烏海市沙塵暴日數變化特征及相關因素分析

張麗萍，楊紅子

（烏海市氣象局，內蒙古 烏海 016000）

引言

沙塵暴的出現既是一種加速土地荒漠化的重要過程，又是荒漠化發展到一定程度的表現，是內蒙古的主要氣象災害之一[1]。烏海市地處中國內陸地區，位于內蒙古自治區中西部半干旱地區[2]，其西北、東北、東南分布有烏蘭布和沙漠、庫布齊沙漠、毛烏素沙地，三面環沙為沙塵暴提供了沙源地。雖然近年來，烏海地區綠化面積快速增加，沙化、荒漠化土地不斷減少，沙塵暴天氣減少，但仍是烏海地區主要的災害性天氣之一。沙塵暴的研究也越來越多，曹華等[3]對酒泉市沙塵暴的氣候因子做了分析，建立沙塵暴日數的預報方程，張偉等[4]對喀什地區沙塵暴天氣變化特征及影響因素做了分析，對大氣環流做了分型。多位學者還對南疆沙塵暴、揚沙、浮塵天氣變化特征及影響因素做了研究分析[5-6]。特日格樂等[7]、王學強等[8]分析研究了渾善達克沙地氣象要素與植被覆蓋對沙塵暴發生發展的關系。還有學者對一次沙塵暴過程做分析研究，楊彩云等[9]、姜學恭等[10]對內蒙古一次沙塵暴的動力機制及垂直輸送特征做了分析，李一平等[11]分析內蒙古沙塵天氣少發季節一次沙塵天氣預報技術，錢莉等[12]、瀟泓等[13]分析了河西走廊的沙塵暴動力機制，并比較了盛夏和春季沙塵暴的不同，高濤等[14]對2002—2015 年內蒙古大范圍強沙塵暴環流形勢做了分型研究，為沙塵暴預報預測提供了依據。

但對于三面環沙的烏海地區的研究較少，而且沙塵暴能造成交通、供電受阻或中斷等，污染自然環境，破壞作物生長，給國民經濟建設和人民生命財產安全造成嚴重的損失和極大的危害[15]。蔣雨荷等[16]分析了中國北方一次強沙塵暴天氣過程的大氣污染效應。學者們越來越多地關注研究沙塵暴對大氣污染的影響，因此分析烏海地區沙塵暴的變化特征及影響因素對治理環境、減輕沙塵暴危害意義重大。本文通過分析烏海地區沙塵暴的變化特征及影響因素，為預測災害性天氣提供依據，進一步提高防災減災能力，為環境污染治理提供參考，進而提高環境氣象服務能力。

1 資料與方法

本文使用烏海市國家一般氣象站1961—2019 年沙塵暴日數、降水量、氣溫等氣象要素數據，2005 —2019 年10、20、30、40、50 cm土壤相對濕度數據，2010—2019 年近10 年烏海市綠化覆蓋率數據。用氣象統計方法、Mann-Kendall非參數化突變檢驗方法分析了烏海地區沙塵暴的變化特征，用Pearson相關分析了沙塵暴與綠化覆蓋率、土壤水分、氣象因子的相關關系。

烏海地區春季是沙塵暴最頻發的季節，占全年沙塵暴次數的54%，因此本文著重分析春季沙塵暴與土壤水分和氣象因子的關系。

本文季節劃分：春季為3—5月，夏季為6—8月，秋季為9—11月，冬季為12月—次年2月。

2 沙塵暴的變化特征

2.1 年代際變化特征

烏海地區沙塵暴發生日數總體呈顯著減少趨勢（圖1），20 世紀60—80 年代為沙塵暴多發期，70 年代達到最多，年均29.8 d。從20 世紀80 年代開始，沙塵暴日數呈下降趨勢，90 年代下降趨勢更加明顯，此后進入沙塵暴少發期，年均沙塵暴日數為2.3 d，為最多發期的1/13；特別是進入21 世紀以后，年平均值為1 d。

圖1 1961—2019 年烏海地區沙塵暴日數年變化

2.2 年際變化及突變特征

烏海地區沙塵暴年均日數為12 d，隨時間減少趨勢明顯，氣候傾向率為?5.6 d/10 a（圖1）。沙塵暴日數以1983 年為界，分為多發期和少發期，1983 年及之前沙塵暴日數在均值以上，1983 年之后除1987、1990 年以外，其他年份的沙塵暴日數均在平均值以下。最大值出現在1972 年，高達50 d，而1990、1992、2000、2014、2015、2018 年沒有出現過沙塵暴天氣。

由沙塵暴日數的M-K突變檢驗可以看出（圖2），自20 世紀60 年代以來烏海市沙塵暴日數有明顯減少的趨勢，70 年代初以來這種減少趨勢均超過了顯著性水平0.05（u0.05=1.96）的臨界線，甚至超過了0.001 顯著性水平（u0.001=2.56）,表明烏海地區的沙塵暴日數減少趨勢十分顯著。根據UF和UB曲線交點的位置，1968 年出現了突變，但是突變不顯著。

圖2 1961—2019 年烏海地區沙塵暴日數M-K突變檢驗

2.3 月、季變化特征

烏海地區全年每月均有沙塵暴發生（圖3），主要集中在3—7 月，4 月沙塵暴日數最多，月均2.7 d，9 月最少。春季平均沙塵暴日數最多，為6.5 d；而冬季和秋季沙塵暴日數僅占全年的15.7%。表現為4 月最多，9 月最少，春夏多，秋冬少的特征。春、夏沙塵暴頻繁的特點與烏海地區的氣候特點、地理條件和地面狀況密切相關。春季主要受大風影響，沙塵暴日數達到最多。夏季則因流沙受強烈日照輻射后迅速增溫，造成局地的熱力不穩定，誘發局地沙塵暴的發生。

圖3 烏海市沙塵暴日數的月、季變化特征

3 沙塵暴影響因素

3.1 沙源地

烏海地處烏蘭布和沙漠、庫布齊沙漠、毛烏素沙地交匯處，提供了天然沙源地。內蒙古自治區荒漠化和沙化面積逐漸減少，2004—2014 年荒漠化面積減少了1.32×104km2，1990—2014 年沙化面積減少了0.82×104km2，內蒙古整個起沙源地呈減少趨勢（表1）。

表1 1999—2014年內蒙古荒漠化和沙化面積[17-20]

在荒漠化減緩的同時綠化面積不斷增加，烏海市綠化覆蓋率呈逐年增加趨勢（圖4），近10 年由34.5%增加到44.0%，增加了9.5%。綠化覆蓋率與沙塵暴日數呈負相關，相關系數為-0.513，并通過了顯著性檢驗。

圖4 2010—2019 年烏海市沙塵暴與綠化覆蓋率變化

3.2 土壤水分

土壤相對濕度是反應土壤的干濕程度的物理量，分析了10、20、30、40、50 cm各層土壤相對濕度與春季沙塵暴日數的相關性。可以看出（表略），前一年夏季各層土壤相對濕度與春季沙塵暴日數均呈負相關，但沒有通過顯著性檢驗。前一年秋季各層土壤相對濕度與春季沙塵暴日數相關性很小。當年春季20~50 cm土壤相對濕度與沙塵暴日數呈負相關，20 cm土壤相對濕度相關性最大，相關系數為-0.312，但均沒有通過顯著性檢驗，10 cm的土壤相對濕度的相關性很小。

可見10~50 cm土壤相對濕度與春季沙塵暴日數的相關性較小或相關不顯著，可能由于沙塵暴是大風將地面干燥沙土吹起而引發的，發生在地表面，而10~50 cm土壤相對濕度反應的是地面以下10~50 cm深度的干濕狀況。

3.3 氣象因素

沙塵暴的發生受下墊面狀況、氣象、人為等諸多因素的綜合影響，主要受氣象因素的影響[8]，分年和季節不同時間尺度進一步分析氣象要素與沙塵暴相關性。表2可知，前一年平均氣溫、水汽壓與春季沙塵暴日數為負相關，平均風速則為正相關，且均通過了P= 0.001的顯著性檢驗，平均氣溫的相關性最強，相關系數為-0.497，說明前一年平均氣溫較低，有利于來年春季沙塵暴的發生。而前一年降水量、大風日數、氣溫日較差、日照時數與春季沙塵暴日數相關性很小。所以前一年平均氣溫低、水汽壓小、平均風速大，有利于春季沙塵暴天氣的發生。

表 2 年平均氣象要素與春季沙塵暴的相關性

表從3可以看出，前一年夏季和當年春季大風日數與春季沙塵暴日數呈正相關，且通過了0.05的顯著性檢驗，當地面風速大于起沙風速的情況下，風速越大，沙塵暴越容易發生。前一年夏季和當年春季大風日數越多，越有利于沙塵暴的發生。而降水量、積雪日數、降水日數、氣溫、相對濕度、最大凍土層與春季沙塵暴既有正相關又有負相關，但相關系數的絕對值均在0.3以下，且沒有通過顯著性檢驗。

表 3 季節平均氣象要素與春季沙塵暴的相關性

降水量、積雪日數、平均相對濕度與春季沙塵暴相關性弱，分析其原因可能是因為烏海地區高溫少雨的氣候特點，年降水量少，氣溫高，蒸發量大，降水不能保持土壤續墑，而且臨近沙漠，土壤多以砂質為主，散熱快、蒸發快、滲透也快，所以地表干燥，與春季沙塵暴的相關性不強。

4 結論

（1）烏海地區沙塵暴日數呈減少趨勢，以5.6 d/10 a的速度下降，20 世紀60—80 年代為沙塵暴的多發期，70 年代達到最多，80 年代開始顯著減少，90 年代開始進入少發期。

（2）烏海地區沙塵暴日數具有明顯的月季變化，主要集中在3—7 月，4 月最多，9 月最少；表現為春、夏季多，秋、冬季少的季節特征。

（3）內蒙古荒漠化和沙化面積減少，烏海地區綠化覆蓋率逐年增加，為沙塵暴呈減少趨勢提供了基礎條件。

（4）10~50 cm土壤相對濕度與春季沙塵暴日數的相關性較小或相關不顯著；前一年年平均氣溫、平均水汽壓與春季沙塵暴呈負相關，氣溫高，水汽壓大，不利于沙塵暴天氣發生；前一年平均風速、夏季大風日數、當年春季大風日數與春季沙塵暴呈正相關，風速越大，越有利于沙塵暴發生。