第四章 沙漠的气候

第四章沙漠的气候第1页，课件共60页，创作于2023年2月第一节降水及蒸发特征一、降水特征二、蒸发特征三、降水及蒸发的综合作用结果第2页，课件共60页，创作于2023年2月一、降水特征(一)降水量小(二)降水变率大第3页，课件共60页，创作于2023年2月(一)降水量小一般说来，沙漠地区年降水量＜250－500毫米，下限可为10-20毫米或终年滴水下降。新疆托克逊：1961－1970年年平均降水量3.9毫米；智利的安托法加斯塔：年雨量7.7mm；塔卡马荒漠的伊魁奎港：1899－1919年的20年间，14年不降滴雨，其余六年总雨量也仅24毫米；埃及的Dakhla：年雨量0.5mm(25年的统计)；第4页，课件共60页，创作于2023年2月(二)降水变率大1、年变率大2、季节性变化大、降水时间高度集中第5页，课件共60页，创作于2023年2月1、年变率大我国南方年降水变率一般＜15％；我国西北地区年降水变率一般＞40％；我国吐鲁番地区年降水变率为57.8％；民丰安迪尔1966年降雨量只有5.0毫米,而1971年却达42.5毫米,相差近10倍。撒哈拉的古达米斯(Ｃｈａｄａｍｅｓ，利比亚)的最大年雨量79毫米，最低年雨量6毫米，相差13倍之多。中东及北非年雨量变异系数与年平均雨量的关系见图4－1第6页，课件共60页，创作于2023年2月图4－1年雨量变异系数与年平均雨量的关系第7页，课件共60页，创作于2023年2月2、季节性变化大、降水时间高度集中①我国沙区除古尔班通古特沙漠有冬春雨雪外，多集中在7、8、9三个月（占全年降水的50－60％）②降水时间高度集中：多为对流性阵雨或暴雨。一年的雨量可在几个小时内降完。1958年新疆库车旧城毁于泥石流；1979年敦煌县城2/3的房屋因为洪水决库而被淹没；苏联沙漠夏季考察队遇洪水而把鞋子漂走。塔尔沙漠的一个地方年平均雨量约为130毫米，(1969)却于两天之中降雨约有860毫米。第8页，课件共60页，创作于2023年2月二、蒸发特征(一)蒸发特征(二)蒸发及蒸发力的概念(三)蒸发的测定及计算方法第9页，课件共60页，创作于2023年2月(一)蒸发特征1、蒸发强烈由于对最大可能蒸发量的理解及计算方法的不同。蒸发量的报道差异很大。我国沙区年蒸发量，过去认为在2500－3000毫米，有的地区4000毫米以上。撒哈拉的费赞和博尔库高达4500－6000mm。现在计算结果：托克逊：降水量3.9毫米,蒸发量1100mm左右；智利的安托法加斯塔：年雨量7.7mm；蒸发量为793mm；埃及的Dakhla：年雨量0.5mm，蒸发量为1301mm；《中国农业气候资源和农业气候区划》一书中，西北内陆沙区年蒸散量为1000-1200mm。德国特利尔大学的Mueller先生,按桑斯威特的公式计算，乌鲁木齐仅为625mm,酒泉的为658mm。2、蒸发表现出极不协调的现象——实际蒸发量很小，可能蒸发量极强。第10页，课件共60页，创作于2023年2月(二)蒸发及蒸发力的概念1、蒸发的概念2、赵松乔等区分的四种蒸发力概念。第11页，课件共60页，创作于2023年2月1、蒸发的概念蒸发是指自然表面以蒸气形态进行的水分运动，不论水气是来源于土壤或者植物。第12页，课件共60页，创作于2023年2月2、赵松乔等区分的四种蒸发力概念。(1)标定蒸发力(2)气候蒸发力(3)虚拟蒸发力(4)局部蒸发力第13页，课件共60页，创作于2023年2月(1)标定蒸发力在土壤水分充足，植物覆盖良好，属于生长盛期，并大面积均一的地段上的蒸发值，可称为标定蒸发力。第14页，课件共60页，创作于2023年2月(2)气候蒸发力在土壤充分湿润，但下垫面的植被不均一的条件下，用气象站的资料去计算蒸发力，所得的为气候蒸发力。气候蒸发力能大致代表当地的气候条件，也能作为当地制定灌溉定额的参考，但不能确切地反映具体作物的需水量。第15页，课件共60页，创作于2023年2月(3)虚拟蒸发力在大面积不充分湿润条件下，如将当地气象站实测的各要素的值，代入在湿润条件下计算蒸发力的公式，则计算所得并非本来意义上的蒸发力。从实践的角度考虑，要大面积范围内改变下垫面的湿润条件，目前尚难办到，而对于广大的半湿润地区、半干旱地区和干旱地区，也需要有一个表示蒸发力的指标性数值，为了区别于本来意义上的蒸发力，我们将在不充分湿润地区用气候计算法求得的这种蒸发力值叫做虚拟蒸发力。使用虚拟蒸发力可以有助于分析一个地区的自然条件特征，但若要以此为依据计算一个地区大范围内所亏缺的水分，作为大面积调水的依据，是不恰当的。第16页，课件共60页，创作于2023年2月(4)局部蒸发力在非充分湿润地区，有不少蒸发资料取自小面积充分湿润的田块，有些人将这些值也称为蒸发力，其实，它并不代表大面积的自然条件，即使大到若干公顷(几十亩、几百亩、甚至上千亩)，在广大的干旱、半干旱地区内，也只是一个小区，由于绿洲环境热量平衡方面的特殊性，这种实测值不仅不能代表周围区域大面积非湿润地区的蒸发值，也不能代表周围区域大面积充分湿润时的蒸发力。这样的数值我们可以称为局部蒸发力。其应用范围有限，也不能利用当地干燥环境下的气象记录来计算这种局部蒸发力。第17页，课件共60页，创作于2023年2月(三)蒸发的测定及计算方法蒸发量的测定及蒸发力的计算一直是气象、水文、地理及农林学家多年来关注的问题，测定自然表面的蒸发有三个基本方法：(1)根据水分平衡的差异；(2)根据能量平衡中的潜热测定；(3)根据近地面空气中水蒸气的净上升流。潜在蒸发力的计算方法很多。目前干旱地区研究中较常采作的方法如下：第18页，课件共60页，创作于2023年2月(1)彭曼(Penman.H.L)计算法(1948)Penman方程式把能量平衡法和空气动力学理论结合起来,虽然比此类其他算式为复杂,但它只使用标准气象资料就可以得到解答。起初是用于自由水面的蒸发，即：

式中:△＝在Ta温度下水汽压随温度而变化的斜率(毫米水银柱/℃)Ho＝幅射平衡项；r─干湿球温度表常数(r≈0.5mm/度)Ea＝由2米高处的风速(km/时)和2米高处水汽饱合差(mm水银柱)，共同决定的空气干燥力第19页，课件共60页，创作于2023年2月(2)桑特(Thornthwaite.C.W.)于1948年计算蒸发的方程式PE＝潜在蒸发量;L＝不同地带和季节间的改正系数；t＝选定的时段的平均温度;I＝计算12个月平均温度的指数;a＝关于I的一个综合地理因素的常数;第20页，课件共60页，创作于2023年2月(3)H.H.伊万诺夫提出的计算个别月蒸力(准确的说──水面蒸发)的经验公式E=0.0018(25+t)2(100-a)式中:E──蒸发力;t──温度；a──相对温度;这一公式是用维尔达蒸发器在全球很多湖泊进行水分平衡观测所得到的资料导出来的。第21页，课件共60页，创作于2023年2月三、降水及蒸发的综合作用结果降水及蒸发的综合作用结果——空气干燥我国沙区的空气湿度一般＜30％（为农业干热风的指标之一）有时出现“零”的纪录（说明采用常规仪器和常规方法难以测定空气的相对湿度）我国大气中全年平均含水量如下：华南上空40－50mm长江流域30mm黄河流域20mm西北大部分地区有的＜5mm第22页，课件共60页，创作于2023年2月第二节日照及冷热变化特征一、日照特征二、冷热特征第23页，课件共60页，创作于2023年2月一、日照特征1、日照时间长2、相同纬度地带日照时间比较第24页，课件共60页，创作于2023年2月1、日照时间长1年8760小时。温带沙漠2500－3000小时/年（占全年时数的29－34％）；热带亚热带的撒哈拉沙漠＞3600小时/年（占全年时数的41％），其中心地区可达4300小时（占全年时数的49％）；我国沙区全年日照时数在2500－3600小时（占全年时数的30－40％）。第25页，课件共60页，创作于2023年2月2、相同纬度地带日照时间比较我国沙区日照为2500－3600小时/年，占全年时数的29－41％；吐鲁番：3070小时；民勤：3001小时；包头：2995小时；日本东京2020小时；成都1089小时；贵阳：1325小时。注意：雾漠地区例外。秘鲁首都利马年日照1422小时，降水10.0mm，蒸发量884mm，空气相对湿度85％。第26页，课件共60页，创作于2023年2月表4－1我国沙漠地区日照时数对比地区名称气象台站名称年日照时间(小时)沙漠地区科尔沁沙地毛乌素沙地乌兰布和沙漠腾格里沙漠巴丹吉林沙漠准格尔盆地沙漠和戈壁塔克拉玛干沙漠通辽榆林吉兰秦民勤拐子湖克拉玛依阿克苏阿拉尔3111298733223001324927633032湿润地区广州南京成都190421711258

第27页，课件共60页，创作于2023年2月3、太阳辐射强达到地面的幅射强度取决于穿透大气时的太阳高度角、大气透明度、云量等因素。我国沙区太阳年总幅射量在136-226千卡/cm2，青海柴达木盆地可达200千卡/cm2左右，是全国总幅射量的最高中心之一(见表4－2)；我国南方一般＜116千卡/cm2太阳常数＝1025千卡/cm2.年第28页，课件共60页，创作于2023年2月表4-2沙漠地区与其它地区太阳总辐射值比较地区站名年总辐射量(千卡/厘米2)沙漠地区内蒙古东部内蒙古西部新疆北部新疆南部新疆东部青海柴达木南华东方西南地华南区锡林浩特老东庙克拉玛依和田若羌哈密格尔木冷湖上海成都广州140.345168.274134.345142.499157.039180.235191.368226.121113.84188.592116.126第29页，课件共60页，创作于2023年2月二、冷热特征1、温差大2、热量充足3、具有世界高温纪录第30页，课件共60页，创作于2023年2月1、温差大①年较差大最冷月与最热月温差非洲，一般不超过27℃温带沙区：我国一般30－40℃，绝对年温差可达50－60℃以上；安迪尔1967年达到67.2℃②日较差大非洲可达30.5-35.2℃;我国一般为10-20℃，最高可达40℃。“早穿皮袄午穿纱，围着火炉吃西瓜”的民谚正是对沙区温度剧变的真实而生动的写照。5月榆林飞播时进沙穿皮袄。第31页，课件共60页，创作于2023年2月2、热量充足表4－3、六十年代时各沙漠、沙地的平均热量状况沙区沙漠(地)暖季期间的积温(℃)东部呼伦贝尔(包括东乌珠穆沁)嫩江下游科尔沁浑善达克库布齐毛乌素(包括河东沙地)1900-23002500-30003000-33001800-28002600-30002800-3200西部乌兰布和腾格里巴丹吉林河西走廊库姆塔格古尔班通古特吐鲁番(东疆)搭克拉玛干3000-35003000-35003500以下2800-36003500以上3100-40004400-54003900-4300以上柴达木柴达木1100-1900(东南缘1000以下)第32页，课件共60页，创作于2023年2月3、具有世界高温纪录非洲——58℃，于1922年9月13日出现于利比亚北部的黎波里以南40公里的阿齐齐耶。墨西哥的路易斯——57.8℃,1933年8月11日最高气温记录。我国吐鲁番的纪录——47.5℃3大火炉城市的纪录：南京——43℃；武汉——41.3℃；重庆——44℃。沙地表面温度可达70℃,有的地方达76℃以上，1974年7月14日下午4时半，在吐鲁番五星公社附近的流沙地上，测得沙面最高温度竟达82.3℃。几分钟即可“煮”熟鸡蛋。第33页，课件共60页，创作于2023年2月第三节风沙特征1、风多2、风大、风沙活动频繁3、风沙危害严重4、亚洲、非洲地区常见的盛行风第34页，课件共60页，创作于2023年2月1、风多“一年一场风，从春乱到冬”。十日过沙渍，终日风不休，走马碎石中，四蹄皆血流。第35页，课件共60页，创作于2023年2月2、风大、风沙活动频繁我国大部分沙漠地区的起沙风每年可达300次以上(一天四次统计)。称为“风库”的安西，全年超过8级(风速≥17.2米/秒)的大风年均80天(最高年份达105天)；准噶尔门165天大风，最大风速超过40米/秒，艾比湖岸2－3厘米的砾石吹成30厘米的砾波。古尔图桥处1－2厘米的砾石堆高5－7米、宽70米的砾丘。说“飞砂走石”不为夸张。塔克拉玛干南部风沙日约占全年1/3。且多达145天；民勤1959年风沙日达148天，占全年日数的41％，一次可达17－48小时。第36页，课件共60页，创作于2023年2月表4-4我国沙漠地区风速的季节变化(1961-1970年)站名风速(米/秒)最大风速(米/秒)大风日数(≥8级)冬季春季夏季秋季全年通辽乌兰镇榆林吉兰泰民勤拐子湖伊吾淖毛湖吐鲁番克拉玛依阿克苏阿拉尔民丰安迪尔若羌3.22.71.73.32.43.52.41.11.31.21.01.64.93.73.24.13.54.95.92.55.02.53.04.32.82.72.23.62.94.44.92.55.32.32.53.13.12.32.03.02.23.43.91.44.21.41.62.33.42.92.23.62.84.24.41.83.91.92.02.920282320282434>40>401816>4026.650.710.136.115.950.677.535.375.412.04.742.6第37页，课件共60页，创作于2023年2月3、风沙危害严重发生沙尘暴时，天昏地暗，能见度只有几米；“对面闻声不见人，白天屋里要点灯”。“飞石轻如絮，辎重飘若蓬”压埋农田、道路、村庄，拔苗倒树，吹翻车辆，造成车辆不能通行，飞机无法起落；1961.5.31吐鲁番刮了一场速度＞40m/秒、持续7小时以上的大风，受灾作物22万亩，房屋倒塌数百间，压毁了大部分渠道和坎儿井，吹倒电线杆百余根。第38页，课件共60页，创作于2023年2月4、亚非洲地区常见的盛行风和飓风西蒙风（波斯语）：系中亚的一种干热风，原意“毒物”，人遇则亡。来自库尔德斯坦山地，持续15－20分钟，为飓风形式。喀新（辛）风：阿拉伯语中为“50”天之意。埃及的一种干热风。多发生在4－6月的50日之内，一连持续3日，往往带有大量沙尘。中东地区，凡是从沙漠中吹来的干热风，也常称为喀新（辛）。阿富汗风：发生在卡拉库姆沙漠中的风，类似喀新（辛）风。在该风作用下，位于该区的帖尔美兹市的迎风街道的门窗玻璃，两三年后被吹打成毛玻璃。第39页，课件共60页，创作于2023年2月沙尘暴的成因沙尘暴是一种风与沙相互作用的灾害性天气现象。现在有一种看法认为：大风加上沙漠以及疏松沙土质就可引起沙尘暴。其实问题远没有这么简单。许多资料表明，沙尘暴天气现象一般都伴有7级以上大风，而有些不伴有沙尘暴的大风，却比与沙尘暴相伴的风力还大。因而大风加上沙漠和疏松沙土质环境这两个条件并不能完全解释沙尘暴日数远小于大风日数的事实。对此，瞿章等在研究“930505”沙尘暴时指出，要特别重视并弄清沙尘暴天气里对流层低层强烈的对流不稳定状态的作用。第40页，课件共60页，创作于2023年2月兰新铁路遭受百年不遇沙害线路中断

光明日报消息：兰新铁路遭受百年不遇沙害线路中断乌铁局奋战一昼夜恢复运行2006年4月9日,一场百年未遇的特大风沙无情地侵袭了新疆铁路,兰新铁路“百里风区”鄯善至了墩站和南疆铁路线部分区段风力达到12级以上,铁路线段被积沙掩埋,列车玻璃窗被沙石击碎,近2万名旅客滞留在乌鲁木齐、哈密等站。70次列车左侧玻璃全部被风沙击碎,车厢内沙土厚达一尺多,在列车长的指挥下,几个车厢里,用铁丝将被子、铺板固定在车窗上挡风,确保旅客的生命财产安全。第41页，课件共60页，创作于2023年2月气候干燥造成中国北方持续沙尘天气

横扫中国北方１０个省区市的沙尘天气１１日仍在影响北京。伴随着五六级大风，沙尘继续笼罩着北京城，大气质量下滑至最严重的五级重度污染，首要污染物——可吸入颗粒物浓度保持在每立方米５００微克。这是自２００２年遭遇强沙尘天气以来，影响北京最长的一次沙尘天气。第42页，课件共60页，创作于2023年2月罗布泊发现干尸疑是失踪

科学家彭加木遗体1980年的6月17号，我国著名科学家彭加木在新疆罗布泊考察过程中，一个人外出找水，结果一去未回。最近，在彭加木当年失踪地点附近的沙漠中发现了一具干尸，人们开始怀疑这是不是当年失踪的彭加木的遗体。当时的失踪地点就在库姆塔格沙漠边缘的库木库都克附近，而发现无名干尸的地点距离这个地区只有20公里。无名干尸发现者刘强：当时碰到以后，发现他（无名干尸）是在沙子上趴着的，（身子）朝向正北方向。第43页，课件共60页，创作于2023年2月第四节沙漠地区的气候资源一、沙漠地区的农业气候资源二、沙区太阳能、风能的利用第44页，课件共60页，创作于2023年2月一、沙漠地区的农业气候资源1、光能资源：日照时间长，太阳辐射强，光质全。我国沙区年日照2500－3600小时；年总幅射量136-226千卡/cm2；其中生理辐射占40－50％。2、热量资源：数量充足，质量好。≥10℃的积温2800－5400度；昼夜温差大，有利于光合作用和糖分积累。驰名中外的吐鲁番葡萄、哈密瓜和白兰瓜等，都产于沙漠地区。3、水资源：降水稀少，限止了农林业的发展。4、气候生产潜力：主要受光、温、水因子制约。我国沙漠地区光温潜力大大超过气候潜力，说明水分是造成气候潜力极其低下的主导因子（见表4-5）。第45页，课件共60页，创作于2023年2月表4-5我国沙区气候生产潜力分区表地区名称生产潜力(公斤/亩)光温潜力气候潜力生物产量经济产量生物产量经济产量沙区南疆大部、河西走廊内蒙东部、宁夏北部、甘肃北部北疆、内蒙西部43750～7500031875～4275031875～4275015000～2625011250～1500011250～15000＜225010500～21375＜750＜7503750～7500＜750湿润区四川盆地52500～7500018750～2625015000～187502850～3500第46页，课件共60页，创作于2023年2月二、沙区太阳能、风能的利用1、太阳能、风能的优点与难点2、太阳能利用的历史、现状及展望3、风能利用的历史、现状及展望第47页，课件共60页，创作于2023年2月1、太阳能、风能的优点与难点优点：①取之不尽，用之不竭：尚可持续60亿年；地球仅获得其20亿分之一，7.034×1024焦耳＝20万亿吨烟煤热量。②就地可取：适用于地广人稀偏远的沙漠地区使用；③分布广泛，便于分散使用。太阳能≥120千卡/cm2.年；将10米高处风能密度＞150－200瓦/cm2.年，作为有利用价值的风能，全世界有2/3的地区具有此指标。④没有污染，不破坏生态环境。⑤周而复始，可以再生。难点：①能量密度低：3m/秒风速时，能量密度为0.02千瓦/m2；同速水能为20千瓦/m2。太阳能0.16千瓦/m2②能量不稳定：日夜变化，且无规律，救穷不救急。第48页，课件共60页，创作于2023年2月2、太阳能利用的历史、现状及展望①太阳能利用的历史②现状及展望③国外趋势第49页，课件共60页，创作于2023年2月①太阳能利用的历史西周（3000年前）：阳燧取火。晋朝（公元956－946年）：“削冰命园，举以向阳，以艾承其影，则得火”。古希腊（公元前214年）阿基米德，用盾牌，烧毁敌舰。作为能源利用有300年的历史：1615年法国考克斯首次把太阳能转化为机械能。第50页，课件共60页，创作于2023年2月②现状及展望1954年成立太阳能应用协会。1973年联合国科教文组织、国际太阳能协会等联合召开了“太阳能为人类服务的国际会议”。1981年中国加入国际太阳能协会。八十年代末，我国已有160多个研究单太阳位从事太阳能利用研究，生产太阳能利用设备的工厂约50余家。热水器、温室、太阳灶、太阳房、干燥器、太阳能电池等项目已小规模示范应用。1983年底，全国太阳能温室和太阳能塑料大棚约达百万亩。1984年底，全国约有9万台太阳灶。第51页，课件共60页，创作于2023年2月②现状及展望能源危机引起对可再生能源的重视。2006年我国《可再生能源法》正式实施。国家发改委《可再生能源中长期发展规划》：到2020年，中国太阳能发电装机容量将达2000MW。目前仅为65MW。上海市提出《2005年--2007年上海市开发利用太阳能行动计划》。到2007年，安装与建筑结合的太阳能热水系统10万平方米，光伏电池组件生产能力150--200MW，光伏电池单片生产能力达到100-150MW，产值达100亿元。第52页，课件共60页，创作于2023年2月③国外趋势《京都议定书》生效后，2004年德国为促进光伏发电从政策到资金进行了大量投入，其股票价格在短1年内狂飙200％——600％。2006年初，美国加州32亿美元百万屋顶计划的顺利通过，将引发3000MW相关产品需求。第53页，课件共60页，创作于2023年2月3、风能利用的历史、现状及展望①风能资源②利用的历史③现状及展望④国外合作状况第54页，课件共60页，创作于2023年2月①风能资源成本低廉、清洁、具商业潜力和活力，可再生。中国风能可开发装机容量为2.53亿千瓦，居世界前列。我国近海离海面10米高的风能储量有7.5亿千瓦。我国西北及内蒙沙区均系我国风能最丰富