乌鲁木齐市焚风的空间特征分析

摘 要：由于特殊的地理条件，乌鲁木齐市常发生焚风天气，对人民生命安全和社会经济构成严重威胁。选取2018年3月31日01：00乌鲁木齐市8个区域典型气象站一次焚风过程2 min的平均风速、温度、湿度等气象要素。采用空间数据分析方法对乌鲁木齐焚风的空间分布特征进行分析。结果显示：焚风风速在天山区和头屯河区最大，在乌鲁木齐县和达坂城区最小；乌鲁木齐县和达坂城区风速、温度和湿度的大小与其他区域分布相反，这与该区域地势较高有关；通过局部空间自相关可知，低风速区域周围都是高风速区域。

关键词：焚风；空间特征；预报指标；风向风速

中图分类号：P425.52 文献标志码：B 文章编号：2095–3305（2024）08–0-04

焚风是指气流通过山谷或山口时由于地形强迫在山脉背风坡上发生的一类高温、低湿的强下坡风[1-2]。

焚风天气风力强劲，伴随显著增温和降湿，严重影响当地天气和气候，对人民群众身体健康构成威胁，因此其受到广泛关注[3-4]。世界众多山区都有焚风发生，如欧洲的阿尔卑斯山、北美洲的落基山等。在中国天山北坡博格达山与天格尔山之间，即乌鲁木齐附近峡谷地带，由于地形落差较大，使该区域经常发生焚风（东南风）。其中，以达坂城至乌鲁木齐地区的焚风最为著名。

对于中天山北坡来说，焚风从乌鲁木齐南郊开始，且横扫市区，甚至蔓延至西北方下游区域。风速较大，最大值甚至超过40 m/s。焚风天气对人民生命安全和社会经济造成巨大损失。研究表明，乌鲁木齐71%的重污染事件都和焚风有关。综上可见，中天山北坡乌鲁木齐附近的焚风对乌鲁木齐社会经济发展带来了巨大灾害，且焚风预报一直是天气预报中的难点和重点。为了更加深入地理解乌鲁木齐焚风的气候活动规律，细致分析焚风空间分布特征是非常必要的基础研究工作。基于此，以新疆维吾尔自治区乌鲁木齐市为研究对象，对该地焚风空间特征进行分析，为焚风气象预报业务提供参考。

1 乌鲁木齐市焚风天气概况及危害

乌鲁木齐附近峡谷地带（天山北坡博格达山与天格尔山之间）由于地形落差较大，经常发生焚风（东南风）。焚风从乌鲁木齐市南郊形成，范围逐渐扩大到市区，甚至发展至西北方下游区域。且该地风速往往较大，最大风速≥40 m/s[5]。

焚风天气对人民生命安全和社会经济造成巨大威胁。例如：2004年11月24日，乌鲁木齐市发生焚风天气，瞬时风力达46 m/s，将南郊输电线路铁塔吹折、厂房屋顶掀翻、大树吹断、市区楼顶广告牌吹落，全市损失惨重；2012年3月30日，乌鲁木齐市焚风持续近20 h，

城区平均风力8～9级，瞬间风力高达10～12级。同时，3人被高空坠物砸中而亡，80余人受伤，经济损失巨大。同年12月22—26日，乌鲁木齐南郊焚风风力达8～11级，数十辆轿车被风吹雪掩埋；2014年4月3日，观测记录显示15：00～16：00乌鲁木齐市区及其南郊焚风10 min平均风速达14.6 m/s，当日15：00市区南部PM10浓度高达3 720 μg/m3。

2 研究区域概况、研究资料与方法

2.1 研究区域概况

研究区域为乌鲁木齐市8个区县级区域（图1）。总体来看，乌鲁木齐市南面地形地势较高，北面地形地势较低。

2.2 研究资料

研究资料选取2018年3月31日01：00乌鲁木齐市8个区域典型气象站一次焚风过程2 min的平均风速、温度、湿度等气象要素。

2.3 研究方法

（1）采用空间自相关分析及统计分析等相关方法研究乌鲁木齐地区焚风风速的空间分布特征。并配置GeoDa程序软件。该程序为探索性空间数据分析方法提供了清晰的图形界面，例如用于聚合数据（数千条记录）的空间自相关统计数据，以及用于点和面数据（数万条记录）的基本空间回归分析。

（2）莫兰指数。其是用于测算空间自相关的常见指标，是衡量变量在同一个区域内的观测值之间潜在的相互依赖性的一个重要研究指标。莫兰指数取值范围为-1～1。当莫兰指数＞0时，表示空间正相关性，其值越大，空间相关性越明显；当莫兰指数<0时，表示空间负相关性，其值越小，空间差异越大；当莫兰指数=0时，空间呈现出随机性[6]。

（3）LISA（Local indicators of spatial association，LISA）聚类分析。其是一种用于空间数据分析的方法，其基于地理空间中的数据相似性来分析数据的聚集程度，将每个区域与其相邻区域进行比较，并计算每个区域的局部空间关联性指数。这个指数可以帮助识别区域在空间上聚集的模式。LISA聚类分析根据聚集模式将区域分为4个类别：高高、低低、高低和低高。

（4）LISA集聚图反映的是空间联系的局部指标，即局部空间自相关。局部空间自相关解释了其具体空间位置和集聚的显著度，有效检测由于空间相关性引起的差异，判断空间对象取值的空间热点区域或高发区域，并弥补全局空间自相关分析的不足。

（5）DBSCAN（Density-Based Spatial Clustering of Applications with Noise）算法。其是一个基于密度的聚类算法，与划分和层次聚类方法不同，其将“簇”定义为密度相连的点的最大集合，能够把具有足够高密度的区域划分为簇，并可在噪声的空间数据库中发现任意形状的聚类[7-8]。

3 结果与分析

由图2可知，乌鲁木齐市焚风风速在天山区和头屯河区最大，主要由于地形作用影响，焚风在下坡过程中风速不断增大，在天山区和头屯河区达到最大，之后由于地面摩擦力的作用，在米东区减小。

焚风风速在乌鲁木齐县和达坂城区最小，主要由于气流刚翻山下沉，焚风才开始加速，此时风速较小。

一般而言，焚风期间，风速较大，温度较高，湿度较低[9-13]。由图3可知，风速、温度、湿度数据存在2个离群值，离群值主要区域为乌鲁木齐县和达坂城区。这2个区域地势较高，焚风翻山下沉，风速较小。又处于山区，故温度较低，湿度较高。

从焚风风速的全局自相关分布可知（图4），默然指数为-0.151，呈负相关。各区域焚风风速具有差异性；从焚风风速的局部自相关分布可知（图5），乌鲁木齐市焚风低风速区域周围都是高风速区域；从焚风风速的聚类分布可知（图6），焚风风速较小区域聚为了一类。

综上所述，乌鲁木齐市焚风期间气象要素的空间特征分析结果与以往研究结果基本一致。值得注意的是，乌鲁木齐市焚风期间新市区温度异常升高，这是今后关注的重点。此外，以上数据体量较小，在后期，乌鲁木齐地区气象站资料应进一步改进完善。这对深入分析乌鲁木齐地区乡镇级区域焚风空间分布的特征具有积极意义。

4 乌鲁木齐市焚风天气的防治措施

4.1 构建绿色生态屏障

通过构建绿色生态屏障，可以有效减缓焚风下沉增温的速度和强度。乌鲁木齐市应在城市周边地区大力植树造林、种草绿化，增加植被覆盖面积。同时，加强对现有林地的保护和管理，防止乱砍滥伐和火灾等破坏行为。通过构建绿色生态屏障，不仅可以改善城市生态环境，还能减轻焚风天气的影响[14-17]。

4.2 加强大气污染防治

大气污染防治是减轻焚风天气对空气质量影响的关键措施。乌鲁木齐市应继续推进大气污染防治工作，重点从以下3个方面入手：（1）工业污染治理：加大对工业企业的监管力度，确保企业排放达标。推广清洁能源和环保技术，减少污染物排放。（2）扬尘污染控制：加强施工工地、道路扬尘等污染源的治理。实施绿网覆盖、洒水降尘等措施，减少扬尘污染。（3）机动车尾气治理：推广新能源汽车和清洁能源车辆，减少机动车尾气排放量。实施严格的机动车排放标准，加强对超标车辆的查处力度。

4.3 增强公众环保意识

乌鲁木齐市应通过多种渠道和方式加强环保宣传教育，以加深公众对焚风天气及其防治措施的认识。同时，鼓励公众参与环保行动（如垃圾分类、节能减排等），共同营造良好的生态环境氛围。

5 结论

利用逐时地面气象资料，分析了乌鲁木齐8个区县级区域焚风期间风速、温度、湿度等气象要素的空间分布特征，得到如下结论：

（1）焚风风速在天山区和头屯河区最大，在乌鲁木齐县和达坂城区最小。

（2）乌鲁木齐县和达坂城区风速、温度和湿度的大小与其他区域分布相反，这与该区域地势较高有关。

（3）焚风期间新市区温度最高，乌鲁木齐焚风空间分布存在差异性。

（4）通过局部空间自相关可知，低风速区域周围都是高风速区域。

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