1961—2020年阜新市大风及灾情特征

舒海燕，白佳宁，范 野，孙 可，陶 倩，杨晓彤，常相伊，张 旭

（阜新市气象局，辽宁 阜新 123000）

大风是一种灾害性天气现象［1-2］，大风能够引起浮土，使空气质量下降，空气中的可吸入颗粒物导致呼吸道等疾病增多、加重，影响人体健康。大风对农业的影响也不容忽视，常造成农作物倒伏，农业设施被毁，甚至能把大树吹倒或折断。春季大风可以把农作物的幼苗刮走，造成农田及草场被掩埋，同时沙尘还使得农作物接收到的太阳辐射减少，影响其光合作用，进而影响农作物正常生长，最终直接影响农牧业生产和农民的经济收入。阜新市地处辽宁省大风带的中心［3］，境内大风灾害的发生频率较高，给人们的生活和生产带来极大不便，同时也造成了巨大的经济损失［4-5］，因此对阜新市大风的研究具有重要意义。

大风作为灾害性天气，受到气象学者们的广泛关注，国外研究表明，全球大多数国家和地区的大风日数都呈减少的趋势［6-7］。在国内近地表大风研究表明，整体大风日数和风速都呈减小的趋势［8-9］，个别地区则有相反趋势。其原因是受亚洲及北半球极涡面积指数、西风指数、西伯利亚高压的影响［10］。风灾有月份和季节性特征，但从农业灾害上看，4—9月给北方农民带来的经济损失最大。辽宁省及各市部分气象工作者对大风在气候分析、预报方法等方面取得了一些有价值的研究成果［11-13］，阜新市地处辽宁西北部，历年(1991—2020年)降水量为490.4 mm，属于半干旱地区，虽然风灾较为严重，对农业生产影响很大，但目前尚没有此方面的研究报道。本文对阜新市大风日数及灾情进行了统计分析，并从气候变化角度分析大风日数变化特征及成因。为当地的农业生产、风沙预防等方面的防灾减灾提供重要的参考，同时也为当地气象部门制作政府决策服务材料提供科学依据。

1 资料与方法

1.1 资料来源

1961—2020年逐日最大风速和风向的观测数据，来源于气象大数据云平台；1990—2019年大风气象灾情数据，来源于阜新市的2个国家气象观测站、农业及统计部门；亚洲区极涡面积指数(APVAI)、亚洲区极涡强度指数(APVII)、北半球极涡面积指数(NHPVAI)、北半球极涡强度指数(NHPVII)的月数据，数据来源于国家气候中心发布的大气环流指数。最大风速是指任意10 min的最大风速，四季划分：3—5月为春季，6—8月为夏季，9—10月为秋季，11月—翌年2月为冬季。

1.2 大风标准

本文采用的大风标准是国内地面气象观测规范中的最大风的界定指标，即指瞬时风速达到或超过17.0 m/s，即风力达到8级以上的风，有大风出现的一天则被定义为一个大风日。

1.3 研究方法

本文应用了气候变化率及趋势系数对阜新地区大风日数进行趋势分析，并对其相关系数进行显著性检验；利用Morlet小波系数模和模方对大风日数进行周期分析；应用MTT和Mann-Kendall方法对大风日数进行突变分析；应用Pearson及Spearman方法对大风日数、大气环流指数进行相关分析，具体方法均见参考文献［14］。

2 结果与分析

2.1 大风日数的年和年代际变化

由阜新市两县的大风日数时间序列的年际变化图(图1)可知，1961—2020年彰武县和阜蒙县大风日数均呈减少趋势，这与国内大多数地区的大风日数情况一致［8-9］。彰武县大风日数的气候倾向率为-0.962 d/10 a，趋势系数为-0.124；阜蒙县大风日数的气候倾向率为-3.135 d/10 a，趋势系数为-0.380，通过了0.01水平(双侧)的显著性t检验。彰武县大风日数第1个峰值出现在1966年(70次)，阜蒙县的第1个峰值出现在1963年(84次)。彰武县第1个谷值出现在2015年，第2个谷值出现在2020年，大风日数为10次；阜蒙县的第1个谷值则出现在1982年(6次)。从20世纪60年代到80年代彰武县和阜蒙县的大风日数均呈明显减少的趋势，减少的原因可能与同时期的全球变暖密切相关。20世纪90年代彰武县和阜蒙县的大风日数均呈增加趋势，21世纪初又呈明显减少的趋势。风力减小的原因可能是在全球气候变暖的影响下，使得海陆温差相应地变小，导致东亚季风有所减弱，中纬度也受到影响，风速相对减小［15］；城市化进程加快，也导致冷空气势力减弱，风力减少的结果［16］；还有研究认为，气温日较差减少也是大风日数减少的重要因素［17］。

图1 阜新市1961—2020年彰武县和阜蒙县大风日数的年际变化

由图1a可知，彰武县大风日数在2000 s最多(423 d)，其次为1990 s(394 d)，最少为2010 s(183 d)；2000 s大风日数变化速率最快(-29.5 d/10 a)，其次是1970 s(-21.0 d/10 a)，1990 s变化速率最小(-1.82 d/10 a)。

由图1b可知，阜蒙县大风日数在1960 s最多(362 d)，其次为1970 s(312 d)，最少为1980 s(122 d)；2000 s大风日数变化速率最快(-29.5 d/10 a)，其次是1960 s(-11.7 d/10 a)，1980 s变化速率最小(0.73 d/10 a)。

2.2 大风日数的季节和月变化

由阜新市从1961—2020年大风日数的季节变化图(图2a)可知，彰武县的大风日数明显多于阜蒙县的大风日数，且两县春季大风日数最多(彰武县为1150次，阜蒙县为873次)，秋季次之，夏季最少(彰武县为244次，阜蒙县为140次)。由于春秋季节当地处于冷暖空气交汇频繁，风力较大；而冬夏季节的冷暖气团比较稳定，冷暖气团交汇的频率较低，风力较小。

图2 阜新市1961—2020年两县大风日数的季节和月份变化

由阜新市两县从1961—2020年大风日数的月份变化图(图2b)可知，4月份两县的大风日数均为最多(彰武县为480次，阜蒙县为373次)，5月份次之，8月份最少(两县均为28次)。两县的大风日数在季节和月份上均呈现出变化趋势的一致性。本研究结果与辽宁省其他地区的大风日数在季节和月份上的规律是一致的［3,11-13］。

2.3 大风日数的周期性变化

由1961—2020年阜新市彰武县大风日数周期分析图(图3a)可知，彰武县大风日数的最显著的是50~60 a的振荡周期(通过了95%的显著性检验)，还有7~12 a的振荡周期。

图3 阜新市1961—2020年彰武县和阜蒙县大风日数的小波系数实部模及模方的等值线分析

由阜蒙县大风日数周期分析图(图3b)可知，阜蒙县大风日数的显著振荡周期为50~60 a(通过了95%的显著性检验)，第2振荡周期为18~25 a，还有7~12 a的振荡周期。综合得出，阜新市两县的大风日数的振荡周期基本一致，其中7~12 a的振荡周期与敖雪等［10］对辽宁海岸线大风周期的研究结果一致。

2.4 大风日数的MTT与M-K分析

由1961—2020年阜新市两县大风日数的滑动t检验图(图4a)可知，彰武县在2008—2015年MTT统计量超过了0.01的显著性检验，且为正值，说明在此期间大风日数减少的趋势显著，MTT统计量最高点为突变转折年份(2014年)；而阜蒙县在1980年左右和2003年左右MTT统计量都超过了0.01的显著性检验，且均为正值，说明在这2个年份的大风日数都发生了突变。

图4 阜新市1961—2020年彰武县及阜蒙县大风日数的MTT(a)与M-K(b)统计检验分析

从M-K突变检验图(图4b)可知，彰武县的M-K统计量UF与UB在2014年左右有交点，且交点在可信区间，相交后统计量UF明显向下，说明在此年有突变性转折，突变后大风日数显著减少；而阜蒙县的M-K统计量UF、UB在1975—1980、2002—2006年期间都有交点，且交点在可信区间，相交后统计量UF也明显向下，说明在这2个年份期间都有突变性转折，突变后大风日数显著减少。综合分析得出，彰武县的大风日数在2014年发生了突变，突变后大风日数呈现出明显减少的趋势；阜蒙县的大风日数在1980和2003年左右均发生了突变，突变后大风日数也呈现出明显减少的趋势。

2.5 大风风向的分布特征

根据大风的16个方向，对1961—2020年阜新市两县大风风向出现的频率进行统计分析，结果表明：阜新地区大风以偏南风为主，这种特征彰武县表现得尤其明显，其次是偏北风，阜蒙县表现明显。这个结论与吴春英等［11-12］的研究结论一致。偏南大风较多可能受蒙古气旋和地形影响显著，偏北大风的产生是受西伯利亚和蒙古高压影响。

由图5a可知，彰武县出现南西南(SSW)的大风频率最高，占比为60.0%；其次为南风(S)占7.0%，西西北风(WNW)占5.4%，西西南风(WSW)占5.3%；东风(E)占比最少，仅为0.5%。由图5b可知，阜蒙县出现南西南(SSW)的大风频率最高，占比为19.4%；其次为北西北风(NNW)占16.2%，西北风(NW)占15.3%，西南风(SW)占13.2%，南风(S)占10.5%；东风(E)的占比为0%。

图5 阜新市1961—2020 年彰武县和阜蒙县最大风速出现频率的风向分析

3 大风的农业灾情特征及其影响因子

3.1 大风对农业造成的危害

从1990—2019年的大风造成的重灾实况记录来看(表1)，共记录84次风灾情况，均出现在4—9月。其中有26次伴随有冰雹出现(占比为39.3%)，有24次有暴雨伴随出现(占比为35.7%)，有12次伴随雷电出现(占比为14.3%)，均出现在6—9月。从经济损失上看(表1)，6—8月大风造成的经济损失最为严重，约占80%，9月和4—5月各约占10%。原因是6—9月大风灾害并不单一出现，而往往伴随着冰雹、暴雨、雷电等灾害同时出现，其中冰雹只对作物的危害最大，而暴雨对作物、人、畜和房屋等都能构成严重危害，雷电也能对人、畜、设备等造成危害。如1994年7月12日午后至7月13日夜间，受台风北上影响，阜新地区普降暴雨，这次大暴风雨造成坡耕地水土流失，积水内涝，水冲沙压，农田冲毁，房屋倒塌，人畜伤亡；全市66个乡镇有49个重灾，造成8人死亡，2人重伤，耕畜伤亡959头，死亡家禽4705只，房屋倒塌，人畜伤亡严重；冲毁道路57 km，冲走林木11.02万棵,保护地倒塌169.67 hm2；农作物受灾面积40000 hm2，减产五成以上的有6667 hm2，减产五成以下的有28000 hm2，绝收5333 hm2；冲毁民房、校舍、烤烟房约15000间，直接经济损失1亿元，工业损失达100万元。又如2008年9月17日晚19：40至19：58，彰武县阿尔乡镇遭受龙卷风袭击，并伴有雷电和短时降雨，龙卷风造成房屋倒塌和损坏、农作物倒伏、林木刮断、通信和电力线路、公益设施、居民家庭财产损毁严重，受灾范围宽700 m，长15 km，阿尔乡镇阿尔乡村北屯、新房子屯和阿尔乡农场白音花、马家坑2个分场严重受灾；据统计：龙卷风共造成受灾人口1394人，因灾受伤人口23人。如2016年5月2日夜间至3日夜间，受强气旋影响，阜新市出现大风强降雨天气，全市平均风速7到8级，部分地区阵风达9~10级；受大风灾害影响，阜新市部分树木、设施农业、民房、广告牌等受损严重；全市树木倒伏5764株，大棚损坏12368.9栋，房屋损毁7162间，受灾人口24759人。

表1 1990—2019年大风重灾发生的时间、次数、伴随天气现象及灾情实况

3.2 大风日数的影响因子

影响大风日数变化的综合因素有很多，其中大气环流成为气象学者［10］讨论的主要因子，笔者主要对APVAI、APVII、NHPVAI、NHPVII这4个大气环流指数进行分析，并探讨与大风日数的关系。

3.2.1 大气环流指数趋势变化 由1961—2020年大气环流指数趋势变化曲线(图6)可知，APVAI、APVII、NHPVAI、NHPVII的变化均呈减少趋势，与阜新地区的大风日数的变化趋势一致，其气候倾向率分别为-3.374、-1236.4、-10.003、-4215.4/10 a，其趋势系数分别为-0.815、-0.800、-0.865、-0.792，均通过了0.01水平(双侧)的显著性t检验。

图6 1961—2020年亚洲区极涡和北半球极涡的面积及强度指数曲线

3.2.2 大风日数与大气环流指数的相关性分析 由表2可知，阜新市1961—2020年大风日数与APVAI、APVII、NHPVAI、NHPVII呈正相关关系，这与敖雪等［10］的研究结果基本一致。其中彰武县的大风日数与4个大气环流指数的相关性较差，而阜蒙县大风日数与4个大气环流指数的相关性均较好。计算得出阜蒙县大风日数与4个大气环流指数的Pearson及Spearman相关系数均较大，均超过0.05水平(双侧)上显著相关，其中与APVAI和NHPVAI的相关性最强，与NHPVII的相关性次之，与APVII的相关性最差。

表2 阜新市1961—2020年两县大风日数与大气环流指数的相关系数

4 结论

通过对1961—2020年阜新市的大风日数及农业灾情进行统计分析，得到的结论如下：

（1）阜新市的大风日数年变化呈减少趋势，其中彰武县气候倾向率为-0.962 d/10 a，趋势系数为-0.124；阜蒙县气候倾向率为-3.135 d/10 a，趋势系数为-0.380，通过了0.01的显著性检验，说明减少趋势是显著的。

（2）阜新市大风日数出现较多年代为1960 s和2000 s，较少的年代为1980 s和2010 s。从季节来看，春季大风日数均最多，秋季次之，夏季最少；从月份来看，4月大风日数均最多，5月次之，8月最少；两县的大风日数在季节和月份上均呈现出变化趋势的一致性。

（3）阜新市大风日数有50~60 a的振荡周期，还有7~12 a的振荡周期。彰武县的大风日数在2014年发生了突变，突变后大风日数呈现出明显减少的趋势；阜蒙县的大风日数在1980和2003年左右均发生了突变，突变后大风日数也呈现出明显减少的趋势。

（4）阜新地区大风以偏南风为主，这种特征彰武县表现得尤其明显，其次是偏北风，东风占比最低，原因可能是受蒙古气旋和地形影响显著。

（5）大风会对农作物生长、发育及成熟均能造成诸多影响，最终影响农作物的产量。从1990—2019年记录的大风重灾情况得知，共有84次重灾情发生，均出现在4—9月。其中有26次伴随有冰雹出现（占比为39.3%），有24次有暴雨伴随出现（占比为35.7%），有12次伴随雷电出现（占比为14.3%），均出现在6—9月。从经济损失上分析，6—8月大风造成的经济损失最为严重，约占80%；9月和4—5月各约占10%。原因是6—9月大风灾害常伴随着冰雹、暴雨、雷电等灾害同时出现，其中冰雹只对作物的危害最大，而暴雨对作物、人、畜和房屋等都能构成严重危害，雷电也能对人、畜、设备等造成危害。

（6）在影响大风日数变化的诸多因素中，APVAI、APVII、NHPVAI、NHPVII这4个因子的变化均呈显著减少趋势，气候倾向率分别为-3.374、-1236.4、-10.003、-4215.4/10 a，趋势系数分别为-0.815、-0.800、-0.865、-0.792。阜新市两县大风日数与大气环流指数APVAI、APVII、NHPVAI、NHPVII均呈正相关关系，但两县的相关性差异较大，阜蒙县的相关性明显大于彰武县，且相关性极显著。