沙尘暴产生因素与气候特性研讨范文

作者：杨艳程捷田明中王丽孟晶晶单位：中国地质大学地球科学与资源学院北京

哈尔滨市沙尘暴时空分布规律

1时间分布规律

1．1年代分布特征

通过对哈尔滨市沙尘暴发生次数进行年代统计，可得到以下规律(图3)。

(1)哈尔滨市在20世纪70年代沙尘暴出现次数最多，60年代次之，80年代明显减少，90年代最少。在70年代，沙尘暴年均发生14次，其中最高可达8次/年，是一个高频爆发期。而80年代年均7．5次/年，90年代年均为1．1次/年。70年代沙尘暴发生的次数是80年代的近2倍，是90年代的10倍之多。这表明，哈尔滨市沙尘暴发生的总次数年际间变化在60年代前呈上升的趋势，70年代之后呈下降趋势，而且下降的速度很快(图3)。

(2)进入21世纪以来，沙尘暴发生次数又有上升的趋势，但等级较一般，主要以扬沙、浮尘为主，出现增长的阶段(图4)。不难看出，哈尔滨市沙尘暴发生的规律明显，年际间发生频数具体特征的变化，强与特强沙尘暴天气呈上升趋势，这与人口增长、不合理生产活动、荒漠化越来越严重、干旱与半干旱地区生态环境的失衡，及全球背景下沙尘暴近十几年来，整个北方沙尘暴进入相对活跃期，存在着必然的联系。

1．2季节分布特征

根据观测资料，哈尔滨市沙尘暴一年四季均有发生，但存在明显的季节性，沙尘暴活动最强的月份是在温度适中的3－4月。表2是1961－2010年间累年沙尘暴按月和季节统计结果，表明哈尔滨市沙尘暴主要发生在春季，占全年总数的85．07%，少数发生在秋季和冬季，极少数发生在夏季。

春季，该区气温回升，土壤表土层中的冰融化，土层松动，再加之，大气强对流空气变得不稳定，到4月平均风速达到最大，这为沙尘暴的发生提供了丰富的物源和动力条件。在加上干燥疏松的下垫面、与高空环流的有机配合使沙尘暴在4月爆发次数最多;8月地表植被覆盖良好，庄稼使表层土壤固结，加上夏季雨水多，不易形成沙尘暴，而冬季以2月居多且以浮尘天气为主(图5)。图5哈尔滨市及区县沙尘暴月暴发频数变化图Fig．5MonthlydistributionofduststormsinHarbin(1961－2010)表2哈尔滨市城区及周边区县沙尘暴月份及季节分布(1961－2010年)Tab．2MonthlyandseasonaldistributionofduststormsinHarbin(1961－2010)沙尘暴次数春季夏季秋季冬季月份345678910111212月份总数541329913302115358季节总数285161816季节分配率(%)85．074．786．374．78

2空间分布规律

2．1区域分布特征

张丽娟等(2001年)利用1954－2000年哈尔滨市沙尘暴的资料及黑龙江各站点的气象资料绘制了黑龙江省沙尘暴区域分布图，文中参考其部分数据并结合最新的气象资料，对黑龙江省沙尘暴地域分区图进行了局部修改(图6)，可以看出，黑龙江省沙尘暴主要分布在西南，存在两个高发区有中心，哈尔滨市就是其中一个。

哈尔滨市中部城区从1961－2010年共发生沙尘暴335次，平均每年发生沙尘暴6．7次，无沙尘暴的年份占13．3%;双城市从1961－2010年共发生沙尘暴270次，平均每年发生沙尘暴5．4次，2000年后以扬沙、浮尘为主，其中2001年次数最多，达13次。

2．2降尘通量时空分布规律

从2009年3月－2010年6月利用自然沉降法逐周进行收集哈尔滨市呼兰县、双城市的自然降尘，沉降在一个敞开的容器中。采样后用重量法测定降尘量。结果用单位面积、单位时间内从大气中自然沉降的颗粒物质量，来计算出大气降尘向地面输入的通量。降尘量的计算公式:M(t/km2•Day)=10000(W1－W0)/SD(1)式中:M为降尘总量(t/km2•Day);W0为空容器的重量(g);W1为降尘加容器的重量(g);S为容器的面积(三次平均值)(cm2);D为截隔采样的天数。经过公式(1)计算，得出:呼兰县2009年的降尘通量为0．5301t/km2，2010年的降尘通量为0．6085t/km2;双城市2009年的降尘通量为1．1690t/km2，2010年的降尘通量为1．4057t/km2;从月份来看，呼兰和双城降尘通量最大月份均在4月份，呼兰4月降尘通量为2．893t/km2，其次为3月;双城4月份和5月份的降尘通量相当，均达到6．146左右，其次为3月份，与沙尘暴暴发的季节分布特征保持一致。

哈尔滨市沙尘暴发生气象条件

1与大风日数的关系

大风是沙尘暴发生的动力条件，但往往沙尘暴发生的日数少于大风日数，因为除了受大风影响外，还受下垫面因素的制约，一般来讲，沙尘暴发生的次数与大风日数呈正相关(图7)。

对于沙尘暴起动风速的研究，最早拜格诺根据实验结果提出:起动风速与沙砾粒径的平方根成正比(表3)，这个结果经过了反复的实验和验证，然而，启动风速还和地表性质、沙子含水率、地表粗糙度等有关，如地表沙子含水，增加了沙子的粘滞性，这样要求沙子的起动风速值加大，鉴于此，在不同的地区，沙尘暴起动风速按照实际情况而定，根据哈尔滨市沙尘暴的监测情况可以看出，哈尔滨市沙尘暴的风速大于8m/s时，可出现沙尘暴天气。

2与风速、风向的关系

从风向、风速关系图(图8)中可以进一步看出，在3－5月，风向为偏南风(S－WSW)条件时，沙尘暴发生次数占总次数的83．39%;西北风向(W－N)时，沙尘暴发生次数占总次数的11．86%;出现东风(NNE－SSE)时，出现沙尘暴的次数仅占4．75%。由此可见，在西南风条件下，沙尘暴出现的几率最大。

2004年5月8日，双城市11:10分发生沙尘暴天气，持续4个小时之久，平均风速7．8m/s，瞬时风速最大达到18m/s，据地面监测记录显示，在距沙尘暴发生5分钟后瞬时风速达到10m/s，到14:50分地面风速逐渐减小，地面能见度好转，沙尘暴天气接近结束。哈尔滨市沙尘暴天气发生前风速很小，但在沙尘暴发生的5－10分钟内，风速迅速达到最大，风速的急速增加可以为沙粒的起动提供必要的条件，沙尘暴结束的15分钟内，风速只有2－3m/s，在沙尘暴整个天气过程中，风速呈波动式变化。

3与气温的关系

1961－1988年，哈尔滨市沙尘暴当日、前一日、次日平均气温曲线(图9)，绝大多数情况，沙尘暴当时平均气温高于前一日和次日的气温。在温度偏高的情况下多发生沙尘暴，进一步说明了沙尘天气的发生与低层大气层结的不稳定和强对流有关。春、夏季节，地面受热增温快，容易产生空气层结不稳定，满足沙尘暴起沙的热力条件。春季出现气温回暖的突变情况，很容易诱发沙尘天气，因为春季增温后疏松的表层为沙尘天气的发生提供了丰富的物质基础。但并不表示，气温增高就会发生沙尘暴，气温对沙尘暴的影响不是绝对的，是相对复杂的。

在年际变化或年代变化中，主要是通过调整大气环流减弱了风的作用(动力条件)，从而间接地影响了沙尘天气的发生;季节变化中，主要是冬季(气温低)向春季(气温高)过渡时，提供了比较丰富的沙尘物源(物质条件);月际变化中，主要是3－8月份在降水量极小、地表覆盖状况差、昼夜温差大的地区，地面受热增温快，易满足空气层结不稳定(热力条件)，这一结论在很多学者的研究成果中得到了共识。

哈尔滨市沙尘暴与下垫面因子的关系

1与地貌的关系

广袤的高原、众多的沙漠沙地等地形地貌条件是沙尘暴区域分布特征的下垫面因子之一，为分析哈尔滨市沙尘暴与地貌的关系，根据研究区受影响的风向分别选择了西南向、西北向两条剖面线:A－B剖面，内蒙古科尔沁沙地－哈尔滨市市区;C－B剖面，呼伦贝尔沙地－哈尔滨市市区。这两条剖面贯穿了哈尔滨市沙尘暴移动所经过的几乎全部地貌类型，并与哈尔滨市沙尘暴的移动路径相吻合，最大程度的反应了地貌与沙尘暴之间的关系。由剖面A－B(图10)、C－B(图11)可以看出，引起哈尔滨市沙尘暴的主要风向的地貌组合显然不同，西南向主要是以平原为主，无遮挡，地表起伏不大，沙源地主要有浑善达克沙地－科尔沁沙地－拉林河流域的沙化地;西北风向地貌组合为呼伦贝尔高原－大兴安岭山地－松嫩平原，由于大兴安岭的阻挡，使得呼伦贝尔沙地很难进入哈尔滨市，只有近距离的嫩江流域的沙化地为沙尘天气提供物源。

综上所述，西南风为哈尔滨市沙尘暴的主导风向，沙尘暴发生次数占总次数较大比例的原因与地貌的组合存在密切的关系，沙源以远源为主;其次为西北向方向，以近距离沙源为主。

2与植被、土壤的关系

根据2009年7－8月的哈尔滨市实地调查数据，依据全国《土地利用现状调查技术规程》和黑龙江省《关于〈土地利用现状调查技术规程〉补充规定》中土地利用标准，结合不同类型土壤的岩性、经营特点、利用方式和覆盖度特征等因素，将哈尔滨市区、呼兰区、双城市划分一级土地利用类型9个。

哈尔滨市地区的土地利用类型主要以旱地为主，其次为沙化地。旱地为人为的垦殖活动，其提供的悬移颗粒较多，而沙尘暴中悬移颗粒的多少，主要取决于风速的大小和荒漠化的程度，因此，旱地为沙尘暴提供大量的粉尘沙源物质，而沙化地的颗粒较粗，其提供的粉尘相对旱田较少，发生跃移的可能性更大。

结论与讨论

(1)哈尔滨市沙尘暴时空分布存在一定的规律。年代变化特征:沙尘暴发生次数在20世纪70年代出现次数最多，是一个高频爆发期，60年代次之，80年代明显减少，90年代最少。进入21世纪以来，沙尘暴发生次数又有上升的趋势。1)季节分布规律:主要发生在春季，占全年总数的85．07%，少数发生在秋季和冬季，极少数发生在夏季。2)空间分布规律，沙尘暴发生次数哈尔滨市西南方向双城市比北部呼兰区的多，主要受地貌因素和风向的控制。

(2)哈尔滨市沙尘暴天气条件特征明显。沙尘暴发生的日数与大风日数呈正相关:风向为偏南风(S－WSW)时，尘暴出现的几率最大，其次为西北风，东风最少。

(3)沙尘暴发生与地貌的关系组合密切。西南向主要是以平原为主，无遮挡，地表起伏不大，沙源地主要有浑善达克沙地、科尔沁沙地、拉林河流域的沙化地;西北风向地貌组合为呼伦贝尔高原、大兴安岭山地、松嫩平原，由于大兴安岭的阻挡，使得远源沙地呼伦贝尔沙地很难进入哈尔滨市，只有近距离的嫩江流域的沙化地为沙尘天气提供物源。

(4)哈尔滨市地区的土地利用类型主要为旱地，其次为沙化地。旱地为其提供的悬移颗粒较多，而沙化地的颗粒较粗，提供的粉尘相对农田较少，发生跃移的可能性更大。

虽然从哈尔滨市沙尘暴的发生规律和气象特征，可以推断出沙尘暴的来源和移动路径，但证据还不够充分，需要更多的调查、分析使其丰富和可信，如降尘样的粒度分析、同位素示踪或高空气象运移图。对哈尔滨市沙尘暴的研究还需不断的深入，文中旨在引起更多学者对中国东北部沙尘暴的关注，为哈尔滨市沙尘暴的监测和防治提供科学的资料，为今后的研究打下良好的基础。