摘 要：基于2013—2022年近10年莫高窟氣象站監(jiān)測數(shù)據(jù)，對比分析莫高窟不同地貌區(qū)域（山頂、窟區(qū)）氣象要素的變化特征及差異。結(jié)果表明：2013—2022年，莫高窟山頂、窟區(qū)太陽輻射、氣溫、風速呈緩慢升高趨勢，降水、相對濕度呈先上升后下降趨勢，風向年際變化小。兩區(qū)域氣象要素值差異明顯。溫度、相對濕度、降水差異較小，太陽輻射、風速、風向差異明顯，受地形地貌影響顯著。崖體和窟前灌木林帶的圍護作用顯著降低了窟區(qū)輻照和風速，有效防止了崖體和洞窟受照度劣化和強風蝕風化作用。

關鍵詞：莫高窟；氣象要素；環(huán)境監(jiān)測；變化特征

DOI：10.20005/j.cnki.issn.1674-8697.2025.02.025

敦煌莫高窟地處河西走廊西端沙漠腹地，在自然營力和人為雙重因素作用下，呈現(xiàn)出各種不同的病害現(xiàn)象，如顏料層起甲、酥堿等①。研究表明，壁畫彩塑病害的產(chǎn)生與窟內(nèi)微氣候環(huán)境密切相關，而窟內(nèi)微環(huán)境又直接受外界大環(huán)境影響②。壁畫彩塑顏料層中的礦物顏料、有機顏料等長時間受溫濕度、光照等自然環(huán)境作用，易降解老化形成多種病害③。因此，筆者開展莫高窟地區(qū)氣象要素的變化特征及不同地貌區(qū)域氣象環(huán)境的差異研究，以期為莫高窟洞窟壁畫病害機理模擬試驗研究中環(huán)境參數(shù)的設置提供參考依據(jù)。

1 數(shù)據(jù)來源與分析

選擇山頂?shù)[石戈壁區(qū)域和窟前綠洲區(qū)域的氣象環(huán)境為研究對象。氣象數(shù)據(jù)來源于莫高窟山頂戈壁區(qū)氣象站和窟區(qū)氣象站（72窟前），主要監(jiān)測太陽輻射、氣溫、相對濕度、降水、風向、風速，數(shù)據(jù)采集頻率為10 min。本文采用2013—2022年氣象監(jiān)測數(shù)據(jù)，對比分析不同地形地貌區(qū)域氣象要素的變化特征。

2 結(jié)果與分析

①氣象要素年際變化。圖1為莫高窟山頂、窟區(qū)各氣象因子年際變化對比圖。從圖1（a）可以看出，山頂、窟區(qū)太陽輻射年際間變化小，礫石戈壁形貌的山頂全年太陽輻射強度遠高于有樹木和崖體遮擋的窟區(qū)綠洲區(qū)域。2013—2022年，山頂、窟區(qū)太陽輻射強度均值分別為192.9 W/m2、94.1 W/m2，年均變化范圍在176～202.36 W/m2、88～102.3 W/m2。山頂2013年太陽輻射強度最低，2020年最高，年際較差26.3 W/m2；窟區(qū)2018年最低，2013年最高，年際較差14.3 W/m2。每年山頂太陽輻射強度約是窟區(qū)的2倍，受地貌影響，太陽輻射極值在兩區(qū)域出現(xiàn)年份不同。從變化趨勢上看，近10年山頂戈壁區(qū)太陽輻射呈緩慢上升趨勢，而窟區(qū)變化趨勢不明顯。

由圖1（b）可知，山頂、窟區(qū)年際溫度變化差異不大，近10年氣溫均值分別為11.9 ℃、12 ℃。2013—2022年山頂年均溫度變化范圍為11.3～12.5 ℃，2022年溫度最高，2018年溫度最低，年際較差1.2 ℃；窟區(qū)年均溫度變化范圍為11.2～13.2 ℃，2016年溫度最高，2018年溫度最低，年際較差2.0 ℃。近10年山頂和窟區(qū)氣溫整體呈上升趨勢，具體表現(xiàn)為上升—下降—上升的變化趨勢，即2013—2016年氣溫緩慢上升，2017—2018年溫度下降，2019—2022年氣溫又呈上升變化?？邊^(qū)溫度2013—2016年略高于山頂，2017—2022年略低于山頂。降水較多的2016年山頂和窟區(qū)年氣溫相差最大，窟區(qū)較山頂溫度高1.1 ℃。

莫高窟區(qū)域年降水稀少，干旱沙漠氣候特征明顯，大多年份降水在30 mm以下。圖1（c）顯示，山頂、窟區(qū)年際間降水變化大，變化趨勢一致，且山頂年降水相對較多。2013—2022年山頂、窟區(qū)累計降水量分別為359.4 mm、290.3 mm，總降水山頂比窟區(qū)多69.1 mm，降水變化范圍分別為7.3～81.8 mm、11～67 mm，年際較差分別為74.5 mm、56 mm，多年平均降水量分別為36 mm、29 mm，平均每年山頂比窟區(qū)多降水約7 mm。近10年出現(xiàn)兩次較大降水，分別是2016、2019年，兩區(qū)域各降水73 mm、55.1 mm和81.8 mm、67 mm，降水較多的年份山頂與窟區(qū)降水量相差更大。

2013—2022年山頂、窟區(qū)相對濕度年際變化趨勢一致，呈先升高后降低的變化，見圖1（d）。相對濕度變化范圍分別為24.1%～31.9%、26.8%～33.1%，窟區(qū)濕度均高于山頂，年濕度差在1.2%～2.8%，多年平均相對濕度分別為27.9%、30.2%，窟區(qū)比山頂濕度高2.3%。年相對濕度與降水正相關，山頂、窟區(qū)濕度極值出現(xiàn)的年份一致，2016年相對濕度最高（31.9%、33.1%），2022年濕度最低（24.1%、26.8%）。

山頂、窟區(qū)風向相對穩(wěn)定，山頂戈壁區(qū)常年盛行南風，窟區(qū)受崖體阻隔作用，以東南風為主，見圖1（e）。由圖1（f）可知，兩區(qū)域年際間風速變化相對較小，但山頂風速遠高于窟區(qū)，其年風速是窟區(qū)的4倍多。2013—2022年山頂、窟區(qū)多年平均風速為4.4 m/s、1.0 m/s，風速波動范圍分別在4.1～5.6 m/s、0.5～1.2 m/s，2022年出現(xiàn)近10年最大風速，山頂、窟區(qū)平均風速為5.6 m/s、1.2 m/s，2014年風速最低。風速極值在兩區(qū)域出現(xiàn)的年份一致。

②氣象要素季節(jié)變化。山頂四季太陽輻射顯著高于窟區(qū)，太陽輻射強度是窟區(qū)的2倍多。夏季太陽輻射最強，山頂、窟區(qū)太陽輻射分別為261.2 W/m2、126.2 W/m2；春、秋季次之，分別為230.6 W/m2、118.1 W/m2和166.1 W/m2、80.2 W/m2；冬季太陽輻射最低，為115.2 W/m2、50.4 W/m2。兩區(qū)域太陽輻射季較差分別為146.0 W/m2、75.8 W/m2，夏季山頂與窟區(qū)太陽輻射值相差最大（135 W/m2），冬季最小（64.8 W/m2）。

氣溫季節(jié)變化與太陽輻射一致，山頂、窟區(qū)夏季氣溫最高，分別為26.1 ℃、25.7 ℃，其次是春、秋季，分別為14.1 ℃、14.2 ℃和11.6 ℃、11.4 ℃，冬季氣溫最低，分別為-4.12 ℃、-4.05 ℃。山頂、窟區(qū)四季氣溫基本接近，夏、秋季山頂氣溫略高于窟區(qū)，春、冬季窟區(qū)略高。兩區(qū)域?qū)竟?jié)氣溫差絕對值在0.07～0.4 ℃。

山頂、窟區(qū)降水主要集中在夏、春兩季，占比達92%、89%。其中夏季降水最多，累計降水分別為222.9 mm、143.8 mm，占總降水量的62%、50%，春季次之（106.7 mm、114.4 mm）；秋季較少（23.6 mm、23.5 mm），冬季基本無降水，10年累計降水量僅為6.2 mm、8.7 mm。夏季山頂累計降水明顯多于窟區(qū)，比窟區(qū)降水多79.1 mm，春季降水多7.7 mm，秋、冬季基本接近。夏季降水是導致兩區(qū)域年降水差異的主要因素。

山頂、窟區(qū)相對濕度季節(jié)變化呈遞增趨勢，窟區(qū)各季節(jié)濕度均高于山頂。氣溫是影響濕度高低的主要因素，氣溫最低的冬季相對濕度相應最高，山頂、窟區(qū)的最高濕度值分別為40.1%、41.7%；其次是秋、夏季，濕度分別為25.7%、28.4%和25.6%、29.3%；春季最低，濕度為20%、21.6%。由于受溫度、降水及植被灌溉蒸發(fā)等影響，夏季兩區(qū)域濕度值相差最大（3.7%）。

山頂、窟區(qū)風向季節(jié)變化小，山頂戈壁區(qū)四季盛行南風，窟區(qū)以東南風為主。四季山頂風速遠高于窟區(qū)，春、夏、秋、冬季依次呈遞減變化，風速春季5.1 m/s＞夏季4.2 m/s＞秋季4.1 m/s＞冬季4.0 m/s，夏、秋、冬季風速基本接近，春季風速明顯高于其他三季，各季節(jié)風速是窟區(qū)的3～5倍。由于冬季窟前灌木林帶枝葉脫落、樹冠變小、林間隙變大，抗風能力減弱，使得窟區(qū)冬、春季風速較高（1.3 m/s、1.1 m/s）。夏季窟前林帶灌溉量大、枝葉繁茂，抗風能力強，窟區(qū)風速最低（0.8 m/s）?？咔肮嗄玖謳Ш脱麦w的阻擋作用顯著降低了窟區(qū)風速，有效防止了石窟受強風蝕風化損害。

③氣象要素月變化。山頂、窟區(qū)太陽輻射月變化呈單峰型，見圖2（a），1～7月太陽輻射呈上升趨勢，5、6、7月太陽輻射最強，山頂達270 W/m2，窟區(qū)約130 W/m2；8～12月太陽輻射快速下降，12月降至最低，分別為96.4 W/m2、37.7 W/m2。一年中4～9月太陽輻射較強，山頂在200 W/m2以上，窟區(qū)在100 W/m2以上，月均太陽輻射山頂是窟區(qū)的2～3倍。

山頂、窟區(qū)月氣溫變化與太陽輻射一致，見圖2（b），1～7月氣溫逐漸上升，8～12月快速下降，其中1～4月上升較快，5～7月上升緩慢，7月達峰值，氣溫月均最高值分別為27.5 ℃、27 ℃；8～9月緩慢下降，10～12月迅速下降，翌年1月降至最低，最低氣溫均為-6.1 ℃。山頂、窟區(qū)月均氣溫基本接近，12～次年2月氣溫月均在0 ℃以下，3～11月在0 ℃以上。兩區(qū)域?qū)戮钤?～0.5 ℃，最大月均差出現(xiàn)在氣溫最高的7月。

降水月變化差異大，見圖2（c），山頂、窟區(qū)降水主要集中于4～8月，占比分別為89%、84%，其余月份降水稀少。6～8月山頂降水明顯多于窟區(qū)，其余月份相差不大。10～次年2月兩區(qū)域降水稀少，月累計降水不足10 mm。7月山頂和窟區(qū)降水最多，分別為98.4 mm、71.8 mm，占全年總降水量的1/4以上（山頂27%、窟區(qū)25%）。

山頂、窟區(qū)相對濕度呈“W”形變化，見圖2（d），窟區(qū)月相對濕度略高于山頂。1月和12月相對濕度最高，山頂、窟區(qū)濕度超40%，分別為43%、45%；其次是2月和11月，濕度約為33%、35%；其余月份濕度均在30%以下。山頂、窟區(qū)相對濕度月變化范圍分別為19.6%～27.2%、20.8%～30%，干燥多風的3、4月濕度最低（約20%）。兩區(qū)域?qū)聺穸炔顬?.2%～3.9%，相對濕度最低的3月濕度差最?。?.2%），降水最多的7月濕度差最大（3.9%）。

山頂、窟區(qū)風向月變化小，月風速變化明顯，見圖2（e）、圖2（f），全年月風速山頂是窟區(qū)的3～5倍。山頂3～5月風速較高，在4.5 m/s以上，3月風速最高，達5.9 m/s，其余月份相差不大，為4.0～4.3 m/s?？邊^(qū)10～次年4月風速較高，為1.0～1.3 m/s，2月風速最高（1.3 m/s）；5～10月風速較低，在1.0 m/s以下，8月風速最低（0.7 m/s）。山頂、窟區(qū)對應月風速差在2.7～4.6 m/s，山頂風速最高的3月兩區(qū)域風速值相差最大，1月和12月風速差最小。

④氣象要素日變化。山頂、窟區(qū)日太陽輻射近似呈正態(tài)曲線變化，且山頂太陽輻射日變化幅度顯著高于窟區(qū)，見圖3（a）。22：00—次日6：00山頂和窟區(qū)太陽輻射量為0；7：00—10：00開始緩慢上升，而且山頂太陽輻射強度比窟區(qū)上升速率快；11：00—14：00大幅上升，14：00達峰值，最高值分別為635.4 W/m2、498.1 W/m2。山頂太陽輻射14：00—19：00大幅下降，20：00—21：00逐漸降至0；窟區(qū)14：00—16：00大幅下降，17：00—21：00緩慢降至0。一天中13：00—15：00為全天太陽輻射最強時段，山頂在600 W/m2以上，窟區(qū)在400 W/m2以上。

山頂、窟區(qū)氣溫日變化呈余弦曲線，日變化幅度相差不大，見圖3（b）。0：00—7：00氣溫緩慢下降，7：00降至最低，山頂日均氣溫最低6.9 ℃，窟區(qū)最低7.4 ℃；8：00—17：00氣溫逐漸上升，窟區(qū)氣溫較山頂提前2h達到峰值，15：00窟區(qū)氣溫最高16.9 ℃，山頂17：00最高16.8 ℃，18：00—0：00又逐漸下降。氣溫峰值較太陽輻射滯后，窟區(qū)滯后1 h，山頂滯后3 h。一天中山頂氣溫最高時段在15：00—18：00，窟區(qū)在14：00—16：00，溫度均在16 ℃以上。

降水日變化大，山頂日降水整體略多于窟區(qū)，見圖3（c）。日均降水量山頂在0～9.3 mm之間波動，最大降水出現(xiàn)在15：40；窟區(qū)日降水為0～6.6 mm，最大降水出現(xiàn)在16：10。兩區(qū)域日降水時間上分布較分散，較大強度降水多發(fā)生在白天。

山頂、窟區(qū)相對濕度日變化與氣溫相反，呈正弦曲線變化，窟區(qū)日均相對濕度整體高于山頂，見圖3（d）。0：00—8：00相對濕度逐漸升高，山頂7：00濕度達到峰值35%，窟區(qū)峰值較山頂滯后1 h，8：00最高36.9%；9：00—17：00相對濕度快速下降，窟區(qū)16：00降至最低23%，山頂17：00最低20.8%；18：00—0：00相對濕度又緩慢爬升，晝夜經(jīng)歷了低—高—低—高4次變化過程。

山頂、窟區(qū)風向日變化明顯，夜間風向相對穩(wěn)定，午間波動大，窟區(qū)日風向波動頻率較山頂高，見圖3（e）。山頂日風向在南東南～南（SSE～S）方向波動，0：00—10：00盛行南風，11：00—14：00盛行偏東南風（SSE），15：00—0：00又盛行南風?？邊^(qū)日風向在東～南東南（E～SSE）方向波動，0：00—7：00盛行偏東南風，8：00—10：00盛行東南風（SE），11：00—16：00盛行東風，17：00—18：00盛行東南風，19：00—0：00又盛行偏東南風。

由圖3（f）可知，山頂日均風速遠高于窟區(qū)。21：00—次日7：00山頂風速緩慢上升，上升幅度最大1.8 m/s，最大風速5.4 m/s；8：00—12：00迅速下降，12：00風速降至最低3.1 m/s，最大降幅2.1 m/s；13：00—17：00又緩慢爬升，最大上升幅度為0.9 m/s；18：00—21：00又緩慢下降，最大降幅0.6 m/s，日均風速差為2.3 m/s?？邊^(qū)日風速波動比山頂小，21：00—次日7：00緩慢上升，最大上幅1.0 m/s，風速最大1.7 m/s；8：00—12：00緩慢下降，12：00風速降至最低0.6 m/s，最大降幅1.1 m/s；13：00—21：00風速較穩(wěn)定，在0.6～0.8 m/s之間平緩波動，日均風速差為1.1 m/s。

3 結(jié)論

①2013—2022年，山頂、窟區(qū)太陽輻射、氣溫、風速呈緩慢升高趨勢，降水、相對濕度呈先上升后下降變化。山頂太陽輻射強，風速大，年太陽輻射是窟區(qū)的2倍多，風速是窟區(qū)的4倍多。山頂較窟區(qū)降水多，平均每年比窟區(qū)多降水約7 mm。山頂年氣溫與窟區(qū)相差不大，相對濕度比窟區(qū)低。風向年變化小，山頂戈壁區(qū)盛行南風，窟區(qū)以東南風為主。②山頂、窟區(qū)太陽輻射、氣溫、降水、相對濕度季節(jié)變化與月變化一致。太陽輻射、氣溫、降水表現(xiàn)為夏季＞春季＞秋季＞冬季，峰值均出現(xiàn)于7月；相對濕度春、夏、秋、冬呈遞增變化，干燥多風的春季最低。風速變化差異大，山頂風速四季呈遞減變化；窟區(qū)春、冬季風速較高，夏、秋季風速較低。③山頂、窟區(qū)各氣象要素日變化基本一致。白天山頂太陽輻射顯著高于窟區(qū)。氣溫日變化相差不大，相對濕度窟區(qū)較山頂高。風向夜間相對穩(wěn)定，午間波動大，山頂日風向在SSE～S，窟區(qū)在E～SSE波動。風速變化表現(xiàn)為夜間高，白天低。④莫高窟山頂、窟區(qū)各氣象要素值差異明顯。溫度、相對濕度、降水差異較小，太陽輻射、風速、風向差異大，受地形地貌影響顯著。

注釋

①王進玉.敦煌莫高窟洞窟現(xiàn)狀調(diào)查與病害分類[J].敦煌研究，2005（6）：113-117.

②胡軍艦，賀東鵬，武發(fā)思，等.麥積山石窟第32窟內(nèi)外溫濕度比較研究[J].干旱區(qū)資源與環(huán)境，2021，35（6）：66-72；牟銳，李榮華，高文強，等.莫高窟關閉洞窟溫濕度變化分析研究[J].文物鑒定與鑒賞，2024（3）：29-33.

③李最雄，Stefan Michalski.光和濕度對土紅、朱砂和鉛丹變色的影響[J].敦煌研究，1989（3）：80-93；文娟，牛賀強，吳春勇.武威西夏博物館壁畫彩塑文物庫房溫濕度監(jiān)測及分析[J].天水師范學院學報，2020，40（5）：81-84；張正模，劉洪麗，郭青林，等.突發(fā)性強降雨對莫高窟洞窟微環(huán)境影響分析[J].敦煌研究，2013（1）：120-124；汪萬福，張偉民，李云鶴.敦煌莫高窟的風沙危害與防治研究[J].敦煌研究，2000（1）：42-48.