近50年來我國暴風(fēng)雨的時(shí)空分布規(guī)律研究

沙漠不僅是一種自然災(zāi)害，也是人類疾病，也是環(huán)境疾病（生態(tài)疾?。┑漠a(chǎn)物。沙害是氣候因素、環(huán)境因素和人類活動(dòng)共同作用的產(chǎn)物。我國沙塵暴主要發(fā)生在長江以北地區(qū),屬于中亞沙塵暴區(qū)的一部分,全國受沙塵暴影響較為嚴(yán)重的為西藏、新疆、內(nèi)蒙、甘肅、青海、寧夏、陜西、吉林、河南、山西、河北、遼寧、北京、天津共14個(gè)省(市、自治區(qū)),總面積624萬km2,占我國國土面積的65%。同時(shí),沙塵天氣的覆蓋范圍比沙塵暴廣泛,近些年來,沙塵天氣也影響到了長江以南的一些地區(qū)。沙塵暴過程對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的破壞力極強(qiáng),它能夠加速土地荒漠化,對(duì)大氣環(huán)境造成嚴(yán)重的污染,使城市空氣質(zhì)量顯著下降,對(duì)人類健康、城市交通、通訊和供電產(chǎn)生負(fù)面影響。同時(shí),沙塵氣溶膠對(duì)氣候、海洋生態(tài)系統(tǒng)和生物化學(xué)循環(huán)也有著重要影響。我國學(xué)者對(duì)沙塵暴的時(shí)空分異規(guī)律進(jìn)行了大量的研究,總體而言,我國沙塵天氣發(fā)生頻率大致由西北向東南方向減少。錢正安和胡金明的研究表明:我國北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶、沙漠邊緣帶、沙漠-綠洲過渡帶是沙塵天氣的多發(fā)地帶,過去的50a,西北地區(qū)強(qiáng)與特強(qiáng)沙塵暴發(fā)生高頻區(qū)有3個(gè),分別以民勤、和田和吐魯番為中心;董治寶指出:在我國的干旱半干旱地區(qū)有五大沙塵暴中心,分別位于塔里木盆地、阿拉善高原、鄂爾多斯高原、內(nèi)蒙古草原東南部和華北平原;劉景濤指出:內(nèi)蒙古的朱日和由于特定的地理位置,經(jīng)常受西北路冷空氣和強(qiáng)西路冷空氣的影響,有著內(nèi)蒙古平均大風(fēng)日數(shù)和年平均風(fēng)速之冠之稱,是華北強(qiáng)與特強(qiáng)沙塵暴最大的一個(gè)中心。王式功指出:距今7000萬a前就有沙塵暴的出現(xiàn),夏訓(xùn)誠的研究表明:沙塵暴的發(fā)生呈周期性的變化,與氣候變化和地面沙塵物質(zhì)的消長有關(guān),在氣候暖濕期間,沙塵暴發(fā)生頻率低,相反,在冷干氣候時(shí)期,沙塵暴發(fā)生頻率高。沙塵暴一般出現(xiàn)在雨季到來之前,世界上大部分地區(qū)的沙塵暴主要發(fā)生在春季,我國春季沙塵暴約占全年總數(shù)的一半,強(qiáng)沙塵暴主要發(fā)生在這一季節(jié)。中國沙塵暴天氣在亞洲地區(qū)出現(xiàn)最早,4月出現(xiàn)頻率最大,近年有提前的趨勢(shì),9-10月出現(xiàn)頻率最低。沙塵暴的變化趨勢(shì)是人們一直關(guān)注的問題,為了探明近50a來我國沙塵暴變化趨勢(shì)的空間分布特征,本文利用氣象觀測(cè)數(shù)據(jù),以沙塵暴出現(xiàn)日數(shù)為定量指標(biāo)進(jìn)行了相應(yīng)分析。1年年沙氣形勢(shì)變化本文采用沙塵暴年出現(xiàn)日數(shù)為定量分析指標(biāo),數(shù)據(jù)來源于中國氣象局和內(nèi)蒙古自治區(qū)氣象局,時(shí)間為1951-2002年,剔除不可替代的錯(cuò)誤數(shù)據(jù)和時(shí)間序列短的數(shù)據(jù),實(shí)際分析中選取了117個(gè)沙塵暴代表站的數(shù)據(jù)。為了從空間上研究我國沙塵暴的變化趨勢(shì),用每年沙塵暴日數(shù)與年份進(jìn)行回歸分析,得到Pearson相關(guān)系數(shù)(R),用來表示多年沙塵暴的變化趨勢(shì),相關(guān)系數(shù)高說明趨勢(shì)比較明顯。計(jì)算方法如公式(1):R=∑i=1n(Xi?Xˉˉˉ)(i?iˉ)∑i=1n(Xi?Xˉˉˉ)2∑i=1n(i?iˉ)2√(1)R=∑i=1n(Xi-Xˉ)(i-iˉ)∑i=1n(Xi-Xˉ)2∑i=1n(i-iˉ)2(1)其中,Xi表示站點(diǎn)在第i年的沙塵暴日數(shù),XˉˉˉXˉ,iˉiˉ分別表示沙塵暴日數(shù)和年的多年平均值。對(duì)每一站點(diǎn)的沙塵暴年日數(shù)序列分別用最小二乘法求取線性擬合趨勢(shì)。假設(shè)回歸方程形如式(2):y=a+bx(2)y=a+bx(2)則回歸系數(shù)a,b及相關(guān)性檢驗(yàn)的計(jì)算步驟如下。(1)年麻黃年用表1y表示年病理者lx,lx,4b=lxylxy,a=yˉ?bxˉ(3)b=lxylxy,a=yˉ-bxˉ(3)式中l(wèi)xx=∑i=1n(xi?xˉ)2(4)lyy=∑i=1n(yi?yˉ)2(5)lxy=∑i=1n(xi?xˉ)(yi?yˉ)(6)lxx=∑i=1n(xi-xˉ)2(4)lyy=∑i=1n(yi-yˉ)2(5)lxy=∑i=1n(xi-xˉ)(yi-yˉ)(6)以上x表示年,y表示年沙塵暴年日數(shù)。(2)顯著性分析結(jié)果F=UQ(n?2)(7)F=UQ(n-2)(7)式中U=b2lxx,Q=lyy?U(8)U=b2lxx,Q=lyy-U(8)為了程序?qū)崿F(xiàn)方便,實(shí)際運(yùn)算中選取了1963-1998年中國北方117個(gè)氣象站的觀測(cè)數(shù)據(jù),由于是36a的沙塵暴數(shù)據(jù),經(jīng)查表知:當(dāng)F>4.17時(shí),在顯著性水平α=0.05下存在線性關(guān)系;當(dāng)F>7.56時(shí),在顯著性水平α=0.01下存在線性關(guān)系,屬高度顯著。2年、2010年內(nèi)蒙古人計(jì)算結(jié)果如表1,表中只列出了117個(gè)氣象站點(diǎn)中通過了α=0.05置信度檢驗(yàn)的氣象站點(diǎn),共78個(gè)。其中有64個(gè)站通過了α=0.01的置信度檢驗(yàn),占總體的82%,這些站點(diǎn)比較均勻地分布在我國的北方地區(qū)。分析可知,從1963-1998年的36a中,我國北方大部分地區(qū)的沙塵暴日數(shù)總體呈減少的趨勢(shì);呈增加趨勢(shì)的站點(diǎn)僅包括青海的興海、茫崖、河南和新疆的昭蘇四個(gè)站點(diǎn),所占比例較小,其中興海增加的趨勢(shì)顯著性強(qiáng)。西北地區(qū)的沙塵暴代表站和田、民勤、張掖等站點(diǎn)下降的趨勢(shì)都比較明顯。續(xù)表以上的分析結(jié)果只代表我國北方1963-1998年36a的沙塵暴變化趨勢(shì),之所以選取這個(gè)時(shí)段進(jìn)行沙塵暴變化趨勢(shì)分析,是由于獲取的沙塵暴氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)時(shí)段不統(tǒng)一,最早的記錄從1951年開始,最晚的數(shù)據(jù)晚到1990年開始,為了便于算法的編程實(shí)現(xiàn)和結(jié)果檢驗(yàn),最終將數(shù)據(jù)統(tǒng)一到了1963至1998年這個(gè)時(shí)段,以反映變化趨勢(shì)的一般規(guī)律。眾所周知,2000-2002年是我國北方沙塵暴發(fā)生頻繁的年份,首都北京也多次受到了沙塵天氣的影響,受到了社會(huì)各界的廣泛關(guān)注。為了進(jìn)一步揭示這種現(xiàn)象的內(nèi)在規(guī)律,在已獲得的沙塵暴氣象數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上(大部分觀測(cè)數(shù)據(jù)始于20世紀(jì)50年代),對(duì)內(nèi)蒙古全部118個(gè)氣象站點(diǎn)2000,2001,2002年的沙塵暴數(shù)據(jù)進(jìn)行了補(bǔ)充,并選取了22個(gè)代表站分3組分別代表草原區(qū)、荒漠區(qū)和農(nóng)業(yè)區(qū)分析了沙塵暴日數(shù)年際變化規(guī)律,見圖1、圖2和圖3。分析可知,3個(gè)區(qū)域中荒漠區(qū)和農(nóng)業(yè)區(qū)代表站的年沙塵暴日數(shù)都呈波動(dòng)中下降的趨勢(shì)。草原區(qū)的大部分代表站也都呈波動(dòng)中下降的趨勢(shì),但朱日和、蘇尼特左旗和那仁寶力格3站呈波動(dòng)上升趨勢(shì),這與前面結(jié)果有所不同,原因是數(shù)據(jù)的時(shí)間序列長于前面分析的序列。同時(shí),荒漠區(qū)沙塵暴的年發(fā)生日數(shù)要高于草原區(qū)和農(nóng)業(yè)區(qū),其中最高值出現(xiàn)在吉蘭太氣象站,發(fā)生于1966年,達(dá)62次;草原區(qū)的朱日和站是沙塵暴比較頻繁發(fā)生的站點(diǎn),而處于農(nóng)牧交錯(cuò)區(qū)的集寧、化德和多倫3站沙塵暴年變率較大。處于農(nóng)區(qū)的呼和浩特、包頭、臨河和東勝4個(gè)氣象站,沙塵暴日數(shù)年際變化下降的趨勢(shì)比較明顯,其中呼和浩特的沙塵暴年發(fā)生日數(shù)低于其它3個(gè)站。近50a來,受區(qū)域性氣候變化的影響,上述22個(gè)氣象站點(diǎn)的沙塵暴天氣頻數(shù)的年代際變化相當(dāng)明顯,大部分站點(diǎn)在上世紀(jì)50年代以來沙塵暴發(fā)生頻數(shù)一直在增加,60,70年代沙塵暴發(fā)生頻繁,其中大部分站點(diǎn)在1966年都是沙塵暴發(fā)生頻數(shù)的峰值時(shí)段;80年代,大部分站點(diǎn)(除朱日和和那仁寶力格外)年沙塵暴日數(shù)呈下降趨勢(shì);90年代在減少中有回升趨勢(shì);進(jìn)入2000年,各站的沙塵暴次數(shù)均有明顯增加的趨勢(shì),但都未超過各站的歷史最高值,有的甚至沒有達(dá)到多年的平均值,各站數(shù)據(jù)顯示,這個(gè)沙塵暴發(fā)生的峰值區(qū)持續(xù)到了2002年。由以上分析可知,近40,50a來,我國北方大部分區(qū)域沙塵暴日數(shù)年際變化總體上呈現(xiàn)波動(dòng)中下降的趨勢(shì),具有增加趨勢(shì)的區(qū)域主要有四個(gè),分別是北疆西部,以昭蘇為中心;青海西北部,以芒崖為中心;青海東部,以興海為中心;內(nèi)蒙古中部,以朱日和為中心。許多研究結(jié)果得出近50a來我國北方地區(qū)沙塵暴有增長的趨勢(shì),這與上述結(jié)論并不矛盾,是由于對(duì)沙塵暴的統(tǒng)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)不同造成的。他們的研究所統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)是指危害嚴(yán)重的強(qiáng)與特強(qiáng)沙塵暴頻次,而本文研究所統(tǒng)計(jì)的是所有的沙塵暴日數(shù)(包括一般沙塵暴)。表2給出了50a來西北地區(qū)強(qiáng)沙塵暴頻數(shù)的年代際變化,值得注意的是,2000年的強(qiáng)沙塵暴頻數(shù)又急劇增加了,達(dá)9次之多,為50a來的最多年,可見,盡管我國北方50a來沙塵暴天氣總體呈下降的趨勢(shì),但強(qiáng)與特強(qiáng)沙塵暴的發(fā)生卻在上升,這與我國北方干旱、半干旱和亞濕潤干旱地區(qū)的土地退化有關(guān)。3泥沙發(fā)生頻率的年際變化(1)近40～50a來,我國北方沙塵暴天氣總體呈下降趨勢(shì),有四個(gè)區(qū)域呈上升趨勢(shì),范圍比較小,分別是北疆西部,以昭蘇為中心;青海西北部,以芒崖為中心;青海東部,以興海為中心;內(nèi)蒙古中部,以朱日和為中心。盡管沙塵暴頻次總體上在降低,但強(qiáng)度在增加,近年來有增強(qiáng)的趨勢(shì)。(2)內(nèi)蒙古的荒漠區(qū)沙塵暴發(fā)生頻率高于草原區(qū)和農(nóng)業(yè)區(qū),農(nóng)業(yè)區(qū)的沙塵暴下降趨勢(shì)比較明顯,農(nóng)牧交錯(cuò)區(qū)的沙塵暴年變率較大,證明沙