中衛市沙坡頭區揚沙天氣變化規律及氣候特征簡析

高 媛 龔曉麗 張澤瑾

1.中國氣象局旱區特色農業氣象災害監測預警與風險管理重點實驗室 寧夏 銀川 750002

2.寧夏氣象防災減災重點實驗室 寧夏 銀川 750002

3.中衛市氣象局 寧夏 中衛 755000；4.固原市氣象局 寧夏 固原 756000

1 引言

中衛地處騰格里沙漠邊緣,黃河自西向東貫穿其中,地貌類型分為沙漠、黃河沖積平原、臺地、山地和盆地五個較大的地貌單元。由于西北部的沙漠和南部山地的地形、植被和氣候等因素,在大風過境時容易引起沙塵天氣,對公眾生活、當地農業和生態環境等造成不利影響,所以研究中衛地區揚沙天氣有著重要的科學意義。在過去,沙漠面積逐漸增大,草地退化、沙化嚴重,下墊面條件逐漸惡化,使得揚沙天氣多發、易發。但是近幾年根據資料統計,中衛市的揚沙天氣頻率呈減少趨勢,一方面是因為退耕還林、植樹造林等措施改善了下墊面和生態環境,另一方面也因為天氣氣候的變化對揚沙天氣有一定的影響。

近年來,許多學者致力于研究沙塵天氣,特別是在沙塵暴的分布和變化特征以及沙塵暴的典型個例分析方面取得諸多成果。另外,根據相關文獻,陳躍浩[1]研究了西北地區沙塵天氣的氣候特點,姬興杰[2]、張智[3]、張存杰[4]等研究了不同城市大風對沙塵天氣的影響及沙塵、沙塵暴等天氣的空間分布特征,楊雪艷[5]等研究了沙塵天氣大尺度環流背景。總體看來在研究沙塵天氣變化特征和氣候特點,及結合下墊面條件和氣象要素的影響方面的文獻還比較少,更多是從單一的環流背景或下墊面條件來考慮沙塵天氣的出現原因。從氣候角度,探討與沙塵天氣頻率最為相關的氣象要素對于未來沙塵天氣頻率的預測有著非常重要的意義。

2 資料分析和方法

本項目選取中衛國家基本氣象站1961-2018年58年揚沙日數、大風日數、降水等觀測數據,采用數據統計的方法研究中衛市沙坡頭區揚沙天氣的月季年變化特征。利用大風日數、降水與揚沙日數的相關性,分析不同氣象要素條件下對揚沙天氣的影響,結合下墊面條件研究本地揚沙天氣變化的原因。歸納總結揚沙天氣的氣候特點,為后續分析揚沙天氣的大氣環流背景做基礎研究。

3 揚沙天氣日數隨時間變化規律簡析

3.1 揚沙天氣日數年變化 根據沙坡頭地區1961-2018年資料統計分析(圖1),揚沙天氣70年代最多,90年代最少,整體呈下降趨勢。

圖1 1961-2018年沙坡頭站揚沙日數變化

就揚沙活動的影響系統而言,主要是地面上位于貝湖地區的蒙古氣旋以及與其相配合的500hPa烏拉爾山高脊。20世紀80年代以來,由于氣候變暖,該地區氣溫顯著升高,高壓加強后阻擋了冷空氣南下,北方冷空氣活動減弱是北方揚沙天氣減少的原因之一。其次,中衛地處騰格里沙漠邊緣,近年來隨著退耕還林、退耕還草和植樹造林的政策實施,植被覆蓋率越來越高,有效減少了揚沙天氣的形成。

3.2 揚沙天氣月變化規律 計算觀測站月平均揚沙次數,從圖2中可以看出揚沙日數呈單峰型分布,峰值出現在3月,月平均次數達到了5.85d,谷值出現在9月,月平均次數僅為1.58d。相應的年內變化情況為：9月到次年3月為揚沙日數的增加期,3月達到頂峰,3月到9月揚沙日數逐漸減少至谷值。從揚沙日數的季節分布來看,春季(3-5月)揚沙日數最多為16.9d占全年的37.1%,夏季(6-8月)的揚沙日數為11.52d占全年的25.5%,秋季(9-11月)的揚沙日數最少為7.31d,占全年的16.2%,冬季(12月-次年2月)的揚沙日數為12.31d占全年的21.2%。

圖2 1961-2018年沙坡頭站揚沙月平均日數變化

4 氣象因子與揚沙天氣的關系

4.1 降水與揚沙關系 中衛市沙坡頭區地處騰格里沙漠邊緣,雖靠近黃河,但是年平均降水量不足200mm,夏季(6-8月)是主要降水時段,夏季雨量約占全年降水量的60%,降水多數以分布不均勻的陣性降水為主。天然降水能增加土壤濕度,在大風天不易起沙。根據資料分析,如圖3所示降水量少的年份揚沙日數就多,降水量多的年份揚沙日數就少,且翌年揚沙日數也會減少。降水可以有效提高土壤相對濕度,冬季凍土層深厚,植被發育良好,相應的揚沙天氣較少,降水的多少是決定揚沙源地的植被覆蓋度最重要的氣象因子[6]。

圖3 1961-2018年沙坡頭站揚沙日數和降水距平圖

4.2 地面大風與揚沙天氣關系 由圖4和圖5可知各月大風發生次數與揚沙發生次數存在著明顯的正相關關系,相關系數大于0.5。大風對揚沙發生的影響季節性顯著,春季二者發生頻次明顯增多,夏季明顯減少。當地面風速大于起沙風速的情況下,風速越大越容易卷起沙粒子,近年來大風日數和揚沙日數都有明顯的下降趨勢,圖中沙坡頭區大風天數和揚沙天數的總趨勢具有很好的一致性,說明地面大風是影響揚沙天氣的主要因素。

圖4 大風與揚沙日數變化曲線

圖5 沙坡頭站大風和揚沙年平均日數散點圖

5 總結

通過分析,中衛市沙坡頭區近年來的揚沙天氣日數呈明顯下降趨勢,因為植樹造林和退耕還草等措施大力推進,增加了地表的植被覆蓋度,土壤中的細小顆粒經過植物的固定作用不再容易被強風掛起,進入大氣產生揚沙天氣。揚沙天氣還與當地氣象因子有很大關系。降水量與揚沙天氣日數之間存在顯著的負相關性,說明降水對揚沙的發生具有一定的抑制作用；而大風日數與揚沙日數的變化趨勢非常吻合,有顯著的正相關性。氣象因子具有明顯的季節性變化,而揚沙天氣的形成與氣象因子密切相關,同樣呈現出春季多、夏季少的季節性變化。