烏魯木齊市焚風的空間特征分析

摘 要：由于特殊的地理條件，烏魯木齊市常發生焚風天氣，對人民生命安全和社會經濟構成嚴重威脅。選取2018年3月31日01：00烏魯木齊市8個區域典型氣象站一次焚風過程2 min的平均風速、溫度、濕度等氣象要素。采用空間數據分析方法對烏魯木齊焚風的空間分布特征進行分析。結果顯示：焚風風速在天山區和頭屯河區最大，在烏魯木齊縣和達坂城區最小；烏魯木齊縣和達坂城區風速、溫度和濕度的大小與其他區域分布相反，這與該區域地勢較高有關；通過局部空間自相關可知，低風速區域周圍都是高風速區域。

關鍵詞：焚風；空間特征；預報指標；風向風速

中圖分類號：P425.52 文獻標志碼：B 文章編號：2095–3305（2024）08–0-04

焚風是指氣流通過山谷或山口時由于地形強迫在山脈背風坡上發生的一類高溫、低濕的強下坡風[1-2]。

焚風天氣風力強勁，伴隨顯著增溫和降濕，嚴重影響當地天氣和氣候，對人民群眾身體健康構成威脅，因此其受到廣泛關注[3-4]。世界眾多山區都有焚風發生，如歐洲的阿爾卑斯山、北美洲的落基山等。在中國天山北坡博格達山與天格爾山之間，即烏魯木齊附近峽谷地帶，由于地形落差較大，使該區域經常發生焚風（東南風）。其中，以達坂城至烏魯木齊地區的焚風最為著名。

對于中天山北坡來說，焚風從烏魯木齊南郊開始，且橫掃市區，甚至蔓延至西北方下游區域。風速較大，最大值甚至超過40 m/s。焚風天氣對人民生命安全和社會經濟造成巨大損失。研究表明，烏魯木齊71%的重污染事件都和焚風有關。綜上可見，中天山北坡烏魯木齊附近的焚風對烏魯木齊社會經濟發展帶來了巨大災害，且焚風預報一直是天氣預報中的難點和重點。為了更加深入地理解烏魯木齊焚風的氣候活動規律，細致分析焚風空間分布特征是非常必要的基礎研究工作。基于此，以新疆維吾爾自治區烏魯木齊市為研究對象，對該地焚風空間特征進行分析，為焚風氣象預報業務提供參考。

1 烏魯木齊市焚風天氣概況及危害

烏魯木齊附近峽谷地帶（天山北坡博格達山與天格爾山之間）由于地形落差較大，經常發生焚風（東南風）。焚風從烏魯木齊市南郊形成，范圍逐漸擴大到市區，甚至發展至西北方下游區域。且該地風速往往較大，最大風速≥40 m/s[5]。

焚風天氣對人民生命安全和社會經濟造成巨大威脅。例如：2004年11月24日，烏魯木齊市發生焚風天氣，瞬時風力達46 m/s，將南郊輸電線路鐵塔吹折、廠房屋頂掀翻、大樹吹斷、市區樓頂廣告牌吹落，全市損失慘重；2012年3月30日，烏魯木齊市焚風持續近20 h，

城區平均風力8～9級，瞬間風力高達10～12級。同時，3人被高空墜物砸中而亡，80余人受傷，經濟損失巨大。同年12月22—26日，烏魯木齊南郊焚風風力達8～11級，數十輛轎車被風吹雪掩埋；2014年4月3日，觀測記錄顯示15：00～16：00烏魯木齊市區及其南郊焚風10 min平均風速達14.6 m/s，當日15：00市區南部PM10濃度高達3 720 μg/m3。

2 研究區域概況、研究資料與方法

2.1 研究區域概況

研究區域為烏魯木齊市8個區縣級區域（圖1）。總體來看，烏魯木齊市南面地形地勢較高，北面地形地勢較低。

2.2 研究資料

研究資料選取2018年3月31日01：00烏魯木齊市8個區域典型氣象站一次焚風過程2 min的平均風速、溫度、濕度等氣象要素。

2.3 研究方法

（1）采用空間自相關分析及統計分析等相關方法研究烏魯木齊地區焚風風速的空間分布特征。并配置GeoDa程序軟件。該程序為探索性空間數據分析方法提供了清晰的圖形界面，例如用于聚合數據（數千條記錄）的空間自相關統計數據，以及用于點和面數據（數萬條記錄）的基本空間回歸分析。

（2）莫蘭指數。其是用于測算空間自相關的常見指標，是衡量變量在同一個區域內的觀測值之間潛在的相互依賴性的一個重要研究指標。莫蘭指數取值范圍為-1～1。當莫蘭指數＞0時，表示空間正相關性，其值越大，空間相關性越明顯；當莫蘭指數<0時，表示空間負相關性，其值越小，空間差異越大；當莫蘭指數=0時，空間呈現出隨機性[6]。

（3）LISA（Local indicators of spatial association，LISA）聚類分析。其是一種用于空間數據分析的方法，其基于地理空間中的數據相似性來分析數據的聚集程度，將每個區域與其相鄰區域進行比較，并計算每個區域的局部空間關聯性指數。這個指數可以幫助識別區域在空間上聚集的模式。LISA聚類分析根據聚集模式將區域分為4個類別：高高、低低、高低和低高。

（4）LISA集聚圖反映的是空間聯系的局部指標，即局部空間自相關。局部空間自相關解釋了其具體空間位置和集聚的顯著度，有效檢測由于空間相關性引起的差異，判斷空間對象取值的空間熱點區域或高發區域，并彌補全局空間自相關分析的不足。

（5）DBSCAN（Density-Based Spatial Clustering of Applications with Noise）算法。其是一個基于密度的聚類算法，與劃分和層次聚類方法不同，其將“簇”定義為密度相連的點的最大集合，能夠把具有足夠高密度的區域劃分為簇，并可在噪聲的空間數據庫中發現任意形狀的聚類[7-8]。

3 結果與分析

由圖2可知，烏魯木齊市焚風風速在天山區和頭屯河區最大，主要由于地形作用影響，焚風在下坡過程中風速不斷增大，在天山區和頭屯河區達到最大，之后由于地面摩擦力的作用，在米東區減小。

焚風風速在烏魯木齊縣和達坂城區最小，主要由于氣流剛翻山下沉，焚風才開始加速，此時風速較小。

一般而言，焚風期間，風速較大，溫度較高，濕度較低[9-13]。由圖3可知，風速、溫度、濕度數據存在2個離群值，離群值主要區域為烏魯木齊縣和達坂城區。這2個區域地勢較高，焚風翻山下沉，風速較小。又處于山區，故溫度較低，濕度較高。

從焚風風速的全局自相關分布可知（圖4），默然指數為-0.151，呈負相關。各區域焚風風速具有差異性；從焚風風速的局部自相關分布可知（圖5），烏魯木齊市焚風低風速區域周圍都是高風速區域；從焚風風速的聚類分布可知（圖6），焚風風速較小區域聚為了一類。

綜上所述，烏魯木齊市焚風期間氣象要素的空間特征分析結果與以往研究結果基本一致。值得注意的是，烏魯木齊市焚風期間新市區溫度異常升高，這是今后關注的重點。此外，以上數據體量較小，在后期，烏魯木齊地區氣象站資料應進一步改進完善。這對深入分析烏魯木齊地區鄉鎮級區域焚風空間分布的特征具有積極意義。

4 烏魯木齊市焚風天氣的防治措施

4.1 構建綠色生態屏障

通過構建綠色生態屏障，可以有效減緩焚風下沉增溫的速度和強度。烏魯木齊市應在城市周邊地區大力植樹造林、種草綠化，增加植被覆蓋面積。同時，加強對現有林地的保護和管理，防止亂砍濫伐和火災等破壞行為。通過構建綠色生態屏障，不僅可以改善城市生態環境，還能減輕焚風天氣的影響[14-17]。

4.2 加強大氣污染防治

大氣污染防治是減輕焚風天氣對空氣質量影響的關鍵措施。烏魯木齊市應繼續推進大氣污染防治工作，重點從以下3個方面入手：（1）工業污染治理：加大對工業企業的監管力度，確保企業排放達標。推廣清潔能源和環保技術，減少污染物排放。（2）揚塵污染控制：加強施工工地、道路揚塵等污染源的治理。實施綠網覆蓋、灑水降塵等措施，?減少揚塵污染。（3）機動車尾氣治理：推廣新能源汽車和清潔能源車輛，減少機動車尾氣排放量。實施嚴格的機動車排放標準，加強對超標車輛的查處力度。

4.3 增強公眾環保意識

烏魯木齊市應通過多種渠道和方式加強環保宣傳教育，以加深公眾對焚風天氣及其防治措施的認識。同時，鼓勵公眾參與環保行動（如垃圾分類、節能減排等），共同營造良好的生態環境氛圍。???

5 結論

利用逐時地面氣象資料，分析了烏魯木齊8個區縣級區域焚風期間風速、溫度、濕度等氣象要素的空間分布特征，得到如下結論：

（1）焚風風速在天山區和頭屯河區最大，在烏魯木齊縣和達坂城區最小。

（2）烏魯木齊縣和達坂城區風速、溫度和濕度的大小與其他區域分布相反，這與該區域地勢較高有關。

（3）焚風期間新市區溫度最高，烏魯木齊焚風空間分布存在差異性。

（4）通過局部空間自相關可知，低風速區域周圍都是高風速區域。

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