甘肃沙尘暴变化特征及其对农业生产的影响.doc

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1、甘肃沙尘暴变化特征及其对农业生产的影响孙兰东1 ,2 ,刘德祥2( 1 . 中国气象局兰州干旱气象研究所 , 甘肃 兰州 730020 ; 2 . 兰州区域气候中心 , 甘肃 兰州 730020)摘 要 : 利用甘肃省资料年代较长的 75 个地面气象站 19602006 年历年逐日沙尘暴资料 ,采用相关和小波分析方法 ,对沙尘暴变化特征进行分析 。得出各季沙尘暴日数近 47 a 总体呈减少趋势 ,小波分析显现出各季沙尘 暴日数都存在 6 a 和 9 a 准周期变化振荡 ,也分析了沙尘暴对甘肃农业生产的影响 ,对沙尘暴的监测预警和防御对策提出了见解 。关键词 : 沙尘暴 ;变化特征 ;农业生产

2、;甘肃省中图分类号 : S162 . 5文献标识码 : A文章编号 : 100027601 (2008) 0620212205沙尘暴是在特定地理环境和气候条件下形成的一种特殊的气象灾害 。它所引发的大气环境问题 、 对经济社会影响问题 、土地沙化问题 、人民群众生命财产安全问题和生产安全问题等 ,已经得到全社会的高度关注 ,并相继开展了大量的研究工作 ,取得了 较大进展 。这些研究涉及沙尘暴的气候特征1 5 、 变化趋势6 8 、形成机制9 14 、短期预测15 18 等 。这些成果的取得 ,对沙尘暴变化的预测起到积极作 用 。甘肃是全国沙尘暴发生频率比较高的地区 ,尤 其是河西走廊北部毗邻巴

3、丹吉林沙漠和腾格里沙 漠 ,境内沙漠 、戈壁广布 ,气候干燥 ,成为全国沙尘暴 发生频率最高的地区之一 ,每年都要遭受不同程度的沙尘暴灾害 。但是以往对春季沙尘暴的研究比较 多 ,对其它季节的沙尘暴有所忽略 ,其实 ,在冬季 、春 季 、夏季 、秋季都有沙尘暴发生 。本文重点研究各季 沙尘暴日数的变化规律及沙尘暴对农业生产的影 响 ,为防治沙尘暴灾害提供科学依据 。2 沙尘暴的变化特征2 . 1 沙尘暴日数的年代际变化全省各季沙尘暴日数以 20 世纪 70 年代最多 ,60 年代次多 , 60 年代至 70 年代呈增加趋势 , 20 世 纪 80 年代至本世纪初呈迅速减少趋势 ( 表 1) 。

4、进 一步分析近 47 a ( 19602006 年) 沙尘暴日数随时 间的变率 ,沙尘暴日数随时间的变化总体呈迅速减 少趋势 。全省年总沙尘暴平均日数随时间的变化呈 显著的负相关 ,相关系数为 - 0 . 8012 ,显著性水平超 过了 0 . 001 ,线性趋势变化率为 - 1 . 03 d/ 10a 。全省 冬季 、春季 、夏季和秋季沙尘暴平均日数随时间的变化 呈 显 著 负 相 关 , 相 关 系 数 分 别 为 - 0 . 6802 、- 0 . 7198 、- 0 . 7776 和 - 0 . 5348 , 显著性水平都超过了 0 . 001 ,线性趋势变化率分别为 - 0 . 24

5、 d/ 10a 、- 0 . 49 d/ 10a 、- 0 . 22 d/ 10a 和 - 0 . 07 d/ 10a 。2 . 2沙尘暴日数的历年变化规律冬季沙尘暴日数近 47 a 来的变化总体呈波动 减少趋势 ,1960 1983 年是多沙尘暴期 , 大多数年份多于平均值 ; 1984 2006 年是少沙尘暴期 , 全部年份都 少 于 平 均 值 , 1984 年 是 由 多 向 少 的 转 变 年 份 。用二阶主值函数拟合的沙尘暴日数随时间变化曲线呈现出抛物线型 ( 图 1a 上) , 1984 年以后呈迅速减少趋势 。小波分析显现出冬季沙尘暴日数存在6 a 、9 a 和 12 a 准周

6、期变化振荡 (图 1a 下) 。 春季沙尘暴日数近 47 a 来的变化总体呈波动减少趋势 ,1960 1985 年是多沙尘暴期 , 大多数年 份多于平均值 ; 1986 2006 年是少沙尘暴期 , 全部1资料与方法选用甘肃省资料年代较长的 75 个地面气象站19602006 年历年逐日沙尘暴资料 ,分别计算了历年冬季 (上年 12 月翌年 2 月) 、春季 ( 35 月) 、夏 季 (68 月) 、秋季 (911 月) 沙尘暴日数 ,平均值用19602006 年数据计算 。对沙尘暴日数进行了标准化处理 ,用二阶主值函数表示各季沙尘暴日数随 时 间 的 变 化 趋 势 , 用 小 波 方 法

7、分 析 其 周 期 变化19 ,20。收稿日期 :2008203217基金项目 :中国气象局气候变化专项“气候变化对祁连山区冰雪水资源的影响研究”( CCS2007 - 26) ; 中国气象局业务轨道建设项目“气象灾害风险区划 沙尘暴灾害区划”作者简介 :孙兰东 ( 1968 ) ,女 ,河南叶县人 ,高级工程师 ,从事干旱气候变化和影响评估研究 。E2mail : sldlydia yahoo . co m. cn 。份都 少 于 平 均 值 , 1986 年 是 由 多 向 少 的 转 变 年。用二阶主值函数拟合的沙尘暴日数随时间变化 线呈现出抛物线型 (图 b 上) ,1986 年以后呈

8、迅速减少趋势 。小波分析显现出春季沙尘暴日数存在 6a 和 9 a 准周期变化振荡 (图 1b 下) 。表 1 甘肃省各季沙尘暴日数年代际变化 ( d)Decadal change of seaso nal sandstorm days in Gansu ProvinceTable 1年份 Year冬季 Winter春季 Sp ring夏季 Summer秋季 Aut umn全年 Whole year1960196919701979198019891990199920002006各季占全年百分率Propo rtio n of each seaso n in a year7 . 610 . 84

9、. 11 . 00 . 820 . 424 . 814 . 25 . 54 . 98 . 79 . 45 . 62 . 31 . 32 . 82 . 82 . 50 . 40 . 339 . 347 . 826 . 39 . 17 . 219 . 053217图 1 甘肃省各季沙尘暴日数标准化值的历年变化(a :冬季 b :春季 c :夏季 d :秋季)Fig. 1 Changes in t he value of standardizatio n of seaso nal sandstorm in Gansu Province(a : winter b : sp ring c : summe

10、r d :aut umn)干旱地区农业研究第 26 卷214两者都相同 。19601987 年是多沙尘暴期 ,大多数年份多于平均值 ; 1988 2006 年是少沙尘暴期 , 大 部年份都少于平均值 ,1988 年是由多向少的转变年 份 。用二阶主值函数拟合的沙尘暴日数随时间变化 曲线呈现出抛物线型 ( 图 1c 上 , 图 1d 上) , 1986 年以后呈迅速减少趋势 。小波分析显现出夏季和秋季 沙尘暴日数都存在 6 a 、9 a 和 12 a 准周期变化振荡(图 1c 下 ,图 1d 下) 。呼吸道及肠胃疾病 ,严重时将导致大量“春乏”牲畜死亡 、刮走农田沃土 、种子和幼苗 。沙尘暴还会

11、使地 表层土壤风蚀 、沙漠化加剧 ,覆盖在植物叶面上厚厚 的沙尘 ,影响正常的光合作用 ,造成作物减产 。3 . 1 沙尘暴对甘肃农业生产的影响甘肃沙尘暴每年都有发生 ,只是对农业影响的 程度不同而已 。根据对 19712006 年甘肃沙尘暴 灾情资料统计分析 ,全省多年平均沙尘暴受灾面积 约为 2 . 55 万 hm2 。从图 2 可以看到 , 1971 2006 的 37 a ,甘肃春季沙尘暴呈现出明显减少趋势 。沙尘暴对甘肃农业生产的影响沙尘暴是甘肃省的主要气象灾害之一 ,沙尘暴 携带的大量沙尘蔽日遮光 ,轻者可使大量牲畜患染3图 2 甘肃省春季沙尘暴日数标准化值和农作物受灾面积标准化值

12、的历年变化Fig. 2 Changes in t he value of standardizatio n of seaso nal sandstorm and impacted crop area in Gansu Province in sp ring3 . 2 沙尘暴灾情近 47 a 来 ,有几次特强沙尘暴给甘肃农业生产 及人民生命安全带来严重损害 。如 1993 年 5 月 5日 ,在河西走廊的金昌至中部地区的北部靖远 、白银 一带 ,发生了一次自有气象记录以来少见的大范围 区域性强沙尘暴 (黑风) 给河西走廊和陇中北部的农 业生产和人民生活造成了极大的破坏 。其中受灾农 田 16 .

13、 95 万 hm2 , 死亡 61 人 , 伤 208 人 , 丢 失 牲 畜71 304头 ( 只) ; 92 594株树木被风刮倒吹断 ; 刮倒吹 断高低压线杆 464 根 ;倒塌房屋门楼 、厩棚1 209间 , 造成直接经济损失 2 . 42 亿元 。大风刮起的流沙埋 压了兰新铁路 ,造成客 、货车迟发 、晚点和停运达 42 列之多 ,经济损失达百万元以上 。这次“55”黑风灾害 ,引起党中央国务院的高度重视 。2006 年 , 沙尘 暴主要出现在河西走廊 、陇中北部和陇东北部 ,据不 完全统计 ,全省受灾人口5 . 4181万人 ,并造成 2 人死亡 ,农 作 物 绝 收 面 积 2

14、. 2402 万 hm2 , 死 亡 大 牲 畜6 873头 ,直接经济损失达到1 . 63亿元 (表 2) 。4减灾对策虽然 ,在当前或今后相当长的时间内 ,人类还无法控制或改变大范围突发性的灾害性天气 ,但是实践经验和研究证明 ,控制或减轻沙尘暴天气的危害 还是可以办到的 。4 . 1 发展有效的强沙尘暴天气防护体系包括建立甘肃省的沙尘暴中尺度监测网 ; 沙尘 暴天气预报 、警报系统 ;沙尘暴天气防御决策与管理支持系统 ;沙尘暴天气联防网 。有了这些防护体系 ,才能在沙尘暴灾害性天气出现之前 ,由气象部门作 出准确的预报 ,并及时向各级领导和人民群众发布 警报 ,以便采取有力的抗灾救灾措施

15、 ,把灾害造成的损失减少到最小程度 。表 2 19902006 年春季甘肃省沙尘暴灾害表Table 2 The sandstorm damages f ro m 1990 to 2006 in sp ring in Gansu Province年份 Year灾情概况 Damage22酒泉 、张掖 、武威 、金昌 、白银市 、平凉 、庆阳出现大风沙尘暴 。有8261 . 5 hm 农田受灾 ,273 . 7 hm 压沙地的沙子被风刮走 ,刮坏 916 个塑料大棚 ,造成直接经济损失 421 . 39 万元 。19902酒泉 、张掖 、皋兰 、景泰出现了 9 级大风并伴有沙尘暴 ,造成共计 7 .

16、 22 万 hm 农田受灾 ,丢失羊 100 多只 ,刮坏树木370 棵 ,刮倒电杆 16 根 ,吹坏塑料大棚 157 个 ,经济损失 1 . 6 万元 。酒泉市 、靖远县春小麦受害近 0 . 1468 万 hm2 ,687 个塑料大棚 、温室被大风刮破 。 河西走廊的金昌一带至中部地区的北部靖远 、白银一带 ,发生了一次自有气象记录以来少见的区域性大范围的强沙尘暴 ( 黑风) 。黑风致使农作物受灾 11 . 872 万 hm2 ,农作物成灾面积 2 . 1089 万 hm2 ,毁坏大棚温室 720 个 ,94421 株树木被风刮倒吹断 ,人员伤亡 245 多人 ,其中死亡 50 人 、失踪

17、12 人 ;丢失大小牲畜 71304 ( 头) 只 ; 刮倒吹断高低压线杆 1269 根 ,倒塌房屋门楼 、厩棚 1534 间 ,埋压防风固沙林 1474 . 7 hm2 ,造成的经济损失25200 . 35 万多元 。大风刮起 的流沙埋压了兰新铁路 ,造成客 、货车迟发 、晚点和停运达 42 列之多 ,经济损失达百万元以上 。1991199219932酒泉 、武威 、张掖 、白银 、平凉受灾面积达 0 . 3725 万 hm ,掩埋农渠 8278 km ,蔬菜塑料大棚有 3299 个被损坏 ,23161人受灾 ,共死亡牲畜 4206 头 ( 只) ,经济损失达 392 . 29 万元 。19

18、942酒泉 、古浪 、永昌 、景泰 、皋兰 、兰州出现大风沙尘暴 ,1 . 6956 万 hm 春小麦受损 ,刮破节能大棚 2305 个 ,刮倒低压线杆 15 根 、树木 340 棵 ,掩埋渠道 11 . 16 km ,共计损失高达 1765 . 5 万元 。酒泉 、张掖 、武威和庆阳受沙尘暴袭击 ,致使工厂停工 ,学校停课 ,交通中断 。7 . 0726 万 hm2 耕地受灾 , 绝收1146 . 6 hm2 ;塑料大棚 1566 个受损 ,刮断树木 39476 棵 ,刮坏电杆 382 根 ,输电线路 147 . 7 km ,沙埋渠道 174 . 8 多 km ,刮倒 房屋 678 间 ,丢

19、失死亡大畜 、羊 16986 多头 ( 只) ,经济损失 16572 万元 ,大风沙尘暴使 5 名小学生落水遇难身亡 。敦煌 、安西 、玉门 、金塔 、静宁 、平凉等地出现大风沙尘暴 。造成农作物受灾面积 2 . 5813 万 hm2 , 成灾面积 3723 . 9 hm2 ,159 个大棚 、温室受损 , 44 个畜圈吹毁 ,死亡大畜 36 匹 ,羊 1720 只 ,沙埋渠道 23 . 5 km , 67572 人受灾 。直接经 济损失约 2385 . 2 万元 。19951996199722河西大部分地方出现大风 、沙尘暴天气 ,农作物受灾面积达到 4 . 2887 万 hm ,成灾 0

20、. 984 万 hm ,476 个养畜暖棚 、温室大棚被刮掉 ,死亡 85 头牛 、138 只羊 ,12 万株杨树苗受灾 ,吹倒 90 棵树木 ,直接经济损失 757 . 4 万元 。19982酒泉 、民勤 、张掖出现大风 、沙尘暴 ,有 1 . 822 万 hm 农作物受灾 ,大风撕揭卷走和毁坏棚膜 、养殖暖棚 、蔬菜温棚 、育苗棚等 392 个 ,直接经济损失 1702 . 5 万元 。河西五市 、景泰 、靖远 、平凉市 、天水出现大风或沙尘暴 。大风沙尘暴造成农作物受灾面积 6 . 1525 万 hm2 ,成灾面积24332 . 7 hm2 ,损坏大棚 32405 个 ,烧毁民房 6 间

21、 、伤亡羊 495 只 ,刮倒畜圈 27 间 、树木 4920 株 ,沙埋林带 3 km ,埋没 防洪渠 28 km ,刮断电线杆 17 根 ,受灾人口 21 . 04 万人 ,共损失 7218 . 82 万元 。河西走廊及陇中北部出现大风沙尘暴 ,最小能见度 0 m 。受灾面积 3 . 8274 万 hm2 ,成灾面积 10536 . 5 hm2 ,摧毁房屋68 间 ,树木 20161 棵 ,刮坏 11146 座大棚 ,沙埋水渠 276 . 46 km ,死亡牲畜 1530 头 ( 只) ,刮断通信线路 3 . 5 km ,经济损失 8446 . 17 万元 。1999200020012敦煌

22、 、安西 、玉门 、金塔 、高台 、武威出现强沙尘暴 ,瞬间最大风速 25 m/ s ,最小能见度 0 m 。受灾面积 0 . 2171 万 hm ,刮坏 1145 座大棚 ,沙埋水渠 25 . 9 km ,刮倒树木 20137 棵 ,丢失死亡牲畜 3145 头 ( 只) ,经济损失 1437 . 17 万元 。200222敦煌 、安西 、玉门 、金塔 、大风沙尘暴 ,受灾面积 0 . 66 万 hm ,成灾 1191 . 3 hm ,伤亡牲畜 400 头 ,刮坏 277 座大棚 ,畜圈 125 间 ,刮倒树木 1700 棵 ,刮断电线 2400 m ,经济损失 932 . 39 万元 。20

23、0322玉门 、民勤 、庆城大风沙尘暴 ,受灾面积 0 . 1027 hm ,成灾 115 . 9 hm ,7 死亡羊 6 只 ,倒塌房间 3 间 ,经济损失 1446 . 3万元 。农作物受灾面积 4 . 5915 万 hm2 ,受灾人口 77483 人 ,经济损失 6440 . 25 万元 。 沙尘暴主要出现在河西走廊 、陇中北部和陇东北部 。全省受灾人口 5 . 4181 万人 ,并造成 2 人死亡 ,农作物受灾面积4 . 1159 万 hm2 ,毁坏房屋 25 间 ,伤亡牲畜 6873 头 ,经济损失 16268 . 7 万元 。200420052006. 2加强环境治理 ,采取有力措

24、施 ,防止土地沙化是完全可能的 。和沙漠化加强法制建设 ,保护环境 ,无疑也是防治沙尘暴 害的重要措施 。沙漠 、沙漠化土地和干旱半干旱区的生态系统极为脆弱 ,不但自然抗灾能力弱 ,而 沙助风威 ,可以加大沙尘暴天气发生的机率及破 力 。通过保护沙生植被 ,治理沙漠化土地 ,科学经 保护干旱半干旱地区国土资源 ,控制沙漠化土地4 . 3加强防护林建设和退化生态区域的恢复治理 ,扩大林草覆盖面积经对比分析历史灾例发现 ,凡是防护林体系比较完整的绿洲 、天然植被和人工植被覆盖度达 30 %左右且地表有结皮的草场 、有防护林带或灌木一草 木植被带保护的铁路干线及支线 ,基本上不受沙尘 暴的危害 。而

25、危害最严重的是无防护林体系的新垦干旱地区农业研究第 26 卷216分析J . 高原气象 ,2004 ,23 ( 3) :374 381 .方宗义 ,王 炜. 2002 年我国沙尘暴的若干特征分析 J . 应用 气象学报 ,2003 ,14 ( 5) :513 521 .钱正安 ,宋敏红 ,李万元. 近 50 年来中国北方沙尘暴的分布及 变化趋势分析J . 中国沙漠 ,2002 ,22 ( 2) :106 111 .江 灏 ,吴 虹 ,尹宪志 ,等. 河西走廊沙尘暴的时空变化特征 与其环流背景J . 高原气象 ,2004 ,23 ( 4) :548 552 .牛生杰 ,孙继明 , 桑建仁. 贺兰

26、山地区沙尘暴发生次数的变化 趋势J . 中国沙漠 ,2000 ,20 ( 1) :55 58 .张玉林 ,赵光平 , 杨淑萍. 宁夏强沙尘暴形成机制的探索和研 究J . 中国沙漠 ,1996 ,16 ( 4) :352 355 .牛生杰 ,章澄昌. 贺兰山地区沙尘暴沙尘起动和垂直输送物 理因子的综合研究J . 气象学报 ,2002 ,60 ( 2) :194 203 .丁 荣 ,张德玉 ,梁俊宁 ,等. 甘肃河西走廊中部近 45 a 来大 风沙尘暴 气 候 背 景 分 析 J . 中 国 沙 漠 , 2006 , 26 ( 5 ) : 792 796 .郭 慧 ,王式功 ,李栋梁 ,等. 甘肃

27、春季 ( 3 5 月) 沙尘暴成因 分析J . 中国沙漠 ,2005 ,25 ( 3) :412 416 .张 强 ,王 胜. 论特强沙尘暴 ( 黑风) 的物理特征及其气候 效应J . 中国沙漠 ,2005 ,25 ( 5) :675 681 .郭 慧 ,王式功 ,李栋梁. 甘肃春季沙尘暴环流特征及其时间 尺度诊断分析J . 中国沙漠 ,2004 ,24 ( 5) :593 598 .李栋梁 , 王 涛 , 钟海玲 , 等. 中国北方沙尘暴气候成因及未 来趋势预测J . 中国沙漠 ,2004 ,24 ( 3) :376 379 .李岩瑛 , 李耀辉 , 罗晓玲 , 等. 河西走廊东部沙尘暴预报

28、方法 研究J . 中国沙漠 ,2004 ,24 ( 5) :607 610 .赵红岩 , 陈旭辉 , 王锡稳 , 等. 西北地区春季沙尘暴气候分析 及预测方法研究J . 中国沙漠 ,2004 ,24 ( 5) :637 641 .王劲松 ,李耀辉 , 康凤琴 , 等.“4 . 12 ”沙尘暴天气的数值模拟 及诊断分析J . 高原气象 ,2004 ,23 ( 1) :89 96 .杨福生. 小波变换的工程分析与应用M . 北京 :科学出版社 ,2000 . 22 27 .陈晓燕 ,鲍伦军 ,莫金垣 ,等. 用墨西哥帽小波研究 DNA 序列 的分形特征J . 化学学报 ,2004 ,61 ( 2)

29、 :273 278 .严禁乱砍滥伐 ,适当封育 ,使林草恢复繁衍 。5小结561) 各季沙尘暴日数 20 世纪 70 年代最多 ,60 年次多 ,6070 年代呈增加趋势 ,80 年至本世纪初呈 迅速减少趋势 。各季沙尘暴日数近 47 a 总体呈减少趋势 , 1960 1986 年多数年份偏多 , 1986 2006年持续减少 。小波分析显现出各季沙尘暴日数存在6a 、9 a 和 12 a 的准周期变化振荡 。2) 沙尘暴天气携带的大量沙尘蔽日遮光 ,轻者 可使大量牲畜患染呼吸道及肠胃疾病 ,严重时将导致大量“春乏”牲畜死亡 、刮走农田沃土 、种子和幼苗 。沙尘暴还会使地表层土壤风蚀 、沙漠化

30、加剧 ,覆 盖在植物叶面上厚厚的沙尘 ,影响正常的光合作用 , 造成作物减产 。3) 应该采取发展有效的强沙尘暴天气防护体 系 、加强环境治理 ,采取有力措施 ,防止土地沙化和 沙漠化 、加强防护林建设和退化生态区域的恢复治 理 ,扩大林草覆盖面积等方法来防御 、减少沙尘暴带 来的损失 。78910111213141516参 考 文 献 :171周自江 , 王锡稳 , 牛 若 芸. 近 47 年 中 国 沙 尘 暴 气 候 特 征 分 析J . 应用气象学报 ,2002 ,13 ( 2) :193 200 .李栋梁 ,钟海玲 ,魏 丽 ,等. 中国北方沙尘暴日数的气候特征 及对春季地面感热的响

31、应 J . 高原气象 , 2003 , 22 ( 4 ) : 420 427 .182193刘立超 ,安兴琴 ,李新荣 ,等. 宁夏盐池沙尘暴特征分析 J .国沙漠 ,2003 ,23 ( 1) :33 37 .中20陈晓光 ,张存杰 ,董安祥 ,等. 甘肃省沙尘暴过程的划分及统计4Change characteristics of sandstorm in Gansu Province and its impacts to agricultureSU N L an2do ng1 ,2 , L IU De2xiang2( 1 . I nst i t ute of A ri d M eteoro

32、logy , CM A , L anz hou 730020 , Chi n a ;2 . L anz hou Region al Cl i m ate Center , L anz hou , Gans u 730020 , Chi n a)Abstract : Based o n t he data abo ut sandsto r m f ro m 75 meteo rological statio ns f ro m 19602006 in GansuProvince , using t he met ho ds of wavelet analysis and co rrelatio

33、n , t he seaso nal change characteristics of sandsto r m in Gansu Province was analyzed. The result s show : Seaso nal sandsto r m days have declined in recent 47 years , and t hey rep resent t he 6 - year and 9 - year perio dic o scillatio n by t he wavelet analysis. The sandsto r m result in heavy

34、 eco no mic damage to agricult ural p ro ductio n in Gansu Provincre , especially t he“5 . 5 Black Wind”in 1993 . Therefo re , t he st udies o n sandsto r m , sandsto r m damage and how to co nt rol , mo nito r and p redict sandsto r msho uld be reinfo rced.Key words : sandsto r m ; change characteristics ; agricult ural p ro ductio n ; Gansu Province