2021年春季，在华北地区已经消失了十几年的强沙尘暴再次出现。
——3月14-17日，强沙尘暴天气影响范围超过380万平方公里，北京部分站点的PM10浓度超过7000微克/立方米，能见度仅有几百米，给人民生活、交通运输和生态环境带来了严重的威胁。
气候系统预测基础科学中心（CCSP/NSFC）王会军院士团队在《National Science Review》（5 year IF=17.584）发表题为“Why super sandstorm 2021 in North China？”的研究论文，对此次华北超级沙尘暴的天气-气候成因进行揭秘。论文作者包括我院王会军院士（通讯作者）、尹志聪教授（第一作者）以及研究生万羽、张艺佳。
北极海冰的变化能够驱动大气环流异常来影响欧亚的冬春季气候。对观测资料和CMIP6数据进行SVD分析，发现11-12月偏少的巴伦支海和喀拉海海冰（BKSI）能够引起局地位势高度增加和乌拉尔阻高及东亚大槽的增强，伴随的异常北风将极地的冷空气向南输送从而导致蒙古国（沙源地）前冬温度降低；而1-2月的正海冰异常引起大尺度环流的纬向分布，冷空气被限制在西西伯利亚及东欧平原无法移动，蒙古国处于异常高压控制下，后冬温度升高。除了北极海冰异常外，9-11月的拉尼娜和11-1月的西北大西洋正海温异常也是相关的前期强迫因子。拉尼娜事件发生后，东亚冬季风显著增强，蒙古国周围水汽通量易辐散，会造成降水的减少。而西北大西洋海温升高，会通过激发罗斯贝波列来引起极涡减弱和乌拉尔阻高的增强，从而加强东亚冬季风导致蒙古国冬季降水的减少。
前期气候强迫因子影响2020/21年沙源地气候异常的示意图：北极海冰异常逆转导致沙源地前冷后暖，东太平洋冷海温和西北大西洋暖海温导致沙源地降水偏少
在前冬期间，沙源地的大气温度（SAT）和土壤温度持续偏低（1979年以来最低）。与此相反，在后冬期间，SAT和土壤温度都持续偏高（1979年以来最高）。在前、后冬，沙源地的SAT异常值（相对于近10年平均）分别为-3.9℃和4.1℃。前期低温会导致更深的冻土层，后期温度升高，土壤解冻后失墒较快，土质变得更加疏松。同时，整个冬季沙源地降水偏少，为10年内第二少。后冬融雪偏强，这不仅不能抵消降水不足和强烈地面蒸发导致的土壤干化，又使地表变得更为裸露。同时，地面植被覆盖情况也达到1979年来最差，一遇大风，浮尘就会随风而起，极易产生沙尘或沙尘暴。
1979/80-2020/21年影响华北沙尘天气的气候和天气因子（标准化后）。黑点表示2011/12-2019/20年数值，红色三角形表示2020/2021年数值。H和L代表因子在2011/12-2020/21年的排序。
3月14日，近10年来最强的蒙古气旋生成，并在随后几天继续发展加强。西风动量下传使地面风速急剧增大，沙源地风速达到25m/s，从而扰动了干燥松散的地表沙尘颗粒。随后，气旋前的上升气流将沙尘颗粒抬升至对流层。随着蒙古气旋的移动加强，冷平流携带了大量的沙土颗粒向华北地区移动。到了3月15日09时，对流层西风动量向下输送到地面，造成地面的强阵风，北京地区风速达到15m/s，在华北区发生超级沙尘暴天气。
与沙尘抬升和传输有关的大气环流和气象条件。（a）3月14日12时，23时和15日09时的500hPa位势高度（等值线）、850hPa风场（箭头）、海平面气压场（阴影）和K指数（白点）。（b）沿沙尘路径（图a绿线）的垂直剖面图：垂直速度（阴影）、西风动量下传（虚线）和10米阵风（绿色数字）
王会军院士指出不同圈层的（如大气/海洋/陆地/冰冻圈等）、不同时间尺度的（季节内/季节/年际/年代际时间尺度等）、不同种类的极端天气气候事件（如春季强沙尘暴与冬季寒潮、暖潮）之间存在紧密的联系；人类活动也对极端天气气候事件产生了显著影响。这都在很大程度上加大了气候预测的难度，使之成为地球科学领域一项真正的挑战。
为了深入理解气候的可预测性、改进气候预测，在国家自然科学基金基础科学中心项目的资助下，气候系统预测研究中心（CCSP）聚焦与气候预测紧密相联的三个重要科学难题：ENSO动力学及预测、延伸期天气预报、年际-年代际气候预测。对这些科学问题取得关键性突破有助于显著提高气候预测水平，从而为气象灾害防御、生态文明的可持续发展、气候变化应对提供重要科技支撑。
CCSP研究工作框架(Wang et.al., 2021, https://doi.org/10.1016/j.aosl.2021.100115)
相关论文链接：
Yin, Z. C., Wan, Y., Zhang, Y. J., Wang, H. J.#, 2021. Why super sandstorm 2021 in North China, National Science Review, https://doi.org/10.1093/nsr/nwab165
Wang,H.#, Dai,Y., Yang,S., Li, T., Luo, J., Sun, B., Duan, M., Ma, J., Yin, Z., and Huang, Y., 2021. Predicting climate anomalies: a real challenge. Atmospheric and Oceanic Science Letters, https://doi.org/10.1016/j.aosl.2021.100115
Zhang, Y. J., Yin, Z. C.#, Wang, H. J., He S. P., 2021. 2020/21 Record-breaking Cold Waves in East of China Enhanced by the “Warm Arctic-Cold Siberia” Pattern, Environmental Research Letters, https://doi.org/10.1088/1748-9326/ac1f46