河西走廊东部武威市2021年主要气候特征及影响分析

杨 梅，罗晓玲#，李岩瑛,2

1.甘肃省武威市气象局，甘肃武威 733000；2.中国气象局兰州干旱气象研究所，甘肃兰州 730020

在气候变暖背景下，全球极端气候事件发生频率和强度变化明显[1]。2022年1月，位于北极圈内的格陵兰岛99 m的拱门轰然坍塌，就是全球气候变暖带来的灾难之一，气候异常、极端灾害天气频繁的发生与ENSO事件强弱密不可分[2-6]。2020年8月至2021年3月，形成了一次中等强度的拉尼娜事件，拉尼娜事件引发全球天气气候异常，2021年2月中旬，冬季风暴“乌里”袭击北美大部，加拿大南部、美国大部分地区、墨西哥北部遭遇强寒流和极端暴风雪，多地最低气温突破历史极值，至少10余人因低温而死亡；2021年7月下旬，南非国内19个地区的气温突破冰点并伴有降雪，多地最低气温陆续被刷新。2021年12月11日美国发生罕见强龙卷风事件；2021年7月17—24日，河南多地出现破纪录极端强降水事件。近年来，极端天气气候事件多发频发，诸多学者从其成因及影响进行了研究，认为极端天气气候事件是造成我国重大自然灾害的主要根源，近年来有加重的趋势并会逐步常态化[7-8]。翟盘茂等[9]指出我国有必要加强高影响极端事件的监测、预警能力建设，同时必须根据极端天气气候事件变化规律来加强工程性防御的措施。武威市地处甘肃省河西走廊东部，地形复杂，气候差异大，属于典型的干旱半干旱气候，也是全球气候变化的敏感区。受2020年和2021年拉尼娜事件持续影响，年内极端天气气候事件多发，凝练了2021年出现的主要极端天气气候事件，并详细分析了其造成的影响，以期进一步了解极端天气产生的机理和特征，为准确预测预报极端天气，以及防灾减灾提供技术支撑。

1 研究区概况

武威市地处甘肃省河西走廊东部石羊河流域，乌鞘岭以西，祁连山北麓，位 于101°41′E～104°16′E、36°29′N～39°27′N，共辖民勤、凉州、古浪、天祝4个县（市、区），其水系发源于祁连山，是甘肃省三大内陆河流域之一。海拔高度为1 300～3 100 m，年降水量为110～410 mm，年蒸发量为1 500～2 700 mm。区内气候干旱少雨温差大，地势西南高、东北低，由东北向西南气温呈下降趋势，降水则相反。特别是位于最北部的民勤县，北、东、东南部被巴丹吉林沙漠和腾格里沙漠包围，大风和沙尘暴频繁。

2 数据来源

所用气象要素数据来源于1959—2021年河西走廊东部4个国家基本气象站（凉州、民勤、古浪、天祝）和所辖区内2011—2021年92个区域气象观测站逐日观测资料。气候平均值（即常年值）采用1991—2020 年的平均值。

河流流量资料由武威市水务局提供。大气污染数据由武威市生态环境局提供。

卫星遥感数据取自武威荒漠生态与农业气象试验站监测数据。采用高分一号卫星数据产品,时间序列为2009—2021年,时间分辨率为4 d，空间分辨率为16 m×16 m，用遥感影像近红外波段反射率和红外波段反射率，通过公式计算出NDVI值。计算公式为：

式（1）中，NIR为近红外波段的反射率，R为红波段的反射率。

3 结果与分析

3.1 基本气候概况

3.1.1 气温2021年武威市年平均气温为8.2℃，较历年偏高1.1℃，为有气象记录以来最高，其中凉州10.5℃、民勤10.8℃、古浪7.4℃、天祝4.0℃，与历年相比分别偏高1.3℃、1.4℃、1.1℃、0.5℃。年内气温变幅明显，主要偏低时段为1月上旬、4月中下旬、6月中旬、8月下旬、10月中旬、11月、12月下旬，其他时间以偏高为主。

1—2月出现极端冷暖转换，1月1—11日出现最低气温≤-20℃的低温天气，≤-30℃的站次为4站，全部在民勤；≤-25℃的站次为64站，凉州13站，民勤30站，古浪6站，天祝15站；≤-20℃的站次为406站，凉州106站，民 勤84站，古浪80站，天祝136站。特别7日全市所有观测站最低气温均在-20℃以下，民勤夹河最低气温达-31.3℃。全市低温站次较历年同期显著偏多。1月上旬全市平均气温为-13.0℃，较历年同期偏低4.9℃，为2012年以来同期最低；1月中旬开始，气温迅速回升，2月全市平均气温为0.2℃，较历年同期偏高4.5℃，为有气象记录以来同期最高。

各月气温变幅较大，2月、7月、9月气温较历年同期偏高4.5℃、2.7℃、2.7℃，均打破历史同期极值，11月气温较历年同期偏低1.3℃，为近9年最低。

2021年冬季（2020年12月—2021年2月）全市平均气温为-5.5℃，较历年偏高1.0℃，季内冷暖变化极为显著，呈现先冷后暖态势，2020年12月气温较历年偏低1.8℃，2021年2月气温较历年偏高4.5℃。春季（3—5月）平均气温为9.5℃，较历年偏高1.0℃,表现为前期暖，逐渐变冷，后期缓慢回升，3月气温较历年偏2.5℃,4月较历年偏低0.4℃，5月偏高1.0℃。夏季（6—8月）平均气温为20.4℃，较历年偏高1.0℃，6和8月基本与历年持平，7月偏高2.7℃，为有气象记录以来最高。秋季（9—11月）平均气温为7.4℃，较历年偏高0.5℃，特点为先暖后冷，9月偏高2.7℃，为有气象记录以来最高，10月接近常年，11月偏低1.3℃。

年内出现3次区域性寒潮强降温天气过程。分别为10月8—9日，24 h日最低气温下降8.1℃～11.2℃, 有57个测站达寒潮，其中13站达强寒潮；11月5—7日，48 h日 最 低 气 温 下 降10.1℃～18.3℃，有83站达寒潮，52站达强寒潮，16站达超强寒潮，降温幅度最大出现在天祝赛什斯镇土城村，48 h降温达18.3℃；12月11—12日，24小时日最低气温下降8.1℃～12.5℃，29站达寒潮，14站达强寒潮，2站达超强寒潮。寒潮次数较历年同期均偏多。

3.1.2 降水2021年武威市降水时空分布极为不均，全市年平均降水量为270.5 mm，较历年偏多3%，较2020年偏多25%。地理分布特点为中间多，南北少，各站降水量为凉州215.2 mm、民 勤100.7 mm、古 浪405.1 mm、天祝360.9 mm，与历年相比，凉州偏多22%、民勤偏少17%、古浪偏多11%、天祝偏少7%，与2020年相比，分别偏多28%、25%、30%、17%。

月际降水变化幅度较大，4月降水异 常 偏 多，6、9月 偏 多，1、3、10月 略偏多，11、12月略偏少，5、8月偏少，2、7月异常偏少。降水主要集中出现在4月中下旬、6月上中旬、9月上中旬；4月下旬和9月上中旬出现局地暴雨，导致出现异常值，与常年值相比，偏多最多的是4月，4月全市平均降水量为45.9 mm，较历年同期偏多202%，凉州（43.1 mm）和天祝（63.4 mm）降水量均打破历史同期极值；其次为9月，9月全市平均降水量为61.2 mm，较历年同期偏多45%，凉州（69.4 mm）为有气象记录以来同期第3位，古浪（91.3 mm）为2008年以来最多；偏少最多的是7月，7月全市平均降水量为19.7 mm，较历年同期偏少58%，凉州（5.9 mm）和民勤（3.9 mm）均为2011年以来同期最少，古浪（15.8 mm）为2001年以来同期最少；其次为2月，2月全市平均降水量为1.7 mm，较历年同期偏少51%。

3.1.3 日照2021年武威市年平均日照时数为2 664.9 h，较历年偏少5.8%。其中凉州2 791.8 h、民勤2 937.9 h、古浪2 508.7 h、天祝2 421.0 h，与历年相比分别偏少4.2%、7.7%、5.6%、5.3%。偏北沙漠地区民勤偏少幅度最大，中部川区凉州偏少幅度最小。

日照时数年内分布不均，2月、7月、9月、11月、12月偏多，与历年相比分别偏多9.5、25.8、14.5、13.4、1.6 h；其余月份偏少，4月日照最少为183.9 h，较历年偏少26.1%,7月最多为280.0 h，较历年偏多10.2%，最多月与最少月相差96.1 h。

3.2 主要天气气候事件及其影响

3.2.1 高温日数多，持续时间长，严重伏期干旱会对农业及生态环境造成一定影响（1）高温日数多，持续时间长。7月8—9日、12—24日、29—30日武威市中北部出现13～15 d的35℃以上高温天气，高温日数较历年和2020年同期均显著偏多，凉州区为有气象记录以来最多，民勤为有气象记录以来的第3位高值；持续时间凉州区为有气象记录以来第2长，民勤为第4长。

（2）严重伏期干旱对农业造成一定影响。6月中下旬至8月上旬凉州、民勤、古浪连续39、49、30 d未出现≥5 mm的有效降水，降水量偏少50%以上，加之受持续高温影响，武威市沿沙、沿山区和山区出现严重伏期干旱,造成民勤、古浪、天祝农作物受灾，直接经济损失为25 613.95万元。

（3）降水分布不均对水资源造成不利影响。分析表明，武威市汛期（5—9月）降水占全年降水量的80%，夏季降水占全年降水量的52.8%，即汛期降水的多少直接影响年度降水的多寡。2021年武威市降水分布不均，呈现中部川区偏多，南部山区和北部沙漠偏少的特点，凉州和古浪偏多22%和11%，民勤和天祝分别偏少17%和7%。汛期5—9月降水量为186.1 mm，较历年偏少12%，较2020年偏少4%；夏季降水量为106.2 mm，较历年偏少23%，较2020年偏少8%，特别是7月的降水量较历年偏少58%，较2020年偏少51%。

武威市地表水资源主要产于祁连山区，其径流补给主要来源于天然大气降水和高山冰雪融水。有研究表明：内陆河流量的丰枯主要受祁连山区汛期降水的影响，汛期流量的稳定性主要是源于祁连山区降水稳定，非汛期降水形成的冰雪消融也起到了一定的调节作用[10]。受汛期降水偏少和干旱的影响，2021年石羊河年平均流量较2020年同期偏少9%，7月偏少77%。

（4）干旱对植被造成一定影响。由于夏季降水偏少，土壤相对湿度较低，受土壤水分短缺影响，刺蓬生长速度明显趋缓，生长高度、覆盖度均低于常年，对荒漠区草本植物生长和产量产生不利影响。

根据植被旺盛生长季（7—9月）卫星遥感监测，全市归一化植被指数 NDVI 2021年（0.240）略差于2020年（0.250），与2021年夏季降水，尤其是7月的降水较2020年偏少关系密切。

3.2.2 大风沙尘天气偏多，沙尘暴为2007年以来最多，对大气环境质量产生不利影响 武威市出现11次区域性≥8级大风，各站大风日数分别为：凉州13次、民勤16次、古浪1次、天祝5次，大风日数较历年和2020年均偏多，为2017年以来最多；沙尘暴日数为：凉州2次，民勤10次，古浪和天祝未出现沙尘暴，沙尘暴日数较历年和2020年均偏多，为2007年以来最多；扬沙日数分别为凉州14次、民勤47次，古浪和天祝未出现沙尘暴，扬沙日数较历年和2020年均偏多，为1999年以来最多；浮尘日数分别为：凉州17次、民勤8次、古浪7次、天祝5次，浮尘日数较历年偏少，较2020年偏多，为近3年最多（图1）。

图1 武威市沙尘天气对比

频繁大风引发灾害，造成凉州区洪祥镇、清源镇、永丰镇、五和镇等12个镇、49个村、1 354户、4 981人受灾；农作物受灾面积为548.12 hm2，直接经济损失648.1万元。

由于2021年大风沙尘天气较2020年显著偏多，导致2021年该区大气降尘量较2020年同期偏多17%，可吸入颗粒物PM10浓度较2020年同期上升了61.6%，特别受3月15—19日近10年以来最强沙尘天气影响，2021年3月PM10浓度是2020年同期的6.1倍。由此可见，大风沙尘天气偏多，对生态环境、交通运输、城市运行安全、设施农业及人体健康都产生不利影响。强沙尘天气过程导致城市空气质量严重污染，人体呼吸受限，严重影响交通运输，以及大棚作物和日光温室瓜果蔬菜生长。

3.2.3 局地暴雨多，暴雨和冰雹造成作物受灾 4月23—24日武威市出现中到大雨、局地暴雨天气过程，凉州区南营水库过程降水量达56.8 mm，最大小时雨强达16.7 mm，暴雨出现时间为有气象记录以来最早，日降水量打破历史同期极值。9月5—6日出现区域性大雨、局地暴雨，伴有20 mm以上的短时强降水天气过程，最大降水中心在凉州区金河镇、黄羊镇，过程降水量达57.9 mm、56.8 mm，最大小时雨强分别为26.1 mm、24.9 mm。9月13—16日出现区域性大雨、局地暴雨天气过程。最大降水中心在古浪大靖、横梁，过程累积降水量达65.5 mm、50.6 mm，最大小时雨强达14.3 mm。全市暴雨站数较近10年多1.9站。暴雨引发洪涝，造成农作物不同程度受灾，直接经济损失为1 206.13万元。

4月23日古浪干城，6月7日、8日、12日，7月12日天祝抓喜秀龙乡、华藏寺镇、松山镇、安远镇、打柴沟镇、赛什斯出现冰雹，最大直径约为1 cm。雹灾造成农作物不同程度受灾，直接经济损失512.49万元。

4 结论

4.1 主要气候特征

2021年武威市平均气温较历年偏高1.1℃，创有气象记录以来最高纪录，2月、7月、9月平均气温均打破历史同期极值。年初出现极端冷暖转换，1月上旬全市平均气温为2012年以来同期最低；2月全市平均气温打破历史同期极值。≤-20℃的低温日数和寒潮次数较历年同期显著偏多。2021年降水时空分布不均，中部偏多11%～22%，南北偏少7%～17%。4月降水偏多202%，7月偏少58%。2021年武威市的年平均日照较历年偏少163.3 h。

4.2 主要天气气候事件及其影响

（1）伏期高温干旱造成大部分地方农作物受灾，直接经济损失25 613.95万元。由于汛期降水偏少，2021年石羊河年平均流量较 2020 年同期偏少，7月尤为显著；降水偏少期间土壤相对湿度较低，对荒漠区草本植物生长和产量形成产生不利影响，全市植被长势差于2020年。

（2）频繁大风沙尘引发灾害，造成农作物受灾,直接经济损失648.1万元。大风沙尘天气较2020年显著偏多，导致2021年该区大气降尘量较2020年同期显著偏多，可吸入颗粒物PM10浓度较2020年同期上升明显，特别受3月15—19日出现的近10年以来最强沙尘天气影响，2021年3月PM10浓度是2020年同期的6.1倍。

（3）出现3场次局地暴雨，暴雨较近10年显著偏多，暴雨和冰雹引发灾害，造成农作物不同程度受灾，直接经济损失1 718.62万元。