通遼地區(qū)大風(fēng)站次時(shí)空特征及綜合強(qiáng)度評估研究

摘要" 本研究利用近50年（1971—2020年）最大風(fēng)速、極大風(fēng)速資料，從時(shí)間和空間2個(gè)角度對通遼地區(qū)大風(fēng)站次變化特征進(jìn)行較為全面的分析，并分析區(qū)域性大風(fēng)的時(shí)間分布特征和綜合強(qiáng)度。結(jié)果表明，4和5月為該地區(qū)大風(fēng)天氣的多發(fā)月份，1和8月為大風(fēng)天氣的少發(fā)月份。該地區(qū)大風(fēng)站次數(shù)年代變化有明顯的減少趨勢，大風(fēng)的年變化波動(dòng)性較大；年際變化呈明顯下降趨勢，變化率為-4.34"d/a；大風(fēng)日數(shù)年頻次為26.4 站/d，西部、北部多發(fā)生大風(fēng)天氣。區(qū)域性大風(fēng)天氣最多的季節(jié)是春季，以5月最多，近10年區(qū)域性大風(fēng)呈增加的趨勢。特強(qiáng)區(qū)域性大風(fēng)出現(xiàn)趨勢較弱，弱區(qū)域性大風(fēng)出現(xiàn)頻率較高。研究結(jié)果為進(jìn)一步提升該地區(qū)大風(fēng)災(zāi)害的預(yù)警防范能力提供參考。

關(guān)鍵詞" 大風(fēng)站次；區(qū)域性大風(fēng)；時(shí)空特征；定量評估

中圖分類號" P425"""""" 文獻(xiàn)標(biāo)識碼" A"""""" 文章編號" 1007-7731（2024）22-0105-05

DOI號" 10.16377/j.cnki.issn1007-7731.2024.22.023

基金項(xiàng)目 通遼市氣象局科技項(xiàng)目（202209）。

作者簡介 賈寧（1994—），女，內(nèi)蒙古通遼人，碩士，工程師，從事天氣預(yù)報(bào)與旅游氣象服務(wù)研究。

通信作者 陶晨（1997—），男，內(nèi)蒙古通遼人，工程師，從事天氣預(yù)報(bào)與防災(zāi)減災(zāi)研究。

收稿日期 2024-09-23

Investigation on the spatial-temporal characteristics and comprehensive intensity of strong wind stations in Tongliao region

JIA Ning""" TAO Chen""" JIANG Shanshan"" "MA Dianbo""" CUI Meng

（Tongliao Meteorological Bureau， Tongliao 028000， China）

Abstract" The data on the maximum and extreme wind speeds in the past 50 years （1971-2020） were used to comprehensively analyze the characteristics of changes in the number of strong wind stations in Tongliao region from both temporal and spatial perspectives， the temporal distribution characteristics and comprehensive intensity of regional strong winds were analyzed. The results indicated that April and May were the months with more frequent strong winds in the study area， while January and August were the months with less frequent strong winds. The number of strong wind stations in the region showed a significant decreasing trend over time， and the annual variation of strong winds fluctuates greatly; The interannual variation showed a significant downward trend， with a variation rate of -4.34"d/a; The annual frequency of strong wind days was 26.4"stations per day， with frequent occurrences of strong winds in the western and northern regions. The season with the most regional strong winds was spring， with May being the most frequent. In the past decade， there had been an increasing trend of regional strong winds. The trend of strong regional winds was relatively weak， while the frequency of weak regional winds was relatively high. To provide references for further enhancing the early warning and prevention capabilities of strong wind disasters in the region.

Keywords" number of strong wind stations; regional strong winds; spatial-temporal characteristics; quantitative evaluation

通遼位于內(nèi)蒙古自治區(qū)東南部，屬中溫帶、大陸性季風(fēng)氣候，春季地面大風(fēng)常伴隨揚(yáng)沙、沙塵天氣，容易造成土地風(fēng)蝕和沙化[1-2]，影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、交通運(yùn)輸?shù)萚3]。王小玲等[4]研究表明，研究大風(fēng)日數(shù)變化對區(qū)域氣候變化、防災(zāi)減災(zāi)和風(fēng)能開發(fā)等具有重要意義。任國玉等[5]研究表明，中國大部分地區(qū)風(fēng)速呈下降趨勢；李姝霞等[6]分析開封地區(qū)大風(fēng)時(shí)空分布特征，發(fā)現(xiàn)該地區(qū)大風(fēng)日數(shù)年際、年代際呈明顯下降趨勢，春季大風(fēng)最多，占全年的45.2%，冬季次多，占全年的27.0%；張占峰等[7]研究發(fā)現(xiàn)，近40年柴達(dá)木盆地平均風(fēng)速、大風(fēng)日數(shù)的年、季和年代際變化均呈下降趨勢；邱博等[8]在中國大風(fēng)集中程度及氣候趨勢研究中發(fā)現(xiàn)，近50年來全國范圍內(nèi)大風(fēng)日數(shù)均具有減少趨勢，在大風(fēng)天氣的年分布上內(nèi)蒙古地區(qū)表現(xiàn)較為分散；邢麗珠等[9]研究表明，1961—2018年內(nèi)蒙古地區(qū)大風(fēng)日數(shù)總體呈減少趨勢，氣候傾向率為-16.52"d/（10"a），空間分布呈中部多、東北西南少的格局。

目前對大風(fēng)天氣的研究多針對大風(fēng)日數(shù)時(shí)空特征、平均風(fēng)速和極大風(fēng)速變化特征等單一要素，用于反映一次大風(fēng)過程綜合強(qiáng)度的定量評估指標(biāo)有待進(jìn)一步建立。本研究以通遼地區(qū)為研究對象，利用近50年最大風(fēng)速、極大風(fēng)速資料，從時(shí)間和空間2個(gè)角度對其大風(fēng)站次變化特征進(jìn)行較為全面的分析，并分析區(qū)域性大風(fēng)的時(shí)間分布特征和綜合強(qiáng)度，以了解該地區(qū)大風(fēng)發(fā)生規(guī)律，為進(jìn)一步提升該地區(qū)大風(fēng)災(zāi)害的預(yù)警防范能力提供參考。

1 材料與方法

1.1 資料來源與大風(fēng)定義

利用研究區(qū)1971—2020年的11個(gè)國家氣象觀測站的最大風(fēng)速和極大風(fēng)速資料（霍林郭勒2006年建站），各站點(diǎn)最大風(fēng)速資料起始時(shí)間均為1971年；扎魯特旗、科爾沁區(qū)和開魯縣的極大風(fēng)速資料起始時(shí)間為2005年，霍林河為2006年，科左中旗、奈曼旗、科左后旗和庫倫旗為2007年，青龍山、巴雅爾和舍伯吐為2011年。

根據(jù)GB/T 35227—2017《地面氣象觀測規(guī)范 風(fēng)向和風(fēng)速》，最大風(fēng)速為給定時(shí)間段內(nèi)任意10"min平均風(fēng)速的最大值，極大風(fēng)速為給定時(shí)間段內(nèi)任意3"s平均風(fēng)速的最大值。根據(jù)大風(fēng)預(yù)警信號標(biāo)準(zhǔn)和日常業(yè)務(wù)要求，將觀測站日最大風(fēng)速≥10.8"m/s，或日極大風(fēng)速≥17.2"m/s定義為1次大風(fēng)天氣，當(dāng)有3個(gè)及以上站點(diǎn)出現(xiàn)大風(fēng)天氣視為1次區(qū)域性大風(fēng)過程，區(qū)域性大風(fēng)過程開始后，監(jiān)測區(qū)內(nèi)未有站點(diǎn)出現(xiàn)大風(fēng)的前一日為區(qū)域性大風(fēng)過程結(jié)束日，區(qū)域性大風(fēng)過程開始日至結(jié)束日的天數(shù)為其持續(xù)日數(shù)[10]。

1.2 研究方法

1.2.1 風(fēng)力等級劃分 根據(jù)GB/T 28591—2012《風(fēng)力等級》，將風(fēng)力等級劃分為18個(gè)等級，其中風(fēng)速10.8～13.8"m/s（6級），風(fēng)速13.9～17.1"m/s（7級），風(fēng)速17.2～20.7"m/s（8級），風(fēng)速20.8～24.4"m/s（9級），風(fēng)速24.5～28.4"m/s（10級）和風(fēng)速28.5～32.6"m/s（11級）。

1.2.2 區(qū)域性大風(fēng)過程等級劃分 區(qū)域性大風(fēng)過程綜合強(qiáng)度計(jì)算公式設(shè)計(jì)主要參考GB/T 42075—2022《區(qū)域性暴雨過程評估方法》，其綜合強(qiáng)度計(jì)算如式（1）。

（1）

式（1）中，F(xiàn)為區(qū)域性大風(fēng)過程綜合強(qiáng)度；Va為區(qū)域性大風(fēng)強(qiáng)度，為區(qū)域性大風(fēng)過程內(nèi)所有達(dá)到大風(fēng)標(biāo)準(zhǔn)站點(diǎn)的極大風(fēng)速平均值，（m/s）；Aa為區(qū)域性大風(fēng)影響范圍，為區(qū)域性大風(fēng)過程內(nèi)逐日達(dá)到大風(fēng)標(biāo)準(zhǔn)站點(diǎn)數(shù)的平均值，（站/d）；α為區(qū)域性大風(fēng)影響范圍的權(quán)重系數(shù)，取值范圍0.5～1.0，宜取0.5；T為區(qū)域性大風(fēng)過程的持續(xù)日數(shù)，d；β為區(qū)域性大風(fēng)過程持續(xù)日數(shù)的權(quán)重系數(shù)，取值范圍0.5～1.0，宜取0.5。

區(qū)域性大風(fēng)天氣等級根據(jù)區(qū)域性大風(fēng)天氣過程等級指標(biāo)（F）進(jìn)行劃分，將其劃分為4個(gè)等級，分別為特強(qiáng)、強(qiáng)、較強(qiáng)和弱，對應(yīng)的F值百分位數(shù)分別在gt;95%，（80%，95%]，（50%，80%]和（0%，50%][10]范圍內(nèi)。

1.3 數(shù)據(jù)分析

利用Excel軟件處理大風(fēng)站次數(shù)據(jù)；采用線性回歸分析法和最小二乘法得出擬合方程，分析大風(fēng)年際變化特征。

2 結(jié)果與分析

2.1 大風(fēng)天氣特征分析

2.1.1 歷史最大風(fēng)速與極大風(fēng)速 由表1可知，該地區(qū)各站點(diǎn)的最大風(fēng)速出現(xiàn)在開魯縣站，達(dá)29.0"m/s（11級）；次大值出現(xiàn)在舍伯吐站，達(dá)28.0"m/s（10級）。極大風(fēng)速出現(xiàn)在霍林郭勒站，達(dá)32.2"m/s（11級），次大值出現(xiàn)在巴雅爾站，達(dá)31.4"m/s（11級）。各觀測站點(diǎn)均觀測到11級及以上的暴風(fēng)天氣，無颶風(fēng)天氣出現(xiàn)。綜合來看，最大風(fēng)速和極大風(fēng)速分布特征表現(xiàn)為多出現(xiàn)在北部、西部地區(qū)的開魯縣和霍林河，最大風(fēng)速歷史極值主要出現(xiàn)在20世紀(jì)70年代，極大風(fēng)速歷史極值主要出現(xiàn)在21世紀(jì)初。

2.1.2 大風(fēng)天氣時(shí)間分布特征 由圖1可知，1—12月均有大風(fēng)天氣出現(xiàn)，春季3—5月為大風(fēng)多發(fā)季節(jié)，達(dá)7 327站次，占比54.1%，其中4月大風(fēng)天氣最多，達(dá)2 954站次，占比21.8%，其次為5月，占比19.3%。夏季6—8月為大風(fēng)少發(fā)季節(jié)，達(dá)1 692站次，占比12.5%，其中6月大風(fēng)天氣最多，達(dá)961站次，占比7.1%，8月最少，占比2.0%。秋季9—11月大風(fēng)天氣達(dá)2 250站次，占比16.6%，9月大風(fēng)天氣最少，占比2.6%，10和11月大風(fēng)天氣站次數(shù)基本相同，占比7.0%。冬季12—2月大風(fēng)天氣達(dá)2 284站次，占比16.9%，冬季各月大風(fēng)天氣分布較為均勻，在5.1%～6.4%。各站點(diǎn)中除霍林河5月出現(xiàn)大風(fēng)天氣最多，其余站點(diǎn)均在4月出現(xiàn)最多大風(fēng)天氣。各站點(diǎn)大風(fēng)天氣最少的月份有所差異，霍林河、科左中旗在1月，舍伯吐在12月，其余站點(diǎn)均在8月。綜合來看，4和5月為該地區(qū)大風(fēng)天氣的多發(fā)月，1和8月為大風(fēng)天氣的少發(fā)月。

分析1971—2020年研究區(qū)各站點(diǎn)大風(fēng)站次的年代變化（除霍林郭勒站），20世紀(jì)80年代出現(xiàn)大風(fēng)次數(shù)最多，達(dá)3 198站次，90年代2 966站次，21世紀(jì)初1 881站次，21世紀(jì)10年代最少，為1 203站次。結(jié)果表明，該地區(qū)大風(fēng)站次數(shù)年代變化有明顯的減少趨勢，大風(fēng)的年變化波動(dòng)性較大。

由圖2可知，1987年該地區(qū)出現(xiàn)大風(fēng)站次數(shù)最多，為456次，其次是1988年，為454次，出現(xiàn)300及以上站次有13個(gè)年份，100站次以下有3個(gè)年份，分別為2014年77站次、2012年79站次和2011年81站次。線性回歸分析發(fā)現(xiàn)，大風(fēng)天氣年際變化整體呈下降趨勢，變化率為-4.34"d/a。

2.1.3 大風(fēng)天氣空間分布特征 從大風(fēng)地域分布來看呈西多東少趨勢。由圖1可知，該地區(qū)各站點(diǎn)大風(fēng)天氣累計(jì)13 553次，年平均出現(xiàn)大風(fēng)天氣271站次，該地區(qū)大風(fēng)年頻次24.6站/d，巴雅爾大風(fēng)年頻次44.3站/d，開魯縣大風(fēng)年頻次35.1站/d，科爾沁區(qū)、奈曼旗和霍林河年頻次均大于24.6站/d，中部的舍伯吐和扎魯特旗大風(fēng)年頻次較少，分別為13.6和17.3站/d。以上結(jié)果表明，1970—2020年該地區(qū)不同空間尺度大風(fēng)發(fā)生頻數(shù)分布不均，波動(dòng)較大，其空間分布主要特點(diǎn)為西部、北部多于東部、南部。

2.2 區(qū)域性大風(fēng)天氣時(shí)間分布特征

2011—2020年研究區(qū)共出現(xiàn)152次區(qū)域性大風(fēng)，年平均出現(xiàn)區(qū)域性大風(fēng)15.2次。單日區(qū)域性大風(fēng)52次，連續(xù)2 d的區(qū)域性大風(fēng)次數(shù)最多為59次，占比38.8%。2011年5月26日—6月3日連續(xù)9日有區(qū)域性大風(fēng)出現(xiàn)，單日最多有8個(gè)站點(diǎn)出現(xiàn)區(qū)域性大風(fēng)。春季3—5月共出現(xiàn)80次區(qū)域性大風(fēng)，占比52.6%，夏季出現(xiàn)最少，為17次，占比11.2%。月平均出現(xiàn)區(qū)域性大風(fēng)12.7次，其中5月出現(xiàn)區(qū)域性大風(fēng)次數(shù)最多，達(dá)35次，7和8月最少，各有3次；區(qū)域性大風(fēng)主要出現(xiàn)在5月，其次為4月，7—9月和12—次年1月為區(qū)域性大風(fēng)少發(fā)月份。旬平均出現(xiàn)區(qū)域性大風(fēng)4.2次，5月中旬出現(xiàn)區(qū)域性大風(fēng)達(dá)13次，5月下旬12次，4月中旬和5月上旬各10次，7月上中旬和8月中旬均無區(qū)域性大風(fēng)出現(xiàn)。2020年出現(xiàn)區(qū)域性大風(fēng)次數(shù)最多，為27次。綜合來看，區(qū)域性大風(fēng)天氣多發(fā)季節(jié)是春季，以5月最多，近10年區(qū)域性大風(fēng)呈增加的趨勢。

2.3 區(qū)域性大風(fēng)綜合強(qiáng)度定量評估

由表2可知，綜合強(qiáng)度最高的特強(qiáng)區(qū)域性大風(fēng)過程為2017年5月2—7日，共39個(gè)站點(diǎn)出現(xiàn)區(qū)域性大風(fēng)，持續(xù)6日，極大風(fēng)速平均值21.00"m/s，綜合強(qiáng)度達(dá)131.14；弱區(qū)域性大風(fēng)出現(xiàn)在2011年4月6日，綜合強(qiáng)度28.81。將152次區(qū)域性大風(fēng)按照等級劃分，結(jié)果表明，該地區(qū)出現(xiàn)特強(qiáng)區(qū)域性大風(fēng)9次，強(qiáng)區(qū)域性大風(fēng)22次，較強(qiáng)區(qū)域性大風(fēng)49次和弱區(qū)域性大風(fēng)72次。綜合來看，該地區(qū)特強(qiáng)區(qū)域性大風(fēng)出現(xiàn)趨勢較弱，弱區(qū)域性大風(fēng)出現(xiàn)頻率較高。

3 結(jié)論與討論

本文基于11個(gè)觀測站近50年（1971—2020年）的氣象資料，從時(shí)間和空間2個(gè)角度對其大風(fēng)站次變化特征進(jìn)行較為全面的分析，并分析區(qū)域性大風(fēng)的時(shí)間分布特征，確定其綜合強(qiáng)度。結(jié)果表明，最大風(fēng)速和極大風(fēng)速分布特征表現(xiàn)為多出現(xiàn)在北部、西部地區(qū)的開魯縣和霍林河，最大風(fēng)速歷史極值主要出現(xiàn)在20世紀(jì)70年代，極大風(fēng)速歷史極值主要出現(xiàn)在21世紀(jì)初。研究區(qū)各站點(diǎn)均出現(xiàn)11級及以上的暴風(fēng)天氣，1—12月均有大風(fēng)天氣出現(xiàn)，4和5月為該地區(qū)大風(fēng)天氣的多發(fā)月，1和8月為大風(fēng)天氣的少發(fā)月。徐建國等[1]研究表明，大風(fēng)的季節(jié)變化非常明顯，峰值在春季，占年總大風(fēng)日數(shù)的57%，本研究結(jié)果與此結(jié)果基本一致。李雨陽[11]對鄂爾多斯市40年大風(fēng)的氣候特征進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)大風(fēng)的年變化波動(dòng)性較大，最多與最少相差230次。研究區(qū)大風(fēng)站次數(shù)年代變化有明顯的減少趨勢，大風(fēng)的年變化波動(dòng)性較大。王秀云[12]研究表明，阿拉善右旗大風(fēng)日數(shù)具有明顯的年際變化特征，總體呈減少趨勢。本研究表明，1987年該地區(qū)大風(fēng)站次數(shù)出現(xiàn)最多為456次，其年際變化呈明顯下降趨勢，變化率為-4.34"d/a。該地區(qū)大風(fēng)日數(shù)年頻次為26.4"d，西部、北部多發(fā)生大風(fēng)天氣。

趙子程等[13]研究發(fā)現(xiàn)，1971—1988年四平地區(qū)區(qū)域性大風(fēng)年際變化不大，均在平均值上下波動(dòng)，2005年以后明顯增加，且大風(fēng)天氣最多的季節(jié)是春季，而春季則以4月最多。本研究表明，2011—2020年研究區(qū)共出現(xiàn)152次區(qū)域性大風(fēng)，區(qū)域性大風(fēng)天氣最多的季節(jié)是春季，以5月最多，近10年區(qū)域性大風(fēng)呈增加的趨勢。研究區(qū)最強(qiáng)區(qū)域性大風(fēng)為2017年5月2—7日大風(fēng)，共39個(gè)站點(diǎn)出現(xiàn)區(qū)域性大風(fēng)，持續(xù)6 d，極大風(fēng)速平均值21.00"m/s，綜合強(qiáng)度達(dá)131.14。

綜上，研究區(qū)4和5月為該地區(qū)大風(fēng)天氣的多發(fā)月，1和8月為大風(fēng)天氣的少發(fā)月。該地區(qū)大風(fēng)站次數(shù)年代變化有明顯的減少趨勢，年際變化呈下降趨勢，變化率為-4.34"d/a，大風(fēng)日數(shù)年頻次為26.4站/d，空間分布上，研究區(qū)西部、北部多發(fā)生大風(fēng)天氣。區(qū)域性大風(fēng)天氣最多的季節(jié)是春季，以5月最多，近10年區(qū)域性大風(fēng)呈增加的趨勢；特強(qiáng)區(qū)域性大風(fēng)出現(xiàn)趨勢較弱，弱區(qū)域性大風(fēng)出現(xiàn)頻率較高。

參考文獻(xiàn)

[1] 徐建國，趙立清，申廣立，等. 內(nèi)蒙古通遼地區(qū)沙塵天氣的氣候特征分析[J]. 內(nèi)蒙古氣象，2005（3）：20-23.

[2] 李玲萍，李巖瑛，孫占峰，等. 河西走廊東部沙塵暴特征及地面氣象因素影響機(jī)制[J]. 干旱區(qū)研究，2019，36（6）：1457-1465.

[3] 王欽，曾波，鄧力. 1981—2013年內(nèi)蒙古地區(qū)風(fēng)速的時(shí)空變化特征[J]. 內(nèi)蒙古師范大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)漢文版），2015，44（5）：674-679.

[4] 王小玲，宋文玲. 近30"a我國5級以上風(fēng)日數(shù)的時(shí)空變化特征[J]. 氣候變化研究進(jìn)展，2008，4（6）：347-351.

[5] 任國玉，郭軍，徐銘志，等. 近50年中國地面氣候變化基本特征[J]. 氣象學(xué)報(bào)，2005，63（6）：942-956.

[6] 李姝霞，王其英，劉曉君. 開封地區(qū)近50年大風(fēng)變化特征及數(shù)值預(yù)報(bào)評估[J]. 河南科技，2023，42（11）：98-103.

[7] 張占峰，張煥平，馬小萍. 柴達(dá)木盆地平均風(fēng)速與大風(fēng)日數(shù)的變化特征[J]. 干旱區(qū)資源與環(huán)境，2014，28（10）：90-94.

[8] 邱博，張錄軍，譚慧慧. 中國大風(fēng)集中程度及氣候趨勢研究[J]. 氣象科學(xué)，2013，33（5）：543-548.

[9] 邢麗珠，張方敏，黃進(jìn)，等. 1961—2018年內(nèi)蒙古6級及以上大風(fēng)日數(shù)時(shí)空變化特征[J]. 干旱區(qū)地理，2021，44（5）：1290-1298.

[10] 國家市場監(jiān)督管理總局，國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì). 區(qū)域性暴雨過程評估方法：GB/T 42075—2022[S]. 北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2022.

[11] 李雨陽. 鄂爾多斯市40年大風(fēng)的氣候特征及分析[J]. 內(nèi)蒙古科技與經(jīng)濟(jì)，2022（1）：86-87.

[12] 王秀云. 1960—2018年阿拉善右旗大風(fēng)氣候特征分析[J]. 內(nèi)蒙古氣象，2019（5）：11-13.

[13] 趙子程，孫鴻雁，張彤，等. 四平地區(qū)區(qū)域性大風(fēng)統(tǒng)計(jì)及預(yù)警信息發(fā)布初探[J]. 氣象災(zāi)害防御，2017，24（4）：22-25.

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