近57年兴安盟沙尘天气时空分布特征

吴淑梅

(兴安盟气象局，内蒙古 乌兰浩特 137400)

沙尘天气在我国北方是一种严重的气象灾害，特别是强沙尘暴能在短时间内给生态环境和人类社会造成严重损失[1]。沙尘天气按水平能见度划分为浮尘、扬沙和沙尘暴等3种类型[2]，杨紫超[3]等利用阿拉善盟1961年—2010年8个站的气象观测资料，分析了近 50a 阿拉善盟沙尘暴、扬沙、浮尘天气的年平均、四季的空间分布特征、增减趋势。结果表明：沙尘暴区以拐子湖为中心向东南和西北递减，而扬沙、浮尘与沙尘暴有所不同，具有 3 个高值区，向四周递减，形成鞍形场。沙尘暴多发地扬沙、浮尘天气较少。四季的分布特征与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 沙尘暴发生次数呈波动性减少趋势。兴安盟位于内蒙古自治区东北部，属中温带大陆性季风气候区，地处大兴安岭向松嫩平原过渡带，由西北向东南分为4个地貌类型：中山地带、低山地带、丘陵地带和平原地带，海拔高度150 m～1 800 m。山地和丘陵占95%左右，平原占5%左右。兴安盟由于地形地貌和地域气候特征，沙尘天气的时空分布具有很强的季节和地区性差异。笔者统计1964年—2020年兴安盟沙尘天气现象观测资料，采用EOF分析、线性趋势法、小波分析等分析了近57a沙尘天气时空分布特征，为沙尘天气对空气质量的影响、沙尘灾害研究提供了科学参考。

1 资料与方法

选用1964年—2020年兴安盟8个测站的浮尘、扬沙、沙尘暴天气现象观测资料，文中所述的沙尘天气是浮尘、扬沙、沙尘暴天气的统称，如某站某日有浮尘、扬沙或沙尘暴天气记录，则认为该站出现沙尘天气，记为一个沙尘天气日(数据来自内蒙古气象信息中心)。季节划分为：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。其中常年均值为1981年—2010年的平均值。文中应用EOF分析、线性趋势法、小波分析、M-K法等对兴安盟沙尘天气的时空分布特征进行了诊断分析。

2 沙尘天气时空分布特征

2.1 空间分布特征

兴安盟1964年—2020年间8个测站的年沙尘天气日数均值分布如图1所示，沙尘天气日数呈西北至东南递增，全盟年沙尘天气日数均值为5.6 d，年平均沙尘天气日数最小值出现在阿尔山为1.3 d，最大值出现在高力板为13.5 d。

为了清楚地显示年沙尘天气日数的主要空间分布类型，对年沙尘天气日数资料进行EOF分析，表1列出了EOF前3个特征向量场的方差贡献率和累计方差贡献。前3个特征场累计方差贡献占总方差的70%。

图1 1964年—2020年兴安盟沙尘天气年平均分布

表1 1964年—2020年兴安盟沙尘天气日数EOF分析特征向量场的方差贡献

图2为沙尘天气日数经EOF分解的前3个特征向量场分布，第一特征向量场的解释方差为39%，反映了兴安盟沙尘天气日数空间分布的主要特征，即全盟呈现一致的正值，表示兴安盟沙尘天气日数的主要空间变化为全盟趋势相同，即全盟是同时多或同时少的空间特征。图1b是第二特征向量场，为兴安盟西北地区与东南地区反相分布，西北地区地区为正位相分布，东南地区为负位相区域。这说明沙尘天气日数的第二位的特征性是西北地区沙尘天气日数偏多(少)，东南地区沙尘天气日数偏少(多)的反相位变化特征。图1c是沙尘天气日数的第三特征向量场，北部地区为正位相，南部地区为负位相。说明沙尘天气日数的第三位的特征性是北部地区偏多 (少)，南部地区沙尘天气日数偏少(多)的反相位变化特征。

(a) (b) (c)

2.2 时间分布特征

2.2.1 年代际、年际变化。图3为1964年—2020年兴安盟年平均沙尘天气日数年代际、年际变化分布图。年代际变化：20世纪90年代，沙尘天气的日数最少，为2.3 d，较常年均值少2.7 d；20世纪60年代至80年代和21世纪00年代至10年代沙尘天气日数均较常年偏多，其中20世纪70年代沙尘天气的日数最多，为7.5 d，较常年均值多2.5 d。年际变化：1964年—2020年间兴安盟年平均沙尘天气日数最大值为15.9 d(2001年)，最小值为1.2 d(1992年、1994年和2013年)，线性变化趋势为逐年递减，M-K检验未产生突变。

图3 1964年—2020年兴安盟年平均沙尘天气日数年代际、年际变化

2.2.2 季节变化。图4为1964年—2020年兴安盟沙尘天气季节变化图，结果显示，兴安盟沙尘天气有明显的季节特征。总体呈春季>冬季>秋季>夏季的变化形势，占全年比例分别为：78.1%、10.3%、7.4%、4.2%。可看出春季是沙尘天气的多发季节；其中，春季发生的扬沙日数占主导地位，占春季沙尘日数的63.9%，浮尘日数和沙尘暴日数相近，占春季沙尘日数的16.9%和18.5%；冬季和秋季发生扬沙日数>浮尘日数>沙尘暴日数；夏季发生扬沙日数>沙尘暴日数>浮尘日数。

图4 1964年—2020年兴安盟沙尘天气季节变化

2.2.3 月变化。兴安盟沙尘天气月变化特征非常显著，由图5可知，兴安盟4月发生沙尘天气的频次最多，发生的扬沙日数>浮尘日数=沙尘暴日数，分别为 1.3 d、0.4 d和0.4 d；5月次之，发生的扬沙日数>沙尘暴日数>浮尘日数，分别为 0.9 d、0.3 d和0.2 d；7月和8月发生沙尘天气的次数最少，沙尘日数为0.02 d。

图5 1964年—2020年兴安盟沙尘天气日变化

2.2.4 周期变化。通过1964年—2020年兴安盟年沙尘天气日数小波分析，可知周期变化特征为：年沙尘天气日数存在准3 a、7 a、13 a、20 a的振荡周期。小波方差峰值对应准20 a的时间尺度最为显著，说明在1964年—2020年整个时间域中，年沙尘天气日数20 a的周期振荡最强，是最显著周期。

图6 1964年—2020年兴安盟沙尘天气日小波实部与小波方差

3 结束语

①兴安盟57 a平均沙尘天气日数呈西北至东南递增，平均值为5.6 d，最大值为13.5 d(高力板)，最小值为1.3 d(阿尔山)。根据EOF分析，前3个特征场累计方差贡献占总方差的70%，第一特征向量场表示兴安盟年沙尘天气日数是同时多或同时少的空间特征，解释方差为39%。②兴安盟近57a内20世纪90年代沙尘天气较常年同期偏少2.3 d，其他年代较常年偏多0.6 d～20.5 d(20世纪70年代)；年平均沙尘天气日数最大值为15.9 d(2001年)，最小值为1.2 d(1992年、1994年和2013年)，年际线性变化趋势为逐年递减。③兴安盟沙尘天气有明显的季节特征。总体呈春季>冬季>秋季>夏季的变化形势，占全年比例分别为：78.1%、10.3%、7.4%、4.2%。春季是沙尘天气的多发季节；春季发生的扬沙日数占主导地位，占春季沙尘日数的63.9%。④兴安盟4月发生沙尘天气的频次最多，发生的扬沙日数>浮尘日数=沙尘暴日数，5月次之，7月和8月发生沙尘天气的次数最少。 ⑤兴安盟近57 a间年沙尘天气日数周期变化存在准3 a、7 a、13 a、20 a的振荡周期。其中20 a的周期振荡最强，是最显著周期。