基于軌跡模型的和田綠洲沙塵移動(dòng)軌跡及氣象特征分析

艾沙江·艾力，徐至遠(yuǎn)，徐海量*，木合塔爾·吾提庫(kù)爾，麥麥提艾力·麥麥提敏

1.中國(guó)科學(xué)院新疆生態(tài)與地理研究所， 荒漠與綠洲生態(tài)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

2.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)水利與土木工程學(xué)院

3.新疆和田地區(qū)墨玉縣氣象局

沙塵暴是我國(guó)西北地區(qū)經(jīng)常發(fā)生的一種災(zāi)害性天氣現(xiàn)象，也是影響環(huán)境質(zhì)量的嚴(yán)重問題之一[1-4]。和田綠洲位于塔克拉瑪干沙漠南緣，是全國(guó)沙塵天氣最頻繁發(fā)生的地區(qū)，年平均降塵量約為1 400 t/km2，年沙塵暴天數(shù)為32.9 d，揚(yáng)沙天數(shù)為53.l d，而浮塵天數(shù)可達(dá)202.4 d[5]。頻繁及強(qiáng)烈的沙塵天氣已經(jīng)嚴(yán)重影響到該地區(qū)人們?nèi)粘Ｉa(chǎn)、生活與生命財(cái)產(chǎn)安全[6-8]。因此，治理沙塵暴以及減少沙塵暴危害已成為該地區(qū)生態(tài)環(huán)境部門最關(guān)注的問題。然而，治理沙塵暴，不僅要了解沙塵暴頻率、強(qiáng)度和季節(jié)變化，更需要對(duì)沙塵暴的來源、移動(dòng)路徑進(jìn)行系統(tǒng)的研究，確認(rèn)沙塵暴的方向，以便采取針對(duì)性的措施。但長(zhǎng)期以來，由于沙塵暴的形成原因及影響過程比較復(fù)雜，對(duì)沙塵暴移動(dòng)路徑的準(zhǔn)確判定比較困難。以往對(duì)塔克拉瑪干沙漠地區(qū)沙塵暴研究主要以沙塵暴時(shí)空分布及其對(duì)環(huán)境質(zhì)量的影響為主。如王旭等[9]結(jié)合南疆地區(qū)42個(gè)氣象站1961－1999年的沙塵天氣數(shù)據(jù)，分析了該地區(qū)沙塵暴時(shí)空變化特征。劉明哲等[10]分析了1942－2001年南疆各地沙塵天氣與氣象要素之間的相關(guān)性，以及沙塵暴對(duì)氣候變化的響應(yīng)。劉艷等[11]研究了全疆鐵路線沙塵天氣，將新疆鐵路沿線區(qū)域分為高發(fā)區(qū)、多發(fā)區(qū)、易發(fā)區(qū)、影響區(qū)和無災(zāi)區(qū)5個(gè)等級(jí)。劉尊馳[12]結(jié)合沙塵暴監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，利用HYSPLIT軌跡模式，揭示了2005－2014年南疆5個(gè)分區(qū)的沙塵暴月頻率、強(qiáng)度、輸送路徑、氣象特征及影響范圍。然而，以往研究都將塔克拉瑪干沙漠乃至整個(gè)南疆作為研究區(qū)域，多以沙塵暴時(shí)空分布特征研究為主，但對(duì)具體區(qū)域沙塵天氣格局、沙塵天氣與氣象要素的關(guān)系、沙塵顆粒來源及移動(dòng)路徑的相關(guān)研究較少。

根據(jù)《地面氣象觀測(cè)規(guī)范》中的沙塵暴天氣等級(jí)，依據(jù)沙塵天氣地面水平能見度依次分為浮塵、揚(yáng)沙和強(qiáng)沙塵暴3個(gè)等級(jí)。浮塵即當(dāng)無風(fēng)或平均風(fēng)速小于等于3.0 m/s時(shí)，沙塵浮游在空中，水平能見度小于10 000 m的天氣現(xiàn)象；揚(yáng)沙是指風(fēng)將地面沙塵吹起，空氣很混濁，水平能見度小于1 000 m的天氣現(xiàn)象；強(qiáng)沙塵暴是指大風(fēng)將地面沙塵吹起，空氣非常混濁，水平能見度小于500 m的天氣現(xiàn)象?；旌蠁晤w粒拉格朗日函數(shù)綜合軌跡模型(hybrid single particle Lagrangian integrated trajectory model，HYSPLIT)是計(jì)算和分析大氣污染物輸送、擴(kuò)散軌跡的專業(yè)模型[13-16]。軌跡聚類方法是通過對(duì)軌跡停留點(diǎn)的計(jì)算，得到軌跡的主要來源方向及其占比，并整合軌跡計(jì)算分析結(jié)果的信息，判斷污染的主要來源方向。以往的研究經(jīng)常將該模型用于分析大氣污染物前向移動(dòng)軌跡，卻很少用于沙塵暴移動(dòng)軌跡的研究[17-18]。筆者以和田綠洲西北部的墨玉縣為研究區(qū)域，分析了2004—2018年不同沙塵天氣發(fā)生的頻率，并采用HYSPLIT模型和聚類分析法，分析在沙塵天氣期間到達(dá)和田綠洲的氣流的移動(dòng)路徑，對(duì)不同強(qiáng)度沙塵暴的移動(dòng)路徑及氣象特征進(jìn)行對(duì)比分析，以期為進(jìn)一步研究和田地區(qū)和新疆干旱區(qū)沙塵天氣特征以及減少沙塵暴危害提供科學(xué)依據(jù)。

1 數(shù)據(jù)來源與方法

1.1 研究區(qū)域概況

和田綠洲（79°30'E～80°30'E，37°00'N～37°30'N）位于昆侖山北麓，塔克拉瑪干沙漠南緣，包括和田市及和田、墨玉、洛浦三縣[19-20]。將墨玉縣作為研究區(qū)域，對(duì)到達(dá)墨玉縣的沙塵暴進(jìn)行模擬研究。墨玉縣（79°08'E～80°51'E，36°36'N～39°38'N）位于和田地區(qū)西北部，昆侖山北麓，喀拉喀什河西側(cè)，塔克拉瑪干大沙漠南緣，海拔1 120～3 663 m。墨玉縣地勢(shì)南高北低，南部為山腰起伏山區(qū)，中部為洪水沖積扇平原。氣候?qū)倥瘻貛Ц稍锘哪畾夂?，四季分明，夏季炎熱、干燥少雨，春季升溫快，秋季降溫快，降水稀少，光照充足，無霜期長(zhǎng)，晝夜溫差大。年平均氣溫為11.3 ℃，1月平均氣溫為-6.5 ℃，7月平均氣溫為24.8 ℃，極端最低氣溫為-18.7 ℃，年平均降水量為36～37 mm，蒸發(fā)量為2 239 mm，無霜期為177 d，年日照時(shí)數(shù)為2 655 h[21-23]。干燥的氣候和附近大面積的沙漠為當(dāng)?shù)厣硥m天氣的頻發(fā)提供了有利條件[24]。

1.2 數(shù)據(jù)來源

2004—2018年的沙塵天氣數(shù)據(jù)（浮塵、揚(yáng)沙、沙塵暴發(fā)生日期）來自墨玉縣氣象局；2004—2009年以及2015年的地面氣象要素?cái)?shù)據(jù)（包括逐日平均氣溫、空氣濕度、風(fēng)向、風(fēng)速）由于墨玉縣氣象局不全或者無法獲取，從國(guó)家氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)站（http://data.cma.cn/user/toLogin.html）下載補(bǔ)充；2010—2014年以及2016—2018年的沙塵天氣類型及頻率數(shù)據(jù)來自墨玉縣氣象局。此外，為了更準(zhǔn)確地分析沙塵天氣的氣象特征，還引入了每個(gè)沙塵天氣日的大氣混合層厚度和太陽輻射通量等數(shù)據(jù)，通過運(yùn)行HYSPLIT后向軌跡模型獲取。

1.3 研究方法

1.3.1 HYSPLIT后向軌跡模型

HYSPLIT模型是由美國(guó)國(guó)家海洋和大氣管理局(NOAA)和澳大利亞氣象局聯(lián)合研發(fā)的。該模型利用美國(guó)國(guó)家環(huán)境預(yù)報(bào)中心(NCEP)提供的全球資料同化系統(tǒng)(GDAS)資料，較準(zhǔn)確地確定大氣顆粒物的輸送、擴(kuò)散和沉積特征[13-17,25]。以墨玉縣氣象站點(diǎn)（75.25°E，35.71°N）上空 500 m 處的氣團(tuán)為運(yùn)動(dòng)終點(diǎn)，2004—2018年的每個(gè)沙塵天氣日20:00(UTC，世界標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間)為起始時(shí)間，采用HYSPLIT模型進(jìn)行36 h的后向軌跡追蹤，將模擬軌跡代表沙塵顆粒的移動(dòng)路徑。

1.3.2 聚類分析

本研究所用聚類方法為系統(tǒng)聚類，對(duì)樣本分類采用歐式距離，歐氏距離是將m×n的數(shù)據(jù)矩陣X看作 m 個(gè) 1×n的行向量 x1，x2，…，xm，則向量 xi和xj之間的歐氏距離（dij）為：

將計(jì)算得到的后向軌跡根據(jù)氣團(tuán)水平移動(dòng)速度和方向進(jìn)行分組得出不同的輸送軌跡組，對(duì)各組氣團(tuán)的發(fā)生天數(shù)、氣象特征及移動(dòng)路徑進(jìn)行分析對(duì)比[11-13,26-29]。

2 結(jié)果與分析

2.1 沙塵天氣發(fā)生天數(shù)

2004—2018年，墨玉縣總共發(fā)生了2 891 d沙塵天氣，其中，浮塵天氣發(fā)生天數(shù)為2 110 d，揚(yáng)沙天氣為571 d，強(qiáng)沙塵暴天氣為210 d。各類沙塵天氣發(fā)生天數(shù)年際變化如圖1所示。從圖1可以看出，2004—2018年，3種沙塵天氣發(fā)生天數(shù)總體變化幅度不大。其中，浮塵天氣發(fā)生天數(shù)變化最為明顯，2006年、2011年和2016年的發(fā)生天數(shù)分別為180、171和175 d，比其他時(shí)段高，浮塵天氣最低發(fā)生天數(shù)出現(xiàn)在2012年，為117 d。

圖1 墨玉縣各類沙塵天氣發(fā)生天數(shù)Fig.1 Occurrence frequency of various dust weathers in Moyu County

2004—2018年墨玉縣各類沙塵天氣發(fā)生天數(shù)月變化如圖2所示。從圖2可以看出，沙塵天氣主要集中發(fā)生在春夏季（3—7月），占全年發(fā)生天數(shù)的70.23%。5月浮塵和揚(yáng)沙天氣發(fā)生天數(shù)最高，分別為338和130 d，強(qiáng)沙塵暴天氣在4月的發(fā)生天數(shù)最高，為64 d。冬季（11—次年1月）各類沙塵天氣發(fā)生天數(shù)最低。

圖2 墨玉縣各類沙塵天氣發(fā)生天數(shù)月變化Fig.2 Monthly variation of occurrence frequency of various dust weathers in Moyu County

2.2 沙塵天氣與氣象要素的相關(guān)性

為了進(jìn)一步明確沙塵天氣跟氣象要素之間的相關(guān)性，采用線性回歸分析法[30]分析了墨玉縣2004—2018年沙塵天氣月發(fā)生天數(shù)與各類氣象要素的相關(guān)性。由于墨玉縣降水量很小，沒有統(tǒng)計(jì)意義，因此，選擇了月平均風(fēng)速、平均氣溫、平均氣壓和平均相對(duì)濕度等氣象要素，進(jìn)行相關(guān)性分析，相關(guān)系數(shù)及線性回歸公式如圖3所示。

圖3 沙塵天氣月發(fā)生天數(shù)與氣象要素之間的關(guān)系Fig.3 Relationships between dust storm monthly occurrence frequency and meteorological factors

由圖3可知，在月序列上沙塵天氣發(fā)生天數(shù)與平均風(fēng)速（R2=0.485 4，P＜0.01）和平均氣溫（R2=0.750 6，P＜0.01）呈高度正相關(guān)關(guān)系，與平均氣壓呈高度負(fù)相關(guān)關(guān)系（R2=0.684 8，P＜0.01），而與平均相對(duì)濕度相關(guān)性不明顯（R2=0.191 7，P＜0.05）。說明風(fēng)速和氣溫越高，沙塵天氣越強(qiáng)，氣壓越低沙塵強(qiáng)度越高。風(fēng)是近地表土壤風(fēng)蝕和搬運(yùn)、堆積的主要?jiǎng)恿?，在干旱氣候條件下，風(fēng)是造成風(fēng)沙危害的直接動(dòng)力條件。地面大風(fēng)是影響沙塵暴發(fā)生的最為關(guān)鍵的因素。4—5月平均風(fēng)速均在1.5 m/s以上，比全年平均風(fēng)速高很多，強(qiáng)沙塵暴也主要發(fā)生在這段時(shí)間。氣壓差是導(dǎo)致氣團(tuán)運(yùn)動(dòng)的主要?jiǎng)恿?，一般情況下，氣團(tuán)從高氣壓區(qū)向低氣壓區(qū)移動(dòng)，氣壓差越大水平氣壓梯度力就越大，故風(fēng)力就越大。每年4—8月，墨玉縣日平均氣壓浮動(dòng)較大，尤其是在5月和6月出現(xiàn)了全年最低氣壓（8 500 hPa）。氣壓上的浮動(dòng)導(dǎo)致強(qiáng)風(fēng)和強(qiáng)沙塵暴的產(chǎn)生。

綜上，沙塵天氣的發(fā)生主要是由熱力因素及動(dòng)力因素中的平均風(fēng)速引起，這與形成沙塵天氣的基本條件是相符合的。而從各影響因子對(duì)沙塵天氣發(fā)生的貢獻(xiàn)程度來看，在年序列上風(fēng)力對(duì)產(chǎn)生沙塵天氣的影響占據(jù)了主導(dǎo)地位。

2.3 沙塵暴主要移動(dòng)路徑

對(duì)2 891次沙塵天氣過程中的風(fēng)向進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，近15年墨玉縣主要風(fēng)向以NW、WNW、E和ENE方向?yàn)橹鳎@4個(gè)風(fēng)向的頻率占全年風(fēng)向總頻率的70.4%。其中，春季和夏季沙塵天氣多發(fā)季節(jié)主要以WNW和E方向?yàn)橹?。為了進(jìn)一步分析沙塵天氣期間氣流的移動(dòng)路徑，使用HYSPLIT后向軌跡模型和k-means聚散分析法計(jì)算墨玉縣2004—2018年發(fā)生的2 891次沙塵暴的36 h后向軌跡，將模擬軌跡代表沙塵暴的移動(dòng)路徑，結(jié)果如圖4所示。

由圖4可知，墨玉縣發(fā)生沙塵天氣期間氣團(tuán)輸送主要來自W、NW和NE方向，各方向的軌跡在長(zhǎng)短、頻率上有一定的差距。根據(jù)軌跡線路長(zhǎng)短可判斷氣流移動(dòng)速度，一般軌跡線越長(zhǎng)，氣團(tuán)移動(dòng)速度越快。根據(jù)氣流軌跡空間分布特征的一致性，將到達(dá)墨玉縣的2 891次沙塵暴氣團(tuán)軌跡進(jìn)行聚類分析，氣團(tuán)移動(dòng)的后向軌跡被分為4簇，分別為NW-W簇、N-N簇、NE-E簇和E-ES簇。將運(yùn)行HYSPLIT后向軌跡模型得到的沙塵暴方向和對(duì)應(yīng)時(shí)間地面風(fēng)向監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，二者相同率為95.38%，說明本研究獲取的軌跡模型具有很高的準(zhǔn)確率。

圖4 墨玉縣沙塵暴36 h后向軌跡Fig.4 36 h of backward trajectory of dust storm in Moyu County

由于來自不同路徑的沙塵暴移動(dòng)速度和路過的區(qū)域不同，對(duì)應(yīng)各簇沙塵暴氣團(tuán)的氣象特征也有所不同，具體信息如表1所示。從表1和圖4可以看出，NW-W簇氣團(tuán)從塔克拉瑪干沙漠西北部開始向西移動(dòng)，通過喀什綠洲北部到帕米爾高原東部向南移動(dòng)，然后沿著塔克拉瑪干沙漠西南向東移動(dòng)，最終到達(dá)墨玉縣。此簇氣團(tuán)移動(dòng)的地面高度在4簇氣團(tuán)中最高，移動(dòng)速度最快（1.51 m/s），移動(dòng)軌跡最長(zhǎng)，沙塵天氣發(fā)生頻率僅次于NE-E簇氣團(tuán)，但強(qiáng)沙塵暴發(fā)生天數(shù)為129 d，占墨玉縣強(qiáng)沙塵暴總頻率的61.4%。N-N簇氣團(tuán)從塔克拉瑪干沙漠中西部開始向南移動(dòng)直接到達(dá)墨玉縣。此氣團(tuán)地面高度較低，移動(dòng)速度較慢，沙塵天氣發(fā)生天數(shù)也較少（352 d），但強(qiáng)沙塵暴的發(fā)生天數(shù)較高。氣象特征方面，此簇氣團(tuán)平均氣溫最高（292.58 K），平均相對(duì)濕度最低（26.4%），屬于高溫、干旱氣團(tuán)。NE-E簇氣團(tuán)從塔克拉瑪干沙漠中東部開始向西南移動(dòng)，沿著塔克拉瑪干沙漠南部，通過和田綠洲北部到達(dá)墨玉縣。此簇氣團(tuán)移動(dòng)高度、平均風(fēng)速、平均氣溫都不高，移動(dòng)速度也較慢。但沙塵天氣發(fā)生天數(shù)最高，為1 764 d，以浮塵天氣為主，占墨玉縣浮塵天氣總天數(shù)的69.5%。E-ES簇氣團(tuán)從塔克拉瑪干沙漠中南部開始向西移動(dòng)，然后轉(zhuǎn)南移動(dòng)到昆侖山北部轉(zhuǎn)向，向北移動(dòng)穿過和田綠洲，從西南方向到達(dá)墨玉縣。此簇氣團(tuán)地面高度較高，移動(dòng)速度較慢（1.36 m/s），3類沙塵天氣的總發(fā)生天數(shù)最低，為 226 d。

表1 沙塵暴期間到達(dá)墨玉縣的各簇氣團(tuán)的主要移動(dòng)路徑、沙塵發(fā)生天數(shù)及氣象特征Table 1 Pathway, frequency and meteorological characteristics of each cluster of air mass reaching Moyu County during dust storm period

浮塵、揚(yáng)沙和強(qiáng)沙塵暴的軌跡頻率上有一定的差距，由于3種沙塵暴移動(dòng)速度和移動(dòng)方向不同，其軌跡頻率覆蓋的區(qū)域也有所不同。由圖5可以看出，浮塵的軌跡頻率覆蓋的面積較小(76°E～84°E，36°N～39°N)，而強(qiáng)沙塵暴頻率覆蓋的面積很廣（72°E～92°E，35°N～43°N）。

圖5 墨玉縣沙塵暴不同軌跡的發(fā)生天數(shù)Fig.5 Occurrence frequency of different trajectories of dust storm in Moyu County

由于移動(dòng)路徑不同，這4簇氣團(tuán)的氣象特征也有明顯的差距。NW-W簇氣團(tuán)移動(dòng)的地面高度比較高，路過地勢(shì)較高的山區(qū)，因此，此簇氣團(tuán)的相對(duì)濕度（34.9%±4.3%）、大氣混合層厚度〔（1 856.55±265）m〕和太陽輻射通量〔（591.51±22）W/m2〕最高，移動(dòng)速度也很快。強(qiáng)風(fēng)很容易把沙漠西部的松散沙塵顆粒物吹到空氣中，產(chǎn)生強(qiáng)沙塵暴。雖然研究區(qū)東部和北部都有足夠的沙塵源，但是由于風(fēng)力較弱、風(fēng)速較慢，因此，來自東部和北部的強(qiáng)沙塵暴的發(fā)生天數(shù)較低，主要以浮塵天氣為主。

由圖4和可知，墨玉縣沙塵暴輸送主要來自西北、東北及西部方向。由于墨玉縣地處塔克拉瑪干沙漠南緣，西、北和東面直接跟塔克拉瑪干大沙漠接觸，因此，無論是來自東、西和北部的氣流都能在該地區(qū)產(chǎn)生沙塵天氣。從軌跡頻率來看（圖5），頻率較高的區(qū)域（70%以上）都分布在墨玉縣東部，這說明墨玉縣主要沙塵顆粒來自東邊的沙漠地區(qū)。

3 討論

塔克拉瑪干沙漠南緣是我國(guó)沙塵暴最頻繁發(fā)生的地區(qū)，靠近沙漠的地理位置、大氣環(huán)流格局以及綠洲邊緣開荒引起的沙塵源的擴(kuò)大，是該地區(qū)沙塵暴頻繁發(fā)生的主要原因。和田綠洲沙塵暴的發(fā)生與氣象因素有著很大的關(guān)系。不論從季節(jié)變化還是從年度變化來看，風(fēng)速和氣溫對(duì)沙塵暴頻率和強(qiáng)度的影響較大，且都呈顯著的正相關(guān)性。風(fēng)速越大，越易發(fā)生沙塵天氣，說明動(dòng)力條件是沙塵暴發(fā)生的最重要的條件。相對(duì)濕度和氣壓等因素也在不同程度上影響沙塵暴的發(fā)生。劉海濤等[31-32]分析了和田地區(qū)大尺度大氣環(huán)流背景，指出塔里木盆地南緣在春夏季節(jié)大部分時(shí)間受熱低壓控制，容易產(chǎn)生熱力不穩(wěn)定因素。劉明哲等[10]以整個(gè)南疆地區(qū)為研究區(qū)域，分析了1942—2001年發(fā)生的沙塵暴頻率和地面氣象要素之間的關(guān)系，揭示了南疆各地區(qū)沙塵暴頻率隨著降水量和相對(duì)濕度的增加而減少，并提出風(fēng)速是決定沙塵暴發(fā)生天數(shù)和強(qiáng)度的主要因素。從大尺度大氣環(huán)流分析，塔里木盆地是個(gè)封閉式盆地，在東、北、西、南分別被青藏高原、天山山脈、帕米爾高原及昆侖—喜馬拉雅山脈環(huán)繞。塔克拉瑪干沙漠獨(dú)特的地理位置導(dǎo)致獨(dú)特的高空環(huán)流形勢(shì)，進(jìn)而決定著近地面風(fēng)場(chǎng)特征。俎瑞平等[33]通過對(duì)1996—2000年17個(gè)氣象站風(fēng)資料的分析與計(jì)算，結(jié)合高空環(huán)流形勢(shì)，對(duì)塔克拉瑪干沙漠近地面風(fēng)場(chǎng)特征進(jìn)行了研究，指出塔克拉瑪干沙漠近地面風(fēng)場(chǎng)特征是在高空西風(fēng)帶的背景下，經(jīng)過青藏高原、天山山脈的動(dòng)力分支和抬升等作用下形成的；從行星風(fēng)系來看，高空環(huán)流主要受中緯度西風(fēng)帶影響；然而，由于塔里木盆地四面環(huán)山，周圍地形特別是青藏高原對(duì)環(huán)流形勢(shì)有著直接影響，這導(dǎo)致塔里木盆地由東向西方向和由南向北方向的氣流較弱。冬季塔克拉瑪干沙漠大部分處于蒙古—西伯利亞大陸高壓的西南緣，僅沙漠的西部邊緣受西風(fēng)的影響。冬季，尼雅河以東盛行偏東風(fēng)，以西盛行偏西風(fēng)；夏季，克里雅河以西盛行偏西北風(fēng)和西風(fēng)，以東盛行東北風(fēng)；從東到西，東北風(fēng)系影響逐漸減弱而西北風(fēng)系影響逐漸加強(qiáng)；南北方向變化較為復(fù)雜。以上研究結(jié)果與本研究結(jié)果相似。和田綠洲位于塔克拉瑪干沙漠與昆侖山之間，由沙漠與山地的氣溫、氣壓條件上的差距而產(chǎn)生的局地氣流對(duì)沙塵暴的產(chǎn)生也有很大的影響。墨玉縣強(qiáng)沙塵暴主要以NW-W方向?yàn)橹?，此簇氣團(tuán)氣象特征為風(fēng)速最快、大氣混合層厚度和太陽輻射通量最大，正是因?yàn)檫@種氣象特征和塔克拉瑪干沙漠西南部的沙塵源的存在，導(dǎo)致了和田綠洲強(qiáng)沙塵暴以由西向東方向?yàn)橹?。使用后向軌跡模型模擬了到達(dá)墨玉縣的來自不同方向的沙塵暴移動(dòng)軌跡，這些軌跡與地方氣流和季風(fēng)氣候的關(guān)系密切，春季受冷空氣南下的影響，西和西北方向的氣流占比很大，這導(dǎo)致NW-W簇沙塵暴氣流的頻率和強(qiáng)度較高；而夏季氣流軌跡較為分散，以北、西和東方向軌跡并存，但氣流移動(dòng)速度不快，一般為1.34～1.41 m/s，因此，相應(yīng)N-N、NE-E和E-ES方向沙塵暴主要以浮塵天氣為主。鑒于資料限制，無法對(duì)來自不同方向沙塵暴的風(fēng)場(chǎng)時(shí)空變化規(guī)律及其與沙塵暴強(qiáng)度的關(guān)系等進(jìn)行深入研究，今后可進(jìn)一步加強(qiáng)這方面的研究。

4 結(jié)論

（1）靠近沙漠的地理位置和大氣環(huán)流特征決定了和田綠洲頻繁的沙塵暴格局。使用HYSPLIT后向軌跡模型和聚散分析法，結(jié)合地面氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)，可以比較準(zhǔn)確地分析來自不同方向氣團(tuán)及其相應(yīng)的沙塵暴的來源、移動(dòng)軌跡以及與氣象要素的相關(guān)性，宏觀上可以定量地反映沙塵顆粒的空間區(qū)域輸送特征。

（2）2014—2018年，墨玉縣沙塵天氣（浮塵、揚(yáng)沙、沙塵暴）發(fā)生天數(shù)沒有明顯的增減趨勢(shì)；沙塵天氣主要集中發(fā)生在春夏季（3—7月），占全年發(fā)生天數(shù)的70.23%，5月浮塵和揚(yáng)沙天氣發(fā)生天數(shù)最高。

（3）根據(jù)墨玉縣沙塵暴36 h后向軌跡分析和k-means聚散分析結(jié)果，將到達(dá)墨玉縣的沙塵暴按照起點(diǎn)和移動(dòng)軌跡，可以分為4個(gè)軌跡類型，分別是NW-W簇、N-N簇、NE-E簇和E-ES簇氣團(tuán)。

（4）墨玉縣沙塵暴主要來自東部和西部方向，其中來自東部的（包括東北和東南方向）沙塵天氣發(fā)生天數(shù)占整個(gè)沙塵天氣總發(fā)生天數(shù)的72.6%，但主要以浮塵天氣為主。強(qiáng)沙塵暴主要來自西部，68%的強(qiáng)沙塵暴來自西和西北方向。