特日格樂，銀　山，詠　梅,都瓦拉（.內(nèi)蒙古師范大學(xué)　地理科學(xué)學(xué)院，內(nèi)蒙古　呼和浩特　000；.內(nèi)蒙古自治區(qū)生態(tài)與農(nóng)業(yè)氣象中心，內(nèi)蒙古　呼和浩特，0005）

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氣象要素與植被覆蓋對沙塵暴發(fā)生發(fā)展的影響
——以渾善達(dá)克沙地為例

特日格樂1，銀山1，詠梅1,都瓦拉2
（1.內(nèi)蒙古師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院，內(nèi)蒙古呼和浩特010022；2.內(nèi)蒙古自治區(qū)生態(tài)與農(nóng)業(yè)氣象中心，內(nèi)蒙古呼和浩特，010051）

摘要：渾善達(dá)克沙地位于內(nèi)蒙古東部，屬中溫帶半干旱大陸性季風(fēng)氣候區(qū)，生態(tài)環(huán)境具有脆弱性和敏感性，也是春季我國北方北路沙塵暴的必經(jīng)之地.近年來由于持續(xù)干旱，渾善達(dá)克周邊草地荒漠化程度加劇，成為我國北方沙塵暴主要源地之一.本研究選取了渾善達(dá)克沙地西北至東南的三個(gè)氣象站點(diǎn)為研究區(qū)，分析了1980-2010年的氣象要素、植被覆蓋度變化與沙塵暴發(fā)生頻率之間的關(guān)系.研究得出：（1）近三十年，該區(qū)域沙塵暴日數(shù)呈波動(dòng)性減少的趨勢；（2）降水、濕度與沙塵暴日數(shù)的變化呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，并且自西北向東南遞減，沙塵暴發(fā)生日數(shù)與風(fēng)速成正相關(guān)關(guān)系；（3）沙塵暴發(fā)生日數(shù)與前一年的植被覆蓋度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，其中二連浩特的相關(guān)性最高.

關(guān)鍵詞：沙塵暴；氣象要素；植被；渾善達(dá)克沙地

1　引言

沙塵暴是干旱、半干旱地區(qū)具有突發(fā)性、大災(zāi)害的惡劣天氣，能在短時(shí)間內(nèi)給生態(tài)環(huán)境和人類社會(huì)造成嚴(yán)重?fù)p失.我國的沙塵暴主要分布在西北及華北大部分地區(qū),屬于中亞沙塵暴區(qū)的一部分,是全球現(xiàn)代沙塵暴的頻發(fā)地區(qū)之一[1-2].目前我國沙塵暴主要運(yùn)用統(tǒng)計(jì)方法、數(shù)值模擬與分析地面天氣圖等方法研究沙塵天氣的成因、氣候特征及移動(dòng)路徑的變化.如王式功等利用1954-2000年中國338個(gè)站沙塵天氣資料及相關(guān)氣候資料，從沙塵天氣區(qū)劃方面著重分析研究了我國沙塵天氣的區(qū)域特征[3]；邱新法等利用地面天氣圖和地面氣象記錄研究了我國沙塵暴時(shí)空分布規(guī)律及沙塵源地、移動(dòng)路徑[4]；沙塵暴的發(fā)生發(fā)展除了取決于特定的天氣條件以外，還與地理環(huán)境有關(guān)，其中最重要的條件是地表植被覆蓋狀況[5].黃富祥等研究了不同植被覆蓋條件對風(fēng)蝕輸沙率影響，得出在毛烏素沙地要有效減少和防治風(fēng)蝕，植被覆蓋率必須達(dá)到40-50%的水平，而要保證在最高風(fēng)速下風(fēng)蝕輸沙得到有效控制，植被覆蓋率必須達(dá)到60-70%的水平[6]；李彰俊等研究了內(nèi)蒙古中西部的下墊面對沙塵暴發(fā)生發(fā)展的影響，研究得出沙塵暴日數(shù)的地理分布與地貌格局有密切關(guān)系，并與植被覆蓋度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系[5]；王革麗等研究了渾善達(dá)克沙地沙塵暴的氣候特征，研究表明，沙塵暴出現(xiàn)日數(shù)的變化是特定氣候變化的反映，同時(shí)下墊面條件的持續(xù)惡化是造成渾善達(dá)克沙地西部沙塵暴天氣持續(xù)增加的重要原因[7]；劉樹林等研究了渾善達(dá)克沙地春季風(fēng)沙活動(dòng)的特征，發(fā)現(xiàn)輸沙率隨風(fēng)速增加成非線性增大[8]；內(nèi)蒙古中西部地區(qū)是我國西北地區(qū)沙塵暴的主要源地之一.內(nèi)蒙古的沙塵暴主要通過西北路和北路兩條路徑影響下游京津地區(qū)，該地區(qū)強(qiáng)沙塵暴約有三分之一影響到京津地區(qū)，約有三分之二的特強(qiáng)沙塵暴對該地區(qū)構(gòu)成威脅，會(huì)引起揚(yáng)沙、浮塵甚至沙塵暴天氣.渾善達(dá)克沙地屬我國四大沙地之一，該地區(qū)及其周邊地區(qū)是內(nèi)蒙古中西部沙塵暴較頻發(fā)區(qū)[9-10]，也是我國氣候變化與人類活動(dòng)影響較為敏感的地區(qū)之一[4].現(xiàn)在該區(qū)土地沙漠化非常嚴(yán)重,已經(jīng)成為我國沙漠化少數(shù)超過4%發(fā)展率的地區(qū)之一，而且是我國四個(gè)主要沙塵暴中心和源區(qū)之一[11].因此，對內(nèi)蒙古中西部沙塵暴頻發(fā)的渾善達(dá)克沙地及周邊地區(qū)的沙塵暴進(jìn)行分析研究，并在此基礎(chǔ)上研制沙塵暴天氣的監(jiān)測預(yù)報(bào)方法,對沙塵暴做出更準(zhǔn)確的預(yù)報(bào),對防災(zāi)減災(zāi),生態(tài)環(huán)境建設(shè)和人民生活具有重要意義.本文試圖從氣象要素以及植被覆蓋度的變化特征來探討1980-2014年沙塵暴日數(shù)變化趨勢并分析兩者之間的關(guān)系，為該區(qū)沙塵暴災(zāi)害的防治提供科學(xué)依據(jù).

2　研究區(qū)概況

渾善達(dá)克沙地東起大興安嶺南段西麓，向西一直延伸到集二鐵路沿線以西，東西延伸約473km，南北寬50～100km，最寬處達(dá)200km，總面積4163967.63hm2,本文選取111°27′34.2″—117°10′46.9″E，41°10′10.5″—42°58′30.7″N，研究區(qū)大部分處于中國季風(fēng)邊緣地區(qū)，包括內(nèi)蒙古錫林郭勒盟的錫林浩特市、阿巴嘎旗、蘇尼特左旗、蘇尼特右旗、鑲黃旗、正鑲白旗、正藍(lán)旗、多倫縣和赤峰市的克什克騰旗等9個(gè)旗縣(市).屬中溫帶半干旱、干旱大陸性季風(fēng)氣候,年平均降水量從東南部的400mm左右,向西北遞減至150mm,有些地方甚至不足100mm.

圖1　研究區(qū)

3　數(shù)據(jù)與方法

3.1 NDVI數(shù)據(jù)

論文中使用了由NASA免費(fèi)提供的（https://ladsweb. nascom.nasa.gov/data/search.html）NOAA 1981-2006年半月最大合成數(shù)據(jù)，空間分辨率8km×8km.數(shù)據(jù)集制過程中已經(jīng)過輻射校正和幾何粗校正等處理.

MODIS數(shù)據(jù)采用NASA免費(fèi)提供的覆蓋內(nèi)蒙古中西部地區(qū)的MOD13Q1級產(chǎn)品，該數(shù)據(jù)時(shí)間尺度為2000-2010年，時(shí)間分辨率為16天，空間分辨率為250m.研究區(qū)軌道數(shù)據(jù)為h26v04.應(yīng)用ENVI軟件對下載的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)格式和投影轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)拼接、裁剪等.對處理好的NOAA數(shù)據(jù)與MODIS NDVI數(shù)據(jù)采用最大合成法（MVC）獲取月NDVI值.公式為：

式中：i為月序號，取值范圍1-12；MNDVIi為第i月的NDVI值；NDVI1和NDVI2分別為第i月上半月和下半月的NDVI值.

3.2 NOAA NDVI和MODIS NDVI數(shù)據(jù)一致性檢驗(yàn)

由于NOAA和MODIS兩種數(shù)據(jù)采用了不同的傳感器，因此需對兩種數(shù)據(jù)的一致性進(jìn)行檢驗(yàn)[12].NDVI數(shù)據(jù)的時(shí)間尺度為2000-2010年，NOAA數(shù)據(jù)的時(shí)間尺度為1982-2006年，根據(jù)兩種數(shù)據(jù)2000-2006年共7年的重疊數(shù)據(jù)，對最大NDVI數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)分析，兩者相關(guān)系數(shù)為0.9451，在0.001置信水平上通過檢驗(yàn)，說明兩種數(shù)據(jù)在區(qū)域尺度上具有顯著的一致性.

3.3沙塵暴與氣象數(shù)據(jù)

本文利用處于內(nèi)蒙古渾善達(dá)克沙地的五個(gè)地區(qū)的1980-2013年的沙塵暴日數(shù)觀測資料，并對其進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，得出沙塵暴日數(shù)月變化、年際變化.本文選取1981-2013年研究區(qū)3個(gè)氣象站點(diǎn)的月、年均溫度、降水、風(fēng)速以及相對濕度等氣象數(shù)據(jù)，具體氣象站點(diǎn)包括二連浩特、多倫縣、錫林浩特（圖1）.

4　結(jié)論

4.1渾善達(dá)克沙地沙塵暴日數(shù)變化分析

4.1.1時(shí)間變化趨勢

將渾善達(dá)克沙地五個(gè)地區(qū)1982-2010年的沙塵暴總?cè)諗?shù)按月做統(tǒng)計(jì)（圖3）可以看出，沙塵暴發(fā)生主要集中在4月與5月，這兩個(gè)月沙塵暴發(fā)生總?cè)諗?shù)大約占到全年的60%，從年內(nèi)變化來看，春節(jié)發(fā)生沙塵暴的次數(shù)較其他季節(jié)多.其次，3月份與6月份也較多，大約占到全年沙塵暴日數(shù)的25%.9月份與10月份為沙塵暴少發(fā)月份.從沙塵暴日數(shù)年際變化趨勢圖（圖4）得知，在80年代中期至90年代初期沙塵暴發(fā)生的頻率較高，隨后90年代有所減少，到2000年初又明顯增多，近三十年來研究區(qū)內(nèi)沙塵暴日數(shù)呈現(xiàn)波動(dòng)性變化且有減少的趨勢.

4.1.2空間變化特征

以年均沙塵暴發(fā)生日數(shù)為指標(biāo)，分析了渾善達(dá)克沙地五個(gè)地區(qū)1982-2010年沙塵暴發(fā)生的時(shí)空分布及特征.從圖5中可以看出，研究區(qū)內(nèi)自西部向東沙塵暴日數(shù)存在明顯的遞減趨勢.其中，朱日和近三十年發(fā)生沙塵暴的日數(shù)最多，達(dá)到206次，年均17次.該區(qū)域位于渾善達(dá)克沙地西北部，為荒漠-半荒漠草原，春季干旱風(fēng)大，是沙塵暴易發(fā)地區(qū).其次是二連浩特和阿巴嘎旗及周邊地區(qū)，年均發(fā)生次數(shù)達(dá)14、10 次.也位于渾善達(dá)克沙地北部及西北部，也是一個(gè)相對多發(fā)區(qū).

從不同年代際平均沙塵暴日數(shù)分布圖可以看出，近三十年來研究區(qū)80年代到90年代之間發(fā)生頻率較高，隨后減少，2000年以后又有明顯的增長趨勢.從圖5-b可知，2000-2003年沙塵暴發(fā)生日數(shù)增多，近三十年中所占比例達(dá)到16.48%、22.81%、16.8%、23.88%、25%.其中2003年最多.相比較，近兩年渾善達(dá)克沙地沙塵暴發(fā)生日數(shù)明顯減少，尤其多倫縣（圖c）.

4.2渾善達(dá)克沙地沙塵暴日數(shù)變化與氣候因素變化的關(guān)系

4.2.1氣象要素對沙塵暴日數(shù)的影響

沙塵暴的產(chǎn)生是由多方面因素引起的.風(fēng)蝕沙塵暴發(fā)生必不可少的動(dòng)力條件，是判定沙塵暴強(qiáng)度的主要指標(biāo)，也是沙塵暴預(yù)測預(yù)報(bào)的依據(jù).天氣的變化取決于氣候背景的變化，而氣候變化對沙塵暴的發(fā)生又產(chǎn)生直接或間接的影響.本文選擇了降水量，氣溫，相對濕度，風(fēng)速等因素的變化特征以及每個(gè)因素對沙塵暴發(fā)生發(fā)展之間的影響.研究區(qū)內(nèi)五個(gè)地區(qū)的各個(gè)氣象要素與沙塵暴頻率的相關(guān)系數(shù)來看，氣溫，降水以及相對濕度這三個(gè)氣象要素都是影響地表土層或者土壤濕度，再影響植被生長，從而間接的影響到沙塵暴活動(dòng)（表1）.大風(fēng)是形成沙塵暴天氣的3個(gè)必備條件之一，是動(dòng)力條件，并且影響強(qiáng)度.如果沙塵暴發(fā)生時(shí)風(fēng)速越大，就越容易卷起地面沙塵，形成沙塵暴的強(qiáng)度就越嚴(yán)重.因此風(fēng)速與沙塵暴活動(dòng)的發(fā)生呈正相關(guān)關(guān)系.

4.2.2地表植被覆蓋對沙塵暴的影響

近三十年間，研究區(qū)內(nèi)的NDVI平均值呈增長趨勢，總體呈波動(dòng)變化.1983-2000年趨勢平緩，沒有明顯的波動(dòng)；2000年以后波動(dòng)明顯，2002年的植被覆蓋度最高，NDVI值為1.80.從空間分布來看，研究區(qū)內(nèi)呈現(xiàn)東高西低，呈遞減的趨勢；從變化趨勢來看，錫林浩特與多倫的植被覆蓋度變化趨勢較一致，NDVI值相對較高，二連浩特的NDVI值偏低.而多倫縣植被覆蓋度較其他三個(gè)地區(qū)高，且趨勢平緩，近三十年沙塵暴發(fā)生的頻率也較其他地區(qū)低（圖6）.

文中利用近三十年的氣象數(shù)據(jù)，對前一年的植被覆蓋狀況與當(dāng)年的沙塵暴日數(shù)的相關(guān)性進(jìn)行分析并得出，沙塵暴的發(fā)生頻率與植被覆蓋度之間存在負(fù)相關(guān)關(guān)系，研究區(qū)夏季植被覆蓋率與翌年沙塵暴日數(shù)的負(fù)相關(guān)關(guān)系最為明顯，研究區(qū)內(nèi)二連浩特的最明顯（表2）.

圖6前年的NDVI與當(dāng)年的沙塵暴日數(shù)的關(guān)系

表1　當(dāng)年的氣候因素與沙塵暴發(fā)生日數(shù)的相關(guān)性

注:*為0.01水平上顯著，**為0.05水平上顯著

表2　前年的NDVI與當(dāng)年的沙塵暴日數(shù)的相關(guān)性

注:*為0.01水平上顯著，**為0.05水平上顯著

5　結(jié)論

（1）近30年來，沙塵暴日數(shù)呈波動(dòng)減少的趨勢，而其中，3月，4月，5月份的沙塵暴日數(shù)比其他月份的多. 1983-1990年、2000-2003年間沙塵暴活動(dòng)較頻繁，2011年以來開始減少.從地區(qū)分布來看，朱日和與二連浩特的沙塵暴日數(shù)最多，這是由于該地區(qū)年降水量逐年減少，氣溫逐年增高，土地干旱和荒漠化嚴(yán)重.空間上，研究區(qū)內(nèi)西部地區(qū)沙塵暴發(fā)生次數(shù)較多，主要集中在二連浩特及朱日和、阿巴嘎等地區(qū)，東部錫林浩特、多倫縣相對較少.

（2）研究區(qū)內(nèi)在1982-2010年的30年間，植被覆蓋度總體上呈現(xiàn)出上升趨勢，其中1982-1998年間變化不大，隨后至2001年植被覆蓋度減少，2001-2004年又增長，2003年、2004年達(dá)到最大值0.27,2012年之后有減少的趨勢.植被覆蓋度空間分布上與沙塵暴日數(shù)的分布相對應(yīng)，西部地區(qū)低，東部較高.

（3）渾善達(dá)克沙地中西部地區(qū)，前一年植被覆蓋度的下降（上升）趨勢與當(dāng)年沙塵暴日數(shù)的上升（下降）趨勢是相對應(yīng)的，80年代沙塵暴日數(shù)增加，植被覆蓋度降低；90年代沙塵暴日數(shù)減少，植被覆蓋度上升.因此上述結(jié)果表明，沙塵暴的發(fā)生除了受到氣象因子、環(huán)流形勢的影響外，與植被覆蓋度之間存在著負(fù)相關(guān)關(guān)系.氣候因子與沙塵暴的發(fā)生有著密切的關(guān)聯(lián).從各氣候因子與沙塵日數(shù)的相關(guān)性來看，沙塵暴發(fā)生頻率與降水量、濕度相關(guān)性并不是很明顯.而與風(fēng)速的相關(guān)性較高，尤其是在朱日和與阿巴嘎旗，這是由于該地區(qū)位于內(nèi)蒙古西北部干旱區(qū).

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收稿日期：2015-12-9

中圖分類號：P445

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號：1673-260X（2016）04-0048-03