2005—2019年托克托縣大風(fēng)和沙塵天氣分析

楊 倩

（1.成都信息工程大學(xué)，四川 成都610000；2.土默特左旗氣象局，內(nèi)蒙古 土默特左旗010100）

呼和浩特市托克托縣位于內(nèi)蒙古自治區(qū)中部、大青山南部，縣域內(nèi)黃河流經(jīng)37.5 km，地勢(shì)為東南較高、西北和西南較低。托克托縣全年日照充足，屬于溫帶大陸性氣候，常年（1981—2010年）平均氣溫為7.8℃，平均降水量為349.8 mm?？h域內(nèi)轄有5個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)，第一產(chǎn)業(yè)、第二產(chǎn)業(yè)和第三產(chǎn)業(yè)均十分發(fā)達(dá)，在新?tīng)I(yíng)子鎮(zhèn)有大唐再生資源有限責(zé)任公司、廣銀鋁業(yè)等大中型企業(yè)，經(jīng)濟(jì)十分發(fā)達(dá)。托克托縣西南黃河南部有庫(kù)布齊沙漠，如果風(fēng)力較大，將會(huì)帶來(lái)沙粒，引起托克托縣及周邊地區(qū)產(chǎn)生沙塵天氣。大風(fēng)天氣可使農(nóng)作物大面積倒伏，危害農(nóng)作物生長(zhǎng)；造成危舊房屋和工棚倒塌等，危害人類的生命安全；摧毀供電系統(tǒng)，導(dǎo)致供電中斷；引起沙塵天氣，使環(huán)境惡化。

1 研究方法

觀察2005—2019年托克托縣逐日的極大風(fēng)速、逐日極大風(fēng)速出現(xiàn)的時(shí)間、逐日極大風(fēng)速的風(fēng)向、最大風(fēng)速以及逐日天氣現(xiàn)象，記錄資料，以研究大風(fēng)和沙塵天氣。

2 大風(fēng)日和沙塵日的概念

大風(fēng)是指出現(xiàn)瞬時(shí)風(fēng)力達(dá)到或者超過(guò)17.0 m/s的風(fēng)，如果某日出現(xiàn)大風(fēng)天氣，則某日即為大風(fēng)日。沙塵天氣是指沙塵卷入空氣中，使空氣變混濁的現(xiàn)象，沙塵天氣主要包括浮塵、揚(yáng)沙、沙塵暴、強(qiáng)沙塵暴以及特強(qiáng)沙塵暴，如果某天出現(xiàn)沙塵天氣，則將其定義為一個(gè)沙塵日［1］。

3 大風(fēng)日和沙塵日天氣時(shí)間變化特征

3.1 大風(fēng)和沙塵天氣年際變化

如圖1所示，2008—2015年托克托縣大風(fēng)和沙塵日數(shù)變化均比較平穩(wěn)，2016年明顯躍增。2005—2019年，托克托縣大風(fēng)和沙塵日數(shù)整體上呈現(xiàn)“兩頭高中間低”的態(tài)勢(shì)。2005—2019年，托克托縣大風(fēng)日共計(jì)90 d，其中2019年出現(xiàn)大風(fēng)天數(shù)最多，為14 d，2008年和2015年大風(fēng)日最少，為2 d。大風(fēng)天氣多年氣候傾向率表現(xiàn)為增長(zhǎng)趨勢(shì)，以6.3 d/10 a的速度在增加。沙塵日共出現(xiàn)99 d，2019年出現(xiàn)沙塵天氣最多，為16 d；而2013年、2015年出現(xiàn)沙塵天氣最少，為0 d，線性增長(zhǎng)趨勢(shì)為2.5 d/10 a。

圖1 2005—2019年大風(fēng)和沙塵天氣年際變化趨勢(shì)圖

3.2 大風(fēng)和沙塵天氣的四季、月變化特征

在研究期間，大風(fēng)天氣在5月出現(xiàn)最多，為20 d，占總天數(shù)的22%；其次為6月和4月，分別為17 d和12 d，占總天數(shù)的19%和13%；1月沒(méi)有大風(fēng)天氣出現(xiàn)。大風(fēng)天氣在月變化中，5月會(huì)出現(xiàn)一個(gè)峰值。將一年分為春、夏、秋、冬四季，定義3—5月為春季，6—8月為夏季，9—11月為秋季，12月至翌年2月為冬季。大風(fēng)天氣在春季發(fā)生最多，為37 d，其次是夏季，為32 d，冬季發(fā)生次數(shù)最少，為4 d。沙塵天氣同大風(fēng)天氣相同，沙塵日最多發(fā)生在5月，為28 d，其次是4月，為27 d，七八月沒(méi)有出現(xiàn)沙塵天氣。沙塵天氣多發(fā)生在春季。2005—2019年，春季共發(fā)生沙塵天氣72 d，占總數(shù)的73%；其次為秋、冬季，各發(fā)生了13 d，夏季只發(fā)生了1次沙塵天氣。

4 大風(fēng)出現(xiàn)時(shí)間及風(fēng)向

筆者分析托克托縣近15年日極大風(fēng)速發(fā)生時(shí)間發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)極大風(fēng)速出現(xiàn)于13:00—15:00和19:00—00:00，其中22:00極大風(fēng)速出現(xiàn)次數(shù)最多，為632次，07:00極大風(fēng)速出現(xiàn)次數(shù)最少，為68次。黃鶴研究了保定市大風(fēng)在白天和夜間的發(fā)生規(guī)律［2］，為了掌握托克托縣白天和夜間的大風(fēng)變化情況，定義在08:00—20:00出現(xiàn)的大風(fēng)為日間大風(fēng)，在20:00—08:00出現(xiàn)的大風(fēng)為夜間大風(fēng)，出現(xiàn)大風(fēng)的方向更靠近哪個(gè)方向則判斷為哪個(gè)方向的大風(fēng)。例如，WNW方向的大風(fēng)，則判斷為西風(fēng)，其他如NW方向的風(fēng)則按實(shí)際風(fēng)向統(tǒng)計(jì)。分析發(fā)現(xiàn)，15年間出現(xiàn)日間大風(fēng)44次，夜間大風(fēng)46次，其中2005—2009年出現(xiàn)日間大風(fēng)5次、夜間大風(fēng)13次；2010—2014年，沒(méi)有出現(xiàn)日間大風(fēng)，出現(xiàn)夜間大風(fēng)22次；2015—2019年，出現(xiàn)日間大風(fēng)39次、夜間大風(fēng)11次。夜間和日間大風(fēng)以西風(fēng)頻次最多，共出現(xiàn)西風(fēng)66 d，占總數(shù)的73%；其次為北風(fēng)、西北風(fēng)，分別占11%和8%。托克托縣15年間沒(méi)有出現(xiàn)過(guò)東或者東南方向的大風(fēng)天氣。春季主要以日間大風(fēng)為主，日間大風(fēng)日數(shù)為21 d，夜間大風(fēng)日數(shù)為14 d，風(fēng)向以西風(fēng)或者西北風(fēng)為主，夏季則更容易出現(xiàn)夜間大風(fēng)，夜間大風(fēng)日數(shù)為21 d，日間大風(fēng)日數(shù)為11 d，風(fēng)向以西風(fēng)和北風(fēng)為主；秋季出現(xiàn)日間大風(fēng)日數(shù)較多，日間大風(fēng)風(fēng)向以西風(fēng)為主；冬季出現(xiàn)大風(fēng)主要以西風(fēng)為主，且大風(fēng)日數(shù)最少，見(jiàn)表1。

表1 2005—2019年托克托縣夜間和白天大風(fēng)日數(shù)統(tǒng)計(jì) d

5 大風(fēng)、沙塵日數(shù)之間以及其與風(fēng)速的相關(guān)性

5.1 大風(fēng)、沙塵日數(shù)和風(fēng)速的相關(guān)性

高榮等研究大風(fēng)日數(shù)和平均風(fēng)速的相關(guān)性，指出大風(fēng)日數(shù)越多，平均風(fēng)速越大［3］。為了更好地了解托克托縣大風(fēng)、沙塵日數(shù)和風(fēng)速的相關(guān)性，現(xiàn)將2005—2019年的日最大風(fēng)速、2 min平均風(fēng)速、極大風(fēng)速分別求年平均值，并將其與年大風(fēng)、沙塵日數(shù)進(jìn)行相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)，日最大風(fēng)速的年平均值、2 min平均風(fēng)速的年平均值和極大風(fēng)速的年平均值與年大風(fēng)日數(shù)相關(guān)性較好，相關(guān)系數(shù)分別為0.923、0.907和0.909，且通過(guò)了置信度為99%的顯著性檢驗(yàn)。相比較而言，沙塵日數(shù)和各風(fēng)速的相關(guān)性均偏小，但均通過(guò)了置信度為99%的顯著性檢驗(yàn)。年沙塵日數(shù)與日最大風(fēng)速的年平均值、2 min平均風(fēng)速年平均值和極大風(fēng)速的年平均值的相關(guān)系數(shù)分別為0.726、0.705和0.719，見(jiàn)表2。通過(guò)相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)，出現(xiàn)大風(fēng)或者沙塵天氣較多的年份，日最大風(fēng)速、2 min平均風(fēng)速和極大風(fēng)速的年平均值也偏大，且大風(fēng)和沙塵日數(shù)與日最大風(fēng)速、2 min平均風(fēng)速和極大風(fēng)速均為正相關(guān)。

表2 年大風(fēng)、沙塵日數(shù)和風(fēng)速的相關(guān)系數(shù)

5.2 大風(fēng)和沙塵日數(shù)的相關(guān)性

周自江等對(duì)我國(guó)沙塵、揚(yáng)沙天氣和風(fēng)速進(jìn)行研究，認(rèn)為沙塵、揚(yáng)沙和風(fēng)速具有正相關(guān)性［4］。陸占東對(duì)內(nèi)蒙古自治區(qū)巴彥淖爾市磴口縣的大風(fēng)和沙塵天氣進(jìn)行相關(guān)性分析，發(fā)現(xiàn)該地的大風(fēng)和沙塵天氣存在正相關(guān)關(guān)系［5］。為了進(jìn)一步了解托克托縣的大風(fēng)和沙塵天氣之間的關(guān)系，對(duì)兩者進(jìn)行相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)，15年間年大風(fēng)日數(shù)和年沙塵日數(shù)存在正相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)為0.642，且通過(guò)了置信度為99%的顯著性檢驗(yàn)。這說(shuō)明大風(fēng)和沙塵天氣具有很好的正相關(guān)性，大部分沙塵天氣均是由于大風(fēng)天氣引起的。對(duì)15年間的月大風(fēng)和月沙塵天氣進(jìn)行相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)，其相關(guān)系數(shù)為0.501，但未通過(guò)置信度為95%和99%的顯著性檢驗(yàn)，說(shuō)明月大風(fēng)日數(shù)和月沙塵日數(shù)不存在明顯的相關(guān)性。

6 結(jié)論與討論

2005—2019年，托克托縣大風(fēng)和沙塵日數(shù)的年變化趨勢(shì)呈現(xiàn)“兩頭高中間低”的變化趨勢(shì)，且線性變化均呈現(xiàn)增加的趨勢(shì)，分別為6.3 d/10 a和2.5 d/10 a。托克托縣大風(fēng)和沙塵天氣在5月出現(xiàn)最多，分別為20 d和28 d，其中在七八月無(wú)沙塵天氣發(fā)生。大風(fēng)和沙塵天氣在春季發(fā)生次數(shù)最多，大風(fēng)天氣在夏季也發(fā)生較多，大風(fēng)天氣在冬季發(fā)生最少，而沙塵天氣在夏季發(fā)生最少。因此，在春季要特別防范大風(fēng)天氣引發(fā)的沙塵天氣，春季在發(fā)生大風(fēng)天氣時(shí)不要在廣告牌和臨時(shí)搭建物下逗留，盡量避免因大風(fēng)天氣而引發(fā)人員傷亡。

通過(guò)分析2005—2019年托克托縣大風(fēng)出現(xiàn)的時(shí)間和風(fēng)向發(fā)現(xiàn)，春季、秋季主要以日間大風(fēng)為主，而夏季則是夜間大風(fēng)為主，全年大風(fēng)天氣以西風(fēng)出現(xiàn)頻次最高，沒(méi)有出現(xiàn)東或者東南方向的大風(fēng)。因此，春秋季要預(yù)防日間大風(fēng)的發(fā)生，夏季則要預(yù)防夜間雷暴大風(fēng)的發(fā)生。

年大風(fēng)日數(shù)、沙塵日數(shù)與日最大風(fēng)速的年平均值、2 min平均風(fēng)速的年平均值和極大風(fēng)速的年平均值相關(guān)性較好。其中，大風(fēng)與各風(fēng)速的相關(guān)系數(shù)均大于0.9，沙塵與各風(fēng)速的相關(guān)系數(shù)均大于0.7，且均通過(guò)了置信度為99%的顯著性檢驗(yàn)。年大風(fēng)日數(shù)和年沙塵日數(shù)存在正相關(guān)關(guān)系，且相關(guān)系數(shù)為0.642，通過(guò)了置信度為99%的顯著性檢驗(yàn)。但是，月大風(fēng)日數(shù)和月沙塵日數(shù)相關(guān)性較差，未通過(guò)置信度為99%的顯著性檢驗(yàn)。