拐子湖沙尘暴天气过程的近地面风沙活动特征分析

蔡文军

摘要  以巴丹吉林沙漠腹地拐子湖为研究区，对沙尘暴发生前、中、后期近地层风速特征及野外输沙观测资料进行了分析，为我国沙漠地区防沙治沙工程提供依据且为沙尘暴预防提供基础资料。

关键词 沙尘暴;风向风速;地表风沙;风沙流

中图分类号：P458.1+23 文献标识码：A 文章编号：2095-3305（2018）06-050-02

DOI： 10.19383/j.cnki.nyzhyj.2018.06.023

Characteristic Analysis of Surface Layer Wind and Sand Activities in Sand？鄄storm Weather Process of Guaizi Lake

CAI Wen-jun（Guaizi Lake Meteorological Station， Ejina Banner，Inner Mongolia 735400）

Abstract Taking Guaizi Lake that in the hinterland of Badainjilin Desert as the research area， the characteristics of Surface layer wind speed before， during and after the occurrence of sandstorms and the observation data of field sediment transport were analyzed， which provided the basis for sandstorm prevention and control projects in desert areas of China and basic data for sandstorm prevention.

Key words   Sandstorm; Wind direction and speed; Surface sand; Sand flow

沙塵暴是风与沙物质相互作用的灾害性天气现象，为全球干旱、半干旱地区所特有，其形成与气候变化和人类活动有着不可分割的联系，并受到国内外学者的广泛关注。强劲的风力、丰富的沙尘源和不稳定的空气层结是沙尘暴爆发的3个必要条件，在其发生过程中，强劲的气流运动使地表松散的沙尘物质脱离地面随之运动，是近地面建筑、农田、动植物及生命财产等受损的重要原因，因此研究沙尘暴过程的近地层沙尘运动规律，对于了解沙尘的活动特征和提出合理的预防措施有重要意义，同时对于研究沙尘暴的发生、演变和消弱有着十分重要的作用。

1 资料与方法

资料来自于拐子湖沙漠大气环境观测试验站。近地表风沙流输沙量观测采用高度100 cm直立式方口积沙仪，共分50层，每2 cm 1个采样口，进沙口横截面积为4 cm2，空气中沙物质在通过采样口时可被收集在相应积沙盒中，于每次沙尘天气结束后收取沙样并称重。

2 拐子湖沙尘暴天气过程近地面沙尘活动特征

2.1 风向风速

通过10 m高度处风向风速随时间变化序列分析，不同天气背景下地面风向风速变化有差异，晴天风速数值较小，保持在4 m/s左右，部分时段有静风天气，风向并不是维持不变;在扬沙天气下，00：00—04：27 10 m处风向风速几乎无变化，风速在4.16～7.21 m/s内，以西风为主，到04：28风速骤降，05：33降到3.78 m/s，经过调整，随后风速快速增加，达13.37 m/s，拐子湖地区出现扬沙，较高风速维持到18：04，对应风向也变化，随风速增加扬沙天气显现，风向稳定度较强，始终在西北方变化。18：05后风速降低，19：42降到4.21 m/s，此时风向由西北方向逐渐向西西南过渡，19：43后风速趋于平稳，维持5 m/s左右。

沙尘暴出现前，10 m高度处风速下降后迅速增加，随风速增加，08：10—12：13有扬沙天气，风速增加，达17.81 m/s，扬沙升级为沙尘暴，能见度降到100 m左右。风向同风速变化保持一致，强风沙出现前，风向经历西南—西西南—西西北变化，扬沙和沙尘暴天气随风速增加开始出现，风向以西北和西西北方向为主;17：31风速下降，19：59降至3.47 m/s，随后风速增加趋势不太明显，但总体趋于下降，风向随风速降低也逐渐调整。

2.2 沙尘暴过程中地表风沙特征

利用 H11？鄄LIN 型风蚀传感器分别对拐子湖2014年5月8日、12日、18日和30日正午前后沙尘暴天气监测。当风速增大到可吹起地表沙粒时，临界风速称为起沙风速。当风速<6.5 m/s时，无沙粒撞击传感器记录，风速>6.5 m/s时，传感器会监测到地表沙粒运动记录，且随风速增加跃移沙量也增加，两者之间幂函数关系明显。在6.5～10.0 m/s风速内，随风速增加，撞击粒数速率减缓，当风速>10.0 m/s时，撞击粒数风速增加。拐子湖2 m高度风速达6.5 m/s时沙粒开始脱离地面跃移，将该风速看作拐子湖地区临界起沙风速。

2.3 风沙流结构特征

风沙流结构可以将风沙流中沙粒随高度的变化特征表示出来，是不同轨迹运动沙粒在垂直方向上的宏观表现，在研究风沙中发挥着重要作用。在一定的风速条件下，影响风沙流结构的主要因素包括有地形、沙物质粒度、下垫面性质、矿物乘风等。通过分析5月8、12、18和30日4次典型沙尘天气背景下方口集沙仪收集的输沙数据，尽管每次沙尘暴天气出现的时间、强度、风速等均有一定的差异，但是随着高度的变化输沙量的变化趋势几乎没有太大的变化。假设地表输沙量以20 cm左右为界，在地表0～20 cm，随着高度的增加输沙量会呈现出波动增加的趋势;在20 cm以上，随着高度的增加输沙量呈现出逐渐减少的趋势，其中20～50 cm范围内的减少速率更快，这种现象被称为“象鼻效应”。另外，通过对4次沙尘暴天气输沙量累积百分比平均值进行分析，在地表100 cm以内，有一半的输沙量集中在0～20 cm;70%的输沙量主要集中在0～30 cm范围内;90%的输沙量则集中在0～56 cm范围内。总之，拐子湖沙尘暴天气下地表100 cm以内的输沙量以20 cm为界，分阶段现象明显，整体表现出“象鼻效应”。

3 沙尘暴天气预防措施

3.1 加强沙尘暴天气监测预警工作

拐子湖气象站应做好沙尘暴天气监测和预报预警工作，根据沙尘暴天气出现的规律，做好沙尘暴天气频发区的监测站网建设;同时，加强气象信息共享平台及时，方便当地民众及时了解到沙尘暴天气动态变化。针对沙尘暴灾害，第一时间开展临近短期和中长期沙尘暴灾情预报，借助于现代化的观测仪器设备，不断增强沙尘暴灾害预报的及时性和精确度水平。

3.2 加大生态环境治理

对拐子湖地区生态环境进行改善，创造出人与自然和谐相处的生存空间，做好环境规划，加大资金投入力度对环境进行综合治理，借助于广播、报纸、网络、宣传册、黑板报等对生态环境保护的重要意义进行宣传，增强相关部门和广大人民的环境保护意识。依法保护和恢复林草植被，大范围种植乔灌草，以控制土地沙漠化。

3.3 提供精细化气象服务信息

对于拐子湖气象局来说，应利用现代化的多媒体传播平台，例如微信、微博、网络、电子显示屏、短信等方式发布沙尘暴天气预警信息，不断拓宽气象信息传播途径。加强气象信息员队伍建设，定期组织工作人员进入到农村地区进行沙尘暴天气和防灾减灾知识宣传。气象人员应加强计算机网络学习，不断丰富气象服务产品，及时更新气象预报预警信息。

4 小结

（1）风力作为沙尘天气爆发的动力因素，不仅随着地面风速的增加沙尘天气强度逐渐升级，而且沙尘天气来临前风速会经历突然下降后迅速增加的过程，同时风向也表现出较明显的多次调整，风向调整时，风速减弱，而调整后，风速增加。拐子湖2 m高度风速达到6.5 m/s时沙粒开始脱离地面出现跃移，可以将该风速看作拐子湖地区的临界起沙风速。

（2）拐子湖沙尘暴过程中的输沙通量垂直分布状况在 20 cm 左右具有明显的分段现象即整体表现出明显的“象鼻效应”，在地表0～20 cm，随着高度的增加输沙量会呈现出波动增加的趋势;在20 cm以上，随着高度的增加输沙量呈现出逐渐减少的趋势，其中20～50 cm范圍内的减少速率更快。

（3）分别从加强沙尘暴天气监测预警工作、加大生态环境治理和提供精细化气象服务信息3个方面提出了沙尘暴天气预防对策，以降低沙尘暴天气造成的危害。

参考文献

[1] 杨宗英，王多民，付洁.阿拉善盟沙尘暴变化特征分析[J].现代农业，2016（9）：99-100.

[2] 何清，胡文峰，杨兴华，等.巴丹吉林沙漠拐子湖地区贴地层风速廓线和风沙流结构特征[J].干旱区研究，2012，29（3）：517-523.

[3] 何清，胡文峰，杨兴华，等.拐子湖地区沙尘天气风蚀起沙量的估算[J].水土保持研究，2012，19（1）：6-10.