石嘴山市2020 年氣候特征及極端天氣分析

李曉虹，李 榮，陳彥虎，周翠芳*

（1.中國氣象局旱區(qū)特色農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警與風(fēng)險(xiǎn)管理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，寧夏銀川 750000；2.寧夏氣象防災(zāi)減災(zāi)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，寧夏 銀川 750000；3.寧夏石嘴山市氣象局，寧夏 石嘴山 753000）

石嘴山市位于黃河中游上段、寧夏回族自治區(qū)北部，按地形地貌可分為賀蘭山山地、賀蘭山東麓洪積扇沖積平原、黃河沖積平原和鄂爾多斯臺地4 種類型。由于受到天氣系統(tǒng)及地形地貌等因素綜合影響，石嘴山地區(qū)每年都會出現(xiàn)暴雨、大風(fēng)、霜凍、雷電等天氣氣候事件，對人民生命財(cái)產(chǎn)安全、農(nóng)業(yè)特色產(chǎn)業(yè)發(fā)展及生態(tài)環(huán)境保護(hù)等造成嚴(yán)重影響[1—2]。為科學(xué)應(yīng)對和防御氣象災(zāi)害，最大限度避免和減輕災(zāi)害損失，有必要研究了解石嘴山地區(qū)氣候特征。

目前，對全球氣候變化特征的研究較成熟，張寅[3]、何靜等[4]研究表明，全球具有較明顯的升溫趨勢，而極端降水量的分布受氣候變化影響相對較小。國內(nèi)對氣候特征及極端天氣的分析較多，趙俊虎等[5]研究表明，2019/2020 年冬季我國大部分地區(qū)氣候總體表現(xiàn)為“暖濕”的異常特征；索朗塔杰等[6]分析我國氣溫的年代際變化表明，極端低溫指數(shù)呈明顯年代際變化的地區(qū)主要位于長江以北地區(qū)、新疆北部以及青藏高原東部地區(qū)；林婧婧等[7]分析氣候變暖對氣候態(tài)的影響表明，氣候態(tài)的改變會使南北方氣候分析結(jié)果發(fā)生改變；徐蒙等[8]研究表明，極端降溫事件發(fā)生頻數(shù)呈北多南少的空間分布。有學(xué)者對石嘴山市的極端天氣氣候特征[9—11]進(jìn)行分析，陳豫英等[12]分析2016 年8 月21 日夜間賀蘭山東麓特大暴雨預(yù)報(bào)誤差原因是由于模式預(yù)報(bào)量級顯著偏小和當(dāng)?shù)仡A(yù)報(bào)員忽視地形影響及經(jīng)驗(yàn)匱乏；李榮等[13]對2018 年石嘴山市的氣候特征及影響進(jìn)行分析評價(jià)，認(rèn)為2018 年石嘴山市氣溫略偏高，降水異常偏多且突發(fā)性強(qiáng)降水次數(shù)和量級均有所增加。目前，已有研究主要側(cè)重于從天氣學(xué)成因或從單一氣象因素方面分析，綜合性氣候特征方面的研究相對較少。本文對石嘴山市2020 年氣候特征及出現(xiàn)的極端天氣氣候事件進(jìn)行綜合分析，以期為趨利避害、防災(zāi)減災(zāi)等工作提供決策服務(wù)和參考依據(jù)。

1 資料及方法

1.1 研究區(qū)概況

石嘴山市位于黃河中游上段、寧夏回族自治區(qū)北部，東西寬約88.8 km，南北長約119.5 km，位于東經(jīng)105°58′～106°39′，北緯38°21′～39°25′，東臨鄂爾多斯臺地，西踞銀川平原北部，海拔在1 090～3 475.9 m，按地形地貌可分為賀蘭山山地、賀蘭山東麓洪積扇沖積平原、黃河沖積平原和鄂爾多斯臺地4 種類型（圖1）。石嘴山市為典型的溫帶大陸性氣候，全年日照充足，降水量集中，蒸發(fā)強(qiáng)烈，空氣干燥，溫差較大，無霜期短。1991—2020 年石嘴山市年平均氣溫8.7～10.1 ℃，年平均降水量172.6～187.1 mm，大風(fēng)日數(shù)8.3～36.8 d，沙塵日數(shù)7.6～25.1 d，大霧日數(shù)1.9～5.2 d，日照時(shí)數(shù)為2 812～3 049 h。

圖1 石嘴山市地形圖（單位：m）

1.2 資料來源

本文所用資料包括：①石嘴山市5 個(gè)國家氣象站（大武口、石炭井、平羅、惠農(nóng)、陶樂）及138 個(gè)自動氣象站1991—2020 年氣象資料，即氣溫、降水、大風(fēng)、沙塵、大霧等數(shù)據(jù)，以上資料取自寧夏氣象綜合數(shù)據(jù)庫，已經(jīng)過質(zhì)量控制；②氣象災(zāi)害的災(zāi)情數(shù)據(jù)來自石嘴山市農(nóng)業(yè)農(nóng)村局及各縣區(qū)應(yīng)急管理局。

2 2020 年氣候概況

2020 年石嘴山市平均氣溫9.6 ℃，與常年同期持平；平均降水量188.1 mm，較常年同期偏多5.3%；平均大風(fēng)日數(shù)14.2 d，較常年同期偏少5.8 d；平均沙塵日數(shù)9.0 d，較常年同期偏少4.3 d；平均大霧日數(shù)4.4 d，較常年同期偏多0.76 d；平均日照時(shí)數(shù)2 984 h，較常年同期偏多19 h。

2.1 氣溫

2020 年石嘴山市平均氣溫為9.6 ℃，與常年同期持平，比2019 年偏低0.2 ℃。其中，大武口、平羅平均氣溫分別為9.6，9.5 ℃，較常年同期偏低0.5，0.2 ℃；石炭井、惠農(nóng)、陶樂平均氣溫分別為8.8，10.4，9.7 ℃，較常年同期偏高0.1，0.5，0.3 ℃（表1）。

表1 2020 年石嘴山市平均氣溫及距平值℃

在ArcGIS 系統(tǒng)中，應(yīng)用克里金插值方法，將利用石嘴山市5 個(gè)國家氣象站及138 個(gè)自動氣象站資料統(tǒng)計(jì)出的平均氣溫進(jìn)行空間插值，得到石嘴山市平均氣溫空間分布圖（圖2）。由圖2 可知，平均氣溫空間分布表現(xiàn)出明顯的空間差異，高值區(qū)位于賀蘭山東麓沿山一帶，低值區(qū)位于賀蘭山腹地和黃河?xùn)|岸地區(qū)（圖2）。

圖2 2020 年石嘴山市平均氣溫空間分布圖（單位：℃）

2.2 降水

2020 年石嘴山市平均降水量為188.1 mm，較常年同期偏多5.3%，比2019 年偏多26.8%。石炭井、大武口、惠農(nóng)、平羅、陶樂平均降水量分別為171.2，160.7，235.6，187.9，185.3 mm，石炭井、大武口比常年同期分別偏少8.5%，6.9%；平羅、陶樂與常年同期基本持平，惠農(nóng)比常年同期偏多35.8%（表2和圖3）。

表2 2020 年石嘴山市各地累計(jì)降水量及距平統(tǒng)計(jì)值

圖3 2000—2020 年石嘴山市年平均降水量時(shí)間變化

將利用石嘴山市5 個(gè)國家氣象站及篩選后的127 個(gè)自動氣象站資料統(tǒng)計(jì)出的降水量進(jìn)行空間插值，得到石嘴山市降水量空間分布圖。由圖4 可知，石嘴山市降水量空間分布差異較大，高值位于惠農(nóng)區(qū)，低值位于大武口至沙湖一帶地區(qū)（圖4）。

圖4 2020 年石嘴山市降水量空間分布圖（單位：mm）

2.3 大風(fēng)日數(shù)

2020 年石嘴山市平均大風(fēng)日數(shù)為14.2 d，較常年同期偏少5.8 d，比2019 年大風(fēng)日數(shù)偏少2.8 d。其中，石炭井、平羅大風(fēng)日數(shù)分別為27，20 d，較常年同期偏多3.2，7.6 d；大武口、惠農(nóng)、陶樂大風(fēng)日數(shù)分別為8，13，3 d，較常年同期分別偏少10.7，23.8，5.3 d（表3）。

表3 2020 年石嘴山市各地大風(fēng)日數(shù)及距平值d

2.4 沙塵日數(shù)

2020 年石嘴山市平均沙塵日數(shù)為9.0 d，較常年同期偏少4.3 d，與2019 年沙塵日數(shù)基本持平。其中，石炭井沙塵日數(shù)為13 d，較常年同期偏多5.4 d；大武口、惠農(nóng)、平羅、陶樂沙塵日數(shù)分別為3，8，17，4 d，較常年同期分別偏少9.4，2.8，8.1，6.7 d。2020年春季（3—5 月份）各站沙塵日數(shù)為1～8 d，占到全年沙塵日數(shù)的33.3%～61.5%（表4）。

表4 2020 年石嘴山市各地沙塵日數(shù)及距平值d

2.5 大霧日數(shù)

2020 年石嘴山市平均大霧日數(shù)為4.4 d，較常年同期偏多0.76 d，比2019 年大霧日數(shù)偏多1 d。其中，惠農(nóng)大霧日數(shù)較常年同期偏少1.9 d，其他各站偏多0.1～4.5 d（表5）。

表5 2020 年石嘴山市各地大霧日數(shù)及距平值d

2.6 日照時(shí)數(shù)

2020 年石嘴山市平均日照時(shí)數(shù)為2 984 h，較常年同期偏多19 h，比2019 年偏多105 h。其中，石炭井、大武口、惠農(nóng)、平羅日照時(shí)數(shù)分別為3 015，2 568，2 843，2 892 h，較常年同期分別偏少34，244，145，107 h；陶樂日照時(shí)數(shù)為3 601 h，較常年同期偏多627 h，歷史同期中排名第1 位（表6）。

表6 2020 年石嘴山市各地日照時(shí)數(shù)及距平值h

2.7 靜穩(wěn)天氣

靜穩(wěn)天氣通常指近地面風(fēng)速小（定義為日最大風(fēng)速小于3 m/s）、大氣穩(wěn)定的一種低層大氣特征。2020 年1 月石嘴山市各地日最大風(fēng)速＜3 m/s 的日數(shù)平均為13.2 d，較常年同期偏多5.0 d。其中，大武口為24 d，較常年同期偏多12 d，近30 年同期排名第2。2020 年12 月石嘴山市各地日最大風(fēng)速＜3 m/s的日數(shù)平均為13.4 d，較常年同期偏多5.4 d。其中，大武口為22 d，較常年同期偏多12 d，近30 年同期排名第1；惠農(nóng)、平羅較常年同期偏多6，10 d，近30年同期排名均為第2（表7）。地面風(fēng)速小，大氣層結(jié)穩(wěn)定，氣象條件不利于污染物稀釋及擴(kuò)散。

表7 2020 年1 月份和12 月份石嘴山市各地日最大風(fēng)速＜3 m/s 日數(shù)及距平值

2020 年，我國與常年同期相比氣溫偏高，降水偏多，沙塵日數(shù)偏少，氣候年景偏差（資料來源于中國氣候公報(bào)）；而石嘴山市氣溫與常年同期相比基本持平，降水略偏多，大風(fēng)、沙塵天氣偏少，與全國氣候形勢基本一致。

3 2020 年極端天氣氣候事件

3.1 全國及寧夏的氣候背景

極端天氣氣候事件是指一定地區(qū)在一定時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)的歷史上罕見的氣象事件，特點(diǎn)是發(fā)生概率小、社會影響大。2020 年我國氣象災(zāi)害中暴雨洪澇災(zāi)害最為嚴(yán)重。氣象干旱總體偏輕，但區(qū)域性階段性特征明顯。高溫出現(xiàn)時(shí)間早、南方持續(xù)時(shí)間長，登陸臺風(fēng)偏少，但登陸地點(diǎn)和影響時(shí)間集中。冷空氣影響范圍廣、局地降溫幅度大。與近十年平均氣象災(zāi)害造成的直接經(jīng)濟(jì)損失相比2020 年偏多（資料來源于中國氣候公報(bào)）。

2020 年寧夏不同程度地出現(xiàn)了異常天氣氣候事件及氣象災(zāi)害，對人民生命安全、農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)和生態(tài)環(huán)境等造成了一定影響。其中，氣象災(zāi)害以暴雨洪澇、風(fēng)雹、霜凍害等為主，31.57 萬人、4.42 萬hm2農(nóng)作物受災(zāi)，直接經(jīng)濟(jì)損失12.23 億元，明顯高于2019年的3.1 億元（資料來源于寧夏氣候公報(bào)）。

3.2 石嘴山市極端氣候事件

在全國及寧夏極端氣候事件的大背景下，2020年石嘴山市也不同程度地出現(xiàn)了異常天氣氣候事件及氣象災(zāi)害，主要包括強(qiáng)霜凍、強(qiáng)大風(fēng)、持續(xù)高溫、暴雨洪澇、大霧及寒潮天氣。其中，部分氣象事件突破歷史極值，對人民生命財(cái)產(chǎn)安全、農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)和生態(tài)環(huán)境等造成了一定影響。年內(nèi)氣象災(zāi)害以暴雨洪澇、大風(fēng)、霜凍災(zāi)害等為主，全市0.72 萬hm2農(nóng)作物受災(zāi)，直接經(jīng)濟(jì)損失831.35 萬元（資料來源于石嘴山市農(nóng)業(yè)農(nóng)村局、各縣區(qū)應(yīng)急管理局）。其中，霜凍災(zāi)害直接經(jīng)濟(jì)損失為640 萬元，洪澇災(zāi)害為190萬元，大風(fēng)災(zāi)害為1.35 萬元，直接經(jīng)濟(jì)損失是2019 年的3.4 倍。

3.2.1 4 月下旬，遭遇50 年最大范圍霜凍天氣 自4 月17 日起，石嘴山市氣溫持續(xù)偏低，19—25 日，全市出現(xiàn)持續(xù)霜凍天氣過程，期間平均氣溫為9.2 ℃，較常年同期偏低3.2 ℃，各地平均氣溫、平均最高氣溫、平均最低氣溫分別為8.1～10.1 ℃、14.6～18.5 ℃、-2.0～1.1 ℃，分別偏低1.5～3.3 ℃、1.6～2.4 ℃、4.3～7.6 ℃。

該次霜凍天氣過程持續(xù)時(shí)間長、影響范圍大、強(qiáng)度強(qiáng)。期間各地極端最低氣溫在-4.8～-2.3 ℃，大武口極端最低氣溫為同期4 月中下旬（4 月15—30日，以下簡稱同期）第2 位，石炭井為第3 位；大武口、石炭井、惠農(nóng)霜凍最長持續(xù)時(shí)間為6 d，平羅、陶樂霜凍最長持續(xù)時(shí)間為7 d，各地霜凍最長持續(xù)時(shí)間均位列同期第1 位；20—24 日全市140 多個(gè)自動氣象站達(dá)到霜凍。

3.2.2 首次最高氣溫突破30 ℃日期偏早 4 月28—30 日，石嘴山市大部地區(qū)首次最高氣溫突破30 ℃，較常年偏早5～28 d。各地日極端最高氣溫在29.6～33.7 ℃，大武口、惠農(nóng)、平羅、陶樂位列有氣象記錄以來4 月下旬同期第3 位。

3.2.3 5 月份大風(fēng)天氣多，極大風(fēng)速突破歷史極值5 月份全市出現(xiàn)8 級（17.2 m/s）及以上的大風(fēng)天氣共計(jì)10 d 27 站次。其中，極大風(fēng)速最大值為31.1 m/s（12 級以上），于5 月15 日出現(xiàn)在石炭井，為1961年以來同期第1 高值。

3.2.4 6 月上旬出現(xiàn)1961 年以來最早的持續(xù)高溫過程 6 月3—5 日石嘴山市出現(xiàn)持續(xù)高溫過程，該次過程持續(xù)時(shí)間長，全市大部出現(xiàn)35 ℃以上持續(xù)高溫天氣，持續(xù)日數(shù)為2～3 d，為1961 年以來最早的持續(xù)性高溫過程，比2005 年6 月16—23 日持續(xù)高溫過程（持續(xù)8 d）早13 d。其中，大武口持續(xù)3 d，強(qiáng)度強(qiáng)。6 月5 日大武口、惠農(nóng)、陶樂最高氣溫分別達(dá)到37.2，35.7，36.0 ℃，均為近30 年來6 月上旬第1 高值（圖5）。

圖5 2020 年6 月1—10 日石嘴山市各站極端最高氣溫值及多年平均氣溫值

3.2.5 8 月11 日惠農(nóng)出現(xiàn)暴雨，最大累計(jì)降水量達(dá)125.6 mm 8 月11 日白天到夜間，石嘴山市北部出現(xiàn)了雷陣雨轉(zhuǎn)中雨，賀蘭山沿山及我市東北部出現(xiàn)大到暴雨，其他地區(qū)小到中雨，累計(jì)降水量超過30 mm的有40 個(gè)區(qū)域自動站，超過50 mm 的有12 站，超過100 mm 的有1 站。最大累計(jì)降水量和小時(shí)降水強(qiáng)度均出現(xiàn)在8 月11 日11：00 惠農(nóng)區(qū)紅果子鎮(zhèn)五渠村，分別為125.6 mm 和84.5 mm/h（圖6）。

圖6 2020 年8 月11 日07：00—12 日08：00 石嘴山市降水量分布圖（單位：mm）

3.2.6 9 月23 日大霧最小能見度僅82 m 9 月22日后半夜至23 日清晨，石嘴山市大部出現(xiàn)了大霧天氣，最小能見度出現(xiàn)在平羅和沙湖，均為82 m（圖7）。

圖7 9 月22 日后半夜至23 日清晨石嘴山市大霧最小能見度分布圖（單位：m）

3.2.7 入冬以來氣溫波動幅度之大，歷史罕見2020 年10 月15 日石嘴山市大部地區(qū)進(jìn)入氣象學(xué)意義上冬季之后，氣溫迅速下降，10 月中旬氣溫較常年同期偏低1.5 ℃，11 月中旬氣溫又異常偏高，偏高幅度達(dá)3.8 ℃，創(chuàng)1961 年以來新高。11 月20 日開始，氣溫持續(xù)走低，11 月下旬偏低4.2 ℃，12 月上旬偏低2.8 ℃。11 月中旬和下旬平均氣溫之差最大達(dá)到11.5 ℃，創(chuàng)1961 年以來新高（圖8）。

圖8 2020 年10 月中旬以來石嘴山市平均氣溫變化

3.2.8 首次寒潮天氣降溫劇烈，創(chuàng)歷史新高 2020年12 月28—30 日，石嘴山市出現(xiàn)入冬以來首次寒潮天氣，該次過程風(fēng)力大、降溫劇烈、氣溫低、影響范圍廣。12 月28 日，全市大部出現(xiàn)4～5 級偏北風(fēng)，陣風(fēng)7～9 級。12 月30 日清晨，全市大部最低氣溫在-20 ℃以下，賀蘭山沿山及石嘴山市東部部分地區(qū)達(dá)-22～-25 ℃，全市大部最低氣溫比28 日下降超過10 ℃。其中，大武口降溫達(dá)16.2 ℃，為1961 年以來12 月份極值（表8）。

表8 12 月30 日較12 月28 日石嘴山市降溫幅度℃

與全國氣象災(zāi)害相比，除暴雨洪澇災(zāi)害外，石嘴山市霜凍災(zāi)害最為嚴(yán)重，造成的經(jīng)濟(jì)損失最多，對人民生命財(cái)產(chǎn)安全、農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)和生態(tài)環(huán)境等造成了一定影響。今后在進(jìn)行防災(zāi)減災(zāi)的準(zhǔn)備工作時(shí)，要重點(diǎn)針對霜凍天氣及暴雨洪澇天氣的影響，采取相應(yīng)的措施，做好應(yīng)對，有效減少和避免經(jīng)濟(jì)損失。

4 結(jié)論

（1）2020 年石嘴山市氣溫與常年同期相比基本持平，降水略偏多，大風(fēng)、沙塵天氣偏少，大霧日數(shù)略偏多，日照時(shí)數(shù)偏多，1 月份和12 月份靜穩(wěn)天氣偏多。

（2）2020 年4 月下旬，石嘴山市遭遇50 年最大范圍霜凍天氣；首次最高氣溫突破30 ℃日期偏早；5月份大風(fēng)天氣多，極大風(fēng)速突破歷史極值；6 月上旬出現(xiàn)最早的持續(xù)高溫過程；8 月11 日惠農(nóng)出現(xiàn)暴雨，最大累計(jì)降水量達(dá)125.6 mm；9 月23 日大霧天氣最小能見度僅82 m；入冬以來氣溫波動幅度大；首次寒潮天氣降溫劇烈，創(chuàng)歷史新高。

（3）2020 年石嘴山市各地不同程度地出現(xiàn)了異常天氣氣候事件及氣象災(zāi)害，與全國氣象災(zāi)害相比，除暴雨洪澇災(zāi)害外，霜凍災(zāi)害最為嚴(yán)重，造成的經(jīng)濟(jì)損失最多，對人民生命財(cái)產(chǎn)安全、農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)和生態(tài)環(huán)境等造成了一定影響。防災(zāi)減災(zāi)時(shí)，要重點(diǎn)針對霜凍及暴雨洪澇天氣的影響，采取相應(yīng)措施，做好應(yīng)對，有效減少或避免經(jīng)濟(jì)損失。