内蒙古通辽市沙尘暴发生规律

2013-01-02刁鸣军王树森罗于洋邹受益

中国水土保持科学 2013年6期

刁鸣军，王树森，罗于洋，邹受益

(1.国家林业局调查规划设计院，100714，北京;2.内蒙古农业大学生态与环境学院，010019，呼和浩特)

沙尘暴是一种在特殊的气象条件和地理条件下形成的自然气象与地理现象，作为一种天气过程，沙尘暴在地球上至少可上溯至2 200 万年前就已经存在。沙尘暴与气象要素及下垫面的土壤和植被关系密切。作为全球性的重大环境问题，沙尘暴受到广泛关注，人类对其产生机制的研究尚处于初级阶段。由于沙尘暴威胁人类生存环境，频繁造成严重的经济损失，使沙尘暴及其相关领域，如生态环境、水资源利用、沙化土地治理和区域可持续发展等方面成为近些年来科学家们开展研究的热门领域。我国对沙尘暴的研究开始于20 世纪70 年代，徐国昌等［1］、徐建芬等［2］、何清等［3］先后对我国西北地区发生的几次典型特强沙尘暴个例做了详细的分析研究，邹受益等［4］、李青春等［5］研究了北京的沙尘暴天气。国内研究多是从大范围开展的，探讨了沙尘暴的发生路径、发生原因［6-7］、时空变化［8］、治理对策［9］等，对沙尘暴的发生、发展、影响、危害规律特点等，进行了广泛深入的研究，取得了一定的进展;但是，利用气象观测要素对沙尘暴发生次数、沙尘暴持续时间的月、季、年变化规律，时间序列的系统分析，以及沙尘暴发生与气象因素的相关性的研究尚不多见。探索沙尘暴发生的次数、持续的时间，特别是沙尘暴发生与气象因素的相关性的规律，对于我们尊重自然规律，因地制宜地加强沙区植被建设，减少通辽市乃至周边区域的沙尘暴的危害具有重要的现实意义。笔者通过分析近48 年来通辽市的气象观测资料，研究通辽市沙尘暴发生的天气特征，探讨沙尘暴月、季和年发生频率强度变化的时空分布趋势与规律，以期为区域沙尘暴防治提供科学依据。

1 研究区域概况

通辽市位于内蒙古自治区东部，地处E119°15'～123°43'，N42°15'～45°41'之间，总面积5 万9 535 km2，南北长约418 km，东西宽约370 km。地势南部和北部高，中部低平，呈马鞍形。科尔沁沙地位于通辽腹地。通辽市属典型的半干旱大陆性季风气候，春季干旱多风，夏季炎热，雨热同季;年平均气温0 ～6 ℃，年平均日照时间3 000 h 左右，≥10 ℃积温3 000 ～3 200 ℃，无霜期140 ～160 d，年平均降水量350 ～400 mm，蒸发量是降水量的5 倍左右，年平均风速3.0 ～4.4 m/s，全年8 级以上大风时间20 ～30 d。

2 研究方法

2.1 资料来源

研究资料来源于通辽市气象局1954—2001 年的通辽市沙尘暴天气的气象实测记录，含每次沙尘暴天气发生的年、月、日及各项气象数据资料。

2.2 数据统计原则及方法

统计通辽市1954—2001 年各月沙尘暴记录情况，以监测站10 年数据为一个周期，统计沙尘暴次数。监测站一日天气现象记录中有沙尘暴，就记为一个沙尘暴日。

依据气象观测规范规定，日界时刻为20:00，当某一次沙尘暴过程时间跨越20:00 时，按2 个出现日计算;当某一天沙尘暴记录中沙尘暴过程出现2次或以上时，按一个出现日计算。为了方便统计，规定无论该日出现几次沙尘暴，均以第1 次沙尘暴的起始时间所在时段统计沙尘暴出现时段，沙尘暴起始时刻在08:00—09:00 之间时记为8，恰好为08:00 时也记为8，其余依此类推。

2.3 数据处理方法

运用Excel 软件对数据进行整理分析，并绘制相关分析图表。

3 研究与分析

3.1 沙尘暴发生次数的变化

3.1.1 月变化经统计，沙尘暴48 年累计发生次数共331 次。图1 示出了通辽市48 年沙尘暴月累计发生次数。可以看出:3、4、5 月沙尘暴发生频繁，分别为56、114、82 次，分别占全年沙尘暴发生次数的16.92%、34.44%、24.77%，占全年沙尘暴发生次数的76.13%，尤其是4 月份，沙尘暴发生次数占全年沙尘暴发生次数的34.44%，为全年最高，是沙尘暴的多发期;6 月以后，沙尘暴的发生次数逐渐减少，7、8、9、10 月为沙尘暴发生次数全年最低，均为1 次。

图1 通辽市48 年沙尘暴月累计发生次数Fig.1 Change of monthly frequency of sandstorms in Tongliao City in 48 years

3.1.2 季节变化图2 示出了通辽市48 年各季节沙尘暴发生次数。可以看出:沙尘暴在春季(3—5月)发生次数最多，为276 次，占总数的79.15%;冬季次之，为49 次，占总数的14.80%;秋季(9—11月)发生次数最少，为6 次，占总数的1.81%。

图2 通辽市48 年各季节沙尘暴发生次数Fig.2 Change of seasonal frequency of sandstorms in Tongliao City in 48 years

3.1.3 年变化图3 示出了通辽市48 年年际沙尘暴发生次数。可以看出，48 年沙尘暴各年发生次数总体在波动中呈下降趋势。1954—1980 年27 年间沙尘暴发生45 次，占总数的96.00%，1980 年之后发生7 次，发生次数明显减少，呈减幅振荡。1994—1998 年未发生沙尘暴，1999 年之后沙尘暴又呈小幅度上升，但总体的趋势仍然下降。

图3 通辽市48 年年际沙尘暴发生次数Fig.3 Change of yearly frequency of sandstorms in Tongliao City in 48 years

总之，通辽市近48 年来沙尘暴发生次数总体呈减少趋势，但2000 年开始急剧增加，为1980 年后之最多年。这2 年的沙尘暴活动特点是时间集中(主要是4 月份)，这种趋势似乎预示着，继20 世纪80—90 年代沙尘暴的不活跃期后，又可能开始新一轮活跃期，沙尘暴可能再次持续发生。

3.2 沙尘暴持续时间的变化

3.2.1 月变化图4 示出了通辽市48 年各月沙尘暴持续时间。可以看出:48 年间，3、4、5 月沙尘暴发生累计持续时间偏高，以4 月份沙尘暴持续时间为全年最高，达292.8 min，占全年的39.00%;之后沙尘暴发生的持续时间急剧下降，8 月为全年最低，为6 min，11、12、1 和2 月沙尘暴发生的持续时间又有所增加。

3.2.2 季节变化图5 示出了通辽市近48 年各季沙尘暴发生持续时间的季节变化。可以看出，春季(3—5 月)沙尘暴持续时间最长，高达540.6 h，占四季的85.40%，尤其是4 月份，沙尘暴持续时间为全年最高，5 月以后，沙尘暴持续时间急剧下降，以夏季(6—8 月)持续时间最短，仅为3.4 h，仅占四季的0.50%。

图4 通辽市48 年各月沙尘暴持续时间Fig.4 Change of monthly duration of sandstorm in Tongliao City in 48 years

图5 通辽市近48 年各季沙尘暴发生持续时间Fig.5 Seasonal durations of sandstorms in Tongliao City in 48 years

图6 通辽市近48 年各年沙尘暴发生持续时间Fig.6 Yearly duration of sandstorms in Tongliao City in 48 years

3.2.3 年变化图6 为通辽市近48 年各年沙尘暴发生持续时间。可知，沙尘暴天气各年发生持续时间总体呈减少趋势。1954 年，沙尘暴累计发生持续时间最长，达180.8 h，1954—1980 年各年沙尘暴天气的持续时间较长，达767.4 h，沙尘暴天气的发生较为频繁，1980—1999 年各年沙尘暴天气的持续时间较短，为26.5 h，属于沙尘天气的低发阶段。

3.2.4 年代际变化图7 为通辽市48 年年际沙尘暴持续时间。可知，20 世纪50 年代以来，沙尘暴天气持续时间总体呈减少趋势，50、60 和70 年代持续时间较长，分别达398.6、110.5 和168.3 h，80 年代持续时间减少为22.8 h，90 年代持续时间最短，仅为3.6 h。

分析可知，通辽市近48 年来沙尘暴发生持续时间变化总体呈减少趋势，但值得注意的是，2000、2001 年的沙尘暴持续时间呈现增加趋势。

3.3 沙尘暴发生与气象因素的相关性

图7 通辽市48 年年际沙尘暴发生持续时间Fig.7 Inter-decadal duration of sandstorm in Tongliao City in 48 years

3.3.1 沙尘暴发生与降水的相关性图8 显示了通辽市48 年各月沙尘暴发生时间与月平均降水量变化关系。可以看出:5 月中旬—6 月中旬，随着月平均降水量的增加，沙尘暴骤然减少，降水量最高的7 月，沙尘暴发生的时间则最少;3 月初—5 月中旬，沙尘暴发生时间最多，是因为冬春季降水少，沙尘暴发生的次数多，夏秋季降水量相对较多，沙尘暴发生次数较少。