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給生態環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，向四周遞減，形成鞍形場。沙塵暴多發地揚沙、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 沙塵暴發生次數呈波動性減少趨勢。興安盟位于內蒙古自治區東北部，屬中溫帶大陸性季風氣候區，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和地區性差異。筆者統計1964年—2020年興安盟沙塵天氣現象觀測資料，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，則認為該站出現沙塵天氣，記為一個沙塵天氣日(數據來自內蒙古氣象信息中心)。季節劃分為：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均值分布如圖1所示，沙塵天氣日數呈西北至東南遞增，全盟年沙塵天氣日數均值為5.6 d，年平均沙塵天氣日數最小值出現在阿爾山為1.3 d，最大值出現在高力板為13.5 d。

為了清楚地顯示年沙塵天氣日數的主要空間分布類型，對年沙塵天氣日數資料進行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EOF分析特征向量場的方差貢獻

圖2為沙塵天氣日數經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空間分布的主要特征，即全盟呈現一致的正值，表示興安盟沙塵天氣日數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，為興安盟西北地區與東南地區反相分布，西北地區地區為正位相分布，東南地區為負位相區域。這說明沙塵天氣日數的第二位的特征性是西北地區沙塵天氣日數偏多(少)，東南地區沙塵天氣日數偏少(多)的反相位變化特征。圖1c是沙塵天氣日數的第三特征向量場，北部地區為正位相，南部地區為負位相。說明沙塵天氣日數的第三位的特征性是北部地區偏多 (少)，南部地區沙塵天氣日數偏少(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年代沙塵天氣日數均較常年偏多，其中20世紀70年代沙塵天氣的日數最多，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檢驗未產生突變。

圖3 1964年—2020年興安盟年平均沙塵天氣日數年代際、年際變化

2.2.2 季節變化。圖4為1964年—2020年興安盟沙塵天氣季節變化圖，結果顯示，興安盟沙塵天氣有明顯的季節特征?？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天氣的多發季節；其中，春季發生的揚沙日數占主導地位，占春季沙塵日數的63.9%，浮塵日數和沙塵暴日數相近，占春季沙塵日數的16.9%和18.5%；冬季和秋季發生揚沙日數>浮塵日數>沙塵暴日數；夏季發生揚沙日數>沙塵暴日數>浮塵日數。

圖4 1964年—2020年興安盟沙塵天氣季節變化

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月發生沙塵天氣的頻次最多，發生的揚沙日數>浮塵日數=沙塵暴日數，分別為 1.3 d、0.4 d和0.4 d；5月次之，發生的揚沙日數>沙塵暴日數>浮塵日數，分別為 0.9 d、0.3 d和0.2 d；7月和8月發生沙塵天氣的次數最少，沙塵日數為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小波分析，可知周期變化特征為：年沙塵天氣日數存在準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季節；春季發生的揚沙日數占主導地位，占春季沙塵日數的63.9%。④興安盟4月發生沙塵天氣的頻次最多，發生的揚沙日數>浮塵日數=沙塵暴日數，5月次之，7月和8月發生沙塵天氣的次數最少。 ⑤興安盟近57 a間年沙塵天氣日數周期變化存在準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。