張煥平　張占峰　金惠瑛等

摘要 利用1961～2010年柴達(dá)木盆地10個(gè)氣象站觀測(cè)資料，采用氣候統(tǒng)計(jì)學(xué)方法，對(duì)沙塵天氣變化特征及與氣象要素的關(guān)系進(jìn)行分析。結(jié)果表明，近50年柴達(dá)木盆地?fù)P沙、浮塵、沙塵暴日數(shù)均呈顯著減少的趨勢(shì)，4月為揚(yáng)沙、浮塵、沙塵暴出現(xiàn)次數(shù)最多的月份；沙塵天氣均表現(xiàn)為春季>夏季>冬季>秋季的氣候特征；沙塵天氣與大風(fēng)、降水呈正相關(guān)，與大風(fēng)的相關(guān)性明顯，與降水的相關(guān)性不明顯；四季氣溫與沙塵天氣呈不顯著的負(fù)相關(guān)?？梢?jiàn)大風(fēng)日數(shù)的減少是沙塵天氣減少的主要原因，降水增加和氣溫升高對(duì)沙塵天氣的發(fā)生也起一定抑制作用。

關(guān)鍵詞 沙塵天氣；氣象要素；氣候特征；柴達(dá)木盆地；關(guān)系

中圖分類(lèi)號(hào) S424 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 0517-6611（2014）05-01382-03

Abstract By using 10 stations meteorological data from 1991 to 2010 in Qaidam Basi， the correlation between climate feature and atmospheric elements of dust storm was analyzed with . climatic statistics method. The results show that the days of blowing dust， floating dust， and sand storm are reduced remarkable in recent 50 years； the April is the high period of appearance of blowing dust， floating dust， and sand storm； the occurrence frequency of sand storm is spring>summer>winter>autumn； positive correlation is existed between the sand storm weather and strong wind and precipitation. The former is obvious and the latter is not remarkable； not obvious negative correlation was found between sand storm and temperature. The decrease of windy days is the main reason of decrease of sand storm weather； the increased precipitation and rising temperature play a certain inhibiting effect on dust storm.

Key words Sand storm； Meteorological element； Climate feature； Qaida Basin； Relationship

沙塵天氣是典型的災(zāi)害性天氣現(xiàn)象，沙塵天氣分為浮塵、揚(yáng)沙、沙塵暴3個(gè)等級(jí)[1]，浮塵是指塵土、細(xì)沙均勻地浮游在空中，使水平能見(jiàn)度<10 km的天氣現(xiàn)象；揚(yáng)沙是指風(fēng)將地面塵沙吹起，使空氣相當(dāng)混濁，水平能見(jiàn)度在1～10 km之間的天氣現(xiàn)象；沙塵暴天氣是指強(qiáng)風(fēng)把地面大量沙塵卷入空中，使空氣相當(dāng)混濁、水平能見(jiàn)度<1 km的天氣現(xiàn)象[2]。沙塵天氣是風(fēng)與沙相互作用引起的，具有很強(qiáng)的破壞力，可以造成大氣污染、表土遷移、農(nóng)業(yè)減產(chǎn)、人畜傷亡等嚴(yán)重后果，是我國(guó)影響范圍極大的災(zāi)害性天氣，也是生態(tài)環(huán)境惡化的重要標(biāo)志之一。柴達(dá)木盆地地處青海省西北部（90.16°～99.16° E、35.00°～39.20°N），面積為25.72萬(wàn)km2，每年春季，風(fēng)多勢(shì)強(qiáng)，空氣濕度小，降水少于100 mm，盆地西北部少于20 mm，加之植被稀少，多荒漠，是我國(guó)海拔最高的內(nèi)陸盆地；盆地常受大風(fēng)沙暴侵襲，給農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)造成了一定危害。

柴達(dá)木盆地屬于干旱半干旱地區(qū)，不僅是青海省沙塵天氣的主要發(fā)生區(qū)，也是我國(guó)沙塵天氣的多發(fā)地區(qū)之一。

近年來(lái)許多學(xué)者對(duì)青海省沙塵暴進(jìn)行了研究，并取得了一些成果[3-5]，但對(duì)柴達(dá)木盆地沙塵天氣沒(méi)有做過(guò)系統(tǒng)的分析，該研究利用1961～2010年柴達(dá)木盆地10個(gè)氣象站浮塵日數(shù)、揚(yáng)沙日數(shù)以及沙塵暴日數(shù)觀測(cè)資料，分析沙塵天氣的氣候特征，以揭示其區(qū)域分布特點(diǎn)，探討其變化的主要原因，并研究沙塵天氣與氣象要素的關(guān)系，以期為改善柴達(dá)木盆地農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害的發(fā)生等提供科學(xué)依據(jù)。

1 資料與方法

1.1 資料來(lái)源

所有觀測(cè)資料均來(lái)源于青海省氣象信息中心。由于柴達(dá)木盆地各站觀測(cè)資料時(shí)間序列不同，本著既考慮資料的均一性和序列長(zhǎng)度，又盡可能反映柴達(dá)木盆地沙塵天氣變化事實(shí)的原則，在此選取資料年限在50年以上的茫崖、格爾木、諾木洪、都蘭、茶卡、冷湖、大柴旦、德令哈、天峻、小灶火10個(gè)氣象站1961～2010年的氣象資料，建立季、年揚(yáng)沙、浮塵及沙塵暴日數(shù)的時(shí)間序列；對(duì)諾木洪、茫崖兩站通過(guò)差值法進(jìn)行訂正，以保證資料的連續(xù)性。沙塵天氣日數(shù)的日界確定為20：00，當(dāng)某一次浮塵、揚(yáng)沙或沙塵暴過(guò)程跨越20：00時(shí)，按2個(gè)出現(xiàn)日計(jì)算；當(dāng)某一日浮塵、揚(yáng)沙或沙塵暴過(guò)程出現(xiàn)2次或以上時(shí)，按1個(gè)出現(xiàn)日計(jì)算。

1.2 研究方法

利用各站1961～2010年歷年沙塵日數(shù)資料，按12月～翌年2月為冬季、3～5月為春季、6～8月為夏季、9～11月為秋季生成年、季浮塵日數(shù)、揚(yáng)沙日數(shù)和沙塵暴日數(shù)的時(shí)間序列，采用氣候統(tǒng)計(jì)學(xué)分析方法[6]得到50年的平均月、季、年沙塵日數(shù)，通過(guò)計(jì)算趨勢(shì)系數(shù)和變化速率，來(lái)表示沙塵日數(shù)隨時(shí)間變化趨勢(shì)的性質(zhì)和幅度。

2 結(jié)果與分析

2.1 沙塵天氣的變化特征

2.1.1 月變化。分析1961～2010年柴達(dá)木盆地沙塵天氣的月變化（圖1）可見(jiàn)，盆地4月為揚(yáng)沙、浮塵、沙塵暴出現(xiàn)次數(shù)最多的月份，分別出現(xiàn)了138、151、62 d，分別占全年總天數(shù)的20%、25%、22%；沙塵暴9、10月出現(xiàn)次數(shù)最少，浮塵10、11月出現(xiàn)次數(shù)最少，揚(yáng)沙12月出現(xiàn)次數(shù)最少，柴達(dá)木盆地沙塵天氣的月際變化趨勢(shì)與我國(guó)沙塵天氣的月際變化趨勢(shì)一致[7]。

2.1.2 季變化。

分析柴達(dá)木盆地沙塵天氣的季節(jié)變化規(guī)律（表1）可知，近50年春季揚(yáng)沙、浮塵、沙塵暴日數(shù)分別為362、366、157 d，分別占1961～2010年總次數(shù)的51%、60%、55%；其次是夏季，揚(yáng)沙、浮塵、沙塵暴日數(shù)分別為162、122、55 d，分別占全年總次數(shù)的23%、20%、19%；在冬季，揚(yáng)沙、浮塵、沙塵暴日數(shù)分別為108、87、50 d，分別占全年總次數(shù)的15%、14%、18%；秋季是揚(yáng)沙、浮塵、沙塵暴出現(xiàn)最少的季節(jié)，分別為71、36、22 d，僅占全年總次數(shù)的10%、6%和8%。沙塵天氣全部表現(xiàn)為春季>夏季>冬季>秋季的氣候特征。

以上分析說(shuō)明柴達(dá)木盆地沙塵天氣一年四季均可發(fā)生，且具有十分明顯的季節(jié)變化特征。春季是沙塵天氣出現(xiàn)次數(shù)最多的季節(jié)，其主要原因一是春季到來(lái)之后，氣溫回升迅速，土壤解凍，由于下墊面性質(zhì)的差異，使地面受熱不均勻，形成大氣層結(jié)不穩(wěn)定，易導(dǎo)致中小尺度系統(tǒng)的發(fā)展，如有冷空氣的配合，可形成強(qiáng)烈發(fā)展的氣旋，有利于沙塵天氣的形成和發(fā)展；另外春季降水較少，蒸發(fā)量大，地表土層干燥、疏松且植被尚未返青，因此，土壤易被風(fēng)卷起形成沙塵天氣。夏季沙塵天氣所占比例位于第二，雖然夏季大多是單站沙塵的發(fā)生，主要是局地強(qiáng)對(duì)流天氣引起，產(chǎn)生的范圍較小，但由于高原夏季對(duì)流比較旺盛，容易引起大風(fēng)沙塵天氣。秋季發(fā)生沙塵的次數(shù)最少，這主要與冷空氣的影響次數(shù)較少和強(qiáng)度較弱及下墊面性質(zhì)的變化有關(guān)。

2.2 影響柴達(dá)木盆地沙塵天氣的主要冷空氣路徑

有關(guān)研究表明，影響柴達(dá)木盆地沙塵天氣的主要冷空氣路徑分為西北路徑和偏西路徑[8]。西北方路徑，冷空氣首先進(jìn)入北疆，在天山以北堆積后擴(kuò)散南下，主體沿河西走廊東南下，一部分倒灌侵入南疆盆地，當(dāng)冷空氣填塞南疆盆地后，再翻越阿爾金山進(jìn)入柴達(dá)木盆地影響海西地區(qū)，這是造成柴達(dá)木盆地沙塵天氣的主要冷空氣路徑；偏西路徑，冷空氣從帕米爾高原進(jìn)入南疆盆地，再翻越阿爾金山進(jìn)入柴達(dá)木盆地影響海西地區(qū)。

2.3 影響沙塵天氣的主要因子

有關(guān)研究指出，沙塵暴形成的主要因素是大風(fēng)和豐富的沙塵源[7]。大風(fēng)和不穩(wěn)定大氣是由大氣運(yùn)動(dòng)狀態(tài)決定，是沙塵暴形成的驅(qū)動(dòng)因子，主要決定了沙塵暴的強(qiáng)度、移動(dòng)路徑和持續(xù)時(shí)間；而沙塵源則為沙塵暴形成提供了豐富的沙粒和塵埃，主要決定了沙塵暴源地空間分布。

2.3.1 大風(fēng)。

柴達(dá)木盆地地處高原，平均海拔3 000 m左右，春季正值季節(jié)轉(zhuǎn)換，冷暖空氣交換頻繁，加上柴達(dá)木盆地特殊的地形作用，不但對(duì)風(fēng)有狹管加速效應(yīng)，且冷空氣下滑勢(shì)能轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)能，使地面風(fēng)速大于高空500 hPa的風(fēng)速[8]，大風(fēng)天氣頻繁是春季柴達(dá)木盆地的主要?dú)夂蛱攸c(diǎn)。

2.3.2 沙源。

根據(jù)柴達(dá)木盆地所在的地理位置，其西部、北部有豐富的沙源地，西部的南疆盆地、北部的河西走廊及柴達(dá)木盆地有大面積的固定和半固定沙丘或戈壁灘；盆地東部農(nóng)業(yè)區(qū)秋收后翻茬，土壤變得疏散，翌年春季解凍后成為沙源地；冬春季柴達(dá)木盆地降水稀少，土質(zhì)干燥松散，為沙塵暴天氣的發(fā)生提供了物質(zhì)條件。

2.4 沙塵天氣與氣象要素的關(guān)系

2.4.1 沙塵天氣與大風(fēng)的關(guān)系。

沙塵天氣與大風(fēng)天氣有很大關(guān)系，純粹的下沉氣流形成的大風(fēng)，一般沒(méi)有沙塵天氣發(fā)生。但下沉氣流前一般來(lái)說(shuō)伴有或能促使產(chǎn)生地表上升氣流，所以大多數(shù)大風(fēng)過(guò)程如果經(jīng)過(guò)疏松地表是伴有沙塵天氣的[9]。分析大風(fēng)日數(shù)與揚(yáng)沙、浮塵、沙塵暴日數(shù)的年相關(guān)關(guān)系（圖3）可見(jiàn)，年大風(fēng)日數(shù)與揚(yáng)沙、浮塵、沙塵暴日數(shù)均呈顯著的正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.659（P<0.05）、0.501（P<0.05）和0.445，可見(jiàn)年大風(fēng)日數(shù)與揚(yáng)沙日數(shù)的相關(guān)性最高，其次是浮塵，大風(fēng)日數(shù)與沙塵暴日數(shù)的相關(guān)性最低，表明沙塵暴比浮塵、揚(yáng)沙更具不穩(wěn)定性，沙塵暴還受到了其他因子的影響或干擾，影響程度有待于進(jìn)一步研究。

以上分析說(shuō)明近50年來(lái)，柴達(dá)木盆地大風(fēng)和揚(yáng)沙、浮塵、沙塵暴隨時(shí)間的變化趨勢(shì)具有一致性，且相關(guān)關(guān)系較為明顯。也說(shuō)明沙塵天氣的減少主要是由于其驅(qū)動(dòng)因子大風(fēng)天氣的減少導(dǎo)致的，大風(fēng)是導(dǎo)致沙塵天氣發(fā)生的必要條件，大風(fēng)日數(shù)的時(shí)間變化在一定程度上可以決定沙塵天氣隨時(shí)間的變化，分析結(jié)果與張智等對(duì)寧夏[10]、西北地區(qū)[11]、山西[12]大風(fēng)與沙塵日數(shù)的時(shí)空分布及變化趨勢(shì)的研究結(jié)果一致。

2.4.3 沙塵天氣與降水的關(guān)系。

近50年柴達(dá)木盆地降水量以7.65 mm/10a的速率顯著增加，由柴達(dá)木盆地降水與沙塵天氣的相關(guān)關(guān)系（圖4）可見(jiàn)，降水與浮塵日數(shù)、揚(yáng)沙日數(shù)、沙塵暴日數(shù)均呈負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.312 1、0.389 9、0.395 7，均未通過(guò)顯著性檢驗(yàn)。由此可見(jiàn)，降水的顯著增加對(duì)沙塵天氣的發(fā)生有一定的影響，但影響不是很明顯，在年降水量相對(duì)較多的年份，沙塵天氣發(fā)生的次數(shù)相對(duì)較少，處于沙塵天氣發(fā)生的低值；相反，在年降水量相對(duì)較少的年份，沙塵天氣發(fā)生的次數(shù)相對(duì)較多，沙塵天氣的發(fā)生處于高值。

3 結(jié)論與討論

（1）1961～2010年柴達(dá)木盆地?fù)P沙、浮塵、沙塵暴日數(shù)均呈顯著減少的趨勢(shì)，減少幅度分別為-26.74、-46.35和-8.38 d/10a；在1979年沙塵天氣出現(xiàn)了明顯突變，1979年后減少幅度明顯，減幅分別為-56.06、-47.22、9.82 d/10a；2006年開(kāi)始沙塵天氣有增加的趨勢(shì)，特別是沙塵暴增加趨勢(shì)比較明顯。

（2）柴達(dá)木盆地沙塵日數(shù)和大風(fēng)日數(shù)隨時(shí)間的變化趨勢(shì)具有一致性，且相關(guān)性明顯，說(shuō)明沙塵天氣的減少主要是由于其驅(qū)動(dòng)因子大風(fēng)天氣的減少導(dǎo)致的，也說(shuō)明一定的大風(fēng)是沙塵天氣發(fā)生的必要條件；氣溫與四季沙塵日數(shù)呈反相關(guān)關(guān)系，反映了氣溫的升高，有利于植被的生長(zhǎng)和覆蓋面的增加，

相應(yīng)的沙塵暴天氣出現(xiàn)的幾率就會(huì)減?。唤邓黾訉?duì)沙塵天氣的發(fā)生也起一定抑制作用，但影響不是很明顯。

（3）近50年柴達(dá)木盆地沙塵天氣的出現(xiàn)日數(shù)具有十分明顯的月變化和季節(jié)變化，盆地4月為揚(yáng)沙、浮塵、沙塵暴出現(xiàn)次數(shù)最多的月份，分別占年總天數(shù)的20%、25%、22%；沙塵天氣均表現(xiàn)為春季>夏季>冬季>秋季的氣候特征，主要是因?yàn)榕璧卮杭竞统跸募竟?jié)土壤表層疏松，且冷空氣活動(dòng)頻繁，在午后不穩(wěn)定的大氣層結(jié)狀態(tài)下就容易產(chǎn)生沙塵天氣；沙塵天氣總體呈逐年代下降趨勢(shì)，21世紀(jì)以來(lái)較20世紀(jì)70年代平均分別減少了60%、84%和42%。

（4）近50年來(lái)，造成柴達(dá)木盆地沙塵天氣的主要冷空氣路徑分為西北路徑和偏西路徑；大風(fēng)、豐富的沙塵源是造成沙塵天氣的主要因子；隨著全球氣候變暖，冷空氣活動(dòng)次數(shù)逐年減少，柴達(dá)木盆地受大風(fēng)、沙塵天氣的影響日趨減弱。氣溫升高、降水量增多會(huì)明顯改善植被覆蓋面積，植被的改善有利于降低沙塵天氣的發(fā)生，將會(huì)減少對(duì)農(nóng)業(yè)的影響，但該研究結(jié)果顯示近幾年沙塵天氣的明顯增多也不容忽視。

參考文獻(xiàn)

[1] 何金海，郭品文，銀燕，等.大氣科學(xué)概論[M].北京：氣象出版社，2012：490-493.

[2] 中國(guó)氣象局.地面氣象觀測(cè)規(guī)范[M].北京：氣象出版社，2003：85-89.

[3] 李林，趙強(qiáng).青海沙塵暴天氣研究[J].氣象科技，2002，30（4）：218-221.

[4] 尹曉惠.我國(guó)沙塵天氣研究的最新進(jìn)展與展望[J].中國(guó)沙漠，2009，29（4）：728-733.

[5] 戴升，申紅艷，李林，等.柴達(dá)木盆地氣候由暖干向暖濕轉(zhuǎn)型的變化特征分析[J].高原氣象，2013，32（1）：211-220.

[6] 魏鳳英.現(xiàn)代氣候統(tǒng)計(jì)診斷與預(yù)測(cè)技術(shù)[M].北京：氣象出版社，1999：50-53.

[7] 李耀輝.近年來(lái)我國(guó)沙塵暴研究的新進(jìn)展[J].中國(guó)沙漠，2004，24（5）：617-622.

[8] 茍日多杰.柴達(dá)木盆地沙塵暴氣候特征及其預(yù)報(bào)[J].氣象科技，2003（2）：20-23.

[9] 邱明宇，王尚榮，王巖寧.沙塵天氣產(chǎn)生的氣候背景及物理機(jī)制[J].廣西氣象，2005，26（3）：30-35.

[10] 張智，鄭廣芬，林莉，等.寧夏大風(fēng)日數(shù)氣候變化及其對(duì)沙塵天氣的影響[J].干旱區(qū)資源與環(huán)境，2006，20（4）：30-34.

[11] 李耀輝，張存杰，高學(xué)杰.西北地區(qū)大風(fēng)日數(shù)的時(shí)空分布特征[J].中國(guó)沙漠，2004，24（6）：715-723.

[12] 苗愛(ài)梅，賈利冬，武捷.近51a山西大風(fēng)與沙塵日數(shù)的時(shí)空分布及變化趨勢(shì)[J].中國(guó)沙漠，2010，30（2）：452-460.