拐子湖沙塵暴天氣過程的近地面風沙活動特征分析

蔡文軍

摘要? 以巴丹吉林沙漠腹地拐子湖為研究區，對沙塵暴發生前、中、后期近地層風速特征及野外輸沙觀測資料進行了分析，為我國沙漠地區防沙治沙工程提供依據且為沙塵暴預防提供基礎資料。

關鍵詞 沙塵暴;風向風速;地表風沙;風沙流

中圖分類號：P458.1+23 文獻標識碼：A 文章編號：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

沙塵暴是風與沙物質相互作用的災害性天氣現象，為全球干旱、半干旱地區所特有，其形成與氣候變化和人類活動有著不可分割的聯系，并受到國內外學者的廣泛關注。強勁的風力、豐富的沙塵源和不穩定的空氣層結是沙塵暴爆發的3個必要條件，在其發生過程中，強勁的氣流運動使地表松散的沙塵物質脫離地面隨之運動，是近地面建筑、農田、動植物及生命財產等受損的重要原因，因此研究沙塵暴過程的近地層沙塵運動規律，對于了解沙塵的活動特征和提出合理的預防措施有重要意義，同時對于研究沙塵暴的發生、演變和消弱有著十分重要的作用。

1 資料與方法

資料來自于拐子湖沙漠大氣環境觀測試驗站。近地表風沙流輸沙量觀測采用高度100 cm直立式方口積沙儀，共分50層，每2 cm 1個采樣口，進沙口橫截面積為4 cm2，空氣中沙物質在通過采樣口時可被收集在相應積沙盒中，于每次沙塵天氣結束后收取沙樣并稱重。

2 拐子湖沙塵暴天氣過程近地面沙塵活動特征

2.1 風向風速

通過10 m高度處風向風速隨時間變化序列分析，不同天氣背景下地面風向風速變化有差異，晴天風速數值較小，保持在4 m/s左右，部分時段有靜風天氣，風向并不是維持不變;在揚沙天氣下，00：00—04：27 10 m處風向風速幾乎無變化，風速在4.16～7.21 m/s內，以西風為主，到04：28風速驟降，05：33降到3.78 m/s，經過調整，隨后風速快速增加，達13.37 m/s，拐子湖地區出現揚沙，較高風速維持到18：04，對應風向也變化，隨風速增加揚沙天氣顯現，風向穩定度較強，始終在西北方變化。18：05后風速降低，19：42降到4.21 m/s，此時風向由西北方向逐漸向西西南過渡，19：43后風速趨于平穩，維持5 m/s左右。

沙塵暴出現前，10 m高度處風速下降后迅速增加，隨風速增加，08：10—12：13有揚沙天氣，風速增加，達17.81 m/s，揚沙升級為沙塵暴，能見度降到100 m左右。風向同風速變化保持一致，強風沙出現前，風向經歷西南—西西南—西西北變化，揚沙和沙塵暴天氣隨風速增加開始出現，風向以西北和西西北方向為主;17：31風速下降，19：59降至3.47 m/s，隨后風速增加趨勢不太明顯，但總體趨于下降，風向隨風速降低也逐漸調整。

2.2 沙塵暴過程中地表風沙特征

利用 H11？鄄LIN 型風蝕傳感器分別對拐子湖2014年5月8日、12日、18日和30日正午前后沙塵暴天氣監測。當風速增大到可吹起地表沙粒時，臨界風速稱為起沙風速。當風速<6.5 m/s時，無沙粒撞擊傳感器記錄，風速>6.5 m/s時，傳感器會監測到地表沙粒運動記錄，且隨風速增加躍移沙量也增加，兩者之間冪函數關系明顯。在6.5～10.0 m/s風速內，隨風速增加，撞擊粒數速率減緩，當風速>10.0 m/s時，撞擊粒數風速增加。拐子湖2 m高度風速達6.5 m/s時沙粒開始脫離地面躍移，將該風速看作拐子湖地區臨界起沙風速。

2.3 風沙流結構特征

風沙流結構可以將風沙流中沙粒隨高度的變化特征表示出來，是不同軌跡運動沙粒在垂直方向上的宏觀表現，在研究風沙中發揮著重要作用。在一定的風速條件下，影響風沙流結構的主要因素包括有地形、沙物質粒度、下墊面性質、礦物乘風等。通過分析5月8、12、18和30日4次典型沙塵天氣背景下方口集沙儀收集的輸沙數據，盡管每次沙塵暴天氣出現的時間、強度、風速等均有一定的差異，但是隨著高度的變化輸沙量的變化趨勢幾乎沒有太大的變化。假設地表輸沙量以20 cm左右為界，在地表0～20 cm，隨著高度的增加輸沙量會呈現出波動增加的趨勢;在20 cm以上，隨著高度的增加輸沙量呈現出逐漸減少的趨勢，其中20～50 cm范圍內的減少速率更快，這種現象被稱為“象鼻效應”。另外，通過對4次沙塵暴天氣輸沙量累積百分比平均值進行分析，在地表100 cm以內，有一半的輸沙量集中在0～20 cm;70%的輸沙量主要集中在0～30 cm范圍內;90%的輸沙量則集中在0～56 cm范圍內。總之，拐子湖沙塵暴天氣下地表100 cm以內的輸沙量以20 cm為界，分階段現象明顯，整體表現出“象鼻效應”。

3 沙塵暴天氣預防措施

3.1 加強沙塵暴天氣監測預警工作

拐子湖氣象站應做好沙塵暴天氣監測和預報預警工作，根據沙塵暴天氣出現的規律，做好沙塵暴天氣頻發區的監測站網建設;同時，加強氣象信息共享平臺及時，方便當地民眾及時了解到沙塵暴天氣動態變化。針對沙塵暴災害，第一時間開展臨近短期和中長期沙塵暴災情預報，借助于現代化的觀測儀器設備，不斷增強沙塵暴災害預報的及時性和精確度水平。

3.2 加大生態環境治理

對拐子湖地區生態環境進行改善，創造出人與自然和諧相處的生存空間，做好環境規劃，加大資金投入力度對環境進行綜合治理，借助于廣播、報紙、網絡、宣傳冊、黑板報等對生態環境保護的重要意義進行宣傳，增強相關部門和廣大人民的環境保護意識。依法保護和恢復林草植被，大范圍種植喬灌草，以控制土地沙漠化。

3.3 提供精細化氣象服務信息

對于拐子湖氣象局來說，應利用現代化的多媒體傳播平臺，例如微信、微博、網絡、電子顯示屏、短信等方式發布沙塵暴天氣預警信息，不斷拓寬氣象信息傳播途徑。加強氣象信息員隊伍建設，定期組織工作人員進入到農村地區進行沙塵暴天氣和防災減災知識宣傳。氣象人員應加強計算機網絡學習，不斷豐富氣象服務產品，及時更新氣象預報預警信息。

4 小結

（1）風力作為沙塵天氣爆發的動力因素，不僅隨著地面風速的增加沙塵天氣強度逐漸升級，而且沙塵天氣來臨前風速會經歷突然下降后迅速增加的過程，同時風向也表現出較明顯的多次調整，風向調整時，風速減弱，而調整后，風速增加。拐子湖2 m高度風速達到6.5 m/s時沙粒開始脫離地面出現躍移，可以將該風速看作拐子湖地區的臨界起沙風速。

（2）拐子湖沙塵暴過程中的輸沙通量垂直分布狀況在 20 cm 左右具有明顯的分段現象即整體表現出明顯的“象鼻效應”，在地表0～20 cm，隨著高度的增加輸沙量會呈現出波動增加的趨勢;在20 cm以上，隨著高度的增加輸沙量呈現出逐漸減少的趨勢，其中20～50 cm范圍內的減少速率更快。

（3）分別從加強沙塵暴天氣監測預警工作、加大生態環境治理和提供精細化氣象服務信息3個方面提出了沙塵暴天氣預防對策，以降低沙塵暴天氣造成的危害。

參考文獻

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