近57年興安盟沙塵天氣時空分布特征

吳淑梅

(興安盟氣象局，內(nèi)蒙古 烏蘭浩特 137400)

沙塵天氣在我國北方是一種嚴重的氣象災害，特別是強沙塵暴能在短時間內(nèi)給生態(tài)環(huán)境和人類社會造成嚴重損失[1]。沙塵天氣按水平能見度劃分為浮塵、揚沙和沙塵暴等3種類型[2]，楊紫超[3]等利用阿拉善盟1961年—2010年8個站的氣象觀測資料，分析了近 50a 阿拉善盟沙塵暴、揚沙、浮塵天氣的年平均、四季的空間分布特征、增減趨勢。結果表明：沙塵暴區(qū)以拐子湖為中心向東南和西北遞減，而揚沙、浮塵與沙塵暴有所不同，具有 3 個高值區(qū)，向四周遞減，形成鞍形場。沙塵暴多發(fā)地揚沙、浮塵天氣較少。四季的分布特征與年平均特征基本一致，春季最多，夏季多于冬季，秋季最少，且近 50 a 沙塵暴發(fā)生次數(shù)呈波動性減少趨勢。興安盟位于內(nèi)蒙古自治區(qū)東北部，屬中溫帶大陸性季風氣候區(qū)，地處大興安嶺向松嫩平原過渡帶，由西北向東南分為4個地貌類型：中山地帶、低山地帶、丘陵地帶和平原地帶，海拔高度150 m～1 800 m。山地和丘陵占95%左右，平原占5%左右。興安盟由于地形地貌和地域氣候特征，沙塵天氣的時空分布具有很強的季節(jié)和地區(qū)性差異。筆者統(tǒng)計1964年—2020年興安盟沙塵天氣現(xiàn)象觀測資料，采用EOF分析、線性趨勢法、小波分析等分析了近57a沙塵天氣時空分布特征，為沙塵天氣對空氣質(zhì)量的影響、沙塵災害研究提供了科學參考。

1 資料與方法

選用1964年—2020年興安盟8個測站的浮塵、揚沙、沙塵暴天氣現(xiàn)象觀測資料，文中所述的沙塵天氣是浮塵、揚沙、沙塵暴天氣的統(tǒng)稱，如某站某日有浮塵、揚沙或沙塵暴天氣記錄，則認為該站出現(xiàn)沙塵天氣，記為一個沙塵天氣日(數(shù)據(jù)來自內(nèi)蒙古氣象信息中心)。季節(jié)劃分為：春季3月—5月、夏季6月—8月、秋季9月—11月、冬季12月至次年2月。其中常年均值為1981年—2010年的平均值。文中應用EOF分析、線性趨勢法、小波分析、M-K法等對興安盟沙塵天氣的時空分布特征進行了診斷分析。

2 沙塵天氣時空分布特征

2.1 空間分布特征

興安盟1964年—2020年間8個測站的年沙塵天氣日數(shù)均值分布如圖1所示，沙塵天氣日數(shù)呈西北至東南遞增，全盟年沙塵天氣日數(shù)均值為5.6 d，年平均沙塵天氣日數(shù)最小值出現(xiàn)在阿爾山為1.3 d，最大值出現(xiàn)在高力板為13.5 d。

為了清楚地顯示年沙塵天氣日數(shù)的主要空間分布類型，對年沙塵天氣日數(shù)資料進行EOF分析，表1列出了EOF前3個特征向量場的方差貢獻率和累計方差貢獻。前3個特征場累計方差貢獻占總方差的70%。

圖1 1964年—2020年興安盟沙塵天氣年平均分布

表1 1964年—2020年興安盟沙塵天氣日數(shù)EOF分析特征向量場的方差貢獻

圖2為沙塵天氣日數(shù)經(jīng)EOF分解的前3個特征向量場分布，第一特征向量場的解釋方差為39%，反映了興安盟沙塵天氣日數(shù)空間分布的主要特征，即全盟呈現(xiàn)一致的正值，表示興安盟沙塵天氣日數(shù)的主要空間變化為全盟趨勢相同，即全盟是同時多或同時少的空間特征。圖1b是第二特征向量場，為興安盟西北地區(qū)與東南地區(qū)反相分布，西北地區(qū)地區(qū)為正位相分布，東南地區(qū)為負位相區(qū)域。這說明沙塵天氣日數(shù)的第二位的特征性是西北地區(qū)沙塵天氣日數(shù)偏多(少)，東南地區(qū)沙塵天氣日數(shù)偏少(多)的反相位變化特征。圖1c是沙塵天氣日數(shù)的第三特征向量場，北部地區(qū)為正位相，南部地區(qū)為負位相。說明沙塵天氣日數(shù)的第三位的特征性是北部地區(qū)偏多 (少)，南部地區(qū)沙塵天氣日數(shù)偏少(多)的反相位變化特征。

(a) (b) (c)

2.2 時間分布特征

2.2.1 年代際、年際變化。圖3為1964年—2020年興安盟年平均沙塵天氣日數(shù)年代際、年際變化分布圖。年代際變化：20世紀90年代，沙塵天氣的日數(shù)最少，為2.3 d，較常年均值少2.7 d；20世紀60年代至80年代和21世紀00年代至10年代沙塵天氣日數(shù)均較常年偏多，其中20世紀70年代沙塵天氣的日數(shù)最多，為7.5 d，較常年均值多2.5 d。年際變化：1964年—2020年間興安盟年平均沙塵天氣日數(shù)最大值為15.9 d(2001年)，最小值為1.2 d(1992年、1994年和2013年)，線性變化趨勢為逐年遞減，M-K檢驗未產(chǎn)生突變。

圖3 1964年—2020年興安盟年平均沙塵天氣日數(shù)年代際、年際變化

2.2.2 季節(jié)變化。圖4為1964年—2020年興安盟沙塵天氣季節(jié)變化圖，結果顯示，興安盟沙塵天氣有明顯的季節(jié)特征?？傮w呈春季>冬季>秋季>夏季的變化形勢，占全年比例分別為：78.1%、10.3%、7.4%、4.2%?？煽闯龃杭臼巧硥m天氣的多發(fā)季節(jié)；其中，春季發(fā)生的揚沙日數(shù)占主導地位，占春季沙塵日數(shù)的63.9%，浮塵日數(shù)和沙塵暴日數(shù)相近，占春季沙塵日數(shù)的16.9%和18.5%；冬季和秋季發(fā)生揚沙日數(shù)>浮塵日數(shù)>沙塵暴日數(shù)；夏季發(fā)生揚沙日數(shù)>沙塵暴日數(shù)>浮塵日數(shù)。

圖4 1964年—2020年興安盟沙塵天氣季節(jié)變化

2.2.3 月變化。興安盟沙塵天氣月變化特征非常顯著，由圖5可知，興安盟4月發(fā)生沙塵天氣的頻次最多，發(fā)生的揚沙日數(shù)>浮塵日數(shù)=沙塵暴日數(shù)，分別為 1.3 d、0.4 d和0.4 d；5月次之，發(fā)生的揚沙日數(shù)>沙塵暴日數(shù)>浮塵日數(shù)，分別為 0.9 d、0.3 d和0.2 d；7月和8月發(fā)生沙塵天氣的次數(shù)最少，沙塵日數(shù)為0.02 d。

圖5 1964年—2020年興安盟沙塵天氣日變化

2.2.4 周期變化。通過1964年—2020年興安盟年沙塵天氣日數(shù)小波分析，可知周期變化特征為：年沙塵天氣日數(shù)存在準3 a、7 a、13 a、20 a的振蕩周期。小波方差峰值對應準20 a的時間尺度最為顯著，說明在1964年—2020年整個時間域中，年沙塵天氣日數(shù)20 a的周期振蕩最強，是最顯著周期。

圖6 1964年—2020年興安盟沙塵天氣日小波實部與小波方差

3 結束語

①興安盟57 a平均沙塵天氣日數(shù)呈西北至東南遞增，平均值為5.6 d，最大值為13.5 d(高力板)，最小值為1.3 d(阿爾山)。根據(jù)EOF分析，前3個特征場累計方差貢獻占總方差的70%，第一特征向量場表示興安盟年沙塵天氣日數(shù)是同時多或同時少的空間特征，解釋方差為39%。②興安盟近57a內(nèi)20世紀90年代沙塵天氣較常年同期偏少2.3 d，其他年代較常年偏多0.6 d～20.5 d(20世紀70年代)；年平均沙塵天氣日數(shù)最大值為15.9 d(2001年)，最小值為1.2 d(1992年、1994年和2013年)，年際線性變化趨勢為逐年遞減。③興安盟沙塵天氣有明顯的季節(jié)特征?？傮w呈春季>冬季>秋季>夏季的變化形勢，占全年比例分別為：78.1%、10.3%、7.4%、4.2%。春季是沙塵天氣的多發(fā)季節(jié)；春季發(fā)生的揚沙日數(shù)占主導地位，占春季沙塵日數(shù)的63.9%。④興安盟4月發(fā)生沙塵天氣的頻次最多，發(fā)生的揚沙日數(shù)>浮塵日數(shù)=沙塵暴日數(shù)，5月次之，7月和8月發(fā)生沙塵天氣的次數(shù)最少。 ⑤興安盟近57 a間年沙塵天氣日數(shù)周期變化存在準3 a、7 a、13 a、20 a的振蕩周期。其中20 a的周期振蕩最強，是最顯著周期。