2021年中国北部特大沙尘天气的遥感监测与路径分析

叶洽，郑小慎，赵尚玉

天津科技大学 海洋与环境学院,天津 300457

1 引言

沙尘天气是地面沙尘被大风吹起、或被高空气流带到下游地区使空气混浊的一种天气现象，对人类生命健康（Kotsyfakis 等，2019）、区域（Albani 和Mahowald，2019）和全球（Merchant 和Embury，2020）的气候变化、生态环境（Wang等，2020）有着重要影响。因此，沙尘天气的监测与分析一直是国内外大气、生态等领域的研究热点。中国的境内和境外沙源地丰富，冬春季易受到沙尘侵袭（Yang 等，2021），沙尘监测是中国防灾减灾体系中的重要组成部分（田海静 等，2019）。

目前，沙尘天气的监测方式主要分为地基监测和遥感监测。由于沙尘起源区域往往自然环境恶劣，常规的地基监测很难及时获取大范围数据。相比之下，卫星遥感技术以其精度高、时效性强、空间分辨率大等优势在大范围沙尘天气监测中发挥着越来越重要的作用。国内外学者利用具有沙尘判识信息的卫星反演产品，如EOS/MODIS 提供的卫星云图（Tao 等，2021）与大气气溶胶光学厚度（AOD）（Liu等，2021）、EOS/OMI提供的吸收性气溶胶指数（UVAI）（Filonchyk，2022；Hammer 等，2018）、FY-3/VIRR 的红外差值沙尘指数（IDDI）（Fang 等，2016）、FY-4A/AGRI 的沙尘检测产品（DSD）（Tao 等，2021）等，从水平方向对沙尘天气进行了大量研究。但由于遥感仪器和反演技术的限制，任何单一的卫星遥感产品在沙尘的精确监测上均存在局限性。如，卫星云图在稀薄沙尘覆盖区域的识别并不理想（刘清华，2018），AOD产品无法得到强沙尘发生时有效的观测数据（张鹏 等，2018）。吸收性气溶胶指数不能区分吸收性气溶胶的种类（Li 等，2021）。FY-4A 的高时空分辨率沙尘检测产品（DSD）能对中国地区沙尘进行每日连续监测，但对云下沙尘和云沙混合的情况存在一定的漏检（李云，2018）。搭载在云—气溶胶激光雷达和红外探路者卫星（CALIPSO）上的正交偏振云—气溶胶激光雷达（CALIOP）可以通过主动遥感的方式获取沙尘气溶胶的垂向位置，能弥补以上被动遥感式卫星产品无法提供沙尘垂向信息的缺憾（Tan等，2017）。Attiya和Jones（2022）利用CALIPSO 气溶胶层产品数据分析了2021 年6 月撒哈拉沙尘暴的特征。Tao 等（2022）使用MODIS AOD 和CALIPSO 气溶胶光学特性数据探究了东亚沙尘的空间分布。因此，综合利用多种卫星产品，实现各卫星数据的优势互补，才能更全面、准确地监测沙尘天气过程。

沙尘天气发生期间，空气中的PM10浓度会显著增大（Wang 等，2006），因此PM10可作为表示沙尘强度的指标参与沙尘过程的分析（Tao 等，2022，2021；Lu 等，2018；Yao 等，2020）。数值模式是模拟和预报沙尘天气过程，研究起沙、传输和沉降及其影响的有效工具。HYSPLIT 是学者研究沙尘传输路径的常用模式。胡雯婕等（2021）利用HYSPLIT 后向轨迹模式模拟毛乌素沙地不同季节沙尘暴的输送路径。Iraji 等（2021）利用HYSPLIT 后向轨迹得出了伊朗沙尘暴的可能来源，并表明MODIS 气溶胶光学深度数据和HYSPLIT 后向轨迹路径具有很好的一致性。Lu 等（2018）结合CALIPSO 卫星数据和HYSPLIT 模式，研究了华中地区气溶胶的三维输送特性。

2021年3月中旬，中国北方遭遇了近十年以来强度最高的一次沙尘天气，已有学者从天气学（关良 等，2021）和沙源地环境（史忠林 等，2022）角度证明此次沙尘天气是在气温偏高、降水偏少以及强烈的蒙古气旋（杨晓军 等，2021）等天气背景下形成的。但对此次沙尘天气的发生发展以及沙尘传输路径的研究较为缺乏。因此，本文综合了FY-4A/AGRI DSD、Sentinel-5P/TROPOMI UVAI、CALIPSO/CALIOP 的气溶胶类型掩码产品3 种卫星数据和PM10浓度数据来监测沙尘天气过程在水平、垂向方向上的动态变化。同时，由于沙尘具有强风作用下移动速度快的特点，卫星观测时间的局限性使其无法提供沙尘天气过程的全时段监测信息，本文将遥感影像与HYSPLIT 模式结合，利用HYSPLIT模式的前向、后向轨迹模拟和聚类进一步分析沙尘的来源与传输路径，以期尽可能全面准确地分析此次沙尘天气过程的影响区域、强度特征及输送路径，为中国沙尘天气的应急监测以及沙尘污染区域联防联控政策的制定提供科学参考。

2 研究区、数据与方法

2.1 研究区域

本文的研究区域为中国受2021 年3 月中旬沙尘天气影响的主要地区，包括有沙源分布的西北地区、内蒙古自治区以及处于沙尘输送下游地区的东北、华北、华中北部、华东北部和西南北部，经纬度范围为26°N—54°N、74°E—136°E。该区域沙地分布和22个空气质量监测站点如图1所示。

图1 研究区域沙地分布图Fig.1 Distribution of sandy land in the study area

2.2 数据和方法

2.2.1 卫星数据

（1）FY-4A/AGRI DSD。风云四号（FY-4A）卫星是中国新一代静止气象卫星，其上搭载的多通道辐射成像仪（AGRI）的性能达到了世界先进水平。FY-4A/AGRI 根据沙尘在各光谱展示的与云、地表和晴空大气的独特差异性，提供了将沙尘和烟尘从云和晴空水体陆地中区分开的沙尘检测产品（DSD）（王淦泉和沈霞，2018）。本文利用了DSD 产品中的沙尘分数（DST）、红外差值沙尘指数（IDDI-BK）数据集。沙尘分数（DST）是由12 种沙尘判识指标综合而成，它避免了单一或少数的判识指标所造成的误判漏判，对无云的沙尘天气检测率很高（吴硕秋和马晓燕，2020）。DST数值越高，表示卫星影像中该处像元为沙尘的可能性越大（李云，2018）。红外差值沙尘指数是目前国内外静止卫星沙尘暴业务产品生成广泛采用的参数之一，它通过表征大气中沙尘导致的亮温衰减量可半定量指示沙尘强度（Fang 等，2016）。IDDI-BK的阈值10和15分别对应能见度小于10 km的沙尘和能见度小于5 km的严重沙尘条件，IDDI-BK大于20则对应着沙尘暴（胡秀清 等，2007）。数据从风云卫星遥感数据服务网（http：//satellite.nsmc.org.cn/portalsite/default.aspx［2022-04-14］）下载，其时间分辨率为15 min，空间分辨率为4 km。本文依据产品数据说明，将DSD data quality flags 参数不等于3作为标准对所用数据进行了质量控制。

（2）CALIPSO/CALIOP VFM。云—气溶胶正交偏振激光雷达（CALIOP）是目前发展最成熟、应用最广泛的星载激光雷达。CALIOP 提供的气溶胶类型掩码产品VFM（Vertical Feature Mask）能够通过对气溶胶光学特性的反演而有效判识其类型（清洁海洋型、沙尘、污染大陆型、清洁大陆型、抬升烟尘型、沙尘海洋型）和垂向分布（Winker 等，2010）。其中，沙尘海洋型是沙尘与清洁海洋型气溶胶混合的产物，污染沙尘型是沙尘与人类活动（生物质燃烧所产生的烟或城市污染等）所产生的气溶胶相混合的产物（Kim等，2018）。VFM数据从美国国家航空航天局网站（https：//search.earthdata.nasa.gov［2022-04-14］）下载，其时间分辨率为15 min，垂直分辨率随高度变化而变化：30 m（-500—8.2 km），60 m（8.2—20.2 km）。本文采用VFM 产品自带的数据质量表征参数，将Feature Type QA 不为0 和SubType QA 不为0 作为标准对初始数据进行了筛选。

（3）Sentinel-5P/TROPOMI UVAI。Sentinel-5 Presursor（Sentinel-5P）是欧洲航天局于2017 年10 月13 日发射的太阳同步极轨卫星。该卫星提供的紫外吸收性气溶胶指数产品（UVAI）能显示沙尘等紫外吸收性气溶胶含量的多少，同时能云和吸收性气溶胶区别开来（Ali 等，2020）。UVAI 的值越大，表明该处吸收性气溶胶含量越多（Tao 等，2022）。与传统的传感器相比，高分辨率TROPOMI提供了更加准确精细的UVAI 数据（Torres 等，2020）。数据下载于Sentinel-5P 官网（https：//s5phub.copernicus.eu/dhus/#/home［2022-04-14］），其幅带宽度为2600 km，空间分辨率为7×3.5 km。本文根据卫星产品的官方建议，筛选了qa_value 值大于0.5的可信数据进行研究。

2.2.2 PM10浓度数据

本文使用中国空气质量在线监测分析平台（https：//www.aqistudy.cn/html/city_detail.html［2022-04-14］）发布的空气质量监测站点每小时的PM10浓度数据来补充卫星的水平监测结果，获取更精准的沙尘天气变化特征。

2.3 HYSPLIT轨迹模型

混合单颗粒拉格朗日集合轨迹模型模式（HYSPLIT）是由美国国家海洋和大气管理局与澳大利亚气象局共同开发，用于模拟计算大气污染物输送、扩散轨迹的专业模型（Qor-El-Aine等，2022）。此模式模拟污染物传输的基本思路是假设颗粒物随风移动，移动轨迹是颗粒物在时间和空间上位移矢量的积分（Stein 等，2015）。本文使用的初始气象场为美国国家环境预测中心的全球数据同化系统提供的小时气象要素数据。气象数据下载自NOAA官网（https：//www.ready.noaa.gov/hypubbin/trajtype.pl［2022-04-14］），其空间分辨率为0.5°×0.5°，时间分辨率为6 h。全文中的时次均为北京时。

2.4 轨迹聚类分析

轨迹聚类分析是按照气团运动轨迹的长度、速度和方向的相似性对所有轨迹进行聚类分组，能够有效判断模拟点处气团运动的主要方向。本文使用Meteoinfo 软件的Traj Sata模块，采用聚类分析中的角距离法，按照总空间相异度TSV（Total Spatial Variation）显著增加的原则对HYSPLIT 模式模拟得出的气团轨迹进行聚类，以获取沙尘输送的主要路径。

3 结果与讨论

3.1 沙尘天气过程水平监测

DST 能在无云天气下有效识别沙尘，IDDI-BK能半定量表征沙尘强度，UVAI 具有探测云下沙尘的优势。因此，本文在利用DST、IDDI-BK 获取沙尘天气的影响范围和强度特征的同时，结合了UVAI 数据来补充DST 可能存在的云下漏检沙尘信息。由于沙尘持续时间较长，本文选取了13 日至18 日每日13：45 的DST、IDDI-BK 影像和成像时间最接近13：45 的UVAI 影像进行沙尘天气的水平方向监测，结果如图2所示。

图2 3月13日至18日DST、IDDI-BK、UVAI的沙尘监测图Fig.2 Dust monitoring of DST，IDDI-BK，UVAI from March 13 to 18

13日13：45，中国北部地区仅新疆维吾尔自治区中部、内蒙古自治区西部有程度较轻的部分起沙。14日13：45，蒙古国中西部出现沙尘暴（IDDI-BK＞20），青海西北部现低强度沙尘（IDDI-BK＜15），新疆维吾尔自治区中部、内蒙古西部的沙尘范围较上一日减小。15日13：45，沙尘覆盖范围形成了一条自西向东的横向沙尘带，包含了中国新疆维吾尔自治区中部、青海西北部、甘肃中西部、内蒙古自治区中部、宁夏回族自治区、陕西北部、山西北部、河北、天津、北京以及东北地区西北部。由IDDI-BK 和UVAI 数值可知，甘肃中西部、内蒙古自治区中西部、宁夏回族自治区、陕西北部、河北、北京、天津以及东北地区西北部的沙尘达到了沙尘暴的强度。新疆维吾尔自治区中部的沙尘范围扩大，强度仍然较低。

16 日至17 日，内蒙古自治区中西部及其周边省市的强沙尘覆盖范围向西缩减，仅内蒙古自治区中西部、甘肃中部仍被强沙尘影响。16 日，河北南部、山西南部、山东、河南北部、安徽北部、湖南北部等沙尘输送下游地区出现程度较轻的天气。17 日新疆维吾尔自治区中部出现大面积沙尘暴，京津冀地区、山东北部、渤海海域有轻度沙尘天气。18 日新疆维吾尔自治区中部沙尘范围减少，内蒙古西部强沙尘减弱，山西北部、陕西北部、河北受轻度沙尘影响，沙尘天气整体趋于结束。

为了获取更全面的沙尘影响范围，本文选取了22个空气质量监测站点的每小时PM10浓度数据进行进一步分析，结果如图3 所示，内蒙古阿拉善盟、包头、锡林郭楞盟的PM10浓度峰值集中在15 日，且内蒙古阿拉善盟的PM10数值整体上大于包头、锡林郭楞盟。甘肃张掖、新疆维吾尔自治区哈密的峰值在16 日，南疆哈密的峰值出现在17 日、18 日。这表明15 日强沙尘主要集中在内蒙古中西部，16日强沙尘向西缩减至甘肃河西走廊，17日、18日新疆维吾尔自治区中部出现强沙尘。

图3 3月14日至18日PM10浓度变化Fig.3 Hourly variations of PM10 from March 14 to 18

北京、河北保定、山西太原、河南许昌的PM10浓度在15日达到峰值。陕西延安、甘肃定西、宁夏固原的高值PM10出现在16日且持续时间较长。这可能是由于中国中高纬处于平直西风环流控制，而使西北地区大气层结稳定不利于沙尘消散（杨晓军 等，2021）。南部和东北部省市的PM10峰值出现在16 日、17 日，吉林长春、江苏淮安、安徽淮南、湖北荆门的PM10峰值均大于800 µg/m3。这说明14 日至15 日的沙尘向东南输送影响了中国华中、华南、东北部分省市。

PM10数据所指示的沙尘强度和变化特征与卫星监测到的基本一致，且补充了卫星缺测的中国南部省市沙尘信息。根据卫星和PM10浓度数据所监测到的沙尘影响范围与强度的变化情况，可看出此次沙尘天气过程大致分为两个阶段：第一阶段为14 日至15 日。14 日蒙古国中部发生沙尘暴，15 日中国西北地区东北部、华北地区北部、东北地区西北部亦现沙尘暴。期间，新疆维吾尔自治区中部沙尘强度相对较低。16 日至18 日为第二阶段。此阶段强沙尘范围向西缩减，新疆维吾尔自治区中部爆发沙尘暴。沙尘向东南输送至西北地区东北部、华北地区西部、华中北部、华东北部及渤黄海近岸海域地区，其中西北地区东北部受持续时间较长的强沙尘影响。

3.2 沙尘天气过程垂向监测

在获取沙尘天气水平的动态变化后，本文利用CALIPSO VFM 数据继续分析了研究时段内大气气溶胶的垂直分布特征。图4 中15 日13、14 时的VFM 影像显示，蒙古国中东部、内蒙古中东部、河北北部的沙尘集中在1—3 km 高度。因此，中国北部大范围横向沙尘带在垂向上所在高度为1—3 km。

图4 气溶胶类型垂向分布图（0=未确定，1=清洁海洋型，2=沙尘，3=污染大陆型，4=清洁大陆型，5=污染沙尘型，6=抬升烟尘型，7=沙尘海洋型）Fig.4 Vertical distribution of various types of aerosols（0=Not Determined，1=Clean Marine，2=Dust，3=Polluted Continental/Smoke，4=Clean Continental，5=Polluted Dust，6=Elevated Smoke，7=Dusty Marine）

16 日03、04 时，大量的沙尘和少量污染沙尘分布在蒙古国中部南至内蒙古中部上空5—12 km高度。陕西至四川北部的1—4 km 高度上有沙尘和污染沙尘，四川南部与云南、贵州交接处3—5 km 高度有污染沙尘、抬升烟尘与清洁大陆型气溶胶。这说沙尘在输送过程中与人类活动产生的气溶胶混合，给下游地区带来了双重污染。16日14、15时，蒙古国中部和内蒙古自治区中部无高空沙尘，推测该处的高空沙尘已通过对流层中高层气流运动输送至其他区域。新疆维吾尔自治区中部和蒙古国中部的沙尘分布在1—3 km。值得注意的是，此时内蒙古上空仅存在少量沙尘，这表明蒙古国中部沙尘的南向输送减弱。17 日02 时、03 时，蒙古国仅北部有少量沙尘，青海上空3—10 km有稀疏的沙尘、污染沙尘。黑龙江黑河0—3 km、3—6 km分别为污染沙尘和大量沙尘气溶胶。吉林、辽宁、渤黄海沿岸海域上空3—10 km高度有大量沙尘。渤黄海沿岸海域近地面有沙尘和沙尘海洋型气溶胶。浙江沿海区域2—5 km存在沙尘和抬升烟尘型气溶胶。

综合15日至17日的VFM 影像可以得出：此次沙尘天气垂向输送高度较高，主要集中在对流层低层1—3 km 和对流层中高层3—10 km。15 日中午中国北部横向强沙尘带主要位于1—3 km 高度。16 日、17 日内蒙古自治区中部与东北地区、渤黄海近岸海域出现了对流层中高层沙尘。沙尘输送下游地区容易受到沙尘和人为污染物的混合污染。近年来中国京津风沙源治理、三北防护林建设等重点生态工程通过植被根系固沙蓄水功能取得了显著的防沙治沙效果，但生态防护工程以减少局地扬沙为主，无法拦截此次沙尘天气中悬浮于大气中的沙尘（黄麟 等，2018）。

3.3 沙尘传输路径分析

单纯依靠卫星数据无法对不同高度沙尘的来源与输送路径等关键信息做出可靠判断。因此，本文依据蒙古国及中国沙源地所在位置设置了7个沙尘源地气团前向轨迹模拟点，根据多源卫星影像和PM10数据显示的沙尘所在经纬度设置了11 个具有代表性的非沙源地后向轨迹模拟点，利用HYSPLIT 的气团前向、后向轨迹模式和轨迹聚类的方法，从沙源地起沙情况和非沙源地受哪些沙尘源区影响两方面对沙尘的移动路径进行了细致分析。因与沙尘有关的气溶胶在1—3 km 和3—10 km高度均有出现，本文将非沙尘源地后向轨迹模拟高度设置为3 km，将沙尘源地前向轨迹模拟高度设置为500 m、3 km。

3.3.1 沙尘源地前向轨迹

强风与裸露的沙尘源是造成沙尘天气的必要条件。本文通过对14 日至17 日内沙尘源地每天500 m、3000 m 高度气团的前向24 h 轨迹模拟和聚类分析，初步判断该地起沙强度以及沙尘外输的可能方向与高度。结果如图5所示，气团运动轨迹越长，说明其移动速度越快。轨迹的不同线型代表该方向轨迹聚类的不同占比，其颜色则指示着气团所处高度。

图5 沙尘源地气团前向轨迹模拟Fig.5 Forward trajectories of air masses at dust sources

14 日，强烈的蒙古气旋和强冷平流使得蒙古沙源地刮起西北大风（杨晓军 等，2021）。后向轨迹显示西北大风吹起蒙古国中西部沙尘并向中国境内输送，直接影响内蒙古、河北、山西等地。西南风将蒙古国中东部与内蒙古中部的沙尘向上扬起至对流层中高层，并向东输送影响中国东北地区西北部。15 日，不稳定层结导致沙尘通过湍流向上交换（关良 等，2021），蒙古国中西部的地表沙尘被抬升至对流层中高层后被西北气流输送至中国内蒙古自治区上空。蒙古国中东部的地表沙尘在北风作用下向内蒙古中部移动。内蒙古西部的14、15 日的500 m 气团前向轨迹表明，该处起沙风力相对较弱，沙尘主要影响本地及宁夏、陕西北部。内蒙古西部在15 日的3 km 气团前向轨迹说明，蒙古国中部的沙尘在抵达内蒙古西部后能继续向南影响陕西、山西地区。因此，VFM 影像中16 日03 时内蒙古中部及陕西北部的高空沙尘为15 日蒙古国中部高空沙尘的南下输送所致。内蒙古中东部的气团轨迹表明蒙古国高空沙尘经过内蒙古影响东北地区，内蒙古东部的部分起沙向南输送影响河北北部。新疆维吾尔自治区中部在14日至15日持续起沙，沙尘除影响本地外可能通过对流层中高层输送到内蒙古自治区西部、甘肃中部。由14、15 日的前向轨迹分析可知：造成15 日中午中国北方横向强沙尘带的沙尘主要来自蒙古国中部，大风途经的内蒙古中部沙源地应也为贡献了部分沙尘。

16 日，蒙古气旋均开始减弱并缓慢东移（关良 等，2021）。蒙古国中部起沙减弱且无南向输送，17 日起高空沙尘向东影响内蒙古中东部和东北地区。内蒙古自治区西部在16 至17 日的地表起沙逐渐减弱、仅影响本地，对流层中高层沙尘会向东输送影响河北北部。16 日至17 日新疆维吾尔自治区中部的风力增大，起沙增强。南疆沙尘向上扬起并通过对流层中高层向东输送影响甘肃中部、内蒙古自治区西部、蒙古国西南部。16 日至17 日青海北部地表沙尘被抬升，部分向东输送至甘肃、内蒙古自治区西部。因此，17 日VFM 影像中东北地区的高空沙尘来自蒙古国中部，青海地区的高空沙尘则源于本地。16 日、17 日的前向轨迹分析表明：在此阶段蒙古国起沙减弱且无南向输送，16 日至18 日的沙尘应主要源自新疆维吾尔自治区中部、内蒙古中西部，蒙古国中部仅贡献了部分对流层中高层沙尘。

3.3.2 非沙尘源地后向轨迹

卫星影像和PM10浓度数据均显示中国中南部省市以及渤黄海近岸海域等距沙源地较远地区也受到了沙尘天气的影响，但仅通过沙源地气团前向轨迹分析无法推测其沙尘源自何处。所以本文对11个非沙尘源地在14日14时至15日14时、15日14 时至16 日14 时、16 日14 时至17 日14 时的3 km高度气团进行了后向24 h 轨迹的模拟及聚类，结果如图6所示。

图6 非沙尘源地气团后向轨迹模拟Fig.6 Backward trajectories of air masses in non-dust-source regions

根据14 日14 时至15 日14 时的后向轨迹可知，沙尘自蒙古国中部南下，经内蒙古自治区中部影响北京、河北北部以及东北地区西北部。新疆维吾尔自治区中部的沙尘向东经甘肃河西走廊或经内蒙古自治区西部沙尘源区向南至陕西南部。这与沙尘源地前向轨迹分析结果一致。河南、黄海的后向轨迹表明内蒙古西部上空的沙尘应向东经陕西、山西而影响河南，向东经陕西、山东到达黄海。浙江的后向轨迹表明山东、江苏的沙尘能继续向南影响浙江。

15 日14 时至16 日14 时的后向轨迹显示，蒙古国中部对流层中高层沙尘向东南输送至京津冀地区、吉林和黄海近岸海域上空。内蒙古西部的沙尘向东南输送经宁夏、陕西、山西后向河南、湖北、江苏等华东、华中地区输送。宁夏上空的对流层中高空沙尘向南抵达四川北部。从16 日14 时至17 日14 时的后向轨迹可以得出，华北、华中、华东地区受偏南风影响出现沙尘回流现象。卫星影像在17 日中午监测到的河北中部的轻度沙尘应为西南风作用下回流的沙尘（关良 等，2021）。

总结前向、后向轨迹分析可知：14、15 日的沙尘主要来自蒙古国中部。在16 日至18 日，蒙古国中部沙尘南输减弱，新疆维吾尔自治区中部和内蒙古西部经过前两日的起沙积累贡献了影响此阶段的大部分沙尘。沙尘的传输路径主要分为3 支：西北路为自蒙古国中东部向东，经内蒙古中东部，影响东北地区北部；北路为自蒙古国中部向南经内蒙古中西部后、或自内蒙古中西部，向南输送至华北、西北地区东北部后，继续向东南移动至华中北部、华东北部、渤黄海近岸海域；西路为自新疆维吾尔自治区中部向东至内蒙古西、甘肃中部、宁夏后向东南扩散。

4 结论

2021 年3 月中旬的沙尘天气具有时间长、范围广、强度高的特点。本文将卫星数据和PM10数据相结合，对沙尘天气过程进行了水平、垂直两个方向的动态监测，并通过HYSPLIT 前向、后向轨迹聚类分析了沙尘的来源与传输路径，主要得出以下结论：

（1）此次沙尘天气过程可以分为两个阶段，第一阶段为14日至15日。14日、15日蒙古国中部强烈起沙，中国内蒙古自治区中西部、甘肃中部、宁夏、陕西北部、陕西北部、河北以及吉林、辽宁西北部、黑龙江西北部出现沙尘暴天气。第二阶段为16 日至18 日。此阶段内中国北部强沙尘覆盖范围向西缩减，仅内蒙古自治区西部与甘肃中部的强沙尘天气仍在持续。新疆维吾尔自治区中部现大面积沙尘暴。华中、华东部分省市及渤黄海海域受到沙尘东南输送的影响。18 日沙尘天气趋于结束。

（2）此次沙尘天气的沙源地复杂，蒙古国中部是造成中国14 日、15 日北部地区强沙尘天气的主要沙尘源地，中国新疆维吾尔自治区中部、内蒙古中西部则对16 日至18 日的沙尘贡献更多。沙尘的传输路径主要分为西北路、西路、北路3 支，对中国20 个省市和渤黄海近岸海域造成影响。沙尘输送下游地区出现的沙尘混合污染和沙尘回流现象要求我们在沙尘天气监测工作中还应密切监测下游地区的受影响状况。

（3）沙尘天气在垂向上包含了对流层低层（1—3 km）、对流层中高层（3—10 km）的沙尘输送。中国“三北防护林”等生态建设工程无法拦截悬浮在大气的沙尘，加强和蒙古国的风沙灾害防治国际合作尤为必要。

HYSPLIT模式主要从气流运动角度体现沙尘传输路径，没有考虑不同沙尘源地的地表起沙活跃程度的差异性，无法定量比较不同沙源地的贡献。因此今后将从多源遥感数据与WRF、CMAQ等耦合沙尘起沙模块的数值模式相结合入手（Ma 等，2019），提高沙尘天气的监测准确度和预报水平。

志 谢感谢国家自然科学基金委员“中国西部环境与生态科学数据中心（http：//westdc.westgis.ac.cn）提供的沙地类型数据，感谢天津科技大学研究生科研创新项目的支持。