許學(xué)蓮，韓忠全，王發(fā)科，祁棟林，石秀云，李納新

(1.青海省格爾木市氣象臺(tái)，青海 格爾木 816099；2.青海省久治縣氣象局，青海 大武 814499；3.青海省防災(zāi)減災(zāi)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，青海 西寧 810001；4.青海省氣象科學(xué)研究所，青海 西寧 810001)

引言

柴達(dá)木盆地為高原型盆地，地處青海省西北部，是一個(gè)被昆侖山、阿爾金山、祁連山等山脈環(huán)抱的封閉盆地，介于90°16′E～99°16′E、35°00′N～39°20′N之間。柴達(dá)木盆地屬高原大陸性氣候，冬季以干旱為主要特點(diǎn)。年降水量自東南向西北逐漸遞減，年均相對(duì)濕度為30%～40%，最小可低于5%。盆地年均氣溫均在5℃以下，氣溫變化劇烈，風(fēng)力強(qiáng)盛，年8級(jí)以上大風(fēng)日數(shù)可達(dá)25～75d，西部甚至可出現(xiàn)40m/s的強(qiáng)風(fēng)，風(fēng)力蝕積強(qiáng)烈。大風(fēng)常常在沙源地附近形成沙塵暴、揚(yáng)沙等災(zāi)害天氣。特別是在春季，大風(fēng)造成的財(cái)產(chǎn)損失和環(huán)境破壞更為嚴(yán)重。

丁瑞強(qiáng)等[1]對(duì)我國(guó)沙塵暴和揚(yáng)沙天氣研究發(fā)現(xiàn)，45年來(lái)沙塵天氣發(fā)生呈下降趨勢(shì)。陳錦、馮永忠等[2～3]指出我國(guó)西北地區(qū)20世紀(jì)70年代后沙塵暴呈減少趨勢(shì)，并指出在我國(guó)西北地區(qū)，春季是沙塵暴的高發(fā)期。白虎志等[4]對(duì)青藏高原及青藏鐵路沿線大風(fēng)沙塵日數(shù)時(shí)空特征分析得出，高原上的大風(fēng)及沙塵日數(shù)以冬春季多、夏秋少，在高原主體上冬季比春季略多為特征。郭曉寧等[5]對(duì)柴達(dá)木盆地春季沙塵暴變化特征分析得出，近 50年來(lái)該區(qū)域春季沙塵暴、揚(yáng)沙呈現(xiàn)下降趨勢(shì)；大風(fēng)日數(shù)與沙塵暴、揚(yáng)沙日數(shù)有很好的正相關(guān)性。張煥平[6]等對(duì)柴達(dá)木盆地沙塵天氣的氣候特征及與氣象要素的關(guān)系研究得出：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。以上學(xué)者對(duì)全球不同區(qū)域的沙塵天氣開(kāi)展了研究，得到了很多研究結(jié)論，但對(duì)氣候變暖下柴達(dá)木盆地風(fēng)速、大風(fēng)和沙塵日數(shù)的變化特征研究較少，本研究利用1961～2018年長(zhǎng)序列氣候資料，保證了數(shù)據(jù)資料的完整性和最新性。在采用常規(guī)氣候統(tǒng)計(jì)方法的基礎(chǔ)上，對(duì)風(fēng)速、大風(fēng)和沙塵日數(shù)進(jìn)行了分析，分析結(jié)果可對(duì)認(rèn)識(shí)該地區(qū)風(fēng)沙天氣變化趨勢(shì)以及防風(fēng)、防沙塵天氣提供科學(xué)依據(jù)。

1 資料與研究方法

1.1 資料來(lái)源

選取大柴旦、德令哈、茫崖、茶卡、冷湖、格爾木、都蘭、小灶火和諾木洪9個(gè)氣象觀測(cè)站1961～2018年氣溫、風(fēng)速、大風(fēng)日數(shù)和沙塵暴日數(shù)數(shù)據(jù)。四季劃分：12 月至次年2月為冬季，3～5月為春季，6～8月為夏季，9～11月為秋季(圖1)。

圖1 柴達(dá)木盆地氣象觀測(cè)站點(diǎn)

1.2 計(jì)算方法

采用一元線性回歸法[7]對(duì)柴達(dá)木盆地1961～2018 年氣溫、風(fēng)速、大風(fēng)日數(shù)和沙塵暴日數(shù)的變化趨勢(shì)進(jìn)行分析；采用 Mann-Kendall 突變法[7]對(duì)氣溫長(zhǎng)期變化趨勢(shì)進(jìn)行突變檢驗(yàn)。變異系數(shù)是表示偏離其平均值的程度[7]。變異系數(shù)大，說(shuō)明穩(wěn)定性差。計(jì)算公式為：

V=s/x×100

式中：s 為標(biāo)準(zhǔn)差，x 為平均值。

2 結(jié)果與分析

2.1 柴達(dá)木盆地平均氣溫變化趨勢(shì)

1961～2018年柴達(dá)木盆地平均氣溫以0.44℃/10a的氣候傾向率呈上升趨勢(shì)，且通過(guò)了0.01的顯著性檢驗(yàn)。多年平均值為3.6℃，最大值為5.2℃(2016年)，最小值為1.9℃(1967年)。從平均氣溫累積距平來(lái)看，20世紀(jì)60年代至90年代中后期為下降趨勢(shì)，20世紀(jì)90年代后期至21世紀(jì)10年代為上升趨勢(shì)，用9點(diǎn)滑動(dòng)曲線呈波動(dòng)上升趨勢(shì)(圖2a)。年代際距平表現(xiàn)為(表1，下同)，20世紀(jì)60年代至21世紀(jì)00年代為負(fù)距平，氣候?qū)倨淦?，但氣溫呈升高趨?shì)；20世紀(jì)10年代為正距平，氣候?qū)倨凇?/p>

從圖2b得出，柴達(dá)木盆地平均氣溫從1961年開(kāi)始呈上升趨勢(shì)，1972年以后UF值超過(guò)臨界值，UF、UB曲線相交于臨界線外的1986～1987年之間，這與累積距平的變化趨勢(shì)相一致，表明58年來(lái)柴達(dá)木盆地氣溫由偏冷期過(guò)渡為偏暖期。

圖2 柴達(dá)木盆地1981～2018年平均氣溫變化趨勢(shì)和突變檢驗(yàn)(細(xì)虛線為多年平均值 直線為線性趨勢(shì)線 粗曲線為9點(diǎn)滑動(dòng)曲線 粗虛線為累積距平線，下同)

2.2 柴達(dá)木盆地風(fēng)速、大風(fēng)日數(shù)和沙塵暴日數(shù)的年際變化

圖3給出了1961～2018年柴達(dá)木盆地年平均風(fēng)速、大風(fēng)日數(shù)和沙塵暴日數(shù)的年際變化，表1和表2分別給出了柴達(dá)木盆地平均氣溫、風(fēng)速、大風(fēng)日數(shù)和沙塵暴日數(shù)年代際距平和平均風(fēng)速、大風(fēng)日數(shù)和沙塵暴日數(shù)四季變化。1961～2018年柴達(dá)木盆地風(fēng)速、大風(fēng)日數(shù)和沙塵暴日數(shù)呈下降趨勢(shì)(圖3a)，下降速率分別為0.2 m·s-1/10a、4.62d/10a和0.90d/10a，均通過(guò)了0.01的顯著性檢驗(yàn)，風(fēng)速變化與張占峰等[8]的研究結(jié)論一致。多年平均風(fēng)速為2.9m/s，最大值為3.8m/s(1969年)，最小值為2.3m/s(2003年、2013～2014年)。累積距平曲線表現(xiàn)為，20世紀(jì)60年代初期至中后期風(fēng)速變化平穩(wěn)，20世紀(jì)60年代后期至20世紀(jì)90年代初期呈上升趨勢(shì)，20世紀(jì)90年代中期至21世紀(jì)10年代為下降趨勢(shì)。9點(diǎn)滑動(dòng)曲線分為三個(gè)階段，20世紀(jì)60～70年代中期為顯著上升趨勢(shì)，20世紀(jì)70年代末期至21世紀(jì)00年代初期為顯著下降趨勢(shì)，21世紀(jì)00年代中期后為緩慢波動(dòng)階段。從年代際距平來(lái)看，20世紀(jì)60年代至80年代為正距平，20世紀(jì)90年代與氣候值基本持平，21世紀(jì)00年代以后為負(fù)距平。

表1 柴達(dá)木盆地平均氣溫、風(fēng)速、大風(fēng)日數(shù)和沙塵暴日數(shù)年代際距平變化

大風(fēng)日數(shù)多年平均值為34.9d，最多值為66.3d(1976年)，最少值為13.3d(2013年)。累積距平表現(xiàn)為，20世紀(jì)60年代初期至中后期為減少趨勢(shì)，60年代后期至80年代后期為增多趨勢(shì)，進(jìn)入20世紀(jì)90年代轉(zhuǎn)為減少趨勢(shì)，呈現(xiàn)“減—增—減”的趨勢(shì)。9點(diǎn)滑動(dòng)曲線分為三個(gè)階段，20世紀(jì)60年代中期至70年代后期為顯著上升階段，20世紀(jì)80年代至90年代末期快速減少，進(jìn)入21世紀(jì)00年代減少趨勢(shì)略有減小(圖3b)。年代際距平表現(xiàn)為，20世紀(jì)60～80年代為正距平，其中，70年代出現(xiàn)最多值，為21.7d，其次是80年代為7.5d，20世紀(jì)90年代至21世紀(jì)10年代為負(fù)距平，21世紀(jì)10年代出現(xiàn)最少值，為-13.5d。

沙塵暴日數(shù)多年平均值為5.2d，最多值為10.6d(1979年)，最少值為1.1d(2013年)。20世紀(jì)60年代初至80年代中期累積距平曲線呈上升趨勢(shì)，20世紀(jì)80年代后期至21世紀(jì)10年代為下降趨勢(shì)。9點(diǎn)滑動(dòng)曲線表現(xiàn)為三個(gè)階段，20世紀(jì)60年代中期至70年代中期為下降階段，20世紀(jì)70年代后期至80年代前期為短暫的上升階段，20世紀(jì)80年代中期至21世紀(jì)10年代為下降階段(圖3c)。從年代際距平來(lái)看，20世紀(jì)60～80年代為正距平，20世紀(jì)90年代至21世紀(jì)10年代為負(fù)距平。

圖3 柴達(dá)木盆地1981～2018年平均風(fēng)速、大風(fēng)日數(shù)和沙塵暴日數(shù)變化

58a來(lái)柴達(dá)木盆地四季風(fēng)速、大風(fēng)日數(shù)和沙塵暴日數(shù)均呈下降趨勢(shì)。平均風(fēng)速春、夏季減幅最明顯，為-0.22m·s-1/10a，其次是秋季(-0.19m·s-1/10a)，最小是冬季(-0.02m·s-1/10a)，并通過(guò)了0.01的極顯著性檢驗(yàn)；大風(fēng)日數(shù)同樣是春季減幅最明顯，為-1.81d/10a，其次是夏季(-1.50d/10a)，冬、秋季減小速率分別為-0.77d/10a和-0.55d/10a，均通過(guò)了0.01的極顯著性檢驗(yàn)；沙塵暴日數(shù)春季以-0.44d/10a的速率減小，其次是夏和冬季(-0.22d/10a)，最小是秋季(-0.03d/10a)，春、夏和冬季通過(guò)了0.01的顯著性檢驗(yàn)，秋季未通過(guò)顯著性檢驗(yàn)(表2)。

表2 柴達(dá)木盆地平均風(fēng)速、大風(fēng)日數(shù)和沙塵暴日數(shù)四季變化

2.3 平均風(fēng)速、大風(fēng)日數(shù)和沙塵暴日數(shù)的月際變化

從圖4a可以看出，柴達(dá)木盆地從1月份開(kāi)始風(fēng)速呈上升趨勢(shì)，4、5月份達(dá)到極值，之后呈緩慢下降趨勢(shì)，春季風(fēng)速最大(3.4m/s)，夏季次之(3.2m/s)(圖4b)，這也是柴達(dá)木盆地春季沙塵天氣較多的主要原因。大風(fēng)日數(shù)和沙塵暴日數(shù)的變化趨勢(shì)與風(fēng)速變化趨勢(shì)一致，1～4月呈增加趨勢(shì)，4月份達(dá)到極值(5.6d和1.1d)，5～12月大風(fēng)日數(shù)呈快速減小趨勢(shì)，沙塵日數(shù)呈緩慢減小趨勢(shì)(圖4c)。大風(fēng)日數(shù)和沙塵暴日數(shù)季節(jié)變化表現(xiàn)為，春季>夏季>冬季>秋季(圖4d)，這與張煥平等[6]研究的結(jié)論相一致。各站四季大風(fēng)日數(shù)和沙塵暴日數(shù)對(duì)年的貢獻(xiàn)率有所不同，大柴旦、冷湖、格爾木、小灶火、諾木洪大風(fēng)日數(shù)貢獻(xiàn)率為春>夏>秋>冬，德令哈、茫崖、都蘭為春>夏>冬>秋，茶卡為春>冬>夏>秋，平均貢獻(xiàn)率為春>夏>冬>秋；四季沙塵暴日數(shù)對(duì)年的貢獻(xiàn)率，大柴旦為春>夏>秋>冬，德令哈為春>冬>秋>夏，茫崖、茶卡、都蘭、諾木洪為春>冬>夏>秋，冷湖、格爾木、小灶火為春>夏>冬>秋，平均貢獻(xiàn)率為春>冬>夏>秋。

圖4 柴達(dá)木盆地平均風(fēng)速、大風(fēng)日數(shù)和沙塵暴日數(shù)月際和季節(jié)變化

2.4 柴達(dá)木盆地各站風(fēng)速、大風(fēng)日數(shù)和沙塵暴日數(shù)空間變化

分析柴達(dá)木盆地9站風(fēng)速、大風(fēng)日數(shù)和沙塵暴日數(shù)空間變化(表3)得出，風(fēng)速平均值在2.0～3.8m/s之間，風(fēng)速以大柴旦為中心逐漸向四周增大，最大值出現(xiàn)在冷湖(3.8 m/s)，最小值出現(xiàn)在大柴旦(2.0 m/s)。變異系數(shù)最大值出現(xiàn)在茫崖(0.37)，其次出現(xiàn)在諾木洪(0.28)，最小值出現(xiàn)在大柴旦(0.11)，其次出現(xiàn)在茶卡、冷湖和小灶火(0.12)。變異系數(shù)越大，風(fēng)速波動(dòng)越大，變異系數(shù)越小說(shuō)明風(fēng)速變化越穩(wěn)定。風(fēng)速氣候傾向率在-0.57～0.04 m·s-1/10a之間，除小灶火外，其余站均呈下降趨勢(shì)，其中茫崖下降速率最快(-0.57 m·s-1/10a)，其次是諾木洪(-0.43 m·s-1/10a)；小灶火以0.04 m·s-1/10a的氣候傾向呈上升趨勢(shì)，大柴旦、德令哈、茫崖、格爾木、都蘭和諾木洪通過(guò)了0.01的顯著性檢驗(yàn)，冷湖通過(guò)了0.05的顯著性檢驗(yàn)；茶卡和小灶火未通過(guò)檢驗(yàn)。經(jīng)分析得出，風(fēng)速變異系數(shù)與氣候傾向率有明顯的相關(guān)性(r=0.95)，隨變異系數(shù)的逐漸增大，氣候傾向率呈減小趨勢(shì)。

表3 柴達(dá)木盆地四季風(fēng)速、大風(fēng)日數(shù)和沙塵暴日數(shù)空間變化

大風(fēng)日數(shù)平均值在12.2～68.1d之間，最多出現(xiàn)在茫崖(68.1d)，次多出現(xiàn)在茶卡(61.0d)，最少出現(xiàn)在都蘭(12.2d)，極值間相差約60d。變異系數(shù)最大值出現(xiàn)在德令哈(0.84)，其次出現(xiàn)在都蘭(0.76)，最小值出現(xiàn)在冷湖(0.41)，其次出現(xiàn)在小灶火(0.52)。氣候傾向率在-13.38～4.43d/10a之間，冷湖和小灶火呈上升趨勢(shì)(4.43d/10a和1.84d/10a)，其余站均呈下降趨勢(shì)，其中茫崖下降速率最快(-13.38d/10a)，其次為諾木洪(-10.61d/10a)；大柴旦、德令哈、茫崖、茶卡、格爾木和諾木洪通過(guò)了0.01的顯著性檢驗(yàn)，冷湖和都蘭通過(guò)了0.05的顯著性檢驗(yàn)，小灶火未通過(guò)檢驗(yàn)。大風(fēng)日數(shù)的變異系數(shù)與氣候傾向率同樣有明顯的相關(guān)性(r=0.32)。

沙塵日數(shù)平均值在1.2～9.7d之間，最多出現(xiàn)在茫崖和格爾木(9.7d)，次多出現(xiàn)在小灶火(8.3d)，最少出現(xiàn)在大柴旦(1.2d)，極值間相差約8.5d。變異系數(shù)最大值出現(xiàn)在茫崖(0.52)，最小值出現(xiàn)在大柴旦(1.54)。氣候傾向率在-2.26～1.40d/10a之間，冷湖以1.40d/10a的氣候傾向率呈上升趨勢(shì)，其余站均呈下降趨勢(shì)，其中大柴旦和格爾木下降速率最快(-2.26d/10a)，其次是諾木洪(-2.15d/10a)；除茫崖未通過(guò)檢驗(yàn)外，其余站均通過(guò)0.01的顯著性檢驗(yàn)。沙塵暴日數(shù)的變異系數(shù)與氣候傾向率的相關(guān)性不明顯。

2.5 平均氣溫與平均風(fēng)速、大風(fēng)日數(shù)和沙塵暴日數(shù)的相關(guān)性

大氣環(huán)流是形成和制約區(qū)域氣候的重要因子，在全球變化背景下，大氣環(huán)流的變異和調(diào)整是導(dǎo)致區(qū)域氣候變化的重要原因。風(fēng)是氣團(tuán)之間存在溫差、出現(xiàn)氣壓梯度而造成的氣體流動(dòng)，因此風(fēng)速的減小與氣候變暖也有一定的關(guān)系[9]。經(jīng)分析柴達(dá)木盆地平均氣溫與風(fēng)速、大風(fēng)日數(shù)和沙塵暴日數(shù)均呈負(fù)相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)分別為-0.63、-0.48和-0.60，并通過(guò)了0.01的極顯著性檢驗(yàn)(圖略)。由此可見(jiàn)，氣候變暖是造成柴達(dá)木盆地平均風(fēng)速、大風(fēng)日數(shù)和沙塵暴日數(shù)減小的可能原因。

3 結(jié)論

3.1 近58年來(lái)柴達(dá)木盆地平均氣溫以0.44℃/10a的氣候傾向率呈顯著上升趨勢(shì)，在1986～1987年之間發(fā)生突變。

3.2 年、四季平均風(fēng)速、大風(fēng)日數(shù)和沙塵暴日數(shù)均呈顯著下降趨勢(shì)，春季減幅最明顯，其次是夏季。各站四季大風(fēng)日數(shù)和沙塵暴日數(shù)對(duì)年的貢獻(xiàn)率有所不同。

3.3 風(fēng)速以大柴旦為中心向四周增大，最大出現(xiàn)在冷湖，最小出現(xiàn)在大柴旦。大風(fēng)日數(shù)最多出現(xiàn)在茫崖，最少出現(xiàn)在都蘭，極值間相差約60d。沙塵日數(shù)最多出現(xiàn)在茫崖和格爾木，最少出現(xiàn)在大柴旦。風(fēng)速和大風(fēng)日數(shù)的變異系數(shù)與氣候傾向率有明顯的相關(guān)性，沙塵暴日數(shù)的變異系數(shù)與氣候傾向率的相關(guān)性不明顯。

3.4 氣候變暖是造成柴達(dá)木盆地平均風(fēng)速、大風(fēng)日數(shù)和沙塵暴日數(shù)減小的可能原因。