吳 瑕，鄭箐舟，陳 琳，劉姝寧，李玫潔

1.包頭市氣象臺，內(nèi)蒙古包頭 014030；2.重慶市氣象服務(wù)中心，重慶 401147

給社會經(jīng)濟(jì)造成損失、影響公眾日常生活、威脅生命進(jìn)而引起高度重視的天氣現(xiàn)象被稱為高影響天氣。高影響天氣事件在《高等天氣學(xué)》中被定義為對社會、環(huán)境和經(jīng)濟(jì)造成重大影響的天氣現(xiàn)象與事件，其發(fā)生的概率雖然小，但其風(fēng)險很高，造成的后果可能是災(zāi)難性的[1]。

其中，大城市所引發(fā)的災(zāi)害相比于一般的氣象災(zāi)害有顯著的“放大”作用、范圍更廣、影響更大，造成的經(jīng)濟(jì)損失和誘發(fā)的次生災(zāi)害更嚴(yán)重。難以度量、受多因素影響、難以歸屬和不確定性強(qiáng)是大城市高影響天氣的主要特征[2]。因此，許多學(xué)者對大城市開展了關(guān)于高影響天氣發(fā)生發(fā)展特征的研究。呂勇平[3]通過研究2010年廣州亞運(yùn)會期間同期氣象氣候條件得出影響開幕式的高影響天氣是強(qiáng)降水與強(qiáng)冷空氣。于芳健等[4]研究了朝陽地區(qū)3類高影響天氣（雷暴大風(fēng)、短時強(qiáng)降水和冰雹），發(fā)現(xiàn)這3類高影響天氣均有明顯的日變化特征，且主要集中在午后至傍晚時刻。羅慧等[5]以咸陽市6類高影響天氣事件信息和1211氣象信息電話撥打次數(shù)為基礎(chǔ)，利用模糊數(shù)學(xué)的風(fēng)險評估法計算得出不同級別關(guān)注度風(fēng)險水平。分析總結(jié)大城市高影響天氣的歷史特征和演變規(guī)律對現(xiàn)代天氣預(yù)報業(yè)務(wù)具有重大指導(dǎo)意義，能進(jìn)一步滿足氣象服務(wù)的需求。

包頭市地處中國華北地區(qū)，屬內(nèi)蒙古自治區(qū)地級市，屬于溫帶大陸性季風(fēng)氣候，因氣候變化頻繁，易出現(xiàn)各種極端天氣，從而對農(nóng)牧業(yè)造成直接影響[6]。本研究對包頭市近70年來8類高影響天氣（浮塵日數(shù)、揚(yáng)沙日數(shù)、沙塵暴日數(shù)、大風(fēng)日數(shù)、高溫日數(shù)、暴雨日數(shù)、雷暴日數(shù)、閃電日數(shù)）變化特征進(jìn)行分析，以期為包頭市應(yīng)對災(zāi)害性天氣提供科學(xué)依據(jù)。

1 高影響天氣的年際變化與年變化

1.1 沙塵天氣

1.1.1 浮塵日數(shù)浮塵是因高空風(fēng)將遠(yuǎn)處沙塵吹到本地上空，或者本地沙塵暴、揚(yáng)沙過后，塵土、細(xì)沙均勻地漂浮在空氣中，造成空氣渾濁，天空呈現(xiàn)土黃色，水平能見度低于10 km的視程障礙現(xiàn)象。1951—2020年包頭國家基本氣象站累年平均浮塵日數(shù)為15.33 d，2017年浮塵日數(shù)最多，為115 d，年浮塵日數(shù)以2.26 d/10年的傾向率減少（圖1）。7—10月浮塵發(fā)生頻率較低，4月最多，達(dá)到了全年的24.06%（圖2）。

圖1 1951—2020年包頭國家基本氣象站高影響天氣日數(shù)年際變化

圖2 1951—2020年包頭國家基本氣象站高影響天氣日數(shù)年變化

1.1.2 揚(yáng)沙日數(shù)揚(yáng)沙是因大風(fēng)將本地及周圍地面沙塵吹起，造成空氣渾濁，天空昏黃，水平能見度在1~10 km以內(nèi)的視程障礙現(xiàn)象。累年平均揚(yáng)沙日數(shù)為24.76 d，1953年揚(yáng)沙日數(shù)最多，為105 d，年日數(shù)以7.45 d/10年的速率顯著減少。揚(yáng)沙主要發(fā)生在3—6月，其中4月、5月相對較多，占比分別為18.95%和18.06%。

1.1.3 沙塵暴日數(shù)沙暴和塵暴總稱為沙塵暴，是大風(fēng)將地面沙塵悉數(shù)吹到空中，造成空氣極度渾濁，水平能見度小于1 km的視程障礙現(xiàn)象。當(dāng)水平能見度低于500 m時被稱作強(qiáng)沙塵暴。1951~2020年包頭國家基本氣象站累年平均沙塵暴日數(shù)為10.81 d，1966年沙塵暴日數(shù)最多，為51 d。年日數(shù)變化呈下降趨勢，下降速率為4.06 d/10年。全年均有沙塵暴天氣發(fā)生，3~6月是高發(fā)時段，占全年的76.78%。

1.2 大風(fēng)日數(shù)

當(dāng)瞬時風(fēng)速達(dá)到或超過17.0 m/s （或目測風(fēng)力達(dá)到或超過8級）的風(fēng)被定義為大風(fēng)。1951—2020年包頭國家基本氣象站年平均大風(fēng)日數(shù)為23.31 d，歷年大風(fēng)日 數(shù) 在0（1954年、2004年、2008年、2009年、2012年、2017年）~79 d（1969年）之間變化。大風(fēng)日數(shù)變化的線性方程為y=-0.61x+44.81。風(fēng)日數(shù)年際變化整體呈現(xiàn)下降趨勢，平均每10年減少6.06 d。大風(fēng)全年各月均有發(fā)生，主要發(fā)生在3—7月，其中4月大風(fēng)日數(shù)最多，為4.59 d，占全年大風(fēng)發(fā)生的19.34%。

1.3 高溫日數(shù)

根據(jù)《內(nèi)蒙古地區(qū)極端高溫、低溫和降雨標(biāo)準(zhǔn)》（DB15/T 933—2015），日最高氣溫≥35℃定義為“高溫日”。包頭地區(qū)的高溫天氣主要受穩(wěn)定少動的西伸的副熱帶高壓或大陸暖高壓控制，天氣晴好，太陽光照強(qiáng)，地表水分少，氣溫快速上升從而形成高溫天氣。包頭國家基本氣象站累年平均高溫日數(shù)為2.20 d，2010年高溫日數(shù)最多，為17 d，高溫日數(shù)呈上升趨勢；高溫天氣主要發(fā)生在6—8月，分別為0.47 d、1.34 d、0.21 d。

1.4 暴雨日數(shù)

內(nèi)蒙古各地暴雨日數(shù)（日降水量≥50 mm為暴雨以上量級）遠(yuǎn)少于濕潤地區(qū)，但因其地形復(fù)雜且地域廣闊，故有著時間短、強(qiáng)度大、局地性強(qiáng)的特點。暴雨是夏季包頭市主要氣象災(zāi)害之一，持續(xù)高強(qiáng)度的降水會導(dǎo)致積水、洪水及衍生災(zāi)害。1951—2020年包頭國家基本氣象站累年平均暴雨日數(shù)為0.33 d，1958年暴雨日數(shù)最多，為3 d；其次是1976年、1988年、1997年和1998年，暴雨日數(shù)為2 d，年日數(shù)變化呈下降趨勢。暴雨主要發(fā)生在7—8月，占比分別為34.78%和56.52%。

了解歷年最長連續(xù)降水日數(shù)、最大連續(xù)降水量和最大過程降水量的極值及其分布，有助于安排農(nóng)作物育種、糧食晾曬以及防御局地洪澇災(zāi)害。最長連續(xù)降水日數(shù)在3 d（1951年、1956年、1957年、1962年、1965年、1968年、1972年、1982年、1988年、1993年、1994年、1999年、2000年、2010年、2018年）~7 d（1981、1984、1985、1990年）之間波動，最長連續(xù)降水量變化范圍為4.0 mm（1989年）～131.7 mm（1985年）；最大連續(xù)降水量則在21.2 mm（1965年）～131.7 mm（1985年）之間變化，累年平均最大日降水量為42.69 mm，年際變化范圍為17.7 mm（1980年）~100.8 mm（1958年），最大日降水量日數(shù)以0.50 mm/10年的速率減少。

1.5 雷電

雷電包括雷暴和閃電，雷電所形成的炙熱高溫、強(qiáng)大電流以及電磁輻射伴隨的沖擊波是導(dǎo)致雷電災(zāi)害的主要原因。積雨云云間、云地或云中之間產(chǎn)生的放電現(xiàn)象被稱為雷暴，表現(xiàn)為閃電并伴隨有雷聲，有時也只能聞雷聲而不見閃電。

統(tǒng)計包頭國家基本氣象站1951—2015年的地面觀測資料（2016年后沒有觀測記錄）發(fā)現(xiàn)，累年平均雷暴日數(shù)為29.08 d，年雷暴日數(shù)在0（1954年、2014和2015年）~48 d（1958年）之間變化，雷暴日數(shù)趨勢方程為y=-0.17x+35.49。雷暴日數(shù)年際變化呈波動下降趨勢，平均每10年減少1.72 d。雷暴主要集中發(fā)生在夏秋季，其中夏季（6、7、8月）雷暴日數(shù)最高，發(fā)生日數(shù)分別為6.34、8.58和6.94 d，12月到翌年2月均沒有發(fā)生雷暴。

1951—2015 年，包頭國家基本氣象站累年平均閃電日數(shù)為8.80 d，年際變化在0（2009~2015年）~30 d（1955年）之間，閃電日數(shù)以4.53 d/10年的速率減少。雷電主要集中發(fā)生在夏秋季，其中7、8、9月發(fā)生日數(shù)最多，分別為2.51、2.25和1.58 d，12月到翌年3月均沒有發(fā)生雷電。

2 高影響天氣的年代際變化

從表1可以看出，近70年來，包頭市浮塵日數(shù)在20世紀(jì)50年代~80年代期間的上升和下降趨勢近似，為25~29 d/10年；20世 紀(jì)90年 代~21世紀(jì)00年代變化趨勢不明顯，而21世紀(jì)10年代上升趨勢十分明顯，達(dá)57.88 d/10年。揚(yáng)沙日數(shù)在20世紀(jì)50年代、70年代、90年代和21世紀(jì)00年代下降趨勢十分明顯，達(dá)16~37 d/10年；20世紀(jì)60年代和80年代上升和下降趨勢較小，為3 d/10年左右；21世紀(jì)10年代以10.30 d/10年的速率較快增加。沙塵暴日數(shù)僅在20世紀(jì)60年代~70年代下降趨勢十分明顯，傾向率超過15 d/10年；其他年代變化趨勢不明顯，達(dá)1~8 d/10年。大風(fēng)日數(shù)在20世紀(jì)50年代和20世紀(jì)70年代分別顯著上升和顯著下降，分別為68 d/10年和55.39 d/10年；20世紀(jì)60年代和21世紀(jì)00年代上升和下降趨勢近似，達(dá)20~28 d/10年；20世紀(jì)80年代~90年代和21世紀(jì)10年代上升和下降趨勢較小，達(dá)7~9 d/10年。高溫日數(shù)僅在20世紀(jì)90年代以3.82 d/10年的速率緩慢增加，其他年代均呈下降趨勢，達(dá)0~8 d/10年。暴雨日數(shù)僅在20世紀(jì)60年代以0.24 d/10年的速率緩慢減少，其他年代均呈上升趨勢，達(dá)0~2 d/10年。雷暴日數(shù)在20世紀(jì)50年代和21世紀(jì)10年代上升趨勢十分明顯，分別達(dá)17.33 d/10年和48.29 d/10年；20世紀(jì)60年代、80年代和21世紀(jì)00年代下降趨勢較大，達(dá)6~10 d/10年；20世紀(jì)70年代和90年代下降趨勢較小。閃電日數(shù)僅在20世紀(jì)50年代顯著增加，達(dá)10.00 d/10年；其他年代都呈下降趨勢，尤其20世紀(jì)70年代下降趨勢十分明顯，達(dá)11.58 d/10年。

表1 包頭國家基本氣象站1951—2020年各年代高影響天氣日數(shù)傾向率和相關(guān)系數(shù)

3 結(jié)論

通過對包頭市近70年來，高度影響天氣事件的分析研究，有利于加強(qiáng)社會公眾對其可能性、嚴(yán)重性和危害性的認(rèn)識，增強(qiáng)防災(zāi)減災(zāi)意識并及時采取有效措施。主要結(jié)論如下：

（1）近70年來，該站僅有高溫日數(shù)以0.23 d/10年的趨勢上升，而沙塵暴日數(shù)、閃電日數(shù)、大風(fēng)日數(shù)、揚(yáng)沙日數(shù)、浮塵日數(shù)、雷暴日數(shù)和暴雨日數(shù)均呈下降趨勢。從年變化上看，浮塵、揚(yáng)沙、沙塵暴、大風(fēng)4月活動最頻繁，而高溫、雷暴、閃電和暴雨在7—8月活動最頻繁。

（2）近70年來，該站浮塵日數(shù)在21世紀(jì)10年代上升趨勢十分明顯，達(dá)57.88 d/10年；揚(yáng)沙日數(shù)在20世紀(jì)50年代、70年代、90年代和21世紀(jì)00年代下降趨勢十分明顯，21世紀(jì)10年代則以10.30 d/10年的速率較快增加；沙塵暴日數(shù)僅在20世紀(jì)60~70年代下降趨勢十分明顯，傾向率超過15 d/10年；大風(fēng)日數(shù)在20世紀(jì)50年代和20世紀(jì)70年代分別顯著上升和顯著下降；高溫日數(shù)僅在20世紀(jì)90年代以3.82 d/10年的速率緩慢增加，其他年代均呈下降趨勢；暴雨日數(shù)僅在20世紀(jì)60年代以0.24 d/10年的速率緩慢減少，其他年代均呈上升趨勢；雷暴日數(shù)在20世紀(jì)50年代和21世紀(jì)10年代上升趨勢十分明顯，20世紀(jì)60年代、80年代和21世紀(jì)00年代下降趨勢較大；閃電日數(shù)僅在20世紀(jì)50年代顯著增加，其他年代都呈下降趨勢，尤其20世紀(jì)70年代下降趨勢十分明顯，達(dá)11.58 d/10年。

（3）包頭市氣候變化頻繁，易出現(xiàn)多種極端天氣，如大風(fēng)、暴雨、沙塵暴等，對農(nóng)牧業(yè)造成嚴(yán)重影響。因此，有關(guān)部門應(yīng)提前準(zhǔn)備高影響天氣的統(tǒng)計和防御措施，利用新媒體加大宣傳力度，擴(kuò)大宣傳范圍，增強(qiáng)社會公眾的防災(zāi)減災(zāi)意識。社會公眾需及時關(guān)注相關(guān)部門發(fā)布的災(zāi)害天氣預(yù)報預(yù)警信息，正確、熟練地掌握應(yīng)對之策，從而減輕高影響天氣對農(nóng)牧業(yè)造成的直接影響，促進(jìn)其穩(wěn)定、健康發(fā)展。