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作者：楊艷程捷田明中王麗孟晶晶單位：中國地質大學地球科學與資源學院北京

哈爾濱市沙塵暴時空分布規律

1時間分布規律

1．1年代分布特征

通過對哈爾濱市沙塵暴發生次數進行年代統計，可得到以下規律(圖3)。

(1)哈爾濱市在20世紀70年代沙塵暴出現次數最多，60年代次之，80年代明顯減少，90年代最少。在70年代，沙塵暴年均發生14次，其中最高可達8次/年，是一個高頻爆發期。而80年代年均7．5次/年，90年代年均為1．1次/年。70年代沙塵暴發生的次數是80年代的近2倍，是90年代的10倍之多。這表明，哈爾濱市沙塵暴發生的總次數年際間變化在60年代前呈上升的趨勢，70年代之后呈下降趨勢，而且下降的速度很快(圖3)。

(2)進入21世紀以來，沙塵暴發生次數又有上升的趨勢，但等級較一般，主要以揚沙、浮塵為主，出現增長的階段(圖4)。不難看出，哈爾濱市沙塵暴發生的規律明顯，年際間發生頻數具體特征的變化，強與特強沙塵暴天氣呈上升趨勢，這與人口增長、不合理生產活動、荒漠化越來越嚴重、干旱與半干旱地區生態環境的失衡，及全球背景下沙塵暴近十幾年來，整個北方沙塵暴進入相對活躍期，存在著必然的聯系。

1．2季節分布特征

根據觀測資料，哈爾濱市沙塵暴一年四季均有發生，但存在明顯的季節性，沙塵暴活動最強的月份是在溫度適中的3－4月。表2是1961－2010年間累年沙塵暴按月和季節統計結果，表明哈爾濱市沙塵暴主要發生在春季，占全年總數的85．07%，少數發生在秋季和冬季，極少數發生在夏季。

春季，該區氣溫回升，土壤表土層中的冰融化，土層松動，再加之，大氣強對流空氣變得不穩定，到4月平均風速達到最大，這為沙塵暴的發生提供了豐富的物源和動力條件。在加上干燥疏松的下墊面、與高空環流的有機配合使沙塵暴在4月爆發次數最多;8月地表植被覆蓋良好，莊稼使表層土壤固結，加上夏季雨水多，不易形成沙塵暴，而冬季以2月居多且以浮塵天氣為主(圖5)。圖5哈爾濱市及區縣沙塵暴月暴發頻數變化圖Fig．5MonthlydistributionofduststormsinHarbin(1961－2010)表2哈爾濱市城區及周邊區縣沙塵暴月份及季節分布(1961－2010年)Tab．2MonthlyandseasonaldistributionofduststormsinHarbin(1961－2010)沙塵暴次數春季夏季秋季冬季月份345678910111212月份總數541329913302115358季節總數285161816季節分配率(%)85．074．786．374．78

2空間分布規律

2．1區域分布特征

張麗娟等(2001年)利用1954－2000年哈爾濱市沙塵暴的資料及黑龍江各站點的氣象資料繪制了黑龍江省沙塵暴區域分布圖，文中參考其部分數據并結合最新的氣象資料，對黑龍江省沙塵暴地域分區圖進行了局部修改(圖6)，可以看出，黑龍江省沙塵暴主要分布在西南，存在兩個高發區有中心，哈爾濱市就是其中一個。

哈爾濱市中部城區從1961－2010年共發生沙塵暴335次，平均每年發生沙塵暴6．7次，無沙塵暴的年份占13．3%;雙城市從1961－2010年共發生沙塵暴270次，平均每年發生沙塵暴5．4次，2000年后以揚沙、浮塵為主，其中2001年次數最多，達13次。

2．2降塵通量時空分布規律

從2009年3月－2010年6月利用自然沉降法逐周進行收集哈爾濱市呼蘭縣、雙城市的自然降塵，沉降在一個敞開的容器中。采樣后用重量法測定降塵量。結果用單位面積、單位時間內從大氣中自然沉降的顆粒物質量，來計算出大氣降塵向地面輸入的通量。降塵量的計算公式:M(t/km2•Day)=10000(W1－W0)/SD(1)式中:M為降塵總量(t/km2•Day);W0為空容器的重量(g);W1為降塵加容器的重量(g);S為容器的面積(三次平均值)(cm2);D為截隔采樣的天數。經過公式(1)計算，得出:呼蘭縣2009年的降塵通量為0．5301t/km2，2010年的降塵通量為0．6085t/km2;雙城市2009年的降塵通量為1．1690t/km2，2010年的降塵通量為1．4057t/km2;從月份來看，呼蘭和雙城降塵通量最大月份均在4月份，呼蘭4月降塵通量為2．893t/km2，其次為3月;雙城4月份和5月份的降塵通量相當，均達到6．146左右，其次為3月份，與沙塵暴暴發的季節分布特征保持一致。

哈爾濱市沙塵暴發生氣象條件

1與大風日數的關系

大風是沙塵暴發生的動力條件，但往往沙塵暴發生的日數少于大風日數，因為除了受大風影響外，還受下墊面因素的制約，一般來講，沙塵暴發生的次數與大風日數呈正相關(圖7)。

對于沙塵暴起動風速的研究，最早拜格諾根據實驗結果提出:起動風速與沙礫粒徑的平方根成正比(表3)，這個結果經過了反復的實驗和驗證，然而，啟動風速還和地表性質、沙子含水率、地表粗糙度等有關，如地表沙子含水，增加了沙子的粘滯性，這樣要求沙子的起動風速值加大，鑒于此，在不同的地區，沙塵暴起動風速按照實際情況而定，根據哈爾濱市沙塵暴的監測情況可以看出，哈爾濱市沙塵暴的風速大于8m/s時，可出現沙塵暴天氣。

2與風速、風向的關系

從風向、風速關系圖(圖8)中可以進一步看出，在3－5月，風向為偏南風(S－WSW)條件時，沙塵暴發生次數占總次數的83．39%;西北風向(W－N)時，沙塵暴發生次數占總次數的11．86%;出現東風(NNE－SSE)時，出現沙塵暴的次數僅占4．75%。由此可見，在西南風條件下，沙塵暴出現的幾率最大。

2004年5月8日，雙城市11:10分發生沙塵暴天氣，持續4個小時之久，平均風速7．8m/s，瞬時風速最大達到18m/s，據地面監測記錄顯示，在距沙塵暴發生5分鐘后瞬時風速達到10m/s，到14:50分地面風速逐漸減小，地面能見度好轉，沙塵暴天氣接近結束。哈爾濱市沙塵暴天氣發生前風速很小，但在沙塵暴發生的5－10分鐘內，風速迅速達到最大，風速的急速增加可以為沙粒的起動提供必要的條件，沙塵暴結束的15分鐘內，風速只有2－3m/s，在沙塵暴整個天氣過程中，風速呈波動式變化。

3與氣溫的關系

1961－1988年，哈爾濱市沙塵暴當日、前一日、次日平均氣溫曲線(圖9)，絕大多數情況，沙塵暴當時平均氣溫高于前一日和次日的氣溫。在溫度偏高的情況下多發生沙塵暴，進一步說明了沙塵天氣的發生與低層大氣層結的不穩定和強對流有關。春、夏季節，地面受熱增溫快，容易產生空氣層結不穩定，滿足沙塵暴起沙的熱力條件。春季出現氣溫回暖的突變情況，很容易誘發沙塵天氣，因為春季增溫后疏松的表層為沙塵天氣的發生提供了豐富的物質基礎。但并不表示，氣溫增高就會發生沙塵暴，氣溫對沙塵暴的影響不是絕對的，是相對復雜的。

在年際變化或年代變化中，主要是通過調整大氣環流減弱了風的作用(動力條件)，從而間接地影響了沙塵天氣的發生;季節變化中，主要是冬季(氣溫低)向春季(氣溫高)過渡時，提供了比較豐富的沙塵物源(物質條件);月際變化中，主要是3－8月份在降水量極小、地表覆蓋狀況差、晝夜溫差大的地區，地面受熱增溫快，易滿足空氣層結不穩定(熱力條件)，這一結論在很多學者的研究成果中得到了共識。

哈爾濱市沙塵暴與下墊面因子的關系

1與地貌的關系

廣袤的高原、眾多的沙漠沙地等地形地貌條件是沙塵暴區域分布特征的下墊面因子之一，為分析哈爾濱市沙塵暴與地貌的關系，根據研究區受影響的風向分別選擇了西南向、西北向兩條剖面線:A－B剖面，內蒙古科爾沁沙地－哈爾濱市市區;C－B剖面，呼倫貝爾沙地－哈爾濱市市區。這兩條剖面貫穿了哈爾濱市沙塵暴移動所經過的幾乎全部地貌類型，并與哈爾濱市沙塵暴的移動路徑相吻合，最大程度的反應了地貌與沙塵暴之間的關系。由剖面A－B(圖10)、C－B(圖11)可以看出，引起哈爾濱市沙塵暴的主要風向的地貌組合顯然不同，西南向主要是以平原為主，無遮擋，地表起伏不大，沙源地主要有渾善達克沙地－科爾沁沙地－拉林河流域的沙化地;西北風向地貌組合為呼倫貝爾高原－大興安嶺山地－松嫩平原，由于大興安嶺的阻擋，使得呼倫貝爾沙地很難進入哈爾濱市，只有近距離的嫩江流域的沙化地為沙塵天氣提供物源。

綜上所述，西南風為哈爾濱市沙塵暴的主導風向，沙塵暴發生次數占總次數較大比例的原因與地貌的組合存在密切的關系，沙源以遠源為主;其次為西北向方向，以近距離沙源為主。

2與植被、土壤的關系

根據2009年7－8月的哈爾濱市實地調查數據，依據全國《土地利用現狀調查技術規程》和黑龍江省《關于〈土地利用現狀調查技術規程〉補充規定》中土地利用標準，結合不同類型土壤的巖性、經營特點、利用方式和覆蓋度特征等因素，將哈爾濱市區、呼蘭區、雙城市劃分一級土地利用類型9個。

哈爾濱市地區的土地利用類型主要以旱地為主，其次為沙化地。旱地為人為的墾殖活動，其提供的懸移顆粒較多，而沙塵暴中懸移顆粒的多少，主要取決于風速的大小和荒漠化的程度，因此，旱地為沙塵暴提供大量的粉塵沙源物質，而沙化地的顆粒較粗，其提供的粉塵相對旱田較少，發生躍移的可能性更大。

結論與討論

(1)哈爾濱市沙塵暴時空分布存在一定的規律。年代變化特征:沙塵暴發生次數在20世紀70年代出現次數最多，是一個高頻爆發期，60年代次之，80年代明顯減少，90年代最少。進入21世紀以來，沙塵暴發生次數又有上升的趨勢。1)季節分布規律:主要發生在春季，占全年總數的85．07%，少數發生在秋季和冬季，極少數發生在夏季。2)空間分布規律，沙塵暴發生次數哈爾濱市西南方向雙城市比北部呼蘭區的多，主要受地貌因素和風向的控制。

(2)哈爾濱市沙塵暴天氣條件特征明顯。沙塵暴發生的日數與大風日數呈正相關:風向為偏南風(S－WSW)時，塵暴出現的幾率最大，其次為西北風，東風最少。

(3)沙塵暴發生與地貌的關系組合密切。西南向主要是以平原為主，無遮擋，地表起伏不大，沙源地主要有渾善達克沙地、科爾沁沙地、拉林河流域的沙化地;西北風向地貌組合為呼倫貝爾高原、大興安嶺山地、松嫩平原，由于大興安嶺的阻擋，使得遠源沙地呼倫貝爾沙地很難進入哈爾濱市，只有近距離的嫩江流域的沙化地為沙塵天氣提供物源。

(4)哈爾濱市地區的土地利用類型主要為旱地，其次為沙化地。旱地為其提供的懸移顆粒較多，而沙化地的顆粒較粗，提供的粉塵相對農田較少，發生躍移的可能性更大。

雖然從哈爾濱市沙塵暴的發生規律和氣象特征，可以推斷出沙塵暴的來源和移動路徑，但證據還不夠充分，需要更多的調查、分析使其豐富和可信，如降塵樣的粒度分析、同位素示蹤或高空氣象運移圖。對哈爾濱市沙塵暴的研究還需不斷的深入，文中旨在引起更多學者對中國東北部沙塵暴的關注，為哈爾濱市沙塵暴的監測和防治提供科學的資料，為今后的研究打下良好的基礎。