柴达木盆地沙尘天气的气候特征及与气象要素的关系

张焕平　张占峰　金惠瑛等

摘要 利用1961～2010年柴达木盆地10个气象站观测资料，采用气候统计学方法，对沙尘天气变化特征及与气象要素的关系进行分析。结果表明，近50年柴达木盆地扬沙、浮尘、沙尘暴日数均呈显著减少的趋势，4月为扬沙、浮尘、沙尘暴出现次数最多的月份；沙尘天气均表现为春季>夏季>冬季>秋季的气候特征；沙尘天气与大风、降水呈正相关，与大风的相关性明显，与降水的相关性不明显；四季气温与沙尘天气呈不显著的负相关。可见大风日数的减少是沙尘天气减少的主要原因，降水增加和气温升高对沙尘天气的发生也起一定抑制作用。

关键词 沙尘天气；气象要素；气候特征；柴达木盆地；关系

中图分类号 S424 文献标识码 A 文章编号 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

沙塵天气是典型的灾害性天气现象，沙尘天气分为浮尘、扬沙、沙尘暴3个等级[1]，浮尘是指尘土、细沙均匀地浮游在空中，使水平能见度<10 km的天气现象；扬沙是指风将地面尘沙吹起，使空气相当混浊，水平能见度在1～10 km之间的天气现象；沙尘暴天气是指强风把地面大量沙尘卷入空中，使空气相当混浊、水平能见度<1 km的天气现象[2]。沙尘天气是风与沙相互作用引起的，具有很强的破坏力，可以造成大气污染、表土迁移、农业减产、人畜伤亡等严重后果，是我国影响范围极大的灾害性天气，也是生态环境恶化的重要标志之一。柴达木盆地地处青海省西北部（90.16°～99.16° E、35.00°～39.20°N），面积为25.72万km2，每年春季，风多势强，空气湿度小，降水少于100 mm，盆地西北部少于20 mm，加之植被稀少，多荒漠，是我国海拔最高的内陆盆地；盆地常受大风沙暴侵袭，给农牧业生产造成了一定危害。

柴达木盆地属于干旱半干旱地区，不仅是青海省沙尘天气的主要发生区，也是我国沙尘天气的多发地区之一。

近年来许多学者对青海省沙尘暴进行了研究，并取得了一些成果[3-5]，但对柴达木盆地沙尘天气没有做过系统的分析，该研究利用1961～2010年柴达木盆地10个气象站浮尘日数、扬沙日数以及沙尘暴日数观测资料，分析沙尘天气的气候特征，以揭示其区域分布特点，探讨其变化的主要原因，并研究沙尘天气与气象要素的关系，以期为改善柴达木盆地农业气象灾害的发生等提供科学依据。

1 资料与方法

1.1 资料来源

所有观测资料均来源于青海省气象信息中心。由于柴达木盆地各站观测资料时间序列不同，本着既考虑资料的均一性和序列长度，又尽可能反映柴达木盆地沙尘天气变化事实的原则，在此选取资料年限在50年以上的茫崖、格尔木、诺木洪、都兰、茶卡、冷湖、大柴旦、德令哈、天峻、小灶火10个气象站1961～2010年的气象资料，建立季、年扬沙、浮尘及沙尘暴日数的时间序列；对诺木洪、茫崖两站通过差值法进行订正，以保证资料的连续性。沙尘天气日数的日界确定为20：00，当某一次浮尘、扬沙或沙尘暴过程跨越20：00时，按2个出现日计算；当某一日浮尘、扬沙或沙尘暴过程出现2次或以上时，按1个出现日计算。

1.2 研究方法

利用各站1961～2010年历年沙尘日数资料，按12月～翌年2月为冬季、3～5月为春季、6～8月为夏季、9～11月为秋季生成年、季浮尘日数、扬沙日数和沙尘暴日数的时间序列，采用气候统计学分析方法[6]得到50年的平均月、季、年沙尘日数，通过计算趋势系数和变化速率，来表示沙尘日数随时间变化趋势的性质和幅度。

2 结果与分析

2.1 沙尘天气的变化特征

2.1.1 月变化。分析1961～2010年柴达木盆地沙尘天气的月变化（图1）可见，盆地4月为扬沙、浮尘、沙尘暴出现次数最多的月份，分别出现了138、151、62 d，分别占全年总天数的20%、25%、22%；沙尘暴9、10月出现次数最少，浮尘10、11月出现次数最少，扬沙12月出现次数最少，柴达木盆地沙尘天气的月际变化趋势与我国沙尘天气的月际变化趋势一致[7]。

2.1.2 季变化。

分析柴达木盆地沙尘天气的季节变化规律（表1）可知，近50年春季扬沙、浮尘、沙尘暴日数分别为362、366、157 d，分别占1961～2010年总次数的51%、60%、55%；其次是夏季，扬沙、浮尘、沙尘暴日数分别为162、122、55 d，分别占全年总次数的23%、20%、19%；在冬季，扬沙、浮尘、沙尘暴日数分别为108、87、50 d，分别占全年总次数的15%、14%、18%；秋季是扬沙、浮尘、沙尘暴出现最少的季节，分别为71、36、22 d，仅占全年总次数的10%、6%和8%。沙尘天气全部表现为春季>夏季>冬季>秋季的气候特征。

以上分析说明柴达木盆地沙尘天气一年四季均可发生，且具有十分明显的季节变化特征。春季是沙尘天气出现次数最多的季节，其主要原因一是春季到来之后，气温回升迅速，土壤解冻，由于下垫面性质的差异，使地面受热不均匀，形成大气层结不稳定，易导致中小尺度系统的发展，如有冷空气的配合，可形成强烈发展的气旋，有利于沙尘天气的形成和发展；另外春季降水较少，蒸发量大，地表土层干燥、疏松且植被尚未返青，因此，土壤易被风卷起形成沙尘天气。夏季沙尘天气所占比例位于第二，虽然夏季大多是单站沙尘的发生，主要是局地强对流天气引起，产生的范围较小，但由于高原夏季对流比较旺盛，容易引起大风沙尘天气。秋季发生沙尘的次数最少，这主要与冷空气的影响次数较少和强度较弱及下垫面性质的变化有关。

2.2 影响柴达木盆地沙尘天气的主要冷空气路径

有关研究表明，影响柴达木盆地沙尘天气的主要冷空气路径分为西北路径和偏西路径[8]。西北方路径，冷空气首先进入北疆，在天山以北堆积后扩散南下，主体沿河西走廊东南下，一部分倒灌侵入南疆盆地，当冷空气填塞南疆盆地后，再翻越阿尔金山进入柴达木盆地影响海西地区，这是造成柴达木盆地沙尘天气的主要冷空气路径；偏西路径，冷空气从帕米尔高原进入南疆盆地，再翻越阿尔金山进入柴达木盆地影响海西地区。

2.3 影响沙尘天气的主要因子

有关研究指出，沙尘暴形成的主要因素是大风和丰富的沙尘源[7]。大风和不稳定大气是由大气运动状态决定，是沙尘暴形成的驱动因子，主要决定了沙尘暴的强度、移动路径和持续时间；而沙尘源则为沙尘暴形成提供了丰富的沙粒和尘埃，主要决定了沙尘暴源地空間分布。

2.3.1 大风。

柴达木盆地地处高原，平均海拔3 000 m左右，春季正值季节转换，冷暖空气交换频繁，加上柴达木盆地特殊的地形作用，不但对风有狭管加速效应，且冷空气下滑势能转变为动能，使地面风速大于高空500 hPa的风速[8]，大风天气频繁是春季柴达木盆地的主要气候特点。

2.3.2 沙源。

根据柴达木盆地所在的地理位置，其西部、北部有丰富的沙源地，西部的南疆盆地、北部的河西走廊及柴达木盆地有大面积的固定和半固定沙丘或戈壁滩；盆地东部农业区秋收后翻茬，土壤变得疏散，翌年春季解冻后成为沙源地；冬春季柴达木盆地降水稀少，土质干燥松散，为沙尘暴天气的发生提供了物质条件。

2.4 沙尘天气与气象要素的关系

2.4.1 沙尘天气与大风的关系。

沙尘天气与大风天气有很大关系，纯粹的下沉气流形成的大风，一般没有沙尘天气发生。但下沉气流前一般来说伴有或能促使产生地表上升气流，所以大多数大风过程如果经过疏松地表是伴有沙尘天气的[9]。分析大风日数与扬沙、浮尘、沙尘暴日数的年相关关系（图3）可见，年大风日数与扬沙、浮尘、沙尘暴日数均呈显著的正相关，相关系数分别为0.659（P<0.05）、0.501（P<0.05）和0.445，可见年大风日数与扬沙日数的相关性最高，其次是浮尘，大风日数与沙尘暴日数的相关性最低，表明沙尘暴比浮尘、扬沙更具不稳定性，沙尘暴还受到了其他因子的影响或干扰，影响程度有待于进一步研究。

以上分析说明近50年来，柴达木盆地大风和扬沙、浮尘、沙尘暴随时间的变化趋势具有一致性，且相关关系较为明显。也说明沙尘天气的减少主要是由于其驱动因子大风天气的减少导致的，大风是导致沙尘天气发生的必要条件，大风日数的时间变化在一定程度上可以决定沙尘天气随时间的变化，分析结果与张智等对宁夏[10]、西北地区[11]、山西[12]大风与沙尘日数的时空分布及变化趋势的研究结果一致。

2.4.3 沙尘天气与降水的关系。

近50年柴达木盆地降水量以7.65 mm/10a的速率显著增加，由柴达木盆地降水与沙尘天气的相关关系（图4）可见，降水与浮尘日数、扬沙日数、沙尘暴日数均呈负相关，相关系数分别为0.312 1、0.389 9、0.395 7，均未通过显著性检验。由此可见，降水的显著增加对沙尘天气的发生有一定的影响，但影响不是很明显，在年降水量相对较多的年份，沙尘天气发生的次数相对较少，处于沙尘天气发生的低值；相反，在年降水量相对较少的年份，沙尘天气发生的次数相对较多，沙尘天气的发生处于高值。

3 结论与讨论

（1）1961～2010年柴达木盆地扬沙、浮尘、沙尘暴日数均呈显著减少的趋势，减少幅度分别为-26.74、-46.35和-8.38 d/10a；在1979年沙尘天气出现了明显突变，1979年后减少幅度明显，减幅分别为-56.06、-47.22、9.82 d/10a；2006年开始沙尘天气有增加的趋势，特别是沙尘暴增加趋势比较明显。

（2）柴达木盆地沙尘日数和大风日数随时间的变化趋势具有一致性，且相关性明显，说明沙尘天气的减少主要是由于其驱动因子大风天气的减少导致的，也说明一定的大风是沙尘天气发生的必要条件；气温与四季沙尘日数呈反相关关系，反映了气温的升高，有利于植被的生长和覆盖面的增加，

相应的沙尘暴天气出现的几率就会减小；降水增加对沙尘天气的发生也起一定抑制作用，但影响不是很明显。

（3）近50年柴达木盆地沙尘天气的出现日数具有十分明显的月变化和季节变化，盆地4月为扬沙、浮尘、沙尘暴出现次数最多的月份，分别占年总天数的20%、25%、22%；沙尘天气均表现为春季>夏季>冬季>秋季的气候特征，主要是因为盆地春季和初夏季节土壤表层疏松，且冷空气活动频繁，在午后不稳定的大气层结状态下就容易产生沙尘天气；沙尘天气总体呈逐年代下降趋势，21世纪以来较20世纪70年代平均分别减少了60%、84%和42%。

（4）近50年来，造成柴达木盆地沙尘天气的主要冷空气路径分为西北路径和偏西路径；大风、丰富的沙尘源是造成沙尘天气的主要因子；随着全球气候变暖，冷空气活动次数逐年减少，柴达木盆地受大风、沙尘天气的影响日趋减弱。气温升高、降水量增多会明显改善植被覆盖面积，植被的改善有利于降低沙尘天气的发生，将会减少对农业的影响，但该研究结果显示近几年沙尘天气的明显增多也不容忽视。

参考文献

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