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塔克拉玛干沙漠风沙活动强度特征分析 风是形成地形的基本营力之一，特别是在干旱气候条件下，它不仅是决定沙漠表面形状的主要动力，也是沙害的直接动力。因此,研究风沙活动强度不仅是深刻揭示沙丘形成演变的前提条件,也是为区域沙害防治服务的理论依据。 塔克拉玛干沙漠是我国最大的沙漠(图1),面积35×104km2,其中沙丘类型齐全、结构复杂;加之沙漠内部和周边分布着众多古城遗址,吸引着国内外科研、考古及探险者的关注。其中,风沙强度及其危害历来受到我国学者重视。早在20世纪60年代,朱震达等就对沙漠边缘的风沙问题做过研究。80年代《塔克拉玛干风沙地貌研究》一书的出版使塔克拉玛干沙漠风沙研究进入了一个崭新阶段。随后,沙漠油田开发和沙漠公路的贯通,为整个沙漠特别是沙漠腹地的研究提供了机遇。凌裕泉等率先研究了近地表流场特征与输沙强度的关系,并对该区域沙漠化问题作了探讨;董治宝等着重研究了沙漠公路沿线风沙活动特征;王训明等则对沙漠腹地和沙漠东北部的风况特征与沙丘形态动力学过程进行了研究;陈渭南、李振山、陈广庭等分别研究了沙漠公路沿线及整个盆地的起沙风况。 上述研究均取得了重要成果,然而由于塔克拉玛干沙漠自然环境恶劣、交通不便、资料缺乏等条件制约,这些成果多针对点或者线,而对整个面上的风沙活动研究相对较少。本文利用覆盖整个沙漠的近20个气象站的自计风速风向资料,对塔克拉玛干沙漠风沙活动强度进行了系统研究,以便为区域风沙地貌研究和沙害防治实践提供理论依据。 1 资料年限及起沙单 风速风向资料来源于沙漠内部和边缘地带的20个气象站(图1)的16方位自动风速仪记录,风速仪风杯距地面高度均为11.4m,记录的时间步长为10分钟(即风速、风向均为每小时6次纪录)。由于沙漠周边各站资料记录年限较长,而沙漠公路沿线的肖塘、满参及塔中三站均从1994年开始,在年平均风速统计中沙漠周边站点采用资料年限为1965~2000年,沙漠公路沿线三站为1996~2000年(满参站只有1995~1996年资料)。为同步起见,在起沙风、输沙势及输沙量统计和计算中,所有站点一律采用1996~2000年风资料(满参站只有1年)。由于对风沙地貌及沙害形成具有直接作用的是大于临界起沙风风速,在资料统计以前首先要确定临界起沙风速。根据前人研究结果,在塔克拉玛干沙漠距地面11.4m处,临界起沙风速一般取6.0m/s。从每个气象站同期记录中统计大于临界起沙风速(6.0m/s)的出现次数,就可以得到16方位每年大于起沙风次数(时间)。 2 最大风热同步风速与平均温度时平均风速与平均风速关系 平均风速是衡量风沙强度活动的指标之一,一般有年平均、月平均与日平均之分。由于不同区域、不同时间盛行风向强度的差异,塔克拉玛干沙漠年平均风速较小(表1),一般介于1.5~3.0m/s之间,而且存在明显区域差异从东到西逐渐变小,以若羌、塔中、莎车一线为例,年平均风速分别为2.7m/s、2.3m/s、1.8m/s。 从时间变化来看,各站平均风速春、夏季最大,秋季次之,冬季最小。如果将各月平均风速与平均温度对比,可以发现沙漠边缘与内部存在着明显区别(图2),沙漠内部的肖塘、满参及塔中等3个站的平均风速与平均温度变化存在着明显的同步性,即“风热同步”现象,月平均风速及平均温度均以6~7月份最大,12~1月份最小。而沙漠边缘所有站点的情况与此不同,平均风速最大值一般都出现在4~5月份,而平均温度最大值一般出现在7月份,出现温度变化滞后于风速变化现象。对于塔克拉玛干沙漠内部“风热同步”现象的原因有待于进一步深入研究。但笔者初步认为,这种情况的出现主要与沙漠内部及周边不同下垫面导致的热力性质差异有关。众所周知,在炎热的夏季,沙漠内部成为 巨大的热源,与边缘地区形成较大的温度梯度,导致周边风系向沙漠腹地汇聚,在此过程中风力也会逐步增强,从而使沙漠内部出现了“风热同步”现象。 实际上,这种沙漠内部的“风热同步”不仅体现在平均风速的年内变化,也存在于1日内风速变化中。从满参与塔中2个站平均风速日变化中可以清楚看到(图3),不管春、夏、秋、冬,一天之内最小平均风速往往出现在最冷的凌晨时段,随着气温的升高,风速也会逐渐增大,峰值一般都出现在中午12∶00以后的几个小时之内。 3 不同等级风速作用时间统计量分布不均衡,有的改 临界起沙风速是研究风沙运动规律、解决风沙工程问题的关键指标之一,它与地表性质有关,也因观测时距、观测高度、起动性质的变化而不同。表2给出了塔克拉玛干沙漠各站点起沙风作用时间。其中若羌起沙风作用时间最长,达到1384小时,占全年总时间的15.8%,最小的是莎车、于田,只有106和108小时,仅占到全年总时间的1.2%左右,其它各站从175~765小时不等。 上述起沙风作用时间是不同等级风速作用时间总和。图4是主要站点