拐子湖沙尘暴气候变化特征及其成因研究

吴海涛

内蒙古自治区拐子湖气象站

大量沙尘被强风吹起，使得水平能见度不足1 000 m的天气现象称之为沙尘暴。当前，我国受荒漠化威胁的面积是总国土面积的40%左右，且每年仍旧以2 460 km2的速度继续扩展。因沙尘暴天气对人类的危害极为严重，已经引起了国内外学者的高度关注，很多学者从不同角度，通过多种方法开展了大量研究工作，并得出了很多有意义的结论[1-4]。拐子湖位于巴丹吉林沙漠北缘，自然环境恶劣，主要气候特征是干旱、少雨、炎热、大风天气出现频率较高。近几十年来，因全球气候变暖现象不断加剧，特别是由此引发的极端气候事件严重威胁着人类社会发展、生态环境和农业生产等。因此，对拐子湖沙尘暴天气进行统计分析，对于充分利用当地气候、气象变化规律，并制定科学有效的防灾减灾措施很有必要。

1 研究资料和方法

本文利用拐子湖气象站1991—2021年沙尘暴气象观测资料，选用线性趋势分析法，对该地沙尘暴天气变化规律进行分析[5]。其中季节划分采用常规划分标准：春季为3—5月，夏季为6—8月，秋季为9—11月，冬季为12月到次年2月。

2 沙尘暴天气时间分布特征

2.1 年际变化

1991—2021年拐子湖沙尘暴天气共出现476d，每年平均沙尘暴日数为15.4 d，其中沙尘暴日数的最大值为24 d，分别出现在1996年和2007年；最小值只有4 d，出现在2016年，且最大值是最小值的6倍，说明拐子湖沙尘暴日数年际变化波动幅度较大。近31年拐子湖年沙尘暴日数整体以下降趋势为主，气候变化倾向率为-3.524 d/10 a，下降趋势极为显著。结合平均值曲线，在2008年之前，除了有3年（1991年、1993年、2004年）的沙尘暴日数在多年平均值曲线以下外，其余年份的沙尘暴日数均高于平均值；从2008年往后，除了有2年（2015年、2017年）的沙尘暴日数高于平均值外，其余年份沙尘暴日数均低于平均值。结合年沙尘暴变化曲线图（图1），1991—1996年拐子湖年沙尘暴日数以上升趋势为主，且1996年沙尘暴日数达到最大；从1996年往后，拐子湖沙尘暴日数呈现下降趋势，只是在21世纪10年代之前，沙尘暴日数下降幅度较大；之后则呈现平稳下降趋势。总体来说，近30年拐子湖沙尘暴天气以下降趋势为主。

图1 1991—2021年拐子湖沙尘暴日数年际变化趋势图

2.2 四季变化

1991—2021年拐子湖春季沙尘暴日数整体以下降趋势为主，变化倾向率为-0.927 d/10 a，下降趋势较为显著。近30年拐子湖春季平均沙尘暴日数为8.5 d，是年内沙尘暴日数的55.0%，出现频率相对较高。其主要原因可能是拐子湖春季大风天气出现频率最高，冷空气活跃，再加上降水量少，春季气温回暖解冻，在沙源存在较为丰富的拐子湖地区极易形成沙尘暴。其中1991—2007年拐子湖沙尘暴日数以波动上升趋势为主，且2007年春季沙尘暴日数最高，达到了17 d；从2007年往后呈现先快速下降后小幅度波动下降的趋势。

1991—2021年拐子湖夏季沙尘暴日数整体呈现下降趋势，变化倾向率为-1.75 d/10 a，下降趋势极为显著。近30年拐子湖夏季平均沙尘暴日数为4.5 d，是年内沙尘暴日数的29.2%；其中，在2006年以前，拐子湖夏季沙尘暴日数有5年在多年平均值曲线以下，占31.3%，剩余11年夏季的沙尘暴日数则在平均值曲线以上；从2006年往后，拐子湖大部分夏季的沙尘暴日数在平均值曲线以下，说明该阶段是沙尘暴少发期；只有极个别年份的沙尘暴日数超过平均值曲线。从逐年沙尘暴日数曲线图中可以看出，1991—1996年拐子湖夏季沙尘暴日数呈现大幅度上升的趋势，且1996年夏季沙尘暴日数达到最大，为14 d，上升幅度高达12 d；从1996年往后夏季沙尘暴日数呈现明显的下降趋势。

1991—2021年拐子湖秋季沙尘暴日数整体以下降趋势为主，变化倾向率为-0.577 d/10 a，下降趋势不太显著。拐子湖秋季平均沙尘暴日数为1.3 d，占年内沙尘暴日数的8.4%，出现频率相对较低，其原因可能是秋季降水量相对集中，此时地表墒情较好，植物有较高的覆盖度，大风不容易将沙物质吹起来，阻碍了沙尘暴天气的形成。拐子湖秋季并不会每年都会有沙尘暴天气出现，近30年共有12年没有沙尘暴天气出现，占40%，秋季出现沙尘暴天气的频率为60%。另外，拐子湖秋季沙尘暴日数的最大值只有5d，出现在1991年，其余年份的沙尘暴日数均在平均值曲线上下来回波动。

1991—2020年拐子湖冬季沙尘暴日数整体呈现下降趋势，变化倾向率为-0.343 d/10 a，变化趋势不太显著。拐子湖冬季平均沙尘暴日数为1.0 d，占年内沙尘暴日数的6.5%，冬季沙尘暴日数的最大值为4 d，出现在2007年，拐子湖冬季还有12年没有沙尘暴天气出现，占40%。另外，1991—1995年拐子湖冬季沙尘暴日数呈现快速下降趋势；1995—2001年呈现快速上升趋势；从2001年往后拐子湖冬季沙尘暴日数以波动下降趋势为主。

由此可见，拐子湖春、夏、秋、冬四季沙尘暴日数均呈现下降趋势，同年沙尘暴日数变化趋势保持一致，只是变化倾向率有一定差异，尤以夏季和春季沙尘暴减少趋势对年变化贡献最大。另外，拐子湖年内沙尘暴以春季出现频率最高，其次是夏季，秋季和冬季出现频率较低。

2.3 年内变化

1991—2021年拐子湖年内沙尘暴日数整体呈现单峰型变化特征，峰值出现在5月份，沙尘暴日数共有106 d，占22.2%，次峰值出现在4月份，为97 d，占20.4%；谷值只有3d，出现在1月份，占0.6%，峰值大约是谷值的35倍，说明拐子湖沙尘暴日数年内变化波动幅度较大。结合沙尘暴年内变化图（图2），1—5月份拐子湖沙尘暴日数整体以上升趋势为主；从5月份往后则是逐月下降。另外，拐子湖年内沙尘暴日数主要出现在每年的3—7月份，每月的沙尘暴日数几乎都在1.5 d以上，尤以4—6月份最为集中，这段时间的沙尘暴日数共有268d，占沙尘暴日数的56.3%。这种春夏频繁型的分布特点同拐子湖的气候特点、地理位置及地面状况密切相关。春季因大风天气的影响，使得沙尘暴天气出现频率较高；夏季则因强烈的日照辐射，使得流沙温度快速上升，使得局地热力条件极不稳定，进而诱发沙尘暴天气，这也是为何在盛夏，拐子湖地区仍旧可能出现能见度不足500 m沙尘暴天气的主要原因。

图2 1991—2021年拐子湖年内沙尘暴日数变化图

3 拐子湖沙尘天气形成的原因

3.1 特殊地理位置和地形特征

拐子湖有较为恶劣的自然环境，是内蒙古强沙尘与特强沙尘的主要多发区之一，也是我国沙尘暴北移路径的必经之地。因拐子湖位置较为特殊，再加上生态环境不断恶化，裸露、疏松的地表和草地生态系统不断恶化，使得鼠害、毒草害连年出现，导致植被退化速度不断加剧，增加了草地裸露面积，浩瀚的巴丹吉林沙漠为频繁出现的沙尘天气提供了丰富的沙源，因拐子湖位于巴丹吉林沙漠北缘，一旦出现大风天气，将会就地起沙。

3.2 冷空气不断东移南下

春季，因冷空气不断东移南下，使得拐子湖经常会有沙尘暴天气。拐子湖沙尘天气的冷空气路径主要包括：①西北路径。弱的高压脊几乎控制整个乌拉尔山，西伯利亚如同大低压槽区，堆积了大量的冷空气，新疆东部到河西走廊则形成了较强锋区，冷空气不断朝着拐子湖侵入。地面图中，从新疆东部到河西走廊有热低压发展的极为迅速，同时还伴随着较为明显的气压梯度、变压梯度及锋面，冷空气途径蒙古西部后，会吹向巴丹吉林沙漠腾格里沙漠，导致拐子湖沙尘暴天气的出现；②西方路径。在沙尘暴天气还没有出现之前，有一高压脊出现在乌拉尔山附近，而冷低压槽则出现在蒙古西部到巴尔喀什湖一带，翻越过天山的冷空则会朝着南疆沙漠、戈壁、巴丹吉林沙漠入侵，进而引发拐子湖沙尘暴天气；③北方路径。在沙尘暴天气还没有出现之前，有一强冷高压出现在贝加尔湖西部到新西伯利亚，而蒙古高原西北部则是高压中心；有一低压中心出现在贝加尔湖东部到河套北部，途径蒙古国的冷空气会吹向腾格里沙漠，进而引发沙尘暴天气，只是该路径引发拐子湖沙尘天气的概率相对较低。

3.3 春季温暖少雨气象条件

春季，拐子湖上空以晴朗天气为主，地面上的太阳辐射强度不断增大，沙漠、戈壁、裸露的地表会有明显的增温现象，极易产生正变温区，在对流层中层有时会有负变温存在，增加了大气的不稳定性水平，将会出现热力扰动，为地面沙尘卷入到空中提供了有利条件。再加上空气有效降水不足，使得拐子湖连年干旱，地下水位不断降低，进一步加剧了水质恶化程度，在大风天气出现之前很难有明显降水天气过程来抑制沙尘，为沙尘天气的出现提供了丰富的沙源条件。

4 防御措施

4.1 建立沙尘暴天气监测预警系统

对于拐子湖气象站来说，应始终将沙尘暴监测和预警工作作为日常气象监测的关键。根据拐子湖沙尘暴天气发生发展规律，对沙尘暴天气危害较为严重的区域积极构建监测站网。与此同时，还可以建立气象信息共享平台，以对沙尘暴天气动态变化情况及时掌握。对于沙尘暴灾害变化情况，为了不断提升沙尘暴灾害预报的准确性和及时性，需及时开展临近短期和中长期沙尘暴灾情预报工作。对沙尘暴灾害预警信息发布系统不断进行强化，提升对沙尘暴天气的预报预测水平。在当地农牧业生产关键期内，一旦出现沙尘暴天气，需要拐子湖气象站时刻监测沙尘强度并及时预告，使农牧民可第一时间获取到同沙尘暴相关的气象服务信息，确保防灾减灾工作顺利开展。

4.2 改善生态环境

拐子湖生态环境恶劣，要从根源上减少沙尘暴的发生，需要积极构造人与自然和谐相处的生活空间，将环境规划工作放在首位，加大投入力度做好环保设施建设，同时还要开展环境综合治理，借助于电视、广播、网络、宣传册、微信、微博等不同方式向当地农牧民积极宣传保护生态环境的重要作用，提升社会大众的环境保护意识。按照相关法律法规对林草植被进行保护，大范围种植乔灌草，以对土地沙漠化问题进行抑制。为了对农田、牧区草场进行保护，可对防护林进行构建，采取科学有效的方法不断完善风沙生物防护体系，减少土地沙漠化程度和沙尘源，最大限度地避免或者降低沙尘暴灾害。

4.3 遏制沙尘原，加大退耕还林还草力度

结合拐子湖近年气候发生发展规律，对优良牧草品种加大种植力度，同时还可以对多年生牧草选择人工种植，不断增强退耕还林还草力度。另外，对当前的草场不断进行改良，适当增大牲畜食用牧草种植比例。多年来，因退化草场气候的干旱化趋势极为显著，土壤湿度与地标湿润指数不断下降。为了尽快改善这种情况，需对抗旱性、耐旱性强的牧草进行积极补种，不断提升林草覆盖率，以减少沙尘暴天气的出现。