近30 年塔里木盆地浮塵天氣及持續(xù)浮塵滯空的氣候特征*

孟 露 趙天良 何 清 楊興華 買買提艾力·買買提依明 楊 帆 周成龍 霍 文 王敏仲 潘紅林 楊 婕

1.中國氣象局烏魯木齊沙漠氣象研究所/中國氣象局塔克拉瑪干沙漠氣象野外科學(xué)試驗基地，烏魯木齊，830002

2.南京信息工程大學(xué)大氣物理學(xué)院，南京，210044

1 引言

塔里木盆地是亞洲沙塵氣溶膠的重要源區(qū)（何清等，1997；張小曳，2007；陳思宇等，2017；Yang，et al，2021）。塔里木盆地三面環(huán)山，北為天山山脈，西為帕米爾高原，南為昆侖山脈、阿爾金山并與青藏高原相接，東側(cè)地勢開闊，塔克拉瑪干沙漠分布中間。因此，受到特殊的深盆地地形強(qiáng)迫和塔克拉瑪干沙漠流沙地表特性的影響，塔里木盆地沙塵天氣具有獨特的浮塵滯空區(qū)域特征（Yang，et al，2016；Chen，et al，2020）。塔里木盆地浮塵天氣頻發(fā)，1961—1990 年盆地南部站點年平均浮塵天氣日數(shù)超過200 d，極值達(dá)304 d，主要發(fā)生期跨越春、夏季（何清等，1997）。目前塔里木盆地浮塵天氣、氣候?qū)W特征認(rèn)知依然停留在1990 年，近30 年區(qū)域氣候變化背景下，亟待更新對塔里木盆地浮塵天氣及持續(xù)浮塵滯空的氣候特征的認(rèn)識。

浮塵天氣是水平能見度小于10 km 的沙塵天氣現(xiàn)象。一般出現(xiàn)在沙塵暴天氣之后的靜風(fēng)或弱風(fēng)天氣條件下，粒徑較大的沙塵氣溶膠沉降到地表，較小的沙塵粒子懸浮在空中或向下風(fēng)方向移動，形成浮塵天氣（何清等，1997；何清，1997；張莉等，2003；Lue，et al，2010；王苑等，2014；Yang，et al，2021）。受塔里木盆地三面環(huán)山獨特地形影響，尤其是盆地南側(cè)青藏高原大地形對盆地及其周邊氣象場的影響，加上沙漠下墊面特殊的地表加熱作用下較強(qiáng)的對流和湍流運動，盆地夏半年形成3—5 km 高度的“超高”大氣邊界層（Jaffe，et al，1999；張強(qiáng)等，2008；李曉嵐等，2010；楊興華等，2011；Zhang，et al，2014；孟露等，2018；Meng，et al，2020）。塔里木盆地處在青藏高原的西北部，位于高原北側(cè)的氣流輻散下沉帶上（葉篤正等，1957）。塔里木盆地沙漠下墊面背景下特殊大氣邊界層上升氣流與高原北側(cè)的氣流輻散下沉共同作用，疊加上周邊C型大地形“山谷風(fēng)”效應(yīng)，造就了高山環(huán)抱盆地及沙漠區(qū)的獨特的區(qū)域大氣環(huán)流特征（徐祥德等，2014），盆地邊界層內(nèi)對流和湍流活動較強(qiáng)，粒徑較小的沙塵氣溶膠粒子被強(qiáng)上升氣流攜帶至邊界層上部，同時受到青藏高原北側(cè)的輻散下沉氣流作用，可導(dǎo)致盆地沙塵氣溶膠“滯空”的獨特浮塵天氣現(xiàn)象，也就是說盆地特殊的大氣邊界層結(jié)構(gòu)決定了浮塵天氣的形成以及滯空層的高度。塔里木盆地作為中國乃至中亞地區(qū)重要的沙源地，沙塵暴、揚沙、浮塵天氣頻發(fā)，其中浮塵天氣日數(shù)遠(yuǎn)高于揚沙和沙塵暴天氣日數(shù)，甚至夏半年浮塵持續(xù)滯空時間可以達(dá)到月尺度（何清等，1997；Wang，et al，2008；Indoitu，et al，2012；Kang，et al，2016）。

沙塵氣溶膠可以通過吸收和散射太陽輻射、地面和云層的長波輻射加熱、冷卻大氣。懸浮在空中的沙塵層產(chǎn)生的加熱作用會改變大氣的動力穩(wěn)定性。已有的研究（Zhang，et al，2010）表明，沙塵氣溶膠在大氣頂和地表都為負(fù)的短波輻射強(qiáng)迫效應(yīng)，對大氣有正的短波輻射強(qiáng)迫效應(yīng)。與其他沙塵區(qū)域?qū)Ρ龋ū热缛龉衬死敻傻貐^(qū)由于地表的高反射率以及沙塵氣溶膠的高吸收率等特性，其對大氣頂凈輻射強(qiáng)迫年平均值為0 或為正值（Huang，et al，2014），但是其不確定性仍然很大。由于沙塵氣溶膠對太陽短波的吸收作用，其對大氣通常是正的輻射強(qiáng)迫。Huang 等（2009）研究表明，塔克拉瑪干地區(qū)在5 km 高度處，浮塵氣溶膠對大氣層的平均加熱率可以超過6 K/d。因為浮塵的高度和持續(xù)時間會影響地表的溫度（Helmert，et al，2007；Stanelle，et al，2010）和大氣的加熱率，而塔克拉瑪干沙漠地區(qū)浮塵層的高度較高（3—5 km）（Nan，et al，2018）且長時間滯空，其對地表和大氣頂?shù)妮椛鋸?qiáng)迫效應(yīng)以及大氣的加熱作用仍有待進(jìn)一步深入研究。持續(xù)性浮塵天氣不僅會改變大氣的動力穩(wěn)定性，對區(qū)域天氣、氣候變化產(chǎn)生重要影響，亦是不可忽視的大氣環(huán)境問題（文倩等，2001；馬禹等，2007；王存忠等，2007；馬井會等，2013；郭萍萍等，2015；Yang，et al，2016；Li，et al，2020）。

環(huán)境監(jiān)測站主要為大氣懸浮顆粒物PM2.5和PM10的地面業(yè)務(wù)觀測，而地面沙塵濃度的資料稀少，PM10質(zhì)量濃度并不能準(zhǔn)確代表沙塵氣溶膠濃度，還受多種人為因素的影響。浮塵天氣現(xiàn)象主要通過氣象站依據(jù)中國氣象局發(fā)布的地面氣象觀測規(guī)范觀測得到，除能見度觀測外，地面氣象觀測規(guī)范還規(guī)定綜合考慮浮塵天氣的出現(xiàn)特征和成因等。此外，衛(wèi)星遙感觀測分析進(jìn)一步揭示了塔里木盆地夏季“滯空”沙塵氣溶膠的高度及強(qiáng)度范圍（Liu，et al，2019），但缺乏更多年份和更精細(xì)的衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)來分析浮塵“滯空”氣候特征。浮塵天氣地面沙塵濃度及粒徑大小的變化與塔里木盆地浮塵天氣密切相關(guān)（劉新春等，2011），但受觀測技術(shù)和觀測儀器限制，無法開展長期的塔里木盆地浮塵“滯空”變化垂直觀測，無法直接對比分析盆地浮塵天氣地面與大氣中沙塵氣溶膠濃度的關(guān)系。

塔里木盆地的相關(guān)研究多把浮塵天氣與前期的沙塵暴過程聯(lián)系在一起進(jìn)行分析（王麗娟等，2011；Yumimoto，et al，2009；Chen，et al，2013），專門針對塔里木盆地浮塵天氣開展的相關(guān)個例研究較少（王旭等，2003；仇會民等，2018）。塔里木盆地沙塵天氣的氣候態(tài)研究多集中于沙塵暴、揚沙、浮塵天氣總的時空分布特征及長期演變趨勢（馬禹等，2006；李晉昌，2008），僅考慮盆地浮塵天氣氣候特征的相關(guān)分析相對較少（何清等，1997；江遠(yuǎn)安等，2007；馬禹等，2007）。目前，僅有何清等（1997）根據(jù)盆地周邊 22 個氣象臺站浮塵日數(shù)資料和塔克拉瑪干沙漠腹地 4 個短期定位站實測浮塵日數(shù)資料，較為全面地分析了1961—1990 年塔里木盆地浮塵的時、空分布特征及長期演變趨勢，探討了盆地浮塵形成的原因，闡述了浮塵對盆地環(huán)境和人類的影響。

目前關(guān)于塔里木盆地浮塵天氣氣候?qū)W特征認(rèn)知依然局限在1961—1990 年的氣象觀測基礎(chǔ)上，而且對塔里木盆地持續(xù)性浮塵天氣的研究也處于初級階段（何清等，1997）。區(qū)域氣候變化及下墊面狀況的改變會影響盆地浮塵天氣時、空分布，近幾十年浮塵天氣變化的氣候特征亟待分析。為此，文中利用塔里木盆地27 個觀測站1991—2020 年長期連續(xù)氣象觀測資料分析塔里木盆地近30 年浮塵天氣時、空變化特征，并著重分析盆地浮塵天氣的年際、月際變化特征，給出盆地持續(xù)浮塵天氣的頻次分布，以更新對1991—2020 年塔里木盆地浮塵天氣及持續(xù)浮塵滯空的氣候特征的認(rèn)識。

2 資料和方法

選用資料為塔里木盆地27 個觀測站1991 年1 月—2020 年9 月浮塵天氣觀測資料（圖1，表1），并按照地面氣象觀測規(guī)范嚴(yán)格區(qū)分南疆地區(qū)經(jīng)常發(fā)生的沙塵暴天氣過程。除沙漠腹地部分站點停止運行（用塔中站（1996 年7 月—2020 年9 月）數(shù)據(jù)代替）外，其余選用站點均與何清等（1997）一致，并采用相同的資料處理方法，根據(jù)地面氣象觀測規(guī)范（GB/T 35221-2017），對沙塵暴、揚沙及浮塵天氣進(jìn)行區(qū)分統(tǒng)計，并在日值的基礎(chǔ)上進(jìn)行月、季、年值的統(tǒng)計分析。

表1 塔里木盆地及周邊27 個觀測站站點信息Table 1 Information of 27 observation stations over the Tarim basin and its surrounding areas

圖1 塔里木盆地及周邊27 個觀測站點位置（色階為海拔高度）Fig.1 Geographic locations of 27 observation sites over the Tarim basin and its surrounding areas and terrain elevation（color shaded）

3 結(jié)果與分析

3.1 塔里木盆地浮塵天氣空間分布特征

圖2 給出了塔里木盆地年平均浮塵天氣日數(shù)的空間分布。近30 年平均浮塵天氣日數(shù)在塔里木盆地內(nèi)呈現(xiàn)明顯的空間差異，盆地南部遠(yuǎn)高于盆地北部，盆地東、西部差異較小，西部的浮塵天氣日數(shù)略高于盆地東部。將塔里木盆地1991—2020 年平均浮塵天氣日數(shù)與何清等（1997）計算的1961—1990 年平均浮塵天氣日數(shù)進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)盆地內(nèi)觀測到的近30 年年平均浮塵天氣日數(shù)較1961—1990 年有所下降，但盆地南部極值站仍高達(dá)160 d。

圖2 近30 年塔里木盆地及周邊年平均浮塵天氣日數(shù)（單位：d）空間分布（彩色散點代表浮塵天氣日數(shù)；色階表示海拔高度；“皮山-和田-策勒-民豐”一線用紫色箭頭標(biāo)出）Fig.2 Spatial distribution of floating dust days over the Tarim basin and its surrounding areas averaged in the recent 30 years（Color scatter points represent floating dust days，and color shadings show terrain elevation；the line"Pishan-Hotan-Cele-Minfeng" is marked by the purple arrow）

塔里木盆地南部的皮山—和田—策勒—民豐一線（圖2 中紫色箭頭）為盆地浮塵天氣頻發(fā)區(qū)。該線以北的沙漠腹地，近30 年年平均浮塵天氣日數(shù)較1961—1990 年有所下降，但仍高達(dá)120 d。1961—1990 年浮塵天氣頻發(fā)的極值中心在和田，年平均浮塵天氣日數(shù)高達(dá)232 d，而近30 年極值中心東移至民豐地區(qū)，中心值為152 d，表明塔里木盆地南部地區(qū)浮塵天氣頻發(fā)的極值中心東移且極值降低。其主要原因可能是由于近30 年全球和區(qū)域氣候變化，導(dǎo)致盆地浮塵天氣的時、空分布發(fā)生變化。1991—2020 年，受塔里木盆地沙漠熱力強(qiáng)迫與青藏高原地形的協(xié)同作用，塔里木盆地區(qū)域大氣環(huán)流尤其是低層大氣風(fēng)場結(jié)構(gòu)發(fā)生變化（Meng，et al，2019，2020），盆地大氣邊界層上升氣流與高原北側(cè)下沉氣流的垂直輻合中心從和田東移至民豐地區(qū)，導(dǎo)致民豐地區(qū)成為浮塵天氣高發(fā)區(qū)。青藏高原動力及熱力強(qiáng)迫對塔里木盆地沙塵氣溶膠“滯空”變化的影響機(jī)理依然需要深入研究。

塔里木盆地浮塵天氣影響范圍西至帕米爾高原，北起天山南部山中，南抵青藏高原北部東昆侖山，東部像一條長舌向下游延伸。浮塵天氣日數(shù)受塔里木盆地四周獨特地形的影響，基本呈現(xiàn)隨海拔高度增加浮塵減少的趨勢。其中盆地西部和南部遞減率較大，盆地東部地勢開闊，浮塵天氣隨高度分布平緩延伸（圖2）。塔里木盆地夏半年形成3—5 km 高度的浮塵天氣現(xiàn)象，地處塔里木盆地中部的沙漠腹地，浮塵日數(shù)可能受周邊環(huán)繞的大地形影響偏弱。

3.2 塔里木盆地浮塵天氣的年際變化特征

從近30 年塔里木盆地平均浮塵天氣日數(shù)的年際變化趨勢及Savitzky-Golay 平滑曲線（圖3）可見，1991—2020 年塔里木盆地浮塵天氣日數(shù)年際變化的波動幅度較大，近30 年，整體呈“V”型變化趨勢，1991—2011 年，浮塵天氣日數(shù)整體呈現(xiàn)顯著下降趨勢，氣候傾向率為?1.31 d/a，相關(guān)系數(shù)為0.69，通過0.01 的顯著水平t檢驗；于2011 年達(dá)到最低值，僅為40 d；2012—2020 年浮塵天氣日數(shù)呈上升趨勢，氣候傾向率為4.31 d/a，相關(guān)系數(shù)為0.64，通過0.05 的顯著水平t檢驗。自2014年1 月起，大氣能見度的觀測由人工轉(zhuǎn)為器測，兩者間存在較大的偏差，這可能影響對近年來浮塵天氣的觀測分析。

圖3 1991—2020 年塔里木盆地平均浮塵天氣日數(shù)的年際變化趨勢（灰色柱）及1991—2010 年擬合曲線y1（綠色直線），2011—2020 年擬合曲線y2（橙色直線），Savitzky-Golay 平滑曲線（紅色虛線）Fig.3 Interannual variation trend of floating dust days（d）in the Tarim basin averaged from 1991 to 2020（gray colum bars），fitting curve y1 from 1991 to 2010（green line），fitting curve y2 from 2011 to 2020（orange line），and Savitzky-Golay smooth curve（red dotted line）

圖4 為近30 年塔里木盆地四季的平均浮塵日數(shù)逐年變化曲線，整體變化與年平均浮塵日數(shù)的趨勢基本一致。春、夏季的平均浮塵日數(shù)明顯高于秋、冬季，且春、夏季浮塵日數(shù)對全年浮塵日數(shù)的貢獻(xiàn)較大。統(tǒng)計的近30 年盆地不同季節(jié)的平均浮塵天氣的拐點年份、擬合方程和相關(guān)系數(shù)見表2。1991—2011 年塔里木盆地平均浮塵日數(shù)基本呈下降趨勢，其中春季波動幅度較大，變化范圍20—50 d，變化趨勢不明顯；夏季、秋季呈現(xiàn)顯著下降趨勢，通過0.01 的顯著水平t檢驗；冬季變化趨勢不明顯，波動范圍在0—10 d。春、夏、秋、冬季平均浮塵日數(shù)變化的拐點分別出現(xiàn)在2012、2013、2011、2011 年，拐點后年份均呈增加趨勢，但夏、秋季增加趨勢不顯著，春、冬季增加趨勢較明顯。

表2 1991—2020 年塔里木盆地浮塵天氣變化的統(tǒng)計特征參數(shù)Table 2 Statistical characteristic parameters of floating dust change in the Tarim basin from 1991 to 2020

圖4 1991—2020 年塔里木盆地各季（a.春季，b.夏季，c.秋季，d.冬季）平均浮塵日數(shù)的年際變化及擬合曲線（y1：藍(lán)色直線，y2：紅色直線）Fig.4 Interannual variation trends and fitting curves of floating dust days in（a）spring，（b）summer，（c）autumn，and（d）winter over the Tarim Basin averaged from 1991 to 2020（y1：blue line，y2：red line）

3.3 塔里木盆地浮塵天氣的月際變化特征

1991—2020 年塔里木盆地浮塵天氣日數(shù)存在明顯的季節(jié)變化，其特征表現(xiàn)為春季多，夏季次之，冬季少，秋季居中。浮塵天氣主要集中在春季3—5 月，占全年浮塵天氣總?cè)諗?shù)的近45.6%，峰值出現(xiàn)在4 月，盆地區(qū)域平均浮塵天氣日數(shù)達(dá)到10 d/月（圖5）。近30 年塔里木盆地春季的浮塵日數(shù)離散程度最大，其中3 月標(biāo)準(zhǔn)差最大，為3.69，說明不同年份間塔里木盆地的逐月浮塵日數(shù)，在春季3—5 月的差距最大，秋季6—8 月的差距最小。塔里木盆地浮塵天氣每年多達(dá)50—240 d，其中約45.6%出現(xiàn)在春季，且浮塵持續(xù)滯空時間甚至達(dá)到月尺度，遠(yuǎn)高于沙塵暴和揚沙日數(shù)，已成為不可忽視的大氣環(huán)境問題。

圖5 1991—2020 年塔里木盆地平均浮塵天氣日數(shù)及標(biāo)準(zhǔn)偏差的月際變化（紅色圓點代表平均浮塵天氣日數(shù)，黑色豎線到圓點的距離代表標(biāo)準(zhǔn)差）Fig.5 Monthly variation of floating dust days and standard deviation in the Tarim Basin averaged from 1991 to 2020（The red dots represent the average number of floating dust days，and the distance from the black vertical lines to the red dots represent the standard deviation）

由圖6 可見，塔里木盆地不同區(qū)域的浮塵天氣日數(shù)的月際變化特征存在一定差異，大體分為雙峰型、平頂型、單峰型3 類（何清等，1997）。

雙峰型分布：春季（3—5 月）為浮塵天氣頻發(fā)的高值期，夏季（6—8 月）浮塵天氣日數(shù)相對較少，9 月出現(xiàn)另一個峰值，主要集中在盆地北部（阿克蘇、輪臺、庫車）、盆地西部（喀什、阿圖什、岳普湖、麥蓋提、莎車、葉城）和西北部（柯坪）（圖6a、b）。

平頂型分布有兩種：主要集中在盆地南部、東部和腹地，一種峰值集中在3—8 月，浮塵天氣日數(shù)整體偏高，出現(xiàn)在策勒、和田、民豐、若羌，其中和田、民豐地區(qū)的浮塵天氣日數(shù)明顯高于其他地區(qū)，峰值均出現(xiàn)在5 月，平均高達(dá)20.6 d/月；另一種峰值集中在3—5 月，6—8 月呈緩慢下降。沙漠腹地塔中站浮塵天氣日數(shù)月際變化特征與盆地南部區(qū)域較為一致，最大峰值出現(xiàn)在5 月，平均浮塵天氣約16.6 d/月（圖6c、d）。與1961—1990 年相比，近30 年，盆地浮塵天氣日數(shù)的峰值集中在3—8 月的站點數(shù)量有所減少，大部分觀測站點的峰值主要集中在3—5 月，即近30 年，塔里木盆地夏季（6—8 月）浮塵天氣的影響范圍及強(qiáng)度均減小。

單峰型分布：峰值集中在3—5 月，春、夏季浮塵天氣日數(shù)相差較大，出現(xiàn)在盆地北部庫爾勒、尉犁，盆地西北部巴楚、阿拉爾（圖6e）。

圖6 1991—2020 年塔里木盆地不同站點浮塵天氣日數(shù)的月際變化（a、b.雙峰型，c、d.平頂型，e.單峰型）Fig.6 Monthly variation of floating dust days at different stations in the Tarim basin from 1991 to 2020（a，b. bimodal distribution characteristic，c，d. flat topdistribution characteristic，e. single peak distribution characteristic）

近30 年塔里木盆地不同區(qū)域浮塵天氣日數(shù)的月際變化特征不同，盆地南部、東部及沙漠腹地在春、夏季節(jié)浮塵天氣頻發(fā)；而盆地北部、西部和西北部春季多發(fā)浮塵天氣，其中部分站點在夏末秋初（9 月）前后仍易受到浮塵天氣的影響。

3.4 塔里木盆地浮塵天氣日數(shù)年代際變化的區(qū)域特征

塔里木盆地浮塵天氣日數(shù)的年代際變化呈現(xiàn)明顯的區(qū)域特征，可分為以下4 種類型：（1）逐年代遞增型（圖7a），包括盆地北部輪臺、庫爾勒，盆地西部麥蓋提，盆地南部民豐及腹地塔中。其中民豐地區(qū)20 世紀(jì)90 年代平均浮塵天氣日數(shù)為137.0 d，21 世紀(jì)初期達(dá)151.9 d，21 世紀(jì)第2 個10 年遞增為168.7 d。21 世紀(jì)初期超過和田地區(qū)，成為盆地南部浮塵天氣頻發(fā)的極大值中心。腹地塔中自建站以來（1996 年7 月），平均浮塵天氣日數(shù)呈逐年代遞增趨勢，21 世紀(jì)初期遠(yuǎn)高于20 世紀(jì)90 年代的平均值。（2）逐年代遞減型（圖7b），主要集中在塔里木盆地西部，包括盆地西北部柯坪，盆地西部岳普湖、莎車及盆地南部和田。其中莎車地區(qū)，平均浮塵天氣日數(shù)遞減速率最快，近30 年平均遞減率達(dá)到40.47%/（10 a）。20 世紀(jì)60—80 年代，和田地區(qū)為塔里木盆地浮塵天氣頻發(fā)的極大值區(qū)，1985 年浮塵天氣日數(shù)竟高達(dá)304 d，為中國氣候記錄之首（何清等，1997），自20 世紀(jì)90 年代以來，和田地區(qū)浮塵天氣日數(shù)呈下降趨勢，盆地南部地區(qū)浮塵天氣頻發(fā)的極值中心東移。（3）21 世紀(jì)初期最多型（圖7c），包括盆地北部尉犁、庫車，盆地西北部阿克蘇、巴楚及盆地西部葉城。（4）21 世紀(jì)初期最少型（圖7d），包括盆地西部喀什、阿圖什，盆地東部鐵干里克、若羌，盆地南部皮山、于田、策勒，盆地東南部且末及盆地西北部阿拉爾，占盆地所有測站的39.13%，說明21 世紀(jì)初期，塔里木盆地大部分區(qū)域浮塵天氣減少，但是浮塵天氣頻發(fā)地仍集中在盆地南部及腹地區(qū)域（圖7）。

圖7 塔里木盆地不同站點浮塵天氣日數(shù)的年代際變化趨勢（a.逐年代遞增型，b.逐年代遞減型，c.21 世紀(jì)初期最多型，d.21 世紀(jì)初期最少型）Fig.7 Interdecadal variation trend of floating dust days at different stations in the Tarim basin（a.the increasing type year by year，b.the decreasing type year by year，c.the most frequent type in the early 21st century，d.the least frequency type in the early 21st century）

由1991—2020 年塔里木盆地浮塵天氣日數(shù)年代際變化的空間分布（圖8）可見，20 世紀(jì)90 年代至21 世紀(jì)初期，塔里木盆地南部、西部及東部的浮塵天氣日數(shù)基本呈下降趨勢，而盆地北部及腹地的浮塵天氣日數(shù)增加；21 世紀(jì)初期至第2 個10 年，塔里木盆地南部、東部、東北部及腹地的浮塵天氣日數(shù)基本呈增加趨勢，而盆地西部、北部的浮塵天氣呈減少趨勢，可能由于引起沙塵暴天氣的強(qiáng)冷空氣入侵盆地的路徑不同（Meng，et al，2019），以及受到不同天氣系統(tǒng)的影響，盆地浮塵天氣的覆蓋范圍不同。

圖8 1991—2020 年塔里木盆地浮塵天氣日數(shù)年代際變化的空間分布Fig.8 Spatial distribution of interdecadal variation of floating dust days in the Tarim basin from 1991 to 2020

4 持續(xù)性浮塵天氣的頻次分布

塔里木盆地的沙塵氣溶膠滯空現(xiàn)象每年觀測有80—230 d，甚至夏半年浮塵滯空時間持續(xù)達(dá)到月尺度（何清等，1997；張學(xué)文等，2006），長期而持續(xù)懸浮在空中的沙塵層產(chǎn)生的加熱作用，會改變大氣的動力穩(wěn)定性（何清等，1997），對于區(qū)域天氣氣候變化有重要影響，因此對長期持續(xù)性浮塵天氣的研究具有重要意義。前期研究主要集中于單個浮塵滯空日，將當(dāng)天有浮塵天氣的發(fā)生定義為1 個浮塵日，對浮塵天氣的時空分布進(jìn)行統(tǒng)計分析?，F(xiàn)將浮塵天氣持續(xù)2 d 及以上定義為持續(xù)浮塵日，對1991—2020 年塔里木盆地持續(xù)浮塵天氣的頻次分布進(jìn)行統(tǒng)計分析，從塔里木盆地持續(xù)浮塵天氣出現(xiàn)次數(shù)及概率分布（圖9）可見，近30 年塔里木盆地23 個站點持續(xù)性浮塵天氣貢獻(xiàn)比例很高，占浮塵日總數(shù)的64.25%。持續(xù)性浮塵天氣出現(xiàn)頻次隨著持續(xù)日數(shù)的增加呈明顯下降趨勢，其中持續(xù)2 d 出現(xiàn)頻次最高，達(dá)26.05%。1991—2020 年塔里木盆地有超過3.24%的持續(xù)性浮塵天氣分布在10—50 d；超過70 d 的長時間尺度持續(xù)浮塵極端事件共出現(xiàn)4 次，集中出現(xiàn)在盆地南部，分別為1995 年6—9 月莎車地區(qū)，持續(xù)時間可達(dá)80 d，2014 年9—11 月皮山地區(qū)，持續(xù)74 d，以及2016 年10—12 月、2017 年9—12 月的策勒地區(qū)，持續(xù)時間達(dá)75 d（圖9b）。極端持續(xù)性浮塵天氣多出現(xiàn)在秋季和冬季，不僅與夏季強(qiáng)沙塵天氣增多，沙塵氣溶膠持續(xù)懸浮有關(guān)，還與該段時間穩(wěn)定的大氣邊界層結(jié)構(gòu)和大氣環(huán)流背景密切聯(lián)系。

圖9 1991—2020 年塔里木盆地持續(xù)2 d 及以上（a）和持續(xù)10 d 及以上（b）持續(xù)性浮塵天氣的頻次分布（次數(shù)：灰色柱，百分比：紅色點線）Fig.9 Frequency distribution of persistent floating dust lasting for 2 d or more（a），and lasting for 10 d or more（b）in the Tarim basin from 1991 to 2020（occurrence times：gray column bars，percentage：red dotted line）

由近30 年來塔里木盆地持續(xù)性浮塵天氣頻次的空間分布（圖10）可見，持續(xù)性浮塵天氣頻次分布與年平均浮塵天氣日數(shù)的空間分布特征較為一致，均呈現(xiàn)盆地南部遠(yuǎn)高于盆地北部、盆地西部略大于盆地東部的分布特征。持續(xù)時間不同的持續(xù)性浮塵天氣，其頻次分布呈現(xiàn)一定的空間差異。持續(xù)2—5 d 的持續(xù)性浮塵天氣高值中心出現(xiàn)在塔里木盆地南部皮山—且末一線，向盆地北部逐漸遞減，其中且末、民豐地區(qū)可達(dá)到600 次以上，塔中地區(qū)可達(dá)515 次（圖10a）；持續(xù)6—10 d 及持續(xù)11—30 d的浮塵天氣頻次空間分布較為一致，極值中心出現(xiàn)在和田和民豐地區(qū)，遠(yuǎn)高于盆地周邊其他站點；持續(xù)31 d 及以上的月時間尺度浮塵主要集中在塔里木盆地南部和田、策勒、皮山及盆地西北部柯坪等地。

圖10 1991—2020 年塔里木盆地持續(xù)2—5 d（a）、持續(xù)6—10 d（b）、持續(xù)11—30 d（c）、持續(xù)31 d 及以上（d）浮塵天氣頻次的空間分布（彩色散點代表不同持續(xù)浮塵天氣出現(xiàn)次數(shù)，色階表示海拔高度）Fig.10 Spatial distribution of persistent floating dust frequency（a）lasting for 2—5 d，（b）lasting for 6—10 d，（c）lasting for 11—30 d，and（d）lasting for 31 d or more in the Tarim basin from 1991 to 2020（color scatter points represent the occurrence times of different persistent floating dust，and color shadings represent terrain elevation）

5 結(jié)論

基于1991—2020 年塔里木盆地27 個觀測站的沙塵天氣觀測資料，對浮塵天氣氣候特征進(jìn)行研究表明：近30 年浮塵天氣呈現(xiàn)盆地南部遠(yuǎn)高于盆地北部，盆地西部略大于盆地東部的分布特征。1991—2020 年，浮塵天氣主要集中在春季，占全年浮塵天氣日總數(shù)的45.6%；其中盆地南部、東部及沙漠腹地在春、夏季節(jié)浮塵天氣頻發(fā)；而盆地北部、西部和西北部春季多發(fā)浮塵天氣。1991—2020年盆地年平均浮塵天氣日數(shù)變化趨勢呈“V”型特征，2011 年達(dá)到近30 年最低值（約40 d）。近30 年（1991—2020 年），塔里木盆地南部皮山—和田—策勒—民豐一線地區(qū)為浮塵天氣頻發(fā)的高值區(qū)，進(jìn)入21 世紀(jì)以來，極值中心東移，從和田轉(zhuǎn)移至民豐地區(qū)。20 世紀(jì)90 年代至21 世紀(jì)初期，塔里木盆地南部、西部及東部的浮塵天氣日數(shù)基本呈下降趨勢，而盆地北部及腹地的浮塵天氣日數(shù)增加；21 世紀(jì)初期至第2 個10 年，塔里木盆地南部、東部、東北部及腹地的浮塵天氣日數(shù)基本呈增加趨勢，而盆地西部、北部的浮塵天氣呈減少趨勢。塔里木盆地持續(xù)性浮塵天氣占浮塵日總數(shù)的64.25%，3.24%的持續(xù)性浮塵天氣分布在10—50 d，盆地南部和田、策勒、皮山，盆地西北部柯坪等地易出現(xiàn)持續(xù)31 d 及以上月時間尺度持續(xù)浮塵極端事件。

目前長期完整浮塵觀測資料來自地面業(yè)務(wù)的能見度觀測。僅能用于浮塵天氣特征的定性或半定量分析，限制了對塔里木盆地浮塵“滯空”變化特征的分析，且限制了人們研究角度和研究方法。在地面常規(guī)觀測的基礎(chǔ)上，將引入沙塵氣溶膠衛(wèi)星監(jiān)測資料、地面環(huán)境氣溶膠濃度監(jiān)測和數(shù)值模式分析結(jié)果等綜合研究較短時間浮塵或“滯空”變化。但目前在復(fù)雜的塔里木盆地背景下，沙塵氣溶膠衛(wèi)星監(jiān)測資料、數(shù)值模式模擬依然具有較大不確定性，存在時間序列短，精度不夠等問題，缺少近30 年的相關(guān)數(shù)據(jù)的支持。多源數(shù)據(jù)綜合分析工作有待于更多年份和更精細(xì)的衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)和氣候模擬。