老哈河下游地區起沙風特征

楊　林，韓　廣,李　廣，2，朱　婷, 譚慧婷，譚陳恬

(1.湖南師范大學資源與環境科學學院，中國 長沙　410081；2.南京大學地理與海洋科學學院，中國 南京　210023; 3.云南師范大學旅游與地理科學學院，中國 昆明　650500 )

老哈河下游地區起沙風特征

楊林1，韓廣1,李廣1*，2，朱婷3, 譚慧婷1，譚陳恬1

(1.湖南師范大學資源與環境科學學院，中國 長沙410081；2.南京大學地理與海洋科學學院，中國 南京210023; 3.云南師范大學旅游與地理科學學院，中國 昆明650500 )

摘要應用中國科學院奈曼沙漠化研究站2006~2013年的氣象資料，統計分析了老哈河下游地區近8年來的起沙風特征．結果表明：(1)起沙風的月平均風速為5.81~6.75 m·s-1，最大風速變化范圍為17.40~25.60 m·s-1．春季(3~5月)是老哈河下游地區的主要風沙活動期．(2)起沙風風向以WNW和NW及W為主，分別占年起沙風頻率的16.02%,12.66%和11.18%．不同月份、季節起沙風向變化及各方向所占頻率也有較大差異．在風沙活動期內，起沙風風向以WNW和NW為主，分別占該時段起沙風頻率的14.35%和13.44%；其次為SW和SSE及W風向，分別占該時段起沙風頻率的8.51%、8.35%和8.11%；起沙風風向變化頻繁，但西北風占主導地位，西南風次之．

關鍵詞起沙風；風沙活動期 ；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

風是塑造地貌形態的基本營力之一[1]，而一定強度的起沙風是引起土壤風蝕和沙塵天氣最主要和最直接的動力因素[2]．區域大氣環流的整體形勢控制著區域內各種風沙地貌形成發育的整體格局[3]．因此系統研究一個地區的起沙風特征，不僅有助于了解研究區的風沙活動規律，解釋沙塵天氣頻繁發生的原因[4]，也能夠更準確掌握風沙地貌形成的動力因素，為研究區科學防沙治沙提供理論依據[5-6]．

老哈河下游河岸沙丘是中國季風和非季風交錯區的典型河岸沙丘帶[7](圖1)．近年來該地區是科爾沁沙地風蝕強烈和沙塵危害程度最嚴重的區域之一．本文利用中國科學院奈曼沙漠化研究站自動氣象站2006—2013年的風速、風向原始數據，統計分析了老哈河下游地區8年來的起沙風分布特征，對該區域的生態環境建設以及風沙危害的防治都具有重要的理論與實際意義．

1研究區概況

老哈河下游位于科爾沁沙地的腹地．該地區氣候屬溫帶半干旱大陸性季風氣候,年均氣溫6.5 ℃,極端最高溫39 ℃，極端最低溫-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，年蒸發量為1 500～2 500 mm[8]；地貌類型以流動沙丘、半固定沙丘、固定沙丘和面積不等的平緩沙地及低洼地交錯分布為特征；土壤類型主要為地帶性的栗鈣土和非地帶性的沙土、草甸土、鹽堿土[6]．該地區屬于典型的農牧交錯地區，生態環境比較脆弱，易退化或發生嚴重沙漠化[9](圖1)．

圖1　研究區位置圖Fig.1　Geographical location of the studied site

2研究方法

2.1　數據來源

2006~2013年的風速、風向原始數據，均來源于中國科學院奈曼沙漠化研究站自動氣象站(42°56′ N, 120°42′ E，海撥358 m)．數據采集間隔時段為1 h，風速、風向的觀測高度為10 m,風向數據用0°～360°方位角表示．

2.2　統計方法

根據相關研究[10-11]和野外實地觀測，老哈河下游地區臨界起沙風速為5 m·s-1(10 m高處)．將逐年的原始風速、風向數據以1 h為統計單位，統計計算每月大于5 m·s-1起沙風沙速的平均風速、最大風速及出現頻率(因系統故障原因，導致一些月份數據不完整，起沙風出現頻率用起沙風出現的時數與總統計時數的百分比表示)．

為了突出起沙風的分布特征，選擇原始數據中大于5 m·s-1風速數據，按羅盤N，NNE，NE，ENE，E，ESE，SE，SSE，S，SSW，SW，WSW，W，WNW，NW和NNW共16個方位逐月統計各方位的起沙風，并計算不同方位起沙風的出現頻率．

3結果分析

3.1　起沙風風速

對2006~2013年風速記錄數據分析可知，老哈河下游地區8年年平均風速為2.19 m·s-1，記錄的最大風速為25.6 m·s-1，發生在2013年8月25日．2006~2013年起沙風速(≥5 m·s-1)出現的總頻率為11.28%．春季平均風速為2.7 m·s-1，大于起沙風速的頻率為21.44%；夏季平均風速1.8 m·s-1，大于起沙風速的頻率為4.05%；秋季平均風速1.98 m·s-1，大于起沙風速的頻率為8.38%；冬季平均風速2.3 m·s-1，大于起沙風速的頻率為11.22%．起沙風出現的頻率年際之間存在一定差異，2006~2013年各起沙風頻率分別為13.90%，11.15%,11.93%,11.60%,11.87%,9.06%,10.14%和10.61%．

圖2　起沙風風速及其頻率月變化 (2006~2013年)Fig.2　Change of monthly sand-driving wind speed and their frequency (2006~2013)

圖2為老哈河下游地區起沙風風速及頻率月變化圖．一年之內，起沙風風速的月平均風速為5.81~6.75 m·s-1．其中，從1月的6.12 m·s-1開始逐漸增加，至 3月月平均起沙風速達到最大值6.75 m·s-1，然后緩慢減少，至7月月平均起沙風速達降至最小值5.81 m·s-1，之后波動式變化．從季節上來看，春季的平均起沙風速最大，為6.55 m·s-1；而夏季的平均起沙風速最小，為5.94 m·s-1；秋、冬兩季的平均起沙風速分別為6.16 m·s-1和6.25 m·s-1．即平均起沙風速的季節變化呈現夏季→秋季→冬季→翌年春季逐漸增加趨勢．

月最大風速變化范圍為17.40~25.60 m·s-1．最大值為25.60 m·s-1，出現在夏季的8月份；最小值為17.40 m·s-1，出現在冬季的1月份．除8和9月份外，其他月份的起沙風最大風速與月平均風速的變化趨勢基本一致．

平均風速和最大風速是風速特征的基本描述，起沙風的頻率越大，對沙丘的形成與演化起作用越強[12]．由圖2還可知，老哈河下游地區2006~2013年不同月份間起沙風占全年起沙風的頻率相差較大，變化范圍為1.86%~17.76%．起沙風在3月發生頻率最大，占全年起沙風頻率的17.76%，4月次之，為16.83%，再次為5月，頻率為13.33%．起沙風發生頻率最少月份為8月，為1.86%，其次為7月和9月份，分別為2.10%和2.71%．從季節上來看，春季起沙風發生頻率最高，占全年起沙風頻率的47.92%，夏季最低，為9.01%，秋、冬兩季頻率分別為18.51% 和 24.55%．起沙風速的月際頻率變化特征與平均風速的變化趨勢基本相似．

3.2　起沙風風向

表1為老哈河下游地區各月起沙風16方位出現頻率．老哈河下游地區起沙風風向以WNW，NW，W為主，分別占年起沙風頻率的16.02%，12.66%和11.18%；其次WSW，SW風向所占頻率分別為9.54%和9.07%；在其余各方向的起沙風中，除N，SSE，NNE，NNW 風向所占比率稍大(分別為6.77%，6.43%，5.66%和5.54%)外，其他均較少．從起沙風在各月的分配情況來看，除6月以SSE風向為主外，其余月份起沙風以WNW，NW，W風向為主，其次為WSW，SW，SSE，N風向．

從起沙風方向頻率(表1)的季節分配來看，春季起沙風以 WNW，NW，SW和SSE 風向為主，分別占年起沙風頻率的6.87%，6.44%，4.08%和 4.00%，其次為W，N，WSW和S風向，分別占年起沙風頻率的3.89%，3.32%，3.31%和 3.07%，；夏季起沙風以SSE，NW和WNW風向為主，分別占年起沙風頻率1.23%，1.12%和1.00% ；秋季起沙風以WNW，W，NW，WSW和SW風向為主，分別占年起沙風頻率的3.46%，2.91%，2.21%，2.15%和1.74%；冬季起沙風主要以WNW，WSW和W風向為主，分別占年起沙風頻率的4.68%，3.72%和3.54%，其次為NW，SW和N風向，分別占年起沙風頻率的2.90%，2.78%和2.27%．

表1　各方向起沙風頻率逐月變化(單位:%)

圖3　3~5月份起沙風風向玫瑰圖 (2006~2013年)Fig.3　Sand-driving wind direction rose diagram during March to May (2006~2013)

由3~5月份起沙風風風向玫瑰圖可知(圖3)，3~5月份起沙風風向以WNW，NW為主，分別占該時段起沙風頻率的14.35%和13.44%；其次，SW，SSE，W風向分別占該時段起沙風頻率的8.51%，8.35%和8.11%；在其余各方向的起沙風中，除N，S，NNE，NNW風向所占該時段頻率稍大(分別為6.93%，6.40%，6.18%和5.75%)外，其他各風向所占頻率較小．

4討論

4.1　風沙活動期

沙粒的起沙風速除主要取決于粒徑外，還與地表性質、沙子含水率和鹽度及植被蓋度等多種因素有關[10]．老哈河下游地區在10月至翌年2月盡管風力較強勁頻繁，起沙風速發生頻率占全年的40.35%,但該時段早期有枯萎的植被覆蓋地表，在10月底地表表土層開始凍結，至3月初凍融，即后期進入地表表土層封凍期．所以該地區在10月至翌年2月土壤風蝕的可能性顯著降低．6~9月起沙風風速小、發生的頻率低，加上該時期植物進入生長旺盛期，地表植被覆蓋度較大，降水量多，土壤發生風蝕的可能性很小．而3~5月份是起沙風多發期；此時正值氣溫逐步回升使地表凍融，大氣、土壤干旱區相耦合的時期[13](該時段的蒸發量是降水量的17.2倍)，植物尚未返青或處于萌動期[13]，造成地表呈干旱疏松狀態；加上玉米等農田的翻耕與播種使地表基本呈裸露狀態．這些多因素的疊加作用為地表的風沙移動提供了強有力的動力條件和豐富的沙源．所以3~5月是老哈河下游地區的主要風沙活動期．在研究該地區風沙流活動規律時應主要以春季(3~5月)的風場作為主要野外觀測與研究分析目標．

4.2　起沙風風向變化

對某一地區而言，近地面的風況特征在很多程度上是高空環流形勢的反映[14]．老哈河下游地區處中緯度西風帶，是西路、西北路及偏北冷空氣流經地帶[11]．冬季受內蒙古冷高壓控制，夏季受大陸低氣壓控制和副熱帶高壓的影響,再加上周邊大興安嶺、燕山、長白山山脈走向的影響，使該研究區常年受西北氣流的影響，并伴隨有來自西南方向的氣流．在風沙活動期間(3~5月)，老哈河下游地區起沙風風向雖然變化范圍較大、頻繁，但西北風占主導地位，西南風次之．

5結論

通過對中國科學院奈曼沙漠化研究站自動氣象站2006~2013年的風速資料統計分析,老哈河下游地區近8年來的起沙風特征具有以下特點：

(1)起沙風速(≥5 m·s-1)出現的的總頻率為11.28%；起沙風的月平均風速為5.81~6.75 m·s-1，最大風速變化范圍為17.40~25.60 m·s-1；春季(3~5月)起沙風出現的頻率為21.44%，發生頻率最高，占全年起沙風頻率的47.92%．該時段地表凍融、干旱疏松，加上玉米等農田的翻耕與播種使地表基本呈裸露狀態，這多種因素的疊加使3~5月成為老哈河下游地區的主要風沙活動期．

(2)起沙風風向以WNW，NW，W為主，分別占年起沙風頻率的16.02%，12.66%和11.18%；其次WSW，SW風向所占頻率分別為9.54%和9.07%；不同月份、季節起沙風向變化及各方向所占頻率也有較大差異．在風沙活動期(3~5月)內，起沙風風向以WNW，NW為主，分別占該時段起沙風頻率的14.35%和13.44%；其次，SW，SSE，W風向分別占該時段起沙風頻率的8.51%，8.35%和8.11%；老哈河下游地區起沙風向雖然變化范圍較大、頻繁，但西北風占主導地位，西南風次之．

致謝本文氣象數據由中國科學院寒區旱區環境與工程研究所奈曼沙漠化研究站李玉霖副研究員和羅永清博士提供,在此表示衷心感謝！

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(編輯王健)

*通訊作者,E-mail：hanguang@hunnu.edu.cn

基金項目：國家自然科學基金資助項目(41271025)；湖南省重點學科(地理學)建設項目(2012001)

收稿日期：2014-10-17

中圖分類號P931

文獻標識碼A

文章編號1000-2537(2015)03-0001-05

DOI:10.7612/j.issn.1000-2537.2015.03.001