中卫市沙坡头区扬沙天气变化规律及气候特征简析

高 媛 龚晓丽 张泽瑾

1.中国气象局旱区特色农业气象灾害监测预警与风险管理重点实验室 宁夏 银川 750002

2.宁夏气象防灾减灾重点实验室 宁夏 银川 750002

3.中卫市气象局 宁夏 中卫 755000；4.固原市气象局 宁夏 固原 756000

1 引言

中卫地处腾格里沙漠边缘,黄河自西向东贯穿其中,地貌类型分为沙漠、黄河冲积平原、台地、山地和盆地五个较大的地貌单元。由于西北部的沙漠和南部山地的地形、植被和气候等因素,在大风过境时容易引起沙尘天气,对公众生活、当地农业和生态环境等造成不利影响,所以研究中卫地区扬沙天气有着重要的科学意义。在过去,沙漠面积逐渐增大,草地退化、沙化严重,下垫面条件逐渐恶化,使得扬沙天气多发、易发。但是近几年根据资料统计,中卫市的扬沙天气频率呈减少趋势,一方面是因为退耕还林、植树造林等措施改善了下垫面和生态环境,另一方面也因为天气气候的变化对扬沙天气有一定的影响。

近年来,许多学者致力于研究沙尘天气,特别是在沙尘暴的分布和变化特征以及沙尘暴的典型个例分析方面取得诸多成果。另外,根据相关文献,陈跃浩[1]研究了西北地区沙尘天气的气候特点,姬兴杰[2]、张智[3]、张存杰[4]等研究了不同城市大风对沙尘天气的影响及沙尘、沙尘暴等天气的空间分布特征,杨雪艳[5]等研究了沙尘天气大尺度环流背景。总体看来在研究沙尘天气变化特征和气候特点,及结合下垫面条件和气象要素的影响方面的文献还比较少,更多是从单一的环流背景或下垫面条件来考虑沙尘天气的出现原因。从气候角度,探讨与沙尘天气频率最为相关的气象要素对于未来沙尘天气频率的预测有着非常重要的意义。

2 资料分析和方法

本项目选取中卫国家基本气象站1961-2018年58年扬沙日数、大风日数、降水等观测数据,采用数据统计的方法研究中卫市沙坡头区扬沙天气的月季年变化特征。利用大风日数、降水与扬沙日数的相关性,分析不同气象要素条件下对扬沙天气的影响,结合下垫面条件研究本地扬沙天气变化的原因。归纳总结扬沙天气的气候特点,为后续分析扬沙天气的大气环流背景做基础研究。

3 扬沙天气日数随时间变化规律简析

3.1 扬沙天气日数年变化 根据沙坡头地区1961-2018年资料统计分析(图1),扬沙天气70年代最多,90年代最少,整体呈下降趋势。

图1 1961-2018年沙坡头站扬沙日数变化

就扬沙活动的影响系统而言,主要是地面上位于贝湖地区的蒙古气旋以及与其相配合的500hPa乌拉尔山高脊。20世纪80年代以来,由于气候变暖,该地区气温显著升高,高压加强后阻挡了冷空气南下,北方冷空气活动减弱是北方扬沙天气减少的原因之一。其次,中卫地处腾格里沙漠边缘,近年来随着退耕还林、退耕还草和植树造林的政策实施,植被覆盖率越来越高,有效减少了扬沙天气的形成。

3.2 扬沙天气月变化规律 计算观测站月平均扬沙次数,从图2中可以看出扬沙日数呈单峰型分布,峰值出现在3月,月平均次数达到了5.85d,谷值出现在9月,月平均次数仅为1.58d。相应的年内变化情况为：9月到次年3月为扬沙日数的增加期,3月达到顶峰,3月到9月扬沙日数逐渐减少至谷值。从扬沙日数的季节分布来看,春季(3-5月)扬沙日数最多为16.9d占全年的37.1%,夏季(6-8月)的扬沙日数为11.52d占全年的25.5%,秋季(9-11月)的扬沙日数最少为7.31d,占全年的16.2%,冬季(12月-次年2月)的扬沙日数为12.31d占全年的21.2%。

图2 1961-2018年沙坡头站扬沙月平均日数变化

4 气象因子与扬沙天气的关系

4.1 降水与扬沙关系 中卫市沙坡头区地处腾格里沙漠边缘,虽靠近黄河,但是年平均降水量不足200mm,夏季(6-8月)是主要降水时段,夏季雨量约占全年降水量的60%,降水多数以分布不均匀的阵性降水为主。天然降水能增加土壤湿度,在大风天不易起沙。根据资料分析,如图3所示降水量少的年份扬沙日数就多,降水量多的年份扬沙日数就少,且翌年扬沙日数也会减少。降水可以有效提高土壤相对湿度,冬季冻土层深厚,植被发育良好,相应的扬沙天气较少,降水的多少是决定扬沙源地的植被覆盖度最重要的气象因子[6]。

图3 1961-2018年沙坡头站扬沙日数和降水距平图

4.2 地面大风与扬沙天气关系 由图4和图5可知各月大风发生次数与扬沙发生次数存在着明显的正相关关系,相关系数大于0.5。大风对扬沙发生的影响季节性显著,春季二者发生频次明显增多,夏季明显减少。当地面风速大于起沙风速的情况下,风速越大越容易卷起沙粒子,近年来大风日数和扬沙日数都有明显的下降趋势,图中沙坡头区大风天数和扬沙天数的总趋势具有很好的一致性,说明地面大风是影响扬沙天气的主要因素。

图4 大风与扬沙日数变化曲线

图5 沙坡头站大风和扬沙年平均日数散点图

5 总结

通过分析,中卫市沙坡头区近年来的扬沙天气日数呈明显下降趋势,因为植树造林和退耕还草等措施大力推进,增加了地表的植被覆盖度,土壤中的细小颗粒经过植物的固定作用不再容易被强风挂起,进入大气产生扬沙天气。扬沙天气还与当地气象因子有很大关系。降水量与扬沙天气日数之间存在显著的负相关性,说明降水对扬沙的发生具有一定的抑制作用；而大风日数与扬沙日数的变化趋势非常吻合,有显著的正相关性。气象因子具有明显的季节性变化,而扬沙天气的形成与气象因子密切相关,同样呈现出春季多、夏季少的季节性变化。