%和30%～43%。

风速08时在1.7 km以下从大到小为上午、下午和夜间，0.9 km处上午最大风速为12.7 m·s-1，1.7～2.7 km下午较大；20时在3.1 km以下从大到小为下午、上午和夜间，0.9 km处下午最大风速为17.6 m·s-1。从夜间、上午到下午风速依次增大，20时风速随高度变化除上午和下午1～3 km 减小外，其他随高度增大。风向08时自地面向上由东南风转为西南风，20时白天以西风为主，夜间自地面向上由偏南风转为偏西风。

4.3 不同持续时间沙尘暴边界层气象条件的影响

将沙尘暴持续时间分为≤1 h、1～5 h、>5 h，进一步分析沙尘暴不同持续时间的边界层特征(图9)。

08时气温从高到低沙尘暴持续时间为1～5 h、≤1 h、>5 h，20时从高到低为≤1 h、1～5 h、>5 h；相对湿度08时沙尘暴持续时间越短，湿度越小，20时相反；风速08时近地层0.8 km以下沙尘暴持续时间越短，风速越小，而20时近地层2.2 km以下沙尘暴持续时间越长，风速越小；高空盛行西风或西北风时沙尘暴持续时间较短，偏南风到西南风时持续时间长。

5 h以下的08时大气干层较厚，而沙尘暴持续时间5 h以上的20时大气干层较厚。相对湿度≤30% 时温度露点差最小阈值是17℃，最大高度达2.85 km；≤40%时温度露点差最小阈值是13℃，最大高度达4.65 km(表2)。

大气干层上午和夜间较厚，下午浅薄。相对湿度≤30%对应的温度露点差最小阈值是16℃，最大高度达3.35 km；而相对湿度≤40%对应的温度露点差最小阈值是13℃，最大高度达5 km(表3)。

4.4 沙尘暴环流形势的影响

河西走廊沙尘暴主要环流形势分为西风槽型、西风气流型和脊型(西北气流中有冷平流)三种(李岩瑛等，2004)，应用2006—2016年4个站沙尘暴资料，先对不同环流形势沙尘暴进行月平均，然后进行春季平均，再进行4个站平均，得出以下结果(图10)：

西风槽型上午暖下午冷，脊型相反，西风气流型气温较低，08时200 m以下均有逆温层存在。

相对湿度08时近地层0.8 km以下西风槽型较干，但0.8～3 km西风气流型较干，1.8 km以下脊型略湿；20时槽型整层较湿相对湿度>30%，其他<30%，1.7 km以下西风气流型较干，1.7 km以上脊型较干。

西风气流型近地层冷干，风速小，风向从东南风转为西南风，早上在1.2～3.5 km高度和晚上在2.4 km 以上风速较大；脊型早上略湿冷，1.2 km以下风速较大，0.75 km处风速最大达14.6 m·s-1，以西南风为主，晚上偏西风；西风槽型早上干暖风速小，风向从东南风到西南风，而晚上明显较湿且1.8 km 以下风速较大，0.9 km处风速最大，达15.7 m·s-1，盛行偏西风。

图8 2006—2016年河西走廊春季平均不同时段沙尘暴中温湿风随高度的分布Fig.8 Distribution of temperature, relative humidity and wind with height in spring sandstrom under different average periods in Hexi Corridor during 2006-2016

图9 同图8，但为平均不同持续时间Fig.9 Same as Fig.8, but under different average durations

冷槽之前地面伴有冷锋，锋前常受热低压控制，气温较高，冷锋过后气温迅速下降，统计表明西风槽型及夜间沙尘暴出现较多，因而上午暖夜间冷；而脊型沙尘暴发生前早上往往天气晴朗，气温低，随着日变化气温升高，与高层冷平流形成热力不稳定，将高空强风速下传至地面造成沙尘暴。西风气流型沙尘暴高低空均有冷空气活动，风速大，因而气温较低。日变化中，夜间近地层较稳定，气温较低，08时受太阳辐射的影响，高层增温快而低层冷，会形成逆温；而20时低层暖高层冷，不会形成逆温。

图10 同图8，但为平均不同环流形势Fig.10 Same as Fig.8, but under different average circulation patterns

表2 沙尘暴不同持续时间下各时次相对湿度对应的温度露点差最小阈值(单位：℃;括号内数字为最大高度，单位：km)Table 2 Minimum threshold for temperature and dew difference (unit: ℃; number in bracket: maximum height, unit: km) stratified by different durations of sandstorm and relative humidity

表3 同表2，但针对沙尘不同的发生时段Table 3 Same as Table 2, but for different occurrence time of sand-dust

5 结 论

风速小时，低层风场主要受海拔高度、河西走廊南部祁连山区较高大地形影响，具有明显的日变化和山谷风效应(李岩瑛等，2017)。夜间河西走廊盛行山风，主要以东南风和西南风为主；白天则为谷风，但又同时受河西走廊地形的狭管效应和高空风影响，盛行西北风。敦煌是盆地，海拔高度为1 140 m，地理位置和地势较其他3个站偏南偏低，南部正面毗邻青藏高原，西南有阿尔金山，东南有祁连山等形成地形屏障，平均海拔高度为3 000～4 000 m，因而山谷风效应更显著。张掖处于河西走廊中端，是南北两山距离最近的区域，狭管效应明显，风速较大。敦煌和民勤地势较低，四周受沙漠、戈壁包围，因而气温高，空气干燥，风速大且沙尘多。3 km以上受地形影响小，风向趋于一致。主要结论如下：

(1)早上有逆温且强沙尘暴逆温较强，沙尘暴08时逆温强度在1.6℃·(100 m)-1以上，相对湿度<40%干层厚度超过3 km，<30%干层厚度超过1.5 km且20时最大风速>13 m·s-1。

(2)气温较高出现在扬沙、强沙尘暴和大风中的敦煌，浮尘中的民勤和沙尘暴中的张掖；敦煌、民勤干而风速大；风向中5 km以下，浮尘从地面到高空由东南风向西风转变，扬沙敦煌、酒泉从地面到高空由偏南风向西风转变，其他两站以偏西风为主。沙尘暴3 km以下敦煌从地面到高空由偏南风向西风转变，其他3个站以偏西风到西北风为主，强沙尘暴除敦煌从东南风到西风转变外，其他均为西北风。大风敦煌以西南风为主，其他均为西北风。

(3)沙尘暴上午干暖，最大风速在0.9 km高度为12.7 m·s-1；而下午冷湿风速较大，最大风速在0.9 km 高度为17.6 m·s-1，近地面夜间和上午为南风，下午为西风，夜间风速较小且空气干燥。

(4)沙尘暴持续时间长时，早晚气温低，08时空气湿而风速大，而20时空气干而风速小。说明决定沙尘暴持续时间的主要因素是冷空气，冷空气越强，沙尘暴持续时间越长。沙尘暴持续时间5 h以下的08时大气干层较厚，达2.85 km；而5 h以上的20时大气干层较厚，达1.05 km。大气干层上午和夜间较厚，下午浅薄。相对湿度≤30%时温度露点差最小阈值是16～17℃，最大高度在2.85～3.00 km；≤40%时温度露点差最小阈值是13℃，最大高度达4.65～5 km。

(5)不同沙尘暴环流形势下：脊型早上干冷风速大，0.75 km处风速最大，达14.6 m·s-1；西风槽型下午湿冷风速大，0.9 km处风速最大，达15.7 m·s-1；而西风气流型近地层冷干，风速小，但早上1.2～3.5 km高度和晚上2.4 km以上高层风速较大。

(6)08时逆温强度大于1.5℃·(100 m)-1，大气干层厚度在1.5 km以上并且900 m以下风速大于13 m·s-1，这是河西走廊沙尘暴预报预警的重要指标。