柴達木盆地沙塵天氣的氣候特征及與氣象要素的關系

張煥平　張占峰　金惠瑛等

摘要 利用1961～2010年柴達木盆地10個氣象站觀測資料，采用氣候統(tǒng)計學方法，對沙塵天氣變化特征及與氣象要素的關系進行分析。結果表明，近50年柴達木盆地揚沙、浮塵、沙塵暴日數均呈顯著減少的趨勢，4月為揚沙、浮塵、沙塵暴出現次數最多的月份；沙塵天氣均表現為春季>夏季>冬季>秋季的氣候特征；沙塵天氣與大風、降水呈正相關，與大風的相關性明顯，與降水的相關性不明顯；四季氣溫與沙塵天氣呈不顯著的負相關?？梢姶箫L日數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沙塵天氣的發(fā)生也起一定抑制作用。

關鍵詞 沙塵天氣；氣象要素；氣候特征；柴達木盆地；關系

中圖分類號 S424 文獻標識碼 A 文章編號 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害性天氣現象，沙塵天氣分為浮塵、揚沙、沙塵暴3個等級[1]，浮塵是指塵土、細沙均勻地浮游在空中，使水平能見度<10 km的天氣現象；揚沙是指風將地面塵沙吹起，使空氣相當混濁，水平能見度在1～10 km之間的天氣現象；沙塵暴天氣是指強風把地面大量沙塵卷入空中，使空氣相當混濁、水平能見度<1 km的天氣現象[2]。沙塵天氣是風與沙相互作用引起的，具有很強的破壞力，可以造成大氣污染、表土遷移、農業(yè)減產、人畜傷亡等嚴重后果，是我國影響范圍極大的災害性天氣，也是生態(tài)環(huán)境惡化的重要標志之一。柴達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km2，每年春季，風多勢強，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，是我國海拔最高的內陸盆地；盆地常受大風沙暴侵襲，給農牧業(yè)生產造成了一定危害。

柴達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)，也是我國沙塵天氣的多發(fā)地區(qū)之一。

近年來許多學者對青海省沙塵暴進行了研究，并取得了一些成果[3-5]，但對柴達木盆地沙塵天氣沒有做過系統(tǒng)的分析，該研究利用1961～2010年柴達木盆地10個氣象站浮塵日數、揚沙日數以及沙塵暴日數觀測資料，分析沙塵天氣的氣候特征，以揭示其區(qū)域分布特點，探討其變化的主要原因，并研究沙塵天氣與氣象要素的關系，以期為改善柴達木盆地農業(yè)氣象災害的發(fā)生等提供科學依據。

1 資料與方法

1.1 資料來源

所有觀測資料均來源于青海省氣象信息中心。由于柴達木盆地各站觀測資料時間序列不同，本著既考慮資料的均一性和序列長度，又盡可能反映柴達木盆地沙塵天氣變化事實的原則，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個氣象站1961～2010年的氣象資料，建立季、年揚沙、浮塵及沙塵暴日數的時間序列；對諾木洪、茫崖兩站通過差值法進行訂正，以保證資料的連續(xù)性。沙塵天氣日數的日界確定為20：00，當某一次浮塵、揚沙或沙塵暴過程跨越20：00時，按2個出現日計算；當某一日浮塵、揚沙或沙塵暴過程出現2次或以上時，按1個出現日計算。

1.2 研究方法

利用各站1961～2010年歷年沙塵日數資料，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、揚沙日數和沙塵暴日數的時間序列，采用氣候統(tǒng)計學分析方法[6]得到50年的平均月、季、年沙塵日數，通過計算趨勢系數和變化速率，來表示沙塵日數隨時間變化趨勢的性質和幅度。

2 結果與分析

2.1 沙塵天氣的變化特征

2.1.1 月變化。分析1961～2010年柴達木盆地沙塵天氣的月變化（圖1）可見，盆地4月為揚沙、浮塵、沙塵暴出現次數最多的月份，分別出現了138、151、62 d，分別占全年總天數的20%、25%、22%；沙塵暴9、10月出現次數最少，浮塵10、11月出現次數最少，揚沙12月出現次數最少，柴達木盆地沙塵天氣的月際變化趨勢與我國沙塵天氣的月際變化趨勢一致[7]。

2.1.2 季變化。

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

以上分析說明柴達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次數最多的季節(jié)，其主要原因一是春季到來之后，氣溫回升迅速，土壤解凍，由于下墊面性質的差異，使地面受熱不均勻，形成大氣層結不穩(wěn)定，易導致中小尺度系統(tǒng)的發(fā)展，如有冷空氣的配合，可形成強烈發(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，主要是局地強對流天氣引起，產生的范圍較小，但由于高原夏季對流比較旺盛，容易引起大風沙塵天氣。秋季發(fā)生沙塵的次數最少，這主要與冷空氣的影響次數較少和強度較弱及下墊面性質的變化有關。

2.2 影響柴達木盆地沙塵天氣的主要冷空氣路徑

有關研究表明，影響柴達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，冷空氣首先進入北疆，在天山以北堆積后擴散南下，主體沿河西走廊東南下，一部分倒灌侵入南疆盆地，當冷空氣填塞南疆盆地后，再翻越阿爾金山進入柴達木盆地影響海西地區(qū)，這是造成柴達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入南疆盆地，再翻越阿爾金山進入柴達木盆地影響海西地區(qū)。

2.3 影響沙塵天氣的主要因子

有關研究指出，沙塵暴形成的主要因素是大風和豐富的沙塵源[7]。大風和不穩(wěn)定大氣是由大氣運動狀態(tài)決定，是沙塵暴形成的驅動因子，主要決定了沙塵暴的強度、移動路徑和持續(xù)時間；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。

柴達木盆地地處高原，平均海拔3 000 m左右，春季正值季節(jié)轉換，冷暖空氣交換頻繁，加上柴達木盆地特殊的地形作用，不但對風有狹管加速效應，且冷空氣下滑勢能轉變?yōu)閯幽?，使地面風速大于高空500 hPa的風速[8]，大風天氣頻繁是春季柴達木盆地的主要氣候特點。

2.3.2 沙源。

根據柴達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；冬春季柴達木盆地降水稀少，土質干燥松散，為沙塵暴天氣的發(fā)生提供了物質條件。

2.4 沙塵天氣與氣象要素的關系

2.4.1 沙塵天氣與大風的關系。

沙塵天氣與大風天氣有很大關系，純粹的下沉氣流形成的大風，一般沒有沙塵天氣發(fā)生。但下沉氣流前一般來說伴有或能促使產生地表上升氣流，所以大多數大風過程如果經過疏松地表是伴有沙塵天氣的[9]。分析大風日數與揚沙、浮塵、沙塵暴日數的年相關關系（圖3）可見，年大風日數與揚沙、浮塵、沙塵暴日數均呈顯著的正相關，相關系數分別為0.659（P<0.05）、0.501（P<0.05）和0.445，可見年大風日數與揚沙日數的相關性最高，其次是浮塵，大風日數與沙塵暴日數的相關性最低，表明沙塵暴比浮塵、揚沙更具不穩(wěn)定性，沙塵暴還受到了其他因子的影響或干擾，影響程度有待于進一步研究。

以上分析說明近50年來，柴達木盆地大風和揚沙、浮塵、沙塵暴隨時間的變化趨勢具有一致性，且相關關系較為明顯。也說明沙塵天氣的減少主要是由于其驅動因子大風天氣的減少導致的，大風是導致沙塵天氣發(fā)生的必要條件，大風日數的時間變化在一定程度上可以決定沙塵天氣隨時間的變化，分析結果與張智等對寧夏[10]、西北地區(qū)[11]、山西[12]大風與沙塵日數的時空分布及變化趨勢的研究結果一致。

2.4.3 沙塵天氣與降水的關系。

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

3 結論與討論

（1）1961～2010年柴達木盆地揚沙、浮塵、沙塵暴日數均呈顯著減少的趨勢，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年開始沙塵天氣有增加的趨勢，特別是沙塵暴增加趨勢比較明顯。

（2）柴達木盆地沙塵日數和大風日數隨時間的變化趨勢具有一致性，且相關性明顯，說明沙塵天氣的減少主要是由于其驅動因子大風天氣的減少導致的，也說明一定的大風是沙塵天氣發(fā)生的必要條件；氣溫與四季沙塵日數呈反相關關系，反映了氣溫的升高，有利于植被的生長和覆蓋面的增加，

相應的沙塵暴天氣出現的幾率就會減??；降水增加對沙塵天氣的發(fā)生也起一定抑制作用，但影響不是很明顯。

（3）近50年柴達木盆地沙塵天氣的出現日數具有十分明顯的月變化和季節(jié)變化，盆地4月為揚沙、浮塵、沙塵暴出現次數最多的月份，分別占年總天數的20%、25%、22%；沙塵天氣均表現為春季>夏季>冬季>秋季的氣候特征，主要是因為盆地春季和初夏季節(jié)土壤表層疏松，且冷空氣活動頻繁，在午后不穩(wěn)定的大氣層結狀態(tài)下就容易產生沙塵天氣；沙塵天氣總體呈逐年代下降趨勢，21世紀以來較20世紀70年代平均分別減少了60%、84%和42%。

（4）近50年來，造成柴達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、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，冷空氣活動次數逐年減少，柴達木盆地受大風、沙塵天氣的影響日趨減弱。氣溫升高、降水量增多會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，將會減少對農業(yè)的影響，但該研究結果顯示近幾年沙塵天氣的明顯增多也不容忽視。

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