烏魯木齊市焚風(fēng)的空間特征分析

摘 要：由于特殊的地理?xiàng)l件，烏魯木齊市常發(fā)生焚風(fēng)天氣，對(duì)人民生命安全和社會(huì)經(jīng)濟(jì)構(gòu)成嚴(yán)重威脅。選取2018年3月31日01：00烏魯木齊市8個(gè)區(qū)域典型氣象站一次焚風(fēng)過(guò)程2 min的平均風(fēng)速、溫度、濕度等氣象要素。采用空間數(shù)據(jù)分析方法對(duì)烏魯木齊焚風(fēng)的空間分布特征進(jìn)行分析。結(jié)果顯示：焚風(fēng)風(fēng)速在天山區(qū)和頭屯河區(qū)最大，在烏魯木齊縣和達(dá)坂城區(qū)最??；烏魯木齊縣和達(dá)坂城區(qū)風(fēng)速、溫度和濕度的大小與其他區(qū)域分布相反，這與該區(qū)域地勢(shì)較高有關(guān)；通過(guò)局部空間自相關(guān)可知，低風(fēng)速區(qū)域周圍都是高風(fēng)速區(qū)域。

關(guān)鍵詞：焚風(fēng)；空間特征；預(yù)報(bào)指標(biāo)；風(fēng)向風(fēng)速

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

焚風(fēng)是指氣流通過(guò)山谷或山口時(shí)由于地形強(qiáng)迫在山脈背風(fēng)坡上發(fā)生的一類高溫、低濕的強(qiáng)下坡風(fēng)[1-2]。

焚風(fēng)天氣風(fēng)力強(qiáng)勁，伴隨顯著增溫和降濕，嚴(yán)重影響當(dāng)?shù)靥鞖夂蜌夂颍瑢?duì)人民群眾身體健康構(gòu)成威脅，因此其受到廣泛關(guān)注[3-4]。世界眾多山區(qū)都有焚風(fēng)發(fā)生，如歐洲的阿爾卑斯山、北美洲的落基山等。在中國(guó)天山北坡博格達(dá)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(qū)域經(jīng)常發(fā)生焚風(fēng)（東南風(fēng)）。其中，以達(dá)坂城至烏魯木齊地區(qū)的焚風(fēng)最為著名。

對(duì)于中天山北坡來(lái)說(shuō)，焚風(fēng)從烏魯木齊南郊開始，且橫掃市區(qū)，甚至蔓延至西北方下游區(qū)域。風(fēng)速較大，最大值甚至超過(guò)40 m/s。焚風(fēng)天氣對(duì)人民生命安全和社會(huì)經(jīng)濟(jì)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(fēng)有關(guān)。綜上可見，中天山北坡烏魯木齊附近的焚風(fēng)對(duì)烏魯木齊社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來(lái)了巨大災(zāi)害，且焚風(fēng)預(yù)報(bào)一直是天氣預(yù)報(bào)中的難點(diǎn)和重點(diǎn)。為了更加深入地理解烏魯木齊焚風(fēng)的氣候活動(dòng)規(guī)律，細(xì)致分析焚風(fēng)空間分布特征是非常必要的基礎(chǔ)研究工作。基于此，以新疆維吾爾自治區(qū)烏魯木齊市為研究對(duì)象，對(duì)該地焚風(fēng)空間特征進(jìn)行分析，為焚風(fēng)氣象預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)提供參考。

1 烏魯木齊市焚風(fēng)天氣概況及危害

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

焚風(fēng)天氣對(duì)人民生命安全和社會(huì)經(jīng)濟(jì)造成巨大威脅。例如：2004年11月24日，烏魯木齊市發(fā)生焚風(fēng)天氣，瞬時(shí)風(fēng)力達(dá)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(qū)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(fēng)持續(xù)近20 h，

城區(qū)平均風(fēng)力8～9級(jí)，瞬間風(fēng)力高達(dá)10～12級(jí)。同時(shí)，3人被高空墜物砸中而亡，80余人受傷，經(jīng)濟(jì)損失巨大。同年12月22—26日，烏魯木齊南郊焚風(fēng)風(fēng)力達(dá)8～11級(jí)，數(shù)十輛轎車被風(fēng)吹雪掩埋；2014年4月3日，觀測(cè)記錄顯示15：00～16：00烏魯木齊市區(qū)及其南郊焚風(fēng)10 min平均風(fēng)速達(dá)14.6 m/s，當(dāng)日15：00市區(qū)南部PM10濃度高達(dá)3 720 μg/m3。

2 研究區(qū)域概況、研究資料與方法

2.1 研究區(qū)域概況

研究區(qū)域?yàn)闉豸斈君R市8個(gè)區(qū)縣級(jí)區(qū)域（圖1）?？傮w來(lái)看，烏魯木齊市南面地形地勢(shì)較高，北面地形地勢(shì)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(gè)區(qū)域典型氣象站一次焚風(fēng)過(guò)程2 min的平均風(fēng)速、溫度、濕度等氣象要素。

2.3 研究方法

（1）采用空間自相關(guān)分析及統(tǒng)計(jì)分析等相關(guān)方法研究烏魯木齊地區(qū)焚風(fēng)風(fēng)速的空間分布特征。并配置GeoDa程序軟件。該程序?yàn)樘剿餍钥臻g數(shù)據(jù)分析方法提供了清晰的圖形界面，例如用于聚合數(shù)據(jù)（數(shù)千條記錄）的空間自相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，以及用于點(diǎn)和面數(shù)據(jù)（數(shù)萬(wàn)條記錄）的基本空間回歸分析。

（2）莫蘭指數(shù)。其是用于測(cè)算空間自相關(guān)的常見指標(biāo)，是衡量變量在同一個(gè)區(qū)域內(nèi)的觀測(cè)值之間潛在的相互依賴性的一個(gè)重要研究指標(biāo)。莫蘭指數(shù)取值范圍為-1～1。當(dāng)莫蘭指數(shù)＞0時(shí)，表示空間正相關(guān)性，其值越大，空間相關(guān)性越明顯；當(dāng)莫蘭指數(shù)<0時(shí)，表示空間負(fù)相關(guān)性，其值越小，空間差異越大；當(dāng)莫蘭指數(shù)=0時(shí)，空間呈現(xiàn)出隨機(jī)性[6]。

（3）LISA（Local indicators of spatial association，LISA）聚類分析。其是一種用于空間數(shù)據(jù)分析的方法，其基于地理空間中的數(shù)據(jù)相似性來(lái)分析數(shù)據(jù)的聚集程度，將每個(gè)區(qū)域與其相鄰區(qū)域進(jìn)行比較，并計(jì)算每個(gè)區(qū)域的局部空間關(guān)聯(lián)性指數(shù)。這個(gè)指數(shù)可以幫助識(shí)別區(qū)域在空間上聚集的模式。LISA聚類分析根據(jù)聚集模式將區(qū)域分為4個(gè)類別：高高、低低、高低和低高。

（4）LISA集聚圖反映的是空間聯(lián)系的局部指標(biāo)，即局部空間自相關(guān)。局部空間自相關(guān)解釋了其具體空間位置和集聚的顯著度，有效檢測(cè)由于空間相關(guān)性引起的差異，判斷空間對(duì)象取值的空間熱點(diǎn)區(qū)域或高發(fā)區(qū)域，并彌補(bǔ)全局空間自相關(guān)分析的不足。

（5）DBSCAN（Density-Based Spatial Clustering of Applications with Noise）算法。其是一個(gè)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(diǎn)的最大集合，能夠把具有足夠高密度的區(qū)域劃分為簇，并可在噪聲的空間數(shù)據(jù)庫(kù)中發(fā)現(xiàn)任意形狀的聚類[7-8]。

3 結(jié)果與分析

由圖2可知，烏魯木齊市焚風(fēng)風(fēng)速在天山區(qū)和頭屯河區(qū)最大，主要由于地形作用影響，焚風(fēng)在下坡過(guò)程中風(fēng)速不斷增大，在天山區(qū)和頭屯河區(qū)達(dá)到最大，之后由于地面摩擦力的作用，在米東區(qū)減小。

焚風(fēng)風(fēng)速在烏魯木齊縣和達(dá)坂城區(qū)最小，主要由于氣流剛翻山下沉，焚風(fēng)才開始加速，此時(shí)風(fēng)速較小。

一般而言，焚風(fēng)期間，風(fēng)速較大，溫度較高，濕度較低[9-13]。由圖3可知，風(fēng)速、溫度、濕度數(shù)據(jù)存在2個(gè)離群值，離群值主要區(qū)域?yàn)闉豸斈君R縣和達(dá)坂城區(qū)。這2個(gè)區(qū)域地勢(shì)較高，焚風(fēng)翻山下沉，風(fēng)速較小。又處于山區(qū)，故溫度較低，濕度較高。

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

綜上所述，烏魯木齊市焚風(fēng)期間氣象要素的空間特征分析結(jié)果與以往研究結(jié)果基本一致。值得注意的是，烏魯木齊市焚風(fēng)期間新市區(qū)溫度異常升高，這是今后關(guān)注的重點(diǎn)。此外，以上數(shù)據(jù)體量較小，在后期，烏魯木齊地區(qū)氣象站資料應(yīng)進(jìn)一步改進(jìn)完善。這對(duì)深入分析烏魯木齊地區(qū)鄉(xiāng)鎮(zhèn)級(jí)區(qū)域焚風(fēng)空間分布的特征具有積極意義。

4 烏魯木齊市焚風(fēng)天氣的防治措施

4.1 構(gòu)建綠色生態(tài)屏障

通過(guò)構(gòu)建綠色生態(tài)屏障，可以有效減緩焚風(fēng)下沉增溫的速度和強(qiáng)度。烏魯木齊市應(yīng)在城市周邊地區(qū)大力植樹造林、種草綠化，增加植被覆蓋面積。同時(shí)，加強(qiáng)對(duì)現(xiàn)有林地的保護(hù)和管理，防止亂砍濫伐和火災(zāi)等破壞行為。通過(guò)構(gòu)建綠色生態(tài)屏障，不僅可以改善城市生態(tài)環(huán)境，還能減輕焚風(fēng)天氣的影響[14-17]。

4.2 加強(qiáng)大氣污染防治

大氣污染防治是減輕焚風(fēng)天氣對(duì)空氣質(zhì)量影響的關(guān)鍵措施。烏魯木齊市應(yīng)繼續(xù)推進(jìn)大氣污染防治工作，重點(diǎn)從以下3個(gè)方面入手：（1）工業(yè)污染治理：加大對(duì)工業(yè)企業(yè)的監(jiān)管力度，確保企業(yè)排放達(dá)標(biāo)。推廣清潔能源和環(huán)保技術(shù)，減少污染物排放。（2）揚(yáng)塵污染控制：加強(qiáng)施工工地、道路揚(yáng)塵等污染源的治理。實(shí)施綠網(wǎng)覆蓋、灑水降塵等措施，?減少揚(yáng)塵污染。（3）機(jī)動(dòng)車尾氣治理：推廣新能源汽車和清潔能源車輛，減少機(jī)動(dòng)車尾氣排放量。實(shí)施嚴(yán)格的機(jī)動(dòng)車排放標(biāo)準(zhǔn)，加強(qiáng)對(duì)超標(biāo)車輛的查處力度。

4.3 增強(qiáng)公眾環(huán)保意識(shí)

烏魯木齊市應(yīng)通過(guò)多種渠道和方式加強(qiáng)環(huán)保宣傳教育，以加深公眾對(duì)焚風(fēng)天氣及其防治措施的認(rèn)識(shí)。同時(shí)，鼓勵(lì)公眾參與環(huán)保行動(dòng)（如垃圾分類、節(jié)能減排等），共同營(yíng)造良好的生態(tài)環(huán)境氛圍。???

5 結(jié)論

利用逐時(shí)地面氣象資料，分析了烏魯木齊8個(gè)區(qū)縣級(jí)區(qū)域焚風(fēng)期間風(fēng)速、溫度、濕度等氣象要素的空間分布特征，得到如下結(jié)論：

（1）焚風(fēng)風(fēng)速在天山區(qū)和頭屯河區(qū)最大，在烏魯木齊縣和達(dá)坂城區(qū)最小。

（2）烏魯木齊縣和達(dá)坂城區(qū)風(fēng)速、溫度和濕度的大小與其他區(qū)域分布相反，這與該區(qū)域地勢(shì)較高有關(guān)。

（3）焚風(fēng)期間新市區(qū)溫度最高，烏魯木齊焚風(fēng)空間分布存在差異性。

（4）通過(guò)局部空間自相關(guān)可知，低風(fēng)速區(qū)域周圍都是高風(fēng)速區(qū)域。

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