沙尘气溶胶作为气溶胶的重要组成部分，不仅能够通过散射和吸收太阳辐射直接影响地球辐射收支系统^［1］，大量存在时还可能改变大气气溶胶及云和降水的物理化学特性。沙尘被送入高空后随风飘移，不仅对源地，而且通过远距离输送对下游广大地区的生态系统、大气环境等产生重大影响。据估算，每年大约有600 Tg的东亚沙尘释放到大气中，约30%重新沉降到沙尘源区，20%传输到中国内陆地区，30%远达数千甚至上万千米以上，直至北太平洋和北美洲西部等^［2-5］。因此，近年国内科学家对东亚沙尘展开全面、深入研究，主要包括东亚沙尘气溶胶时空变化及垂直结构特征^［6-10］、远距离输送特征及路径^［11-18］、辐射强迫及温度响应特征^［19-20］等方面。

塔克拉玛干沙漠和戈壁沙漠是东亚地区两个最主要的沙尘源区。塔克拉玛干沙漠是世界第二大流动沙漠，系暖温带干旱沙漠，位于昆仑山脉以北的塔里木盆地中央，三面为高山环绕，北邻天山山脉，西邻帕米尔高原，东西长约1 000 km，南北宽为400 km，年平均降水量不超过100 mm，最低只有4~5 mm，而年平均蒸发量2 500~3 400 mm，植被、动物极端稀少。戈壁沙漠是世界上最北面的沙漠，位于中国和蒙古国之间，北抵阿尔泰山和杭爱山，东接大兴安岭西缘，南至阿尔金山、北山和阴山，西达天山东部，覆盖了中国河西走廊、中国内蒙古中西部、蒙古国南部戈壁沙漠以及蒙古国中部戈壁沙漠-草原过渡带等地区^［9］，温度较低且变化剧烈，地表干燥，年降水量一般少于250 mm，风沙活动频繁，且常年风速较大。

研究表明^{［3，9，21］}，塔克拉玛干沙漠和戈壁沙漠沙尘发生呈季节性分布，且主要在春季。其中，塔克拉玛干沙漠沙尘频发但以扬沙为主，戈壁沙漠沙尘发生频率偏少但偏强。中蒙地区沙尘暴主要出现在春季午后至傍晚间，丰富的沙源、强风和不稳定的大气层结是形成沙尘暴的主要因子，且低压冷锋和低压为主要环流特征^［22］；中国西北地区特强沙尘暴天气事件春季居多，通常出现于沙尘源区及源区附近，且多发生在下午到傍晚时段，典型特征为突发性、局地性，持续时间相对较短^［23］。

塔克拉玛干沙漠和戈壁沙漠春季沙尘暴事件发生频率的时空特征以及对应气溶胶光学厚度、沙尘排放量、干湿沉降量有何差异和造成这些差异的环流形势、气候因素有何不同成为亟须解决的科学问题。本文将结合NOAA（National Oceanic and Atmospheric Administration） NCEI（National Centers for Environmental Information）站点能见度资料、MERRA-2（Modern-Era Retrospective Analysis for Research and Applications version 2）气溶胶以及ECMWF ERA5（European Centre for Medium-Range Weather Forecasts ERA5）再分析资料，全面分析和对比2007—2021年塔克拉玛干沙漠和戈壁沙漠春季沙尘暴事件发生频率的时空特征，气溶胶光学厚度、沙尘排放量、沙尘干湿沉降量空间分布，以及产生这种差异的气象影响因子和环流背景。

能见度资料来自NOAA NCEI每小时观测数据（https：//www.ncei.noaa.gov/maps/daily/），共66个站点，其中塔克拉玛干沙漠21个站点、戈壁沙漠45个站点（图1），时间段为2007—2021年春季，用于选取沙尘暴事件。其他资料包括同期ECMWF ERA5的3 h一次、水平分辨率为0.25°×0.25°的大气环流资料（包括海平面气压、2 m高度温度、10 m高度风速及500 hPa位势高度、温度、风速）（https：//cds.climate.copernicus.eu/#！/search？text=ERA5&type=dataset），主要用于分析沙尘暴事件的环流背景和气象影响因子。除此之外，还包括同期MERRA-2的3 h一次、水平分辨率为0.5°×0.625°的气溶胶光学厚度、沙尘排放量和干湿沉降量资料（https：//disc.gsfc.nasa.gov/datasets？page=1&subject=Aerosols），用于分析其时空变化特征，该资料的适用性已有学者^{［18，24-27］}证实。

根据GB/T 20480—2017《沙尘天气等级》^［28］，当风（≥5.5 m·s^-1）将地面沙粒和尘土吹起，使空气很混浊且水平能见度<1 km的天气现象为沙尘暴；使空气非常混浊且水平能见度<500 m的天气现象为强沙尘暴；使空气特别混浊且水平能见度<50 m的天气现象为特强沙尘暴。如果在同一次天气过程中，相邻3个或3个以上站点在同一观测时次出现成片的沙尘暴、强沙尘暴或特强沙尘暴分别定义为区域性沙尘暴天气、区域性强沙尘暴天气或区域性特强沙尘暴天气。本文在研究过程中，将沙尘暴以上天气统称为沙尘暴天气。

某测站一日8个时次只要有一个时次出现沙尘暴、强沙尘暴或特强沙尘暴，则该站记有一个沙尘暴日；某区域一日8个时次只要有一个时次相邻3个或3个以上站点出现沙尘暴、强沙尘暴或特强沙尘暴天气，则该区域记有一次沙尘暴事件。

利用上述统计方法，2007—2021年塔克拉玛干沙漠春季发生22次沙尘暴事件，戈壁沙漠春季发生30次沙尘暴事件。

基于2007—2019年《沙尘天气年鉴》和《大气环境气象公报（2020年）》^［29］验证上述遴选得到的发生在中国境内的沙尘暴事件。可以发现，发生在塔克拉玛干沙漠的22个沙尘暴事件在2007—2019年《沙尘天气年鉴》和《大气环境气象公报（2020年）》中95%以上有记录，沙尘天气过程与其具有较好的一致性。

从年角度看，塔克拉玛干沙漠地区沙尘气溶胶分布在整个区域，沙尘排放量主要分布在沙漠中东部，沙尘干湿沉降量主要分布在沙漠边缘。戈壁沙漠地区沙尘气溶胶主要分布在沙漠西南部；沙尘排放量主要分布在中国内蒙古西部，其次是蒙古国中南部；沙尘干湿沉降量主要分布在中国内蒙古西部（图2）。从季节角度看，塔克拉玛干沙漠和戈壁沙漠地区的AOD以春季最强，其次为夏季，最弱为冬季。塔克拉玛干沙漠地区不同季节的AOD分布在整个区域、沙尘排放量主要分布在沙漠中东部，戈壁沙漠地区不同季节的AOD主要分布在沙漠西南部、沙尘排放量主要分布在中国内蒙古西部，其次为蒙古国中南部，两地区均以春季最强，其次为夏季；两地区的干湿沉降量均以夏季为主，最强区域分别位于塔克拉玛干沙漠周边和甘肃一带，其次为春季（图3~5）。

从塔克拉玛干沙漠和戈壁沙漠地区2007—2021年春季沙尘暴天气发生频次空间分布看，塔克拉玛干沙漠的沙尘暴多发生在沙漠中部，频次中心位于沙漠中东部；戈壁沙漠的沙尘暴多发生在中国内蒙古中西部及蒙古国中南部，频次中心分别位于中国内蒙古西部和蒙古国中南部，但频次强度弱于塔克拉玛干沙漠地区（图6）。

沙尘暴事件下，塔克拉玛干沙漠地区的AOD正距平区域（图7A1）基本为整个沙漠区域，正距平中心位于沙漠中西部，其次为中东部，均通过95%的显著性检验；沙尘排放量的正距平中心（图7A2）位于沙漠中东部；沙尘干湿沉降量的正距平中心（图7A3）位于沙漠西北部，其次为中东部，其中西北部以湿沉降为主，中东部以干沉降为主。戈壁沙漠地区的AOD正距平区域（图7B1）为沙漠东南部，正距平中心位于中国内蒙古西部，通过95%的显著性检验；沙尘排放量的正距平中心（图7B2）位于中国内蒙古西部和蒙古国中南部，沙尘干湿沉降量的正距平中心（图7B3）位于中国和蒙古国东部交界线区域。结合图6发现，春季沙尘暴事件下，戈壁沙漠地区的沙尘排放量正距平中心和沙尘暴频次中心较一致，位于中国内蒙古西部和蒙古国中南部；塔克拉玛干沙漠地区的沙尘排放量正距平中心和沙尘频次中心较一致，位于塔克拉玛干沙漠中东部。

塔克拉玛干沙漠春季沙尘暴事件的发生，主要受东西向地面冷锋（图8A）和高空脊前（图9A）天气系统的影响。地面海平面气压场（图8A）上，巴尔喀什湖以北的西西伯利亚受地面冷高压控制，塔克拉玛干沙漠南部受弱低压控制，锋面前部的热低压和后部强冷高压之间形成北高南低的气压形势，在塔克拉玛干沙漠地区形成东西向冷锋，有利于冷空气进入塔克拉玛干沙漠地区；500 hPa高度距平场（图9A）上欧亚地区上空高度场异常从西到东呈“+ - +”的分布，亚洲东部中高纬度地区总体呈西低东高形势，东欧平原至乌拉尔山为正高度距平控制，巴尔喀什湖以东至贝加尔湖为负高度距平控制，塔克拉玛干沙漠地区位于负距平区域。在这种环流分布下，塔克拉玛干沙漠地区冷空气活动偏强。

戈壁沙漠春季沙尘暴事件的发生，主要受南北向地面冷锋（图8B）和高空槽（图9B）天气系统的影响。地面海平面气压场（图8B）上，贝加尔湖以西的西西伯利亚至青藏高原受地面冷高压控制，贝加尔湖以东的东亚地区受蒙古气旋控制，锋面前部的热低压和后部强冷高压之间形成西高东低的气压形势，在戈壁沙漠中部形成南北向冷锋，有利于冷空气进入戈壁沙漠中南部地区；500 hPa高度距平场（图9B）上亚洲东部低纬到高纬地区上空高度场异常呈“- + -”的分布，贝加尔湖地区为负距平中心，戈壁沙漠以南区域为正距平中心，有利于冷空气在中国内蒙古和蒙古国等地活动且聚集。

塔克拉玛干沙漠和戈壁沙漠地区前冬降水量对翌年春季沙尘暴事件的发生具有一定影响，塔克拉玛干沙漠呈负相关，相关系数为-0.42，通过90%的显著性检验；戈壁沙漠呈正相关，相关系数为0.014（图10）。塔克拉玛干沙漠地区的沙尘暴事件与地面温度呈显著正相关，相关系数为0.42，通过90%的显著性检验；戈壁沙漠地区的沙尘暴事件与当地地面温度呈负相关，相关系数为-0.2（图11）。

2007—2021年，塔克拉玛干沙漠地区年AOD、季AOD、沙尘排放量和干湿沉降量均强于戈壁沙漠地区，且两地区的AOD和沙尘排放量均以春季为主，其次为夏季，最弱为冬季，沙尘干湿沉降量均以夏季为主；塔克拉玛干沙漠地区各季节AOD分布在整个沙漠区域，沙尘排放量主要分布在沙漠中东部；戈壁沙漠地区各季节AOD主要分布在沙漠的西南部，沙尘排放量主要分布在中国内蒙古西部，其次是蒙古国中南部。

2007—2021年春季，塔克拉玛干沙漠沙尘暴频次远多于戈壁沙漠，多发生在塔克拉玛干沙漠中部，频次中心位于沙漠中东部，戈壁沙漠的频次中心位于中国内蒙古西部和蒙古国中南部。沙尘暴事件下，戈壁沙漠地区AOD、沙尘排放量正距平中心强度相比于塔克拉玛干沙漠均较弱。戈壁沙漠地区的沙尘排放量正距平中心和沙尘暴频次中心较一致，位于中国内蒙古西部和蒙古国中南部；塔克拉玛干沙漠地区的沙尘排放量正距平中心和沙尘暴频次中心较一致，位于塔克拉玛干沙漠中东部。

春季沙尘暴事件下，塔克拉玛干沙漠主要影响系统是东西向地面冷锋，500 hPa高度距平场上亚洲东部中高纬度地区总体呈西低东高形势，有利于冷空气在塔克拉玛干沙漠地区活动；戈壁沙漠主要影响系统是南北向地面冷锋系统，500 hPa高度距平场上亚洲东部低纬到高纬地区上空高度场异常，呈“- + -”的分布，贝加尔湖地区为负距平中心，戈壁沙漠以南区域为正距平中心，有利于冷空气在中国内蒙古和蒙古国等地活动且聚集。

戈壁沙漠春季沙尘暴事件的发生与当地前冬降水量呈正相关、与地面温度呈负相关，相关系数分别为0.014、-0.2；塔克拉玛干沙漠春季沙尘暴事件的发生与当地前冬降水量呈显著负相关、与地面温度呈显著正相关，相关系数分别为-0.42、0.42，通过90%的显著性检验。即塔克拉玛干沙漠春季沙尘暴发生多少受当地前冬降水量、地面温度影响较大。

需要指出的是，本文仅仅是依据2007—2021年NOAA NCEI能见度和MERRA-2资料分析的结果，发现中国境内年、季AOD与其沙尘排放量空间范围基本重合，但蒙古国境内年、季AOD与其沙尘排放量空间分布存在差异，同时，戈壁沙漠地区中国内蒙古西部沙尘暴事件强于蒙古国南部，与刘冲等^［30］研究结果存在一定差异。本文对此差异并未开展探讨，今后有待深入研究。