塔克拉瑪干地區(qū)的風(fēng)沙演變趨勢(shì)及其與氣候變化的關(guān)系

阿富汗沙帶是中國(guó)北方常見(jiàn)的自然災(zāi)害。它通常會(huì)將大部分土壤沙帶污染，空氣的能見(jiàn)度低于1km。沙帶的過(guò)程對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的破壞力很強(qiáng)。它可以加速土地沙漠的形成，嚴(yán)重影響環(huán)境。根據(jù)1973年至1996年的土壤氣象記錄月氣和土壤天氣資料，中國(guó)的沙帶主要集中在新疆南部的塔庫(kù)拉瑪干沙帶及其周邊地區(qū)、新疆新疆南部的準(zhǔn)噶爾盆地南緣、甘肅河西走廊、內(nèi)蒙古干燥的沙帶和柴達(dá)木盆地。塔克拉馬干是中國(guó)最大、最大的沙漠?？紤]到沙源區(qū)的氣候因素，沙源區(qū)與非沙源區(qū)的沙源區(qū)密切相關(guān)。在本研究中，通過(guò)土壤觀測(cè)數(shù)據(jù)，分析了塔克拉瑪干沙源區(qū)及其平均風(fēng)速、平均氣溫、降水量和上升天數(shù)之間的關(guān)系，并確定了氣候條件對(duì)沙源區(qū)的影響。1氣象臺(tái)站作沙場(chǎng)的日變化塔克拉瑪干地區(qū)位于歐亞大陸中心,屬于典型的干旱大陸性氣候,干燥少雨、日照強(qiáng)、溫差大、大風(fēng)頻繁,為沙塵暴災(zāi)害的發(fā)生提供了充分的條件.該區(qū)域東西長(zhǎng)約1000km,南北寬約400km,面積337000km2,36°26′～42°10′N(xiāo),74°88′～90°00′E.地勢(shì)由西向東傾斜,平均海拔1000m左右.塔克拉瑪干沙漠是世界第二大流動(dòng)沙漠,多為高大的新月形流動(dòng)沙丘,高度一般為100～150m,最高達(dá)200～300m.流動(dòng)沙丘面積約占沙漠面積的85%,是我國(guó)主要的沙源地之一.沙塵暴的形成需要2個(gè)基本條件:豐富松軟的地表沙塵;當(dāng)強(qiáng)冷空氣入侵時(shí),具備產(chǎn)生強(qiáng)風(fēng)的環(huán)流條件.根據(jù)陳渭南等的研究,在塔克拉瑪干地區(qū)2m高處的沖擊起動(dòng)風(fēng)速為5m/s,因此,本研究將5m/s設(shè)定為塔克拉瑪干地區(qū)的起沙風(fēng)速.本研究所用資料來(lái)自國(guó)家氣象信息中心.包括1961～2005年塔克拉瑪干地區(qū)的阿克蘇、輪臺(tái)、庫(kù)車(chē)、庫(kù)爾勒、喀什、阿合奇、巴楚、柯坪、阿拉爾、鐵干里克、若羌、塔什庫(kù)爾干、莎車(chē)、皮山、和田、民豐、且末、于田18個(gè)氣象臺(tái)站的沙塵暴日數(shù)、風(fēng)速、降水和氣溫的日資料.由月資料計(jì)算季節(jié)平均,由風(fēng)速日資料統(tǒng)計(jì)大于5m/s有效起沙風(fēng)速日數(shù),18個(gè)氣象臺(tái)站的分布見(jiàn)圖1.統(tǒng)計(jì)方法采用回歸分析和相關(guān)分析方法.用回歸方法檢驗(yàn)沙塵日數(shù)隨時(shí)間的變化趨勢(shì).將沙塵日數(shù)的時(shí)間序列看成時(shí)間的一元線(xiàn)性回歸函數(shù):Y=a+bt,其中b為傾向值,b>0時(shí),說(shuō)明隨時(shí)間t的增加,Y呈上升趨勢(shì);b<0時(shí),說(shuō)明隨時(shí)間t的增加,Y呈下降趨勢(shì).b值的絕對(duì)值大小則反映了上升或下降的速率.將春季沙塵日數(shù)與春季降水量、冬季降水量(上年12月至當(dāng)年2月)、春季溫度、冬季溫度(上年12月至當(dāng)年2月)、春季風(fēng)速、春季起沙風(fēng)日數(shù)進(jìn)行Pearson相關(guān)分析,并檢驗(yàn)它們之間的相關(guān)性,評(píng)價(jià)氣候因子對(duì)沙塵暴發(fā)生的貢獻(xiàn)的大小.2結(jié)果與分析2.1世紀(jì)70年代自1961年以來(lái),塔克拉瑪干地區(qū)的區(qū)域平均沙塵日數(shù)呈遞減的趨勢(shì)(圖2),這與許多學(xué)者關(guān)于我國(guó)北方地區(qū)的沙塵暴日數(shù)不斷減少趨勢(shì)的研究結(jié)論相一致.從平均沙塵日數(shù)看,20世紀(jì)60年代,塔克拉瑪干地區(qū)每年春季平均沙塵日數(shù)為17.27d;70年代為17.02d;80年代降至13.11d;90年代為11.21d;2000年以來(lái),降低至8.22d,特別是2002～2005年,分別為7.39,4.61,4.83,2.06d,2005年沙塵日數(shù)降至最低點(diǎn).從各氣象臺(tái)站的春季沙塵日數(shù)變化來(lái)看,除輪臺(tái)、巴楚、塔什庫(kù)爾干等3個(gè)氣象臺(tái)站的春季沙塵暴日數(shù)呈上升趨勢(shì)(這種趨勢(shì)并不顯著)外,其余15個(gè)臺(tái)站的沙塵暴日數(shù)均呈現(xiàn)出下降的趨勢(shì)通過(guò)對(duì)各站春季沙塵日數(shù)進(jìn)行時(shí)間上的分析發(fā)現(xiàn),在塔克拉瑪干地區(qū)5月,4月和3月的平均沙塵日數(shù)分別為5.8,5.2,3.0d,所占比例分別為41%、37%和22%.可見(jiàn)塔克拉瑪干地區(qū)春季沙塵暴主要發(fā)生在5月和4月,3月相對(duì)發(fā)生較少.2.2沙風(fēng)用沙風(fēng)日期由圖3a可以看出,塔克拉瑪干地區(qū)的起沙風(fēng)日數(shù)呈明顯的下降趨勢(shì).20世紀(jì)60年代年平均起沙風(fēng)日數(shù)為7.91d;到20世紀(jì)70年代平均起沙風(fēng)日數(shù)有所增多,為8.06d;80年代起沙風(fēng)日數(shù)則急劇下降,平均為5.12d;90年代起沙風(fēng)日數(shù)繼續(xù)減少,平均為3.06d;自2000年以來(lái)平均起沙風(fēng)日數(shù)僅為2.5d.起沙風(fēng)日數(shù)最多的是1969年,為12.17d;其次是1971年和1972年,分別為10.4410.06d;最少的是2005年僅為0.89d.而平均風(fēng)速也呈明顯的波浪型下降趨勢(shì)(圖3b).20世紀(jì)90年代末平均風(fēng)速達(dá)到了最小,但自從2000年以來(lái)風(fēng)速又有所增加.通過(guò)對(duì)塔克拉瑪干地區(qū)歷年的春季和冬季的降水、氣溫的統(tǒng)計(jì)分析來(lái)看,春季和冬季降水呈增加趨勢(shì),但這種趨勢(shì)并不顯著(圖3c,圖3d)春季和冬季氣溫也呈增加趨勢(shì),春季氣溫的增加趨勢(shì)不顯著,而冬季氣溫增加趨勢(shì)在0.05水平上明顯(圖3e,圖3f).2.3沙區(qū)主要而產(chǎn)生的泥沙氣象條件為了分析氣象條件對(duì)沙塵暴發(fā)生的影響,在本研究中選擇了春季降水、溫度、風(fēng)速和大風(fēng)日數(shù),以及上年度冬季的降水和溫度.根據(jù)這些指標(biāo)與沙塵日數(shù)的相關(guān)性分析來(lái)判斷這些氣象條件對(duì)沙塵暴的影響,計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1.由表1可以看出,大風(fēng)日數(shù)與沙塵日數(shù)的相關(guān)性最強(qiáng),區(qū)域平均沙塵日數(shù)與大風(fēng)日數(shù)的相關(guān)性為0.674,呈顯著正相關(guān)(P<0.01).從各站來(lái)看,阿克蘇、庫(kù)車(chē)、庫(kù)爾勒、喀什、阿合奇、柯坪、若羌、莎車(chē)、皮山、和田、且末、于田12個(gè)站點(diǎn)的沙塵日數(shù)與大風(fēng)日數(shù)呈顯著正相關(guān).從平均風(fēng)速來(lái)看,區(qū)域平均沙塵日數(shù)與平均風(fēng)速的相關(guān)性為0.662,也呈顯著正相關(guān)(P<0.01).其中庫(kù)車(chē)、庫(kù)爾勒、喀什、阿合奇、柯坪、莎車(chē)、和田、且末、于田等站點(diǎn)的沙塵日數(shù)與風(fēng)速之間也存在著顯著的相關(guān)性.這說(shuō)明在塔克拉瑪干地區(qū),沙塵日數(shù)隨大風(fēng)日數(shù)和風(fēng)速的增加而增加,大風(fēng)是影響沙塵日數(shù)的主要因素.塔克拉瑪干地區(qū)屬于我國(guó)的極端干旱區(qū)域,生態(tài)環(huán)境十分脆弱,沙質(zhì)地表廣泛分布,植被覆蓋率低,大面積的沙漠和沙漠化土地為沙塵暴的發(fā)生提供了豐富的物質(zhì)基礎(chǔ),只要有大風(fēng),沙塵暴就容易發(fā)生.春季沙塵日數(shù)與春季降水呈負(fù)相關(guān),其中阿克蘇、庫(kù)車(chē)、喀什、阿合奇、莎車(chē)、和田6個(gè)站點(diǎn)的相關(guān)性在0.01水平上顯著,輪臺(tái)、庫(kù)爾勒、巴楚、柯坪、皮山5個(gè)站的沙塵日數(shù)與降水的相關(guān)性在0.05水平上顯著,18個(gè)臺(tái)站中有11個(gè)顯著相關(guān).沙塵暴發(fā)生日數(shù)隨降水的增加而減少.其中部分站點(diǎn)的這種負(fù)相關(guān)在統(tǒng)計(jì)上是顯著的,這說(shuō)明塔克拉瑪干大部分地區(qū)降水的增加對(duì)本地沙塵暴的發(fā)生起到了較明顯的抑制作用.從本研究的結(jié)果看,多數(shù)站點(diǎn)的沙塵暴日數(shù)與降水量具有顯著的相關(guān)性,這與就整個(gè)中國(guó)北方地區(qū)分析所得的結(jié)論不太一致.分析認(rèn)為,本研究區(qū)域集中在極端干旱區(qū),該地區(qū)對(duì)降水特別敏感;而有關(guān)研究是在我國(guó)北方的其他地區(qū),包括了我國(guó)的干旱、半干旱區(qū),有的研究區(qū)域甚至包括了濕潤(rùn)半濕潤(rùn)地區(qū),這些地區(qū)的沙塵天氣主要源于外源的沙塵輸送,當(dāng)?shù)氐慕邓畬?duì)沙塵天氣沒(méi)有明顯的影響.而塔克拉瑪干地區(qū)屬于沙塵源區(qū),大多屬于內(nèi)源性沙塵暴,降水對(duì)沙塵暴的影響相對(duì)大些.在春季沙塵日數(shù)與春季溫度的相關(guān)關(guān)系上,除庫(kù)車(chē)與巴楚外,其余站點(diǎn)都無(wú)顯著的相關(guān)性.區(qū)域平均沙塵日數(shù)與區(qū)域春季平均氣溫的相關(guān)性也沒(méi)有通過(guò)顯著性檢驗(yàn).在冬季氣溫上,除庫(kù)爾勒、莎車(chē)、和田3站點(diǎn)外,其余都沒(méi)有顯著的相關(guān)性.區(qū)域平均春季沙塵日數(shù)與區(qū)域冬季平均氣溫的相關(guān)性也沒(méi)有通過(guò)顯著性檢驗(yàn).這主要是由于氣溫變化與沙塵暴的發(fā)生存在著2種作用,從氣溫對(duì)地面沙塵源狀況的影響看,升溫會(huì)致使地表層解凍,土壤水分蒸發(fā)大,土質(zhì)更加疏松,為初春沙塵天氣的頻繁發(fā)生提供了豐富的沙源,有利于沙塵暴的形成;而從沙塵暴發(fā)生的天氣特征來(lái)看,由于沙塵暴多伴隨冷空氣活動(dòng),降溫也成為沙塵暴產(chǎn)生的有利條件.氣溫對(duì)沙塵暴的這2種作用使得該地區(qū)多數(shù)站點(diǎn)的沙塵日數(shù)與氣溫之間表現(xiàn)出不顯著的相關(guān)性.3氣壓dm/s分析3.1塔克拉瑪干地區(qū)作為我國(guó)重要的沙塵源區(qū)近45年來(lái),該地區(qū)春季的沙塵日數(shù)呈顯著下降的趨勢(shì).3.2塔克拉瑪干地區(qū)春季平均風(fēng)速在不斷下降起沙風(fēng)(≥5m/s)日數(shù)也呈現(xiàn)出顯著的下降