老哈河下游地区起沙风特征

杨　林，韩　广,李　广，2，朱　婷, 谭慧婷，谭陈恬

(1.湖南师范大学资源与环境科学学院，中国 长沙　410081；2.南京大学地理与海洋科学学院，中国 南京　210023; 3.云南师范大学旅游与地理科学学院，中国 昆明　650500 )

老哈河下游地区起沙风特征

杨林1，韩广1,李广1*，2，朱婷3, 谭慧婷1，谭陈恬1

(1.湖南师范大学资源与环境科学学院，中国 长沙410081；2.南京大学地理与海洋科学学院，中国 南京210023; 3.云南师范大学旅游与地理科学学院，中国 昆明650500 )

摘要应用中国科学院奈曼沙漠化研究站2006~2013年的气象资料，统计分析了老哈河下游地区近8年来的起沙风特征．结果表明：(1)起沙风的月平均风速为5.81~6.75 m·s-1，最大风速变化范围为17.40~25.60 m·s-1．春季(3~5月)是老哈河下游地区的主要风沙活动期．(2)起沙风风向以WNW和NW及W为主，分别占年起沙风频率的16.02%,12.66%和11.18%．不同月份、季节起沙风向变化及各方向所占频率也有较大差异．在风沙活动期内，起沙风风向以WNW和NW为主，分别占该时段起沙风频率的14.35%和13.44%；其次为SW和SSE及W风向，分别占该时段起沙风频率的8.51%、8.35%和8.11%；起沙风风向变化频繁，但西北风占主导地位，西南风次之．

关键词起沙风；风沙活动期 ；老哈河

Characteristics of Sand-Driving Wind in the Lower

Reaches of the Laoha River in China

YANGLin1,HANGuang1*,LIGuang1,2,ZHUTing3,TANHui-ting1,TANChen-tian1

( 1. College of Resources and Environmental Science, Hunan Normal University, Changsha 410081, China;

2. School of Geographic and Oceanographic Sciences, Nanjing University, Nanjing 210023， China；

3. College of Tourism and Geographical Sciences, Yunnan Normal University, Kunming 650500, China)

AbstractA statistical analysis on the characteristic of sand-driving wind in the lower reaches of the Laoha River in past eight years was made by the meteorological data from 2006 to 2013 on the Naiman desert station of Chinese Scientific Research Institute. The results showed that the monthly mean speed of sand-driving wind ranges in 5.81~6.75 m·s-1, the maximum wind speed varies in 17.40~25.60 m·s-1. The main phase of sand-drift activity in lower reaches of Laoha river was spring(from March to May). The direction of sand-driving wind was mainly WNW, NW, W, with the yearly frequency of sand-driving wind 16.02%, 12.66% and 11.18%, respectively. There are great difference on the direction change of sand-driving wind and corresponding frequency in different months and seasons. During the phase of sand-drift activity, the direction of sand-driving wind were mainly WNW, NW, accounting for 14.35% and 13.44%;followed by SW, SSE, W, accounting for 8.51%, 8.35% and 8.11%;the direction of sand-driving wind changed frequently, the northwest wind held a leading place, followed by southwest wind.

Key wordssand-driving wind; the phase of sand-drift activity; Laoha river

风是塑造地貌形态的基本营力之一[1]，而一定强度的起沙风是引起土壤风蚀和沙尘天气最主要和最直接的动力因素[2]．区域大气环流的整体形势控制着区域内各种风沙地貌形成发育的整体格局[3]．因此系统研究一个地区的起沙风特征，不仅有助于了解研究区的风沙活动规律，解释沙尘天气频繁发生的原因[4]，也能够更准确掌握风沙地貌形成的动力因素，为研究区科学防沙治沙提供理论依据[5-6]．

老哈河下游河岸沙丘是中国季风和非季风交错区的典型河岸沙丘带[7](图1)．近年来该地区是科尔沁沙地风蚀强烈和沙尘危害程度最严重的区域之一．本文利用中国科学院奈曼沙漠化研究站自动气象站2006—2013年的风速、风向原始数据，统计分析了老哈河下游地区8年来的起沙风分布特征，对该区域的生态环境建设以及风沙危害的防治都具有重要的理论与实际意义．

1研究区概况

老哈河下游位于科尔沁沙地的腹地．该地区气候属温带半干旱大陆性季风气候,年均气温6.5 ℃,极端最高温39 ℃，极端最低温-29.3 ℃，年平均降水量352 mm,且分布不均，年均降水量的70%～80%主要集中在7~9 月，年蒸发量为1 500～2 500 mm[8]；地貌类型以流动沙丘、半固定沙丘、固定沙丘和面积不等的平缓沙地及低洼地交错分布为特征；土壤类型主要为地带性的栗钙土和非地带性的沙土、草甸土、盐碱土[6]．该地区属于典型的农牧交错地区，生态环境比较脆弱，易退化或发生严重沙漠化[9](图1)．

图1　研究区位置图Fig.1　Geographical location of the studied site

2研究方法

2.1　数据来源

2006~2013年的风速、风向原始数据，均来源于中国科学院奈曼沙漠化研究站自动气象站(42°56′ N, 120°42′ E，海拨358 m)．数据采集间隔时段为1 h，风速、风向的观测高度为10 m,风向数据用0°～360°方位角表示．

2.2　统计方法

根据相关研究[10-11]和野外实地观测，老哈河下游地区临界起沙风速为5 m·s-1(10 m高处)．将逐年的原始风速、风向数据以1 h为统计单位，统计计算每月大于5 m·s-1起沙风沙速的平均风速、最大风速及出现频率(因系统故障原因，导致一些月份数据不完整，起沙风出现频率用起沙风出现的时数与总统计时数的百分比表示)．

为了突出起沙风的分布特征，选择原始数据中大于5 m·s-1风速数据，按罗盘N，NNE，NE，ENE，E，ESE，SE，SSE，S，SSW，SW，WSW，W，WNW，NW和NNW共16个方位逐月统计各方位的起沙风，并计算不同方位起沙风的出现频率．

3结果分析

3.1　起沙风风速

对2006~2013年风速记录数据分析可知，老哈河下游地区8年年平均风速为2.19 m·s-1，记录的最大风速为25.6 m·s-1，发生在2013年8月25日．2006~2013年起沙风速(≥5 m·s-1)出现的总频率为11.28%．春季平均风速为2.7 m·s-1，大于起沙风速的频率为21.44%；夏季平均风速1.8 m·s-1，大于起沙风速的频率为4.05%；秋季平均风速1.98 m·s-1，大于起沙风速的频率为8.38%；冬季平均风速2.3 m·s-1，大于起沙风速的频率为11.22%．起沙风出现的频率年际之间存在一定差异，2006~2013年各起沙风频率分别为13.90%，11.15%,11.93%,11.60%,11.87%,9.06%,10.14%和10.61%．

图2　起沙风风速及其频率月变化 (2006~2013年)Fig.2　Change of monthly sand-driving wind speed and their frequency (2006~2013)

图2为老哈河下游地区起沙风风速及频率月变化图．一年之内，起沙风风速的月平均风速为5.81~6.75 m·s-1．其中，从1月的6.12 m·s-1开始逐渐增加，至 3月月平均起沙风速达到最大值6.75 m·s-1，然后缓慢减少，至7月月平均起沙风速达降至最小值5.81 m·s-1，之后波动式变化．从季节上来看，春季的平均起沙风速最大，为6.55 m·s-1；而夏季的平均起沙风速最小，为5.94 m·s-1；秋、冬两季的平均起沙风速分别为6.16 m·s-1和6.25 m·s-1．即平均起沙风速的季节变化呈现夏季→秋季→冬季→翌年春季逐渐增加趋势．

月最大风速变化范围为17.40~25.60 m·s-1．最大值为25.60 m·s-1，出现在夏季的8月份；最小值为17.40 m·s-1，出现在冬季的1月份．除8和9月份外，其他月份的起沙风最大风速与月平均风速的变化趋势基本一致．

平均风速和最大风速是风速特征的基本描述，起沙风的频率越大，对沙丘的形成与演化起作用越强[12]．由图2还可知，老哈河下游地区2006~2013年不同月份间起沙风占全年起沙风的频率相差较大，变化范围为1.86%~17.76%．起沙风在3月发生频率最大，占全年起沙风频率的17.76%，4月次之，为16.83%，再次为5月，频率为13.33%．起沙风发生频率最少月份为8月，为1.86%，其次为7月和9月份，分别为2.10%和2.71%．从季节上来看，春季起沙风发生频率最高，占全年起沙风频率的47.92%，夏季最低，为9.01%，秋、冬两季频率分别为18.51% 和 24.55%．起沙风速的月际频率变化特征与平均风速的变化趋势基本相似．

3.2　起沙风风向

表1为老哈河下游地区各月起沙风16方位出现频率．老哈河下游地区起沙风风向以WNW，NW，W为主，分别占年起沙风频率的16.02%，12.66%和11.18%；其次WSW，SW风向所占频率分别为9.54%和9.07%；在其余各方向的起沙风中，除N，SSE，NNE，NNW 风向所占比率稍大(分别为6.77%，6.43%，5.66%和5.54%)外，其他均较少．从起沙风在各月的分配情况来看，除6月以SSE风向为主外，其余月份起沙风以WNW，NW，W风向为主，其次为WSW，SW，SSE，N风向．

从起沙风方向频率(表1)的季节分配来看，春季起沙风以 WNW，NW，SW和SSE 风向为主，分别占年起沙风频率的6.87%，6.44%，4.08%和 4.00%，其次为W，N，WSW和S风向，分别占年起沙风频率的3.89%，3.32%，3.31%和 3.07%，；夏季起沙风以SSE，NW和WNW风向为主，分别占年起沙风频率1.23%，1.12%和1.00% ；秋季起沙风以WNW，W，NW，WSW和SW风向为主，分别占年起沙风频率的3.46%，2.91%，2.21%，2.15%和1.74%；冬季起沙风主要以WNW，WSW和W风向为主，分别占年起沙风频率的4.68%，3.72%和3.54%，其次为NW，SW和N风向，分别占年起沙风频率的2.90%，2.78%和2.27%．

表1　各方向起沙风频率逐月变化(单位:%)

图3　3~5月份起沙风风向玫瑰图 (2006~2013年)Fig.3　Sand-driving wind direction rose diagram during March to May (2006~2013)

由3~5月份起沙风风风向玫瑰图可知(图3)，3~5月份起沙风风向以WNW，NW为主，分别占该时段起沙风频率的14.35%和13.44%；其次，SW，SSE，W风向分别占该时段起沙风频率的8.51%，8.35%和8.11%；在其余各方向的起沙风中，除N，S，NNE，NNW风向所占该时段频率稍大(分别为6.93%，6.40%，6.18%和5.75%)外，其他各风向所占频率较小．

4讨论

4.1　风沙活动期

沙粒的起沙风速除主要取决于粒径外，还与地表性质、沙子含水率和盐度及植被盖度等多种因素有关[10]．老哈河下游地区在10月至翌年2月尽管风力较强劲频繁，起沙风速发生频率占全年的40.35%,但该时段早期有枯萎的植被覆盖地表，在10月底地表表土层开始冻结，至3月初冻融，即后期进入地表表土层封冻期．所以该地区在10月至翌年2月土壤风蚀的可能性显著降低．6~9月起沙风风速小、发生的频率低，加上该时期植物进入生长旺盛期，地表植被覆盖度较大，降水量多，土壤发生风蚀的可能性很小．而3~5月份是起沙风多发期；此时正值气温逐步回升使地表冻融，大气、土壤干旱区相耦合的时期[13](该时段的蒸发量是降水量的17.2倍)，植物尚未返青或处于萌动期[13]，造成地表呈干旱疏松状态；加上玉米等农田的翻耕与播种使地表基本呈裸露状态．这些多因素的叠加作用为地表的风沙移动提供了强有力的动力条件和丰富的沙源．所以3~5月是老哈河下游地区的主要风沙活动期．在研究该地区风沙流活动规律时应主要以春季(3~5月)的风场作为主要野外观测与研究分析目标．

4.2　起沙风风向变化

对某一地区而言，近地面的风况特征在很多程度上是高空环流形势的反映[14]．老哈河下游地区处中纬度西风带，是西路、西北路及偏北冷空气流经地带[11]．冬季受内蒙古冷高压控制，夏季受大陆低气压控制和副热带高压的影响,再加上周边大兴安岭、燕山、长白山山脉走向的影响，使该研究区常年受西北气流的影响，并伴随有来自西南方向的气流．在风沙活动期间(3~5月)，老哈河下游地区起沙风风向虽然变化范围较大、频繁，但西北风占主导地位，西南风次之．

5结论

通过对中国科学院奈曼沙漠化研究站自动气象站2006~2013年的风速资料统计分析,老哈河下游地区近8年来的起沙风特征具有以下特点：

(1)起沙风速(≥5 m·s-1)出现的的总频率为11.28%；起沙风的月平均风速为5.81~6.75 m·s-1，最大风速变化范围为17.40~25.60 m·s-1；春季(3~5月)起沙风出现的频率为21.44%，发生频率最高，占全年起沙风频率的47.92%．该时段地表冻融、干旱疏松，加上玉米等农田的翻耕与播种使地表基本呈裸露状态，这多种因素的叠加使3~5月成为老哈河下游地区的主要风沙活动期．

(2)起沙风风向以WNW，NW，W为主，分别占年起沙风频率的16.02%，12.66%和11.18%；其次WSW，SW风向所占频率分别为9.54%和9.07%；不同月份、季节起沙风向变化及各方向所占频率也有较大差异．在风沙活动期(3~5月)内，起沙风风向以WNW，NW为主，分别占该时段起沙风频率的14.35%和13.44%；其次，SW，SSE，W风向分别占该时段起沙风频率的8.51%，8.35%和8.11%；老哈河下游地区起沙风向虽然变化范围较大、频繁，但西北风占主导地位，西南风次之．

致谢本文气象数据由中国科学院寒区旱区环境与工程研究所奈曼沙漠化研究站李玉霖副研究员和罗永清博士提供,在此表示衷心感谢！

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(编辑王健)

*通讯作者,E-mail：hanguang@hunnu.edu.cn

基金项目：国家自然科学基金资助项目(41271025)；湖南省重点学科(地理学)建设项目(2012001)

收稿日期：2014-10-17

中图分类号P931

文献标识码A

文章编号1000-2537(2015)03-0001-05

DOI:10.7612/j.issn.1000-2537.2015.03.001