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，內蒙古 土默特左旗010100）

呼和浩特市托克托縣位于內蒙古自治區中部、大青山南部，縣域內黃河流經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。縣域內轄有5個鄉鎮，第一產業、第二產業和第三產業均十分發達，在新營子鎮有大唐再生資源有限責任公司、廣銀鋁業等大中型企業，經濟十分發達。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產生沙塵天氣。大風天氣可使農作物大面積倒伏，危害農作物生長；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，導致供電中斷；引起沙塵天氣，使環境惡化。

1 研究方法

觀察2005—2019年托克托縣逐日的極大風速、逐日極大風速出現的時間、逐日極大風速的風向、最大風速以及逐日天氣現象，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

大風是指出現瞬時風力達到或者超過17.0 m/s的風，如果某日出現大風天氣，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變化均比較平穩，2016年明顯躍增。2005—2019年，托克托縣大風和沙塵日數整體上呈現“兩頭高中間低”的態勢。2005—2019年，托克托縣大風日共計90 d，其中2019年出現大風天數最多，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為增長趨勢，以6.3 d/10 a的速度在增加。沙塵日共出現99 d，2019年出現沙塵天氣最多，為16 d；而2013年、2015年出現沙塵天氣最少，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月出現最多，為20 d，占總天數的22%；其次為6月和4月，分別為17 d和12 d，占總天數的19%和13%；1月沒有大風天氣出現。大風天氣在月變化中，5月會出現一個峰值。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。大風天氣在春季發生最多，為37 d，其次是夏季，為32 d，冬季發生次數最少，為4 d。沙塵天氣同大風天氣相同，沙塵日最多發生在5月，為28 d，其次是4月，為27 d，七八月沒有出現沙塵天氣。沙塵天氣多發生在春季。2005—2019年，春季共發生沙塵天氣72 d，占總數的73%；其次為秋、冬季，各發生了13 d，夏季只發生了1次沙塵天氣。

4 大風出現時間及風向

筆者分析托克托縣近15年日極大風速發生時間發現，大多數極大風速出現于13:00—15:00和19:00—00:00，其中22:00極大風速出現次數最多，為632次，07:00極大風速出現次數最少，為68次。黃鶴研究了保定市大風在白天和夜間的發生規律［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出現的大風為日間大風，在20:00—08:00出現的大風為夜間大風，出現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計。分析發現，15年間出現日間大風44次，夜間大風46次，其中2005—2009年出現日間大風5次、夜間大風13次；2010—2014年，沒有出現日間大風，出現夜間大風22次；2015—2019年，出現日間大風39次、夜間大風11次。夜間和日間大風以西風頻次最多，共出現西風66 d，占總數的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，日間大風日數為21 d，夜間大風日數為14 d，風向以西風或者西北風為主，夏季則更容易出現夜間大風，夜間大風日數為21 d，日間大風日數為11 d，風向以西風和北風為主；秋季出現日間大風日數較多，日間大風風向以西風為主；冬季出現大風主要以西風為主，且大風日數最少，見表1。

表1 2005—2019年托克托縣夜間和白天大風日數統計 d

5 大風、沙塵日數之間以及其與風速的相關性

5.1 大風、沙塵日數和風速的相關性

高榮等研究大風日數和平均風速的相關性，指出大風日數越多，平均風速越大［3］。為了更好地了解托克托縣大風、沙塵日數和風速的相關性，現將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、沙塵日數進行相關性分析發現，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相關性較好，相關系數分別為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分別為0.726、0.705和0.719，見表2。通過相關性分析發現，出現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、沙塵日數和風速的相關系數

5.2 大風和沙塵日數的相關性

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］。陸占東對內蒙古自治區巴彥淖爾市磴口縣的大風和沙塵天氣進行相關性分析，發現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現，15年間年大風日數和年沙塵日數存在正相關性，相關系數為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現，其相關系數為0.501，但未通過置信度為95%和99%的顯著性檢驗，說明月大風日數和月沙塵日數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的年變化趨勢呈現“兩頭高中間低”的變化趨勢，且線性變化均呈現增加的趨勢，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月出現最多，分別為20 d和28 d，其中在七八月無沙塵天氣發生。大風和沙塵天氣在春季發生次數最多，大風天氣在夏季也發生較多，大風天氣在冬季發生最少，而沙塵天氣在夏季發生最少。因此，在春季要特別防范大風天氣引發的沙塵天氣，春季在發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人員傷亡。

通過分析2005—2019年托克托縣大風出現的時間和風向發現，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頻次最高，沒有出現東或者東南方向的大風。因此，春秋季要預防日間大風的發生，夏季則要預防夜間雷暴大風的發生。

年大風日數、沙塵日數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均大于0.9，沙塵與各風速的相關系數均大于0.7，且均通過了置信度為99%的顯著性檢驗。年大風日數和年沙塵日數存在正相關關系，且相關系數為0.642，通過了置信度為99%的顯著性檢驗。但是，月大風日數和月沙塵日數相關性較差，未通過置信度為99%的顯著性檢驗。