新疆沙尘暴活动与气候条件的关系

新疆沙尘暴活动与气候条件的关系 第21卷第12期 2007年12月 干旱区资源与环境 JoumalofAridLandResourcesandEnvironment V01.21No.12 Dec.2007 文章编号:1003—7578(2007)Ol2—116—05 新疆沙尘暴活动与气候条件的关系 徐茜,赵景波 (1.陕西师范大学旅游与环境学院,西安710062;2.中国科学院地球环境研究所黄土与第四纪地质国家重点实验室,西安710075) 提要:本文根据新疆不同地区气象观测资料,研究了该区沙尘暴活动特点及其与气候变 化的关系.资料表明,近3O年来新疆沙尘暴发生的频数呈减小趋势,这主要是气候变化影响 的结果.新疆沙尘暴的高发月份为4,5月份,南疆沙尘暴明显多于北疆,这主要是南疆与北疆 气候差异造成的.气候要素中的降水量变化与沙尘暴的发生有着极其密切的关系,二者呈明 显的负相关;气温的高低也与沙尘暴的发生呈负相关.新疆地区气候的暖湿变化对沙尘暴的 发生起着明显的抑制作用.华北和黄土高原沙尘暴主要发生在3—4月,这表明新疆5月份的 沙尘暴没有到达这两个地区.研究新疆地区沙尘暴发生的条件对源区沙尘暴防治有重要的意 义.’- 关键词:新疆;沙尘暴;降水量;气温 中图分类号:P445.4文献标识码:A 沙尘暴也称沙暴或尘暴,指的是强风将地面尘沙吹起使空气很浑浊,即风与沙相互作用,水平能见度 小于1km的灾害性天气现象.中国学者通常以风速和能见度两个指标将沙尘暴划分为4个等级:弱沙尘 暴,中等强度沙尘暴,强沙尘暴和特强沙尘暴?.新疆气候干燥,植被稀疏,荒漠化严重,因而十分有利于 沙尘暴的发生和发展.国内从2O世纪7O年代就有学者从事于沙尘暴方面的研究,并取得了许多重要成 果.白云岗等对近40a来塔里木盆地沙尘暴气候时空变化进行了研究,揭示出塔里木盆地沙尘暴 天气对新疆地区气候的变化响应显着.唐红玉等对中国北方春季沙尘暴频数与北半球500hpa高度场 的SVD进行了研究,结果表明我国北方春季沙尘暴可能与大尺度气 候背景的变化有联系.毛炜峰等对 新疆春季沙尘天气与前期月环流特征量的关系进行了研究,得出新疆春季的沙尘天气不仅与中纬度地区 的西风带上的经向环流,东亚槽等有关,还更多地与中低纬地区的副热带高压以及高纬地区的极涡等系统 的月环流特征量有关.魏文寿等对新疆地区气候与环境变化对沙尘暴的影响进行了研究,揭示出20世 纪8O年代后期以来,气候变暖是造成干旱区生态环境恶化,自然灾害尤其是风沙灾害和沙尘暴增多的主 要原因之一.许东蓓等对新疆沙尘暴的个例作了比较详尽的分析,结果表明西西伯利亚强冷空气迅速 东移,在新疆西部上空形成强锋区,对应地面冷锋东移,形成了大风,强沙尘暴和浮尘天气. 新疆是全国沙漠面积最大的省区,其沙漠总面积占全自治区的四分之一左右.其沙漠面积不仅大,并 且分布广,为沙尘暴提供了极其丰富的物质来源.并且,新疆南部的塔里木盆地中有广袤无垠的塔克拉玛 干沙漠,为沙尘暴的产生提供了充足的物质条件J,是我国沙尘暴发生频率最高的区域,也是重要的物源 区,同时被认为是北太平洋粉尘沉积物来源最遥远的地区. 沙尘暴带来了严重的生态和环境问题’?,造成了侵蚀与搬运区的土地退化,也造成了沉积区的 大气污染等环境问题.另外也引发了一系列的经济问题,如人畜死亡,建筑物倒塌等.但也有学者认为, 沙尘暴的发生对全球的生态平衡也做出了一定的贡献,如通过粉尘沉积形成了黄土高原,还给遥远的太平 洋带去了富含铁,铝,钙等营养物质[151.虽然过去对新疆沙尘暴进行了许多研究,但对新疆沙尘暴活动与 气候变化的关系以及与华北,黄土高原沙尘暴的关系等问题研究不够,需要开展进一步研究. 收稿日期:2006一l0—23. 基金项目:国际地质对比计划项目(IGCP448),教育部研究基地重大招标项目(01JAZJD770014)资助. 作者简介:徐茜(1984一),江苏沭阳人,学士学位,研究方向为自然地理研究.xuqianl98406l3@163,con 第12期徐茜等新疆沙尘暴活动与气候条件的关系?117? 1近3O年来沙尘暴活动的年变化和月变化 1.1近30年来沙尘暴活动的年变化 根据新疆气象中心观测资料,近30年以 来,新疆沙尘暴的发生频数呈明显的下降趋势 (图1).1975年,1985年,沙尘暴活动十分 频繁,和田,且末,精河这11年的年均沙尘暴 日数分另0为30日,22日,10日.1986年, 1995年,这十年间沙尘暴的发生日数比前十 年减少了40%左右,和田,且末,精河的年均 沙尘暴日数分别为20日,14日,1日.1999 年至今这十年的资料表明,北疆城市很少有沙 尘暴的发生,南疆除部分城市外,沙尘暴的发 生频数也很低,和田,且末的年均沙尘暴日数 分别为7日和6日,而精河的年均沙尘暴日数 还不到1日,且2002年,2005年间均无沙尘 暴发生. 1.2近30年来沙尘暴活动的月变化 根据新疆气象中心观测资料,沙尘暴在一 年内的发生频数随着月份的改变而变化.北 疆以精河为例(图2),一年中4,5月份为沙尘 暴的高发期,且一般为强沙尘暴.其主要原因 是一方面与一年中春季风速较大有关,另一方 面还与此时地面开冻融化,气温回升,降水较 少,裸露的地表逐渐变得松散,表土湿度很小 有关.这时一旦有较强的冷空气活动,就很容 易产生沙尘暴.夏季降水较多,植被覆盖地面 较好,动力也减弱,沙尘暴发生的机率也随之 减少.罗传秀等认为干旱区出现沙尘暴次 数的多少,主要取决于降水,大气湿度和下垫 面状况,而强沙尘暴的发生主要取决于下垫面 的物质状况和天气系统条件.我们所分析的 新疆春季沙尘暴频度高,强度大也表明了这一 点. 图11975年—2005年新疆部分城市年沙尘暴发生日数 Fig.1Dayswithsandstormoccurredinannually somecitiesinXinjiang,from1975to2005 12 10 皿 8 皿 啦6 刊 4 霹 2 0 图2精河月沙尘暴日数 Fig.2SandstormdaysinJingheinoneyear }.图3和田沙尘暴日数 Fig.3SandstormdaysinHetianinoneyear 南疆以和田为例,沙尘暴的高发期仍为4月和5月(图3),沙尘暴的频数高,强度大;但6,7月有一个 小高峰,沙尘暴频数较高,但强度不很大.夏季冷空气的活动很微弱,但因为南疆温差较大,所以会形成局 部气流,为沙尘暴活动提供动力的源泉,但局部气流的强度不大,所以夏季不会发生强沙尘暴.沙尘暴经 过华北和黄土高原地区主要在3—4月份,5月份较少J,这表明新疆5月份发生的沙尘暴很少到达黄土 高原和华北地区. 2降水量对沙尘暴的影响 天山山区西部年降水量为450,830mm,向东逐渐减少.盆地四周降水次之,年降水量一般在100, 200mm之间.盆地腹部极端干旱少雨,年降水量仅几十毫米,而盆地蒸发量却高达1500,3400mm.据 陈洪武等对新疆沙尘暴天气现象资料的统计结果分析得知,新疆沙尘暴的地理分布特点是降水量相对 丰富的山区要比降水量少的盆地周边地区发生频率低,而降水量最少的盆地腹部则为沙尘暴最多地区. 另外,在南北两大沙漠中,沙漠南缘,山脉北麓出现的沙尘暴多于其他周边地区. ? 118?干旱区资源与环境第21卷 从整个新疆来看,气候由暖干向暖湿发 展,十年平均降水量增加了15mm引,各城市 的年降水量也呈上升趋势(图4).这使得地 表湿度增加,地表颗粒凝聚,对沙尘暴的发生垂 起着一定的抑制作用,因而1985年以前新疆 沙尘暴活动十分频繁.但自1985年以来,沙 尘暴发生的次数明显减少,除部分风口地区 外,全疆各地年沙尘暴日数减少30%一 50%,北疆的精河,南疆的吐鲁番近四年 来甚至一次沙尘暴也没发生过(图I),这说 明降水量的高低与沙尘暴的发生日数呈负相 关. 从月,沙尘暴发生日数来看,沙尘暴活动 也与降水量呈负相关关系.以精河为例,3 月份冰雪刚刚融化,且3,4月份降水量为全 年最低(图5),而沙尘暴的发生日数则呈明 显的上升趋势.5月份降水有所回升,6月份 为全年最高,因而5月沙尘暴日数比4月略 低,从5月到6月呈明显的下降趋势. 就精河来看,虽然春季为沙尘暴多发季 节,但由于每年相应月份的降水量有所不同, 因而年沙尘暴日数的多少也就有所不同.4 月是精河沙尘暴的多发月份,1977年4月沙 尘暴日数为7日,1979年4月沙尘暴日数为 3日,而1977年4月降水量为0.6mm,1979 年4月为14.4mm.由于降水量有较大差异, 也就导致了年沙尘暴日数有了较明显的差 异.1977年5月降水量明显增加(图5),因 而该年5月沙尘暴减少,到6月份就更少了 (图2). 以南疆的和田为例可以看出(图6), 1980年十分干旱,全年总降水量仅为5. 4mm,而年沙尘暴发生日数高达39日.12 月本应是沙尘暴低发期,在1981年,1983 年的12月份和1986年12月份的沙尘暴日 数均为0,但1980年12月的沙尘暴日数竟 券A,,鬻一 :蘸塞盛 图41975年—20o5年新疆部分城市全年降水量 Fig.4Theannualprecipitationin$omecitiesinXinjiang.from1975to2005 图5精河月平均降水量 Fig.5MonthlyprecipitationsinJinghe 图6和田月平均降水量 Fig.6MonthlyprecipitationsinHetian 197519771979198119831985198719891991199319951997199920012 0032005 图71975年一2005年新疆部分城市年平均气温 Fig.7Theaveragemeantemperaturesin somecitiesinXinjiang,from1975to2005 达10日之多,这也是由于该年度的降水量极 低造成的,当然这也与该年份12月的气温较高(仅为一0.9qC),地表还没有被冻结有关.7月本是南疆沙 尘暴发生的小高峰期,但由于1983年的降水几乎都集中在7月,因而沙尘暴日数仅为3日,而1980年, 1981年均为7日,1982年为5日,1986年为6日.由此也得出了同样的结论,降水量与沙尘暴发生日数呈 负相关. 将塔城市(图1)与其他各城市相比较可以看出,塔城沙尘暴活动曲线处于图1的底部,也就是沙尘暴 日数较其他城市要少.而图4中塔城全年降水量则处于各降水曲线的最上部,说明其全年降水量较其他 城市充沛. 由此可以得出,城市沙尘暴日数的多少与降水量的高低呈负相关,即降水量越高,该城市的沙尘暴日 数就越少;降水量越低,该城市的沙尘暴日数也就越多. 第期徐茜等新疆沙尘暴活动与气候条件的关系?ll9? 3温度对沙尘暴发生的影响 不仅降水量是影响沙尘暴发生的重要因素,气温也对它的发生起着一定程度的影响作用,只是没有前 者的影响那么大.我们对于新疆部分城市近30年以来的年平均气温也进行了统计,绘制出了变化图(图 7),从图中可以看出每年的年平均气温变化并不很大,但这比较小的变化也会对沙尘暴的发生产生一定 的影响. 我们选择降水量变化不大的年份比较其沙,尘暴日数的变化.现以沙尘暴较为严重的和田为例,1983 年,1994年,1998年,1999年年均降水量都为32ram左右,其气温依次为12.3~C,13~C,13.6~C,13.8~C,这 些年份的沙尘暴日数依次为33日,13日,16日,12日.1983年气温最低,而沙尘暴日数为最高;1999年 气温最高,而沙尘暴日数为最低.由于1994年之前,1993年和1992年降水较充沛,分别为69ram和61. 7mm,因而1994年气温虽比1998年低,但年沙尘暴日数也较1998年低.再以且末为例,其1958年,1967 年,1970年,1971年,1973年,1977年,1991年,1995年的全年降水量均在22ram左右,其气温依次为10. 6~C,8.8~C,9.7~C,10.4?,10.7?,10.5~C,10.4~C,10.1oC,与图1对比可得出同样的认识:平均气温越 高,沙尘暴日数就越少;而气温越低,沙尘暴日数就越高.但因为且末五十年代比六,七十年代整体要干 燥,地表相对湿度要低一些,在相同气温条件下五十年代就要比六,七十年代的沙尘暴日数高,所以1958 年气温虽较高,但沙尘暴日数也较高. 表1精河和和田市的月平均气温 Tab.1ThemonthlytemperaturesinJingheandHetiancities 11月 一 4.9 2.1 — 5.1 一 O.4 一 1.6 l2月 一 l6 — 9.1 — 9 一 l1.7 一 lO.9 7.1一O.9 2.8—4.7 2.5—3.7 4.6—3.4 3.5—3 由于一个城市一年中每个月,每个季节气温变化很大,因而其月沙尘暴日数也有所不同.以精河资料 为例(图2,图5和表1),精河1979年4月降水量在图5中五个年份的4月中为最高,但其4月的月沙尘 暴日数却不是这5年中最少的,这是由于1979年4月的气温是五年中最低的缘故.以和田为例同样可以 看出,1982年与1983年6月的降水量分别为13.9ram和0.6ram,但月沙尘暴日数却都为6日,这也是由于 1982年的温度比1983年低造成的.由此可见,月平均气温与月沙尘暴 日数也呈负相关. 白云岗等研究得出,沙尘暴日数与年均气温呈显着负相关,且滞后效应更加明显,这也与我们的结 论相一致.在具备粉尘物质的条件下,沙尘暴的发生是由动力作用所引发的,由冷空气而引起沙尘暴发生 地区的气温降低,沙尘暴强度越大,气流的强度也就越大,引起的降温效应也就越明显. 虽然新疆冬季的气温相当的低,降水量也很少,但冬季月沙尘暴日数却几乎为0,这与冬季地表处于冻结 状态有关.从表1可以看出精河的冬季要比Z-十四节气中的冬季(公历11,12,1月)要长,从阳历的11 月至次年2月气温都基本处于O~C以下,整个地表也都处于冰冻状态,沙砾及风尘均被冻结在冰雪之中,沙尘 暴失去了物质来源,因而也就没有沙尘暴的活动了.和田市的冬季气温相对精河要高一些,但12月,1月气 温也都在O~C以下,11月及2月的气温也在O~C左右,因而冬季月沙尘暴日数也都基本为0. 4沙尘暴活动的地区差异 由于天山山脉的作用,新疆的南疆和北疆在气候条件上有较大差异,南疆的气温要明显高于北疆(图 7),而南疆的降水量要明显低于北疆(图4).由于降水量的多少对沙尘暴活动起主要控制作用,因而造成 了南疆地区沙尘暴明显多于北疆(图1).北疆沙漠中沙尘暴年平均日 数为15d以上,沙漠南缘,天山北坡 为4一lOd,伊犁河谷,阿尔泰山区,天山山区很少有沙尘暴发生,而南 疆的沙漠地区及柯坪,民丰等地年沙 月一40?8一m一mm一m一一 月,一 9一”.,加加一一 , 一72275—34ll,, 月一 7 一拍 j 一87853 6 一 月一? 5 ,一加” 月一274一?B 一一加 —35旦?邺 :,一一一一一 月一Hm” ? 一一一一一一 渤一年一 瞧,精河 66674 87423 4672l 22O?O22222 7459 ... 6.775l5 68475 8 . 6227 3l79 442O2 一一一一 O2368888899999 和田 ? 120?干旱区资源与环境第2l卷 尘暴日数高达25—35d,沙漠南缘为13—35d,北缘为7—1ld,东部为8—13d,喀什绿洲为4—8de. 5结论 (1)近30年来,新疆沙尘暴总体呈下降趋势,70年代为高发时段,自90年代以来呈明显下降趋势. (2)新疆沙尘暴的高发月份为4,5月份,另外,南疆的6,7月份有一个沙尘暴发生的小高峰,但强度 不大.华北和黄土高原5月份很少有沙尘暴发生,表明新疆5月份的沙尘暴没到达这两个地区. (3)降水量的多少与沙尘暴的发生呈负相关,即降水量越多沙尘暴的发生日数越少,降水量越少沙尘 暴的发生日数越多. (4)气温的高低与沙尘暴的发生日数也呈负相关,且滞后效应更加明显. (5)新疆的沙尘暴活动具有地区差异,降水量很低的南疆明显多于北疆. 参考文献 [1]卢琦,杨有林.全球沙尘暴警示录[M].北京:中国环境科学出版社,2001.2—4. [2]白云岗,宋郁东,张建军,等.近40a来塔里木盆地沙尘暴气候时空变 化分析[J].干旱区资源与环境,2005,19(5):42—45. [3]唐红玉,翟盘茂,常有奎.中国北方春季沙尘暴频数与北半球 500hpa高度场的SVD分析[J].中国沙漠,2005,25(4):570—576. [4]毛炜峰,艾力?买买提明,陈胜,等.新疆春季沙尘天气与前期月环流 特征量的关系[J].干旱区地理,2005,28(2):171—175. [5]魏文寿,高卫东,史玉光,等.新疆地区气候与环境变化对沙尘暴的 影响研究[J].干旱区地理,2004,27(2):137—141. [6]许东蓓,杨民,孙兰东,等.西北地区4.l8强沙尘暴,浮尘天气成因分 析[J].甘肃气象,1999,17(2):6—9, [7]GoudieAS.Duststorminspaceandtime[J].ProcessinPhysicalGeograph y,1983,7:502—508. [8]王训明,董治宝,陈广庭.塔克拉玛干沙漠中部部分地区风沙环境 特征[J].中国沙漠,2001,21(1):56—6l. [9]1wasakaY,YamatoM,ImazuRcta1.TransportofAsianDust(KOSA)parti cles;ImportanceofweakKOSAevenmonthegeochemicalcycleofsoil particles[J]Yellns(Ser.B),l977,40:494—503. [10]张家宝,邓子风.新疆降水量概论[M].北京:气象出版 社,1987.149—255. 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TheRelationsbetweenSandstormActivities andClimaticConditionsinXinjiang XUQian.ZHAOJing—bo一 (1,CollegeofTourismandEnvironmentScience,ShaanxiNormalUniversity ,Xi’an710062; 2.StateKeyLaboratoryofLoessandQuaternaryGeology,EnvironmentalIns tituteofEarth,CAS,Xian710075,China) Abstract Thesandstormcharacteristicsandtherelationshipwithclimatechangewerestudiedbasedonmetecrological datasindifferentregionsofXinjiang.Statisticsshowedthefrequencyofsandstormsdecreasingintherecent30 veal’smainlybecauseoftheimpactofclimatechanges.InXinjiang,sandstormsoccuredfrequentlyfromAprilto Mav.andmoreinthenorthratherthanthesouthowingtothedifferentclimates,andithadanextremelycloseand obviouslynegativerelationshipwiththeoccurrenceofsandstorms,SOwasthetemperuture.ThewalTnandwetcli. matechanges0bviouslyinhibitedthesandstormsinXinjiangarea.InNorthChinaandtheLoessPlateau,sand- stormsmainlyoccuredfromMarchtoApril.showingXinjianggsandstormsnotreachingthetwoareasinMay.Re- searchintheconditionsofsandstormoccurrencehasagreatsignificancetothepreventionofsandstorms. Keywords:Xinjiang;sandstorm;precipitation;temperatures