拐子湖沙塵暴氣候變化特征及其成因研究

吳海濤

內蒙古自治區拐子湖氣象站

大量沙塵被強風吹起，使得水平能見度不足1 000 m的天氣現象稱之為沙塵暴。當前，我國受荒漠化威脅的面積是總國土面積的40%左右，且每年仍舊以2 460 km2的速度繼續擴展。因沙塵暴天氣對人類的危害極為嚴重，已經引起了國內外學者的高度關注，很多學者從不同角度，通過多種方法開展了大量研究工作，并得出了很多有意義的結論[1-4]。拐子湖位于巴丹吉林沙漠北緣，自然環境惡劣，主要氣候特征是干旱、少雨、炎熱、大風天氣出現頻率較高。近幾十年來，因全球氣候變暖現象不斷加劇，特別是由此引發的極端氣候事件嚴重威脅著人類社會發展、生態環境和農業生產等。因此，對拐子湖沙塵暴天氣進行統計分析，對于充分利用當地氣候、氣象變化規律，并制定科學有效的防災減災措施很有必要。

1 研究資料和方法

本文利用拐子湖氣象站1991—2021年沙塵暴氣象觀測資料，選用線性趨勢分析法，對該地沙塵暴天氣變化規律進行分析[5]。其中季節劃分采用常規劃分標準：春季為3—5月，夏季為6—8月，秋季為9—11月，冬季為12月到次年2月。

2 沙塵暴天氣時間分布特征

2.1 年際變化

1991—2021年拐子湖沙塵暴天氣共出現476d，每年平均沙塵暴日數為15.4 d，其中沙塵暴日數的最大值為24 d，分別出現在1996年和2007年；最小值只有4 d，出現在2016年，且最大值是最小值的6倍，說明拐子湖沙塵暴日數年際變化波動幅度較大。近31年拐子湖年沙塵暴日數整體以下降趨勢為主，氣候變化傾向率為-3.524 d/10 a，下降趨勢極為顯著。結合平均值曲線，在2008年之前，除了有3年（1991年、1993年、2004年）的沙塵暴日數在多年平均值曲線以下外，其余年份的沙塵暴日數均高于平均值；從2008年往后，除了有2年（2015年、2017年）的沙塵暴日數高于平均值外，其余年份沙塵暴日數均低于平均值。結合年沙塵暴變化曲線圖（圖1），1991—1996年拐子湖年沙塵暴日數以上升趨勢為主，且1996年沙塵暴日數達到最大；從1996年往后，拐子湖沙塵暴日數呈現下降趨勢，只是在21世紀10年代之前，沙塵暴日數下降幅度較大；之后則呈現平穩下降趨勢。總體來說，近30年拐子湖沙塵暴天氣以下降趨勢為主。

圖1 1991—2021年拐子湖沙塵暴日數年際變化趨勢圖

2.2 四季變化

1991—2021年拐子湖春季沙塵暴日數整體以下降趨勢為主，變化傾向率為-0.927 d/10 a，下降趨勢較為顯著。近30年拐子湖春季平均沙塵暴日數為8.5 d，是年內沙塵暴日數的55.0%，出現頻率相對較高。其主要原因可能是拐子湖春季大風天氣出現頻率最高，冷空氣活躍，再加上降水量少，春季氣溫回暖解凍，在沙源存在較為豐富的拐子湖地區極易形成沙塵暴。其中1991—2007年拐子湖沙塵暴日數以波動上升趨勢為主，且2007年春季沙塵暴日數最高，達到了17 d；從2007年往后呈現先快速下降后小幅度波動下降的趨勢。

1991—2021年拐子湖夏季沙塵暴日數整體呈現下降趨勢，變化傾向率為-1.75 d/10 a，下降趨勢極為顯著。近30年拐子湖夏季平均沙塵暴日數為4.5 d，是年內沙塵暴日數的29.2%；其中，在2006年以前，拐子湖夏季沙塵暴日數有5年在多年平均值曲線以下，占31.3%，剩余11年夏季的沙塵暴日數則在平均值曲線以上；從2006年往后，拐子湖大部分夏季的沙塵暴日數在平均值曲線以下，說明該階段是沙塵暴少發期；只有極個別年份的沙塵暴日數超過平均值曲線。從逐年沙塵暴日數曲線圖中可以看出，1991—1996年拐子湖夏季沙塵暴日數呈現大幅度上升的趨勢，且1996年夏季沙塵暴日數達到最大，為14 d，上升幅度高達12 d；從1996年往后夏季沙塵暴日數呈現明顯的下降趨勢。

1991—2021年拐子湖秋季沙塵暴日數整體以下降趨勢為主，變化傾向率為-0.577 d/10 a，下降趨勢不太顯著。拐子湖秋季平均沙塵暴日數為1.3 d，占年內沙塵暴日數的8.4%，出現頻率相對較低，其原因可能是秋季降水量相對集中，此時地表墑情較好，植物有較高的覆蓋度，大風不容易將沙物質吹起來，阻礙了沙塵暴天氣的形成。拐子湖秋季并不會每年都會有沙塵暴天氣出現，近30年共有12年沒有沙塵暴天氣出現，占40%，秋季出現沙塵暴天氣的頻率為60%。另外，拐子湖秋季沙塵暴日數的最大值只有5d，出現在1991年，其余年份的沙塵暴日數均在平均值曲線上下來回波動。

1991—2020年拐子湖冬季沙塵暴日數整體呈現下降趨勢，變化傾向率為-0.343 d/10 a，變化趨勢不太顯著。拐子湖冬季平均沙塵暴日數為1.0 d，占年內沙塵暴日數的6.5%，冬季沙塵暴日數的最大值為4 d，出現在2007年，拐子湖冬季還有12年沒有沙塵暴天氣出現，占40%。另外，1991—1995年拐子湖冬季沙塵暴日數呈現快速下降趨勢；1995—2001年呈現快速上升趨勢；從2001年往后拐子湖冬季沙塵暴日數以波動下降趨勢為主。

由此可見，拐子湖春、夏、秋、冬四季沙塵暴日數均呈現下降趨勢，同年沙塵暴日數變化趨勢保持一致，只是變化傾向率有一定差異，尤以夏季和春季沙塵暴減少趨勢對年變化貢獻最大。另外，拐子湖年內沙塵暴以春季出現頻率最高，其次是夏季，秋季和冬季出現頻率較低。

2.3 年內變化

1991—2021年拐子湖年內沙塵暴日數整體呈現單峰型變化特征，峰值出現在5月份，沙塵暴日數共有106 d，占22.2%，次峰值出現在4月份，為97 d，占20.4%；谷值只有3d，出現在1月份，占0.6%，峰值大約是谷值的35倍，說明拐子湖沙塵暴日數年內變化波動幅度較大。結合沙塵暴年內變化圖（圖2），1—5月份拐子湖沙塵暴日數整體以上升趨勢為主；從5月份往后則是逐月下降。另外，拐子湖年內沙塵暴日數主要出現在每年的3—7月份，每月的沙塵暴日數幾乎都在1.5 d以上，尤以4—6月份最為集中，這段時間的沙塵暴日數共有268d，占沙塵暴日數的56.3%。這種春夏頻繁型的分布特點同拐子湖的氣候特點、地理位置及地面狀況密切相關。春季因大風天氣的影響，使得沙塵暴天氣出現頻率較高；夏季則因強烈的日照輻射，使得流沙溫度快速上升，使得局地熱力條件極不穩定，進而誘發沙塵暴天氣，這也是為何在盛夏，拐子湖地區仍舊可能出現能見度不足500 m沙塵暴天氣的主要原因。

圖2 1991—2021年拐子湖年內沙塵暴日數變化圖

3 拐子湖沙塵天氣形成的原因

3.1 特殊地理位置和地形特征

拐子湖有較為惡劣的自然環境，是內蒙古強沙塵與特強沙塵的主要多發區之一，也是我國沙塵暴北移路徑的必經之地。因拐子湖位置較為特殊，再加上生態環境不斷惡化，裸露、疏松的地表和草地生態系統不斷惡化，使得鼠害、毒草害連年出現，導致植被退化速度不斷加劇，增加了草地裸露面積，浩瀚的巴丹吉林沙漠為頻繁出現的沙塵天氣提供了豐富的沙源，因拐子湖位于巴丹吉林沙漠北緣，一旦出現大風天氣，將會就地起沙。

3.2 冷空氣不斷東移南下

春季，因冷空氣不斷東移南下，使得拐子湖經常會有沙塵暴天氣。拐子湖沙塵天氣的冷空氣路徑主要包括：①西北路徑。弱的高壓脊幾乎控制整個烏拉爾山，西伯利亞如同大低壓槽區，堆積了大量的冷空氣，新疆東部到河西走廊則形成了較強鋒區，冷空氣不斷朝著拐子湖侵入。地面圖中，從新疆東部到河西走廊有熱低壓發展的極為迅速，同時還伴隨著較為明顯的氣壓梯度、變壓梯度及鋒面，冷空氣途徑蒙古西部后，會吹向巴丹吉林沙漠騰格里沙漠，導致拐子湖沙塵暴天氣的出現；②西方路徑。在沙塵暴天氣還沒有出現之前，有一高壓脊出現在烏拉爾山附近，而冷低壓槽則出現在蒙古西部到巴爾喀什湖一帶，翻越過天山的冷空則會朝著南疆沙漠、戈壁、巴丹吉林沙漠入侵，進而引發拐子湖沙塵暴天氣；③北方路徑。在沙塵暴天氣還沒有出現之前，有一強冷高壓出現在貝加爾湖西部到新西伯利亞，而蒙古高原西北部則是高壓中心；有一低壓中心出現在貝加爾湖東部到河套北部，途徑蒙古國的冷空氣會吹向騰格里沙漠，進而引發沙塵暴天氣，只是該路徑引發拐子湖沙塵天氣的概率相對較低。

3.3 春季溫暖少雨氣象條件

春季，拐子湖上空以晴朗天氣為主，地面上的太陽輻射強度不斷增大，沙漠、戈壁、裸露的地表會有明顯的增溫現象，極易產生正變溫區，在對流層中層有時會有負變溫存在，增加了大氣的不穩定性水平，將會出現熱力擾動，為地面沙塵卷入到空中提供了有利條件。再加上空氣有效降水不足，使得拐子湖連年干旱，地下水位不斷降低，進一步加劇了水質惡化程度，在大風天氣出現之前很難有明顯降水天氣過程來抑制沙塵，為沙塵天氣的出現提供了豐富的沙源條件。

4 防御措施

4.1 建立沙塵暴天氣監測預警系統

對于拐子湖氣象站來說，應始終將沙塵暴監測和預警工作作為日常氣象監測的關鍵。根據拐子湖沙塵暴天氣發生發展規律，對沙塵暴天氣危害較為嚴重的區域積極構建監測站網。與此同時，還可以建立氣象信息共享平臺，以對沙塵暴天氣動態變化情況及時掌握。對于沙塵暴災害變化情況，為了不斷提升沙塵暴災害預報的準確性和及時性，需及時開展臨近短期和中長期沙塵暴災情預報工作。對沙塵暴災害預警信息發布系統不斷進行強化，提升對沙塵暴天氣的預報預測水平。在當地農牧業生產關鍵期內，一旦出現沙塵暴天氣，需要拐子湖氣象站時刻監測沙塵強度并及時預告，使農牧民可第一時間獲取到同沙塵暴相關的氣象服務信息，確保防災減災工作順利開展。

4.2 改善生態環境

拐子湖生態環境惡劣，要從根源上減少沙塵暴的發生，需要積極構造人與自然和諧相處的生活空間，將環境規劃工作放在首位，加大投入力度做好環保設施建設，同時還要開展環境綜合治理，借助于電視、廣播、網絡、宣傳冊、微信、微博等不同方式向當地農牧民積極宣傳保護生態環境的重要作用，提升社會大眾的環境保護意識。按照相關法律法規對林草植被進行保護，大范圍種植喬灌草，以對土地沙漠化問題進行抑制。為了對農田、牧區草場進行保護，可對防護林進行構建，采取科學有效的方法不斷完善風沙生物防護體系，減少土地沙漠化程度和沙塵源，最大限度地避免或者降低沙塵暴災害。

4.3 遏制沙塵原，加大退耕還林還草力度

結合拐子湖近年氣候發生發展規律，對優良牧草品種加大種植力度，同時還可以對多年生牧草選擇人工種植，不斷增強退耕還林還草力度。另外，對當前的草場不斷進行改良，適當增大牲畜食用牧草種植比例。多年來，因退化草場氣候的干旱化趨勢極為顯著，土壤濕度與地標濕潤指數不斷下降。為了盡快改善這種情況，需對抗旱性、耐旱性強的牧草進行積極補種，不斷提升林草覆蓋率，以減少沙塵暴天氣的出現。