沙尘暴是我国常见的自然气象灾害，具有突发性强、影响范围广等特点，给农业生产、交通运输、空气质量等造成严重灾害，影响了人民群众正常的生活生产。今年春季我国沙尘天气频发。研究发现，蒙古国沙尘跨境输送是影响我国沙尘天气的重要源地，对我国沙尘浓度的贡献已远超我国境内最大沙源塔克拉玛干沙漠。

　　5月11日，兰州大学大气科学学院黄建平院士团队在Advances in Atmospheric Sciences发表题为“2023年3-4月蒙古国对我国北方沙尘浓度贡献超过42%”的研究论文，研究指出蒙古国沙尘席卷我国北方，是影响我国北方空气质量的罪魁祸首，对我国北方沙尘浓度贡献超过了42%。

　　随着2月下旬蒙古高原气温上升、降水减少和裸露地表持续干燥，近地表沙尘气溶胶在强风作用下极易扬起。在强烈偏北风的作用下，沙尘一路向南席卷并影响其下游地区。其中，冷锋和蒙古气旋给沙尘起沙及其跨境传输提供了便利天气条件。此后，随着西伯利亚冷空气南下、近地表风速迅速增强，沙尘事件得到迅猛发展，来自蒙古国的跨境沙尘逐渐漫卷了我国北方大部分地区。

　　蒙古国对我国北方沙尘浓度的贡献到底有多大？基于耦合了动态沙源的数值模式，HYSPLIT模型以及轨迹聚类方法，我们详细量化了今年3月初至4月底蒙古国对我国北方沙尘浓度的贡献。研究表明，在我国北方发生的沙尘事件中，有4次主要源自塔克拉玛干沙漠，5次主要源自蒙古国。蒙古国对我国今春沙尘的总贡献达到了42%。

　　作者进一步把工作延伸到了蒙古国跨境沙尘的精确化预报，利用机器学习方法，将全国环境监测数据、气象观测数据、卫星遥感观测数据以及WRF-Chem数值模式模拟作为订正模型数据输入，构建了基于梯度提升回归方法的模式订正方法，并有效提高了沙尘天气中PM₁₀等关键指标的预报准确率。

　　本研究为了解蒙古国跨境沙尘对中国北方的影响提供了重要证据，也有助于我们更好地了解跨境沙尘的发生规律以及特点，为沙尘防治提供了科学依据。

　　兰州大学大气科学学院陈思宇教授为论文第一作者，黄建平院士为论文通讯作者。该研究受国家自然科学基金委气象联合基金重点支持项目“蒙古跨境沙尘灾害天气的智能识别与精细化研究”(U2242209)以及国家自然科学面上基金“我国北方半干旱区农田土壤风蚀起沙特征及参数化”(42175106)资助。

图1: 2023年春季我国北方地面观测站点PM₁₀浓度分布及时间序列。

(a)-(d)为中国北方2023年3月10日、3月15日、3月22日地面观测站的PM₁₀浓度（单位：μg m^-3）的分布特征。(e)为2023年2月19日至4月28日，中国北方3个主要受沙尘暴影响城市（BJ：北京；Hohhot：呼和浩特；LZ：兰州）PM₁₀浓度时间序列。其中，红圈代表了自2023年2月以来中国沙尘事件发生次数。由于第一次沙尘事件发生在1月份，因此图中的数字标识从2开始。

图2: 我国北方2023年春季沙尘来源与传输。

(a)-(k)分别为中国北方2023年3月1日至4月30日、3月7日、3月9日至11日、3月12日至15日、3月19日至24日、4月3日至4日、4月9日至11日、4月12日至15日、4月18日至21日、4月25日和4月27日至29日的基于HYSPLIT得到的后向轨迹特征（彩色线表示气流轨迹，数字表示气流轨迹的百分比）和利用WCWT(CWT校正后的浓度加权值）分析得到的沙尘浓度贡献（单位：μg  kg^-1，填色表示其他各地区对中国北方沙尘浓度的贡献）。

图3: 机器学习订正方法实验效果图。

(a)不同方法预报的3月9日至11日兰州(36.4789°N, 103.6975°E) PM₁₀浓度曲线；(b)3月14日23:00地面观测PM₁₀浓度空间分布(单位：μg m^-3)；(c)3月14日23:00机器学习订正的PM10浓度空间分布(单位：μg m^-3)；(d)3月份沙尘事件PM₁₀观测值与机器学习订正值散点分布图。

　　论文引用：

　　Chen, S. Y., and Coauthors, 2023: Mongolia Contributed More Than 42% of the Dust Concentrations in Northern China in March and April, 2023, Adv. Atmos. Sci., doi: 10.1007/s00376-023-3062-1.

　　本文链接：

　　http://www.iapjournals.ac.cn/aas/en/article/doi/10.1007/s00376-023-3062-1