內(nèi)蒙古通遼市沙塵暴發(fā)生規(guī)律

刁鳴軍，王樹森，羅于洋，鄒受益

(1.國家林業(yè)局調(diào)查規(guī)劃設(shè)計(jì)院，100714，北京;2.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)生態(tài)與環(huán)境學(xué)院，010019，呼和浩特)

沙塵暴是一種在特殊的氣象條件和地理?xiàng)l件下形成的自然氣象與地理現(xiàn)象，作為一種天氣過程，沙塵暴在地球上至少可上溯至2 200 萬年前就已經(jīng)存在。沙塵暴與氣象要素及下墊面的土壤和植被關(guān)系密切。作為全球性的重大環(huán)境問題，沙塵暴受到廣泛關(guān)注，人類對其產(chǎn)生機(jī)制的研究尚處于初級階段。由于沙塵暴威脅人類生存環(huán)境，頻繁造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失，使沙塵暴及其相關(guān)領(lǐng)域，如生態(tài)環(huán)境、水資源利用、沙化土地治理和區(qū)域可持續(xù)發(fā)展等方面成為近些年來科學(xué)家們開展研究的熱門領(lǐng)域。我國對沙塵暴的研究開始于20 世紀(jì)70 年代，徐國昌等［1］、徐建芬等［2］、何清等［3］先后對我國西北地區(qū)發(fā)生的幾次典型特強(qiáng)沙塵暴個例做了詳細(xì)的分析研究，鄒受益等［4］、李青春等［5］研究了北京的沙塵暴天氣。國內(nèi)研究多是從大范圍開展的，探討了沙塵暴的發(fā)生路徑、發(fā)生原因［6-7］、時(shí)空變化［8］、治理對策［9］等，對沙塵暴的發(fā)生、發(fā)展、影響、危害規(guī)律特點(diǎn)等，進(jìn)行了廣泛深入的研究，取得了一定的進(jìn)展;但是，利用氣象觀測要素對沙塵暴發(fā)生次數(shù)、沙塵暴持續(xù)時(shí)間的月、季、年變化規(guī)律，時(shí)間序列的系統(tǒng)分析，以及沙塵暴發(fā)生與氣象因素的相關(guān)性的研究尚不多見。探索沙塵暴發(fā)生的次數(shù)、持續(xù)的時(shí)間，特別是沙塵暴發(fā)生與氣象因素的相關(guān)性的規(guī)律，對于我們尊重自然規(guī)律，因地制宜地加強(qiáng)沙區(qū)植被建設(shè)，減少通遼市乃至周邊區(qū)域的沙塵暴的危害具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。筆者通過分析近48 年來通遼市的氣象觀測資料，研究通遼市沙塵暴發(fā)生的天氣特征，探討沙塵暴月、季和年發(fā)生頻率強(qiáng)度變化的時(shí)空分布趨勢與規(guī)律，以期為區(qū)域沙塵暴防治提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)域概況

通遼市位于內(nèi)蒙古自治區(qū)東部，地處E119°15'～123°43'，N42°15'～45°41'之間，總面積5 萬9 535 km2，南北長約418 km，東西寬約370 km。地勢南部和北部高，中部低平，呈馬鞍形?？茽柷呱车匚挥谕ㄟ|腹地。通遼市屬典型的半干旱大陸性季風(fēng)氣候，春季干旱多風(fēng)，夏季炎熱，雨熱同季;年平均氣溫0 ～6 ℃，年平均日照時(shí)間3 000 h 左右，≥10 ℃積溫3 000 ～3 200 ℃，無霜期140 ～160 d，年平均降水量350 ～400 mm，蒸發(fā)量是降水量的5 倍左右，年平均風(fēng)速3.0 ～4.4 m/s，全年8 級以上大風(fēng)時(shí)間20 ～30 d。

2 研究方法

2.1 資料來源

研究資料來源于通遼市氣象局1954—2001 年的通遼市沙塵暴天氣的氣象實(shí)測記錄，含每次沙塵暴天氣發(fā)生的年、月、日及各項(xiàng)氣象數(shù)據(jù)資料。

2.2 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)原則及方法

統(tǒng)計(jì)通遼市1954—2001 年各月沙塵暴記錄情況，以監(jiān)測站10 年數(shù)據(jù)為一個周期，統(tǒng)計(jì)沙塵暴次數(shù)。監(jiān)測站一日天氣現(xiàn)象記錄中有沙塵暴，就記為一個沙塵暴日。

依據(jù)氣象觀測規(guī)范規(guī)定，日界時(shí)刻為20:00，當(dāng)某一次沙塵暴過程時(shí)間跨越20:00 時(shí)，按2 個出現(xiàn)日計(jì)算;當(dāng)某一天沙塵暴記錄中沙塵暴過程出現(xiàn)2次或以上時(shí)，按一個出現(xiàn)日計(jì)算。為了方便統(tǒng)計(jì)，規(guī)定無論該日出現(xiàn)幾次沙塵暴，均以第1 次沙塵暴的起始時(shí)間所在時(shí)段統(tǒng)計(jì)沙塵暴出現(xiàn)時(shí)段，沙塵暴起始時(shí)刻在08:00—09:00 之間時(shí)記為8，恰好為08:00 時(shí)也記為8，其余依此類推。

2.3 數(shù)據(jù)處理方法

運(yùn)用Excel 軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行整理分析，并繪制相關(guān)分析圖表。

3 研究與分析

3.1 沙塵暴發(fā)生次數(shù)的變化

3.1.1 月變化 經(jīng)統(tǒng)計(jì)，沙塵暴48 年累計(jì)發(fā)生次數(shù)共331 次。圖1 示出了通遼市48 年沙塵暴月累計(jì)發(fā)生次數(shù)?？梢钥闯?3、4、5 月沙塵暴發(fā)生頻繁，分別為56、114、82 次，分別占全年沙塵暴發(fā)生次數(shù)的16.92%、34.44%、24.77%，占全年沙塵暴發(fā)生次數(shù)的76.13%，尤其是4 月份，沙塵暴發(fā)生次數(shù)占全年沙塵暴發(fā)生次數(shù)的34.44%，為全年最高，是沙塵暴的多發(fā)期;6 月以后，沙塵暴的發(fā)生次數(shù)逐漸減少，7、8、9、10 月為沙塵暴發(fā)生次數(shù)全年最低，均為1 次。

圖1 通遼市48 年沙塵暴月累計(jì)發(fā)生次數(shù)Fig.1 Change of monthly frequency of sandstorms in Tongliao City in 48 years

3.1.2 季節(jié)變化 圖2 示出了通遼市48 年各季節(jié)沙塵暴發(fā)生次數(shù)?？梢钥闯?沙塵暴在春季(3—5月)發(fā)生次數(shù)最多，為276 次，占總數(shù)的79.15%;冬季次之，為49 次，占總數(shù)的14.80%;秋季(9—11月)發(fā)生次數(shù)最少，為6 次，占總數(shù)的1.81%。

圖2 通遼市48 年各季節(jié)沙塵暴發(fā)生次數(shù)Fig.2 Change of seasonal frequency of sandstorms in Tongliao City in 48 years

3.1.3 年變化 圖3 示出了通遼市48 年年際沙塵暴發(fā)生次數(shù)?？梢钥闯觯?8 年沙塵暴各年發(fā)生次數(shù)總體在波動中呈下降趨勢。1954—1980 年27 年間沙塵暴發(fā)生45 次，占總數(shù)的96.00%，1980 年之后發(fā)生7 次，發(fā)生次數(shù)明顯減少，呈減幅振蕩。1994—1998 年未發(fā)生沙塵暴，1999 年之后沙塵暴又呈小幅度上升，但總體的趨勢仍然下降。

圖3 通遼市48 年年際沙塵暴發(fā)生次數(shù)Fig.3 Change of yearly frequency of sandstorms in Tongliao City in 48 years

總之，通遼市近48 年來沙塵暴發(fā)生次數(shù)總體呈減少趨勢，但2000 年開始急劇增加，為1980 年后之最多年。這2 年的沙塵暴活動特點(diǎn)是時(shí)間集中(主要是4 月份)，這種趨勢似乎預(yù)示著，繼20 世紀(jì)80—90 年代沙塵暴的不活躍期后，又可能開始新一輪活躍期，沙塵暴可能再次持續(xù)發(fā)生。

3.2 沙塵暴持續(xù)時(shí)間的變化

3.2.1 月變化 圖4 示出了通遼市48 年各月沙塵暴持續(xù)時(shí)間。可以看出:48 年間，3、4、5 月沙塵暴發(fā)生累計(jì)持續(xù)時(shí)間偏高，以4 月份沙塵暴持續(xù)時(shí)間為全年最高，達(dá)292.8 min，占全年的39.00%;之后沙塵暴發(fā)生的持續(xù)時(shí)間急劇下降，8 月為全年最低，為6 min，11、12、1 和2 月沙塵暴發(fā)生的持續(xù)時(shí)間又有所增加。

3.2.2 季節(jié)變化 圖5 示出了通遼市近48 年各季沙塵暴發(fā)生持續(xù)時(shí)間的季節(jié)變化?？梢钥闯觯杭?3—5 月)沙塵暴持續(xù)時(shí)間最長，高達(dá)540.6 h，占四季的85.40%，尤其是4 月份，沙塵暴持續(xù)時(shí)間為全年最高，5 月以后，沙塵暴持續(xù)時(shí)間急劇下降，以夏季(6—8 月)持續(xù)時(shí)間最短，僅為3.4 h，僅占四季的0.50%。

圖4 通遼市48 年各月沙塵暴持續(xù)時(shí)間Fig.4 Change of monthly duration of sandstorm in Tongliao City in 48 years

圖5 通遼市近48 年各季沙塵暴發(fā)生持續(xù)時(shí)間Fig.5 Seasonal durations of sandstorms in Tongliao City in 48 years

圖6 通遼市近48 年各年沙塵暴發(fā)生持續(xù)時(shí)間Fig.6 Yearly duration of sandstorms in Tongliao City in 48 years

3.2.3 年變化 圖6 為通遼市近48 年各年沙塵暴發(fā)生持續(xù)時(shí)間?？芍?，沙塵暴天氣各年發(fā)生持續(xù)時(shí)間總體呈減少趨勢。1954 年，沙塵暴累計(jì)發(fā)生持續(xù)時(shí)間最長，達(dá)180.8 h，1954—1980 年各年沙塵暴天氣的持續(xù)時(shí)間較長，達(dá)767.4 h，沙塵暴天氣的發(fā)生較為頻繁，1980—1999 年各年沙塵暴天氣的持續(xù)時(shí)間較短，為26.5 h，屬于沙塵天氣的低發(fā)階段。

3.2.4 年代際變化 圖7 為通遼市48 年年際沙塵暴持續(xù)時(shí)間?？芍?，20 世紀(jì)50 年代以來，沙塵暴天氣持續(xù)時(shí)間總體呈減少趨勢，50、60 和70 年代持續(xù)時(shí)間較長，分別達(dá)398.6、110.5 和168.3 h，80 年代持續(xù)時(shí)間減少為22.8 h，90 年代持續(xù)時(shí)間最短，僅為3.6 h。

分析可知，通遼市近48 年來沙塵暴發(fā)生持續(xù)時(shí)間變化總體呈減少趨勢，但值得注意的是，2000、2001 年的沙塵暴持續(xù)時(shí)間呈現(xiàn)增加趨勢。

3.3 沙塵暴發(fā)生與氣象因素的相關(guān)性

圖7 通遼市48 年年際沙塵暴發(fā)生持續(xù)時(shí)間Fig.7 Inter-decadal duration of sandstorm in Tongliao City in 48 years

3.3.1 沙塵暴發(fā)生與降水的相關(guān)性 圖8 顯示了通遼市48 年各月沙塵暴發(fā)生時(shí)間與月平均降水量變化關(guān)系?？梢钥闯?5 月中旬—6 月中旬，隨著月平均降水量的增加，沙塵暴驟然減少，降水量最高的7 月，沙塵暴發(fā)生的時(shí)間則最少;3 月初—5 月中旬，沙塵暴發(fā)生時(shí)間最多，是因?yàn)槎杭窘邓?，沙塵暴發(fā)生的次數(shù)多，夏秋季降水量相對較多，沙塵暴發(fā)生次數(shù)較少。

圖8 通遼市48 年各月沙塵暴發(fā)生時(shí)間與月平均降水量變化關(guān)系Fig.8 Monthly times of sandstorm in relation to day and average precipitation in Tongliao City in 48 years

3.3.2 沙塵暴發(fā)生與風(fēng)速的相關(guān)性 圖9 顯示了通遼市48 年各月沙塵暴發(fā)生時(shí)間與平均風(fēng)速變化關(guān)系?？梢钥闯觯陲L(fēng)速最大的4 月，沙塵暴發(fā)生的時(shí)間最多，4 月后，沙塵暴的發(fā)生時(shí)間隨著風(fēng)速的降低而逐漸減少。

分析結(jié)果顯示，沙塵暴天氣各月的發(fā)生次數(shù)與降水量呈負(fù)相關(guān)、與風(fēng)速呈正相關(guān)。

4 結(jié)論與討論

圖9 通遼市48 年各月沙塵暴發(fā)生時(shí)間與平均風(fēng)速變化關(guān)系Fig.9 Monthly times of sandstorm in relation to day and average wind speed in Tongliao City in 48 years

1)沙塵暴發(fā)生次數(shù)的季節(jié)變化，春季3 個月，特別是4 月份是發(fā)生的高峰期。沙塵暴發(fā)生次數(shù)均為全年最高;秋季發(fā)生次數(shù)最少，8、9、10 月均處于較低水平。

2)20 世紀(jì)50—60 年代是沙塵暴發(fā)生的高值期，70 年代后總體呈減少與震蕩下降趨勢，是一個低值期。80 年代之前沙塵暴發(fā)生次數(shù)較多而且相對波動大，之后沙塵暴發(fā)生次數(shù)明顯減少，下降的趨勢明顯，90 年代后略呈上升趨勢。

3)各月沙塵暴發(fā)生與降水量呈負(fù)相關(guān)、與風(fēng)速呈正相關(guān)。

4)沙塵暴發(fā)生的持續(xù)時(shí)間和頻數(shù)總體呈減少趨勢。20 世紀(jì)50—70 年代是沙塵暴的高發(fā)期、活躍期，且年變化幅度大;80—90 年代沙塵暴發(fā)生次數(shù)顯著減少，進(jìn)入平穩(wěn)期。

影響通遼市近48 年來沙塵暴發(fā)生與變化的主要因素一方面是降水、風(fēng)速等氣象因素，另一方面是沙區(qū)植被狀況在逐年增加與改善。警示我們要尊重自然規(guī)律，保護(hù)與改善沙區(qū)生態(tài)環(huán)境條件，因地制宜地加強(qiáng)沙區(qū)植被建設(shè)，增加林草覆蓋率，才能最大限度地減少沙塵暴的危害。