2005—2019年托克托縣大風和沙塵天氣分析

楊 倩

（1.成都信息工程大學，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。縣域內(nèi)轄有5個鄉(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，在新營子鎮(zhèn)有大唐再生資源有限責任公司、廣銀鋁業(yè)等大中型企業(yè)，經(jīng)濟十分發(fā)達。托克托縣西南黃河南部有庫布齊沙漠，如果風力較大，將會帶來沙粒，引起托克托縣及周邊地區(qū)產(chǎn)生沙塵天氣。大風天氣可使農(nóng)作物大面積倒伏，危害農(nóng)作物生長；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速、逐日極大風速出現(xiàn)的時間、逐日極大風速的風向、最大風速以及逐日天氣現(xiàn)象，記錄資料，以研究大風和沙塵天氣。

2 大風日和沙塵日的概念

大風是指出現(xiàn)瞬時風力達到或者超過17.0 m/s的風，如果某日出現(xiàn)大風天氣，則某日即為大風日。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、揚沙、沙塵暴、強沙塵暴以及特強沙塵暴，如果某天出現(xiàn)沙塵天氣，則將其定義為一個沙塵日［1］。

3 大風日和沙塵日天氣時間變化特征

3.1 大風和沙塵天氣年際變化

如圖1所示，2008—2015年托克托縣大風和沙塵日數(shù)變化均比較平穩(wěn)，2016年明顯躍增。2005—2019年，托克托縣大風和沙塵日數(shù)整體上呈現(xiàn)“兩頭高中間低”的態(tài)勢。2005—2019年，托克托縣大風日共計90 d，其中2019年出現(xiàn)大風天數(shù)最多，為14 d，2008年和2015年大風日最少，為2 d。大風天氣多年氣候傾向率表現(xiàn)為增長趨勢，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，線性增長趨勢為2.5 d/10 a。

圖1 2005—2019年大風和沙塵天氣年際變化趨勢圖

3.2 大風和沙塵天氣的四季、月變化特征

在研究期間，大風天氣在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月沒有大風天氣出現(xiàn)。大風天氣在月變化中，5月會出現(xiàn)一個峰值。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 大風出現(xiàn)時間及風向

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

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

5 大風、沙塵日數(shù)之間以及其與風速的相關性

5.1 大風、沙塵日數(shù)和風速的相關性

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

表2 年大風、沙塵日數(shù)和風速的相關系數(shù)

5.2 大風和沙塵日數(shù)的相關性

周自江等對我國沙塵、揚沙天氣和風速進行研究，認為沙塵、揚沙和風速具有正相關性［4］。陸占東對內(nèi)蒙古自治區(qū)巴彥淖爾市磴口縣的大風和沙塵天氣進行相關性分析，發(fā)現(xiàn)該地的大風和沙塵天氣存在正相關關系［5］。為了進一步了解托克托縣的大風和沙塵天氣之間的關系，對兩者進行相關性分析發(fā)現(xiàn)，15年間年大風日數(shù)和年沙塵日數(shù)存在正相關性，相關系數(shù)為0.642，且通過了置信度為99%的顯著性檢驗。這說明大風和沙塵天氣具有很好的正相關性，大部分沙塵天氣均是由于大風天氣引起的。對15年間的月大風和月沙塵天氣進行相關性分析發(fā)現(xiàn)，其相關系數(shù)為0.501，但未通過置信度為95%和99%的顯著性檢驗，說明月大風日數(shù)和月沙塵日數(shù)不存在明顯的相關性。

6 結論與討論

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

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

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