新疆庫(kù)姆塔格沙漠風(fēng)場(chǎng)的日變化與季節(jié)變化

新疆庫(kù)姆塔格沙漠風(fēng)場(chǎng)的日變化與季節(jié)變化

庫(kù)姆塔格沙漠位于中國(guó)溫帶極端干燥的沙漠地區(qū)（3907'50-410003'，8957'49-945408'）。位于新疆塔里木盆地羅布泊地區(qū)，東連甘肅省敦煌市，北距天山山脈東段，南與阿爾金山交界處，被譽(yù)為中國(guó)第六大沙漠。在庫(kù)姆塔格沙漠的北部,為疏勒河下游及羅布泊洼地,著名的風(fēng)蝕地貌就分布在洼地的西北部及疏勒河下游,面積為2600多平方公里,僅次于柴達(dá)木盆地西北部的風(fēng)蝕地,是我國(guó)第二個(gè)面積最大的風(fēng)蝕地區(qū),南部為高大的阿爾金山。沙漠的主體發(fā)育在阿爾金山北麓的洪積扇平原上,整個(gè)沙漠呈奇特的“掃帚狀”形態(tài)并以其獨(dú)特的“羽毛狀沙丘”著稱于世。近幾年,隨著對(duì)沙漠科考的不斷深入,諸多學(xué)者在沙漠內(nèi)部地貌特征、沙漠內(nèi)植物動(dòng)物種群的特征以及沙丘的粒度分布等多個(gè)方面取得了一系列的成果。夏訓(xùn)誠(chéng)和屈建軍等學(xué)者對(duì)羽毛狀沙丘進(jìn)行形態(tài)描述的同時(shí),也從不同的角度分析了“羽毛狀沙丘”形成的可能成因;董治寶等從地質(zhì)構(gòu)造、風(fēng)況特征等多方面探討了“羽毛狀”的風(fēng)沙地貌。除了特殊的羽毛狀沙丘之外,庫(kù)姆塔格沙漠內(nèi)部還分布多種復(fù)雜形態(tài)的沙丘,有新月形沙丘、格狀沙丘、線形沙丘、金字塔沙丘、星狀沙丘、復(fù)合型沙丘,以及沙壟、沙丘鏈和高達(dá)百米以上的沙山,這形成了庫(kù)姆塔格豐富的地貌。沙漠及沙丘是干旱多風(fēng)環(huán)境下風(fēng)與沙質(zhì)地表作用的結(jié)果,它們的發(fā)生、發(fā)展除受沙物質(zhì)來(lái)源的影響外,風(fēng)是主要的動(dòng)力。俄有浩等人對(duì)庫(kù)姆塔格沙漠古水系變遷及其與沙漠地貌形態(tài)的形成和變化關(guān)系進(jìn)行了研究,指出庫(kù)姆塔格沙漠是在流水地貌的基礎(chǔ)上,經(jīng)過(guò)強(qiáng)烈的風(fēng)蝕風(fēng)積作用塑造,形成了“帚狀”形態(tài)和“羽毛狀沙丘”等獨(dú)特的沙漠地貌景觀。因此,了解沙漠內(nèi)部風(fēng)況對(duì)于理解沙漠地貌的形成顯得尤為重要。然而由于自然環(huán)境的嚴(yán)酷,長(zhǎng)期以來(lái)很難獲得庫(kù)姆塔格沙漠內(nèi)部風(fēng)的第一手觀測(cè)資料。筆者采用2007年9月聯(lián)合科考隊(duì)在對(duì)庫(kù)姆塔格沙漠綜合考察的過(guò)程中安裝在沙漠南部和北部的自動(dòng)氣象站,以及西部和東部的自動(dòng)測(cè)風(fēng)站獲取的風(fēng)資料,結(jié)合MICAPS系統(tǒng)通過(guò)VSAT接收到的格點(diǎn)風(fēng)資料,對(duì)沙漠內(nèi)部的風(fēng)場(chǎng)的進(jìn)行了詳實(shí)分析,不僅可以為揭示“羽毛狀沙丘”的成因以及風(fēng)沙地貌的形成提供重要科學(xué)依據(jù),而且對(duì)于揭示沙漠內(nèi)部及周圍地理環(huán)境的演變有重要的參考價(jià)值。1本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)的建立本研究中所用到的資料包括:①由MICAPS氣象信息系統(tǒng)獲得的根據(jù)地面實(shí)時(shí)的10m高度的測(cè)風(fēng)資料插值得到的風(fēng)場(chǎng)2°×2°格點(diǎn)資料。MICAPS是中國(guó)氣象局重點(diǎn)工程辦公室9210工程項(xiàng)目組所屬人機(jī)交互處理系統(tǒng)技術(shù)開發(fā)組研發(fā)的。氣象臺(tái)站通過(guò)衛(wèi)星接收系統(tǒng)(VSAT)接收氣象衛(wèi)星下發(fā)的數(shù)據(jù),系統(tǒng)定時(shí)從服務(wù)器上獲取這些數(shù)據(jù)后,在MICAPS主機(jī)上進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換,再?gòu)谋镜赜脖P上形成一個(gè)按文件管理的本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù),在日常運(yùn)行中,MICAPS就可以從本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)中獲取的數(shù)據(jù),我們這里采用了本地?cái)?shù)據(jù)目錄的surface目錄下uv文件夾中的風(fēng)場(chǎng)格點(diǎn)資料,選取的范圍是37°—43°N,89°—95°E,共包含16個(gè)格點(diǎn)。②庫(kù)姆塔格聯(lián)合科考項(xiàng)目與蘭州干旱氣象研究所合作在沙漠北部和南部建成的兩個(gè)自動(dòng)氣象站的觀測(cè)資料,自動(dòng)氣象站的記錄方式為每小時(shí)一次,記錄了距地2m和6m高度的溫、壓、濕、風(fēng)的資料。文中分析采用了2m高度的風(fēng)向風(fēng)速資料。③庫(kù)姆塔格聯(lián)合科考隊(duì)建在沙漠東部和西部的兩個(gè)測(cè)風(fēng)氣象站每15min一次的距地2m高度的風(fēng)向、風(fēng)速資料。以上資料都取2007年10月,2008年1月,2008年4月,2008年7月,分別代表了秋、冬、春、夏4季,資料處理中用邊界層風(fēng)速的計(jì)算公式把MICAPS格點(diǎn)資料的10m風(fēng)場(chǎng)換算為距地2m的風(fēng)場(chǎng),下墊面取以戈壁為主,根據(jù)張強(qiáng)等人的研究結(jié)果,戈壁的空氣動(dòng)力學(xué)粗糙度為0.0019m。最后用grads繪圖軟件中自帶的Cressman插值函數(shù)進(jìn)行格點(diǎn)插值以及繪圖分析。2結(jié)果分析2.1區(qū)域風(fēng)場(chǎng)的轉(zhuǎn)變局地的風(fēng)況受大氣環(huán)流、特定地形等因素的共同作用而形成。庫(kù)姆塔格沙漠的氣候?qū)儆跇O端干旱大陸性氣候,北部地區(qū)位于天山東閭,受“東灌天氣”的影響,主風(fēng)為強(qiáng)勁的東北風(fēng),南邊的阿爾金山使得沙漠南部的風(fēng)場(chǎng)有著類似山谷風(fēng)的規(guī)律。在更大的空間范圍內(nèi),沙漠同時(shí)受青藏高原大地形的影響。青藏高原的熱力和動(dòng)力作用在不同季節(jié)的轉(zhuǎn)變對(duì)周圍風(fēng)場(chǎng)的變化有重要作用。因?yàn)椴煌竟?jié)熱力情況的差異,所以下面從不同的季節(jié)入手討論風(fēng)場(chǎng)的時(shí)空變化。2.1.1干旱氣候環(huán)境分析春季高空盛行西風(fēng)氣流,近地層表現(xiàn)為從阿爾泰山東側(cè)進(jìn)入的西北氣流,由西北—東南向進(jìn)入寧夏河套地區(qū),青藏高原北側(cè)的西南氣流沿著高原北側(cè)自西向東運(yùn)行,受南疆盆地的地形影響,風(fēng)速逐漸減弱,與由帕米爾高原北部進(jìn)入南疆的西風(fēng)氣流合并在羅布泊、庫(kù)姆塔格沙漠區(qū)轉(zhuǎn)向東南下,沿著祁連山進(jìn)入河西走廊,形成一股反氣旋的氣流,造成了此地的干旱氣候環(huán)境。從圖1A中可以看出,沙漠內(nèi)部風(fēng)速較大,整體表現(xiàn)出白天(11—20時(shí))盛行偏北風(fēng),夜晚(23—08時(shí))盛行偏南風(fēng)的特征。08時(shí)沙漠東部的偏南風(fēng)減弱,到11時(shí),沙漠東北北部出現(xiàn)北風(fēng),其他區(qū)域風(fēng)速很小,14時(shí)以后,整個(gè)沙漠以偏西北風(fēng)為主,風(fēng)速較大,直至夜晚23時(shí),風(fēng)向發(fā)生變化,原來(lái)的偏北風(fēng)減弱,東部出現(xiàn)弱的偏南風(fēng),沙漠中東部為偏南風(fēng),沙漠西部為東南風(fēng),而沙漠北部依然有弱的東北風(fēng),風(fēng)向的轉(zhuǎn)換時(shí)間分別為在上午11時(shí)和夜晚23時(shí)。2.1.2最大風(fēng)場(chǎng)區(qū)域夏季北疆西部進(jìn)入的西北氣流沿著天山東行,在天山東部轉(zhuǎn)為東北風(fēng),在羅布泊及庫(kù)姆塔格沙漠區(qū)形成了一支反氣旋氣流。另外,夏季青藏高原是個(gè)很大的熱源,周圍的氣流呈現(xiàn)出向高原輻合的趨勢(shì),所以大范圍的流場(chǎng)以偏北風(fēng)為主。從圖1B上可以看出,沙漠局地風(fēng)場(chǎng)也存在明顯的日變化,白天一直維持較為強(qiáng)盛的偏西北風(fēng),晚上23時(shí)發(fā)生了風(fēng)向的轉(zhuǎn)變,首先是沙漠東部和南部的偏北氣流減弱甚至消失,但是沙漠北部的偏北風(fēng)仍然持續(xù),到了02時(shí),沙漠東部、南部出現(xiàn)了偏南氣流,沙漠東南部為西南風(fēng),西南部為東北風(fēng),呈輻散趨勢(shì),但是沙漠北部仍然維持偏北風(fēng),而且北部風(fēng)速大于南部,這就在沙漠中部形成了風(fēng)速和風(fēng)向的輻合區(qū)。這種情形一直維持到上午08時(shí),直到11時(shí),風(fēng)向再次發(fā)生了變化,沙漠北部,東部,西部都轉(zhuǎn)為偏北風(fēng),只有南部的部分區(qū)域有弱的南風(fēng),到14時(shí),風(fēng)向轉(zhuǎn)為偏北風(fēng)。2.1.3偏北風(fēng)和偏南風(fēng)秋季因?yàn)榍嗖馗咴饾u由夏季的熱低壓轉(zhuǎn)為冷高壓,氣流由高原向四周輻散。所以位于青藏高原北麓的廣大區(qū)域,在秋季盛行偏西南風(fēng)。沙漠內(nèi)部的風(fēng)場(chǎng)在白天(11—20時(shí))主要為偏北風(fēng),沙漠北部和西部盛行東北風(fēng),而沙漠南部和東部盛行偏北風(fēng)。夜晚(23—08時(shí))主要為偏南風(fēng),20時(shí)在沙漠東部首先出現(xiàn)了東南風(fēng),沙漠中西部的偏北風(fēng)減小,23時(shí)沙漠東部的東南風(fēng)轉(zhuǎn)為風(fēng)速值較大的偏南風(fēng)。沙漠南部由原來(lái)的偏北風(fēng)轉(zhuǎn)為西南風(fēng),沙漠西部的東北風(fēng)轉(zhuǎn)換為東南風(fēng),但是沙漠北部有小范圍地區(qū)有弱的偏北風(fēng)。這種風(fēng)場(chǎng)分布情況一直維持到次日早晨08時(shí)。2.1.4下山風(fēng)和谷風(fēng)冬季大范圍的風(fēng)場(chǎng)仍然為西南風(fēng),由于冬季青藏高原冷高壓的勢(shì)力進(jìn)一步增強(qiáng),所以從青藏高原向四周輻散的氣流更加強(qiáng)盛,沙漠內(nèi)部風(fēng)場(chǎng)整體以偏南風(fēng)為主,夜晚風(fēng)速較大,白天風(fēng)速很小,下山風(fēng)(偏南風(fēng))從傍晚20時(shí)一直持續(xù)到次日上午11時(shí),谷風(fēng)僅從下午14—17時(shí),這主要是由于冬季日照時(shí)數(shù)短導(dǎo)致。由圖2B側(cè)還可以看出,山風(fēng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于谷風(fēng),這與北半球冬季太陽(yáng)輻射很弱,造成的地面升溫不很明顯緊密相關(guān)。從上面的分析可以看出,由于受南面阿爾金山高大山體的作用,庫(kù)姆塔格沙漠的風(fēng)場(chǎng)存在明顯的日變化,表現(xiàn)出類似山谷風(fēng)的風(fēng)向轉(zhuǎn)換規(guī)律,白天以上山的偏北風(fēng)為主,夜晚以下山的偏南風(fēng)為主,不同的季節(jié)山谷風(fēng)的轉(zhuǎn)化時(shí)間相應(yīng)地不同。2.2偏北風(fēng)和北北風(fēng)的運(yùn)行從圖3中可以看出,冬季1月庫(kù)姆塔格沙漠偏南風(fēng)占主導(dǎo)地位,西部為東南風(fēng),東部和南部以西南風(fēng)為主,風(fēng)速由南向北逐漸減小。春季4月偏北風(fēng)開始占主導(dǎo),沙漠北部的偏東北氣流在向南運(yùn)行的過(guò)程中分為3支:一支以偏東氣流向西運(yùn)行;一支繼續(xù)南下而在沙漠南部轉(zhuǎn)為西北氣流;另外一支是沙漠東部的偏西氣流以西北向東南流去。到了夏季7月,整個(gè)沙漠地區(qū)被偏北風(fēng)所占據(jù),且風(fēng)速較大,沙漠北部和西部盛行東北風(fēng),南部和東部以西北風(fēng)為主。到了秋季10月,原來(lái)