摘要:本文利用1991~2020年吐鲁番市地面气象观测站平均风速、极大风速、最大风速及大风日数资料，选择线性倾向估计法对吐鲁番市大风天气变化特征进行分析。结果表明：近30年吐鲁番市平均风速为1.1 m/s，整体以增加趋势为主，平均每年以0.0496 m/s的速率增加，且增加趋势极为显著。夏季平均风速最大，其次是夏季，冬季最小；近30年吐鲁番市最大风速为18.9 m/s，极大风速平均每年以0.5171 m/s的速率增加，且增加趋势极为显著。2015年以前，吐鲁番市大部分年份的极大风速在多年平均值曲线以下，从2015年往后，极大风速值则都在平均值曲线以上；近30年吐鲁番市最大风速平均值为11.8 m/s，每年以0.0416 m/s速率递增，只是增加趋势不显著；近30年吐鲁番市多年平均大风日数为5.2 d，整体以下降趋势为主，气候变化倾向率为−0.265 d/10a，且下降趋势不显著；吐鲁番市年内大风日数呈现出多峰型变化特征，大风天气主要出现在每年的4月份到8月份，占年内大风日数的84.6%；除了冬季外，吐鲁番其余三季均有可能出现大风天气，以夏季出现频率最高，其次是春季，秋季大风天气出现频率最低。
Abstract:Based on the data of average wind speed, maximum wind speed and number of gale days from 1991 to 2020, this paper selects linear tendency estimation method to analyze the characteristics of gale weather in Turpan City. The results show that the average wind speed in Turpan City in recent 30 years is 1.1 m/s, and the overall trend is mainly increasing, with an average annual rate of 0.0496 m/s, and the increasing trend is extremely significant. The average wind speed is the highest in summer, followed by summer, and the lowest in winter. In recent 30 years, the maximum wind speed in Turpan City is 18.9 m/s, and the maximum wind speed increases at an average rate of 0.5171 m/s every year, and the increasing trend is extremely significant. Before 2015, the maximum wind speed of most years in Turpan City was below the average multi-year curve, and from 2015 onwards, the maximum wind speed was above the average curve. In recent 30 years, the average maximum wind speed in Turpan City is 11.8 m/s, and the annual rate increases by 0.0416 m/s, but the increasing trend is not significant. In recent 30 years, the annual average number of strong wind days in Turpan City is 5.2 d, and the overall trend is mainly downward, and the climate change tendency rate is −0.265 d/10a, and the downward trend is not significant. In Turpan, the number of gale days in the year shows a multi-peak pattern. The gale days mainly occur from April to August, accounting for 84.6% of the number of gale days in the year. In addition to winter, the other three seasons in Turpan are likely to have gale weather, with the highest frequency in summer, followed by spring, and the lowest frequency in autumn.
1. 引言
大风是在大尺度环流天气系统或局地强对流天气系统下产生的天气过程。大风除了引起风灾外，还会加快土壤风蚀和沙化程度，使得农作物和树木遭受机械性损伤，还会危害交通运输安全，对生产环境产生破坏，对人们社会活动的开展极为不利。国内一些学者对风速、大风日数进行了大量研究，并得出了很多有意义的结论。如高荣[1]对通辽气象站1971~2017年大风日数的变化特征进行分析，得出了大风日数的阶段性特征极为明显，各年代大风日数存在差异，四季大风日数均呈现出不同程度的减少趋势；毛万珍等[2]通过分析青海湖南部大风日数变化特征，得出了自1961年以来，大风日数呈现出显著减少趋势，共和地区四季大风日数也有不同程度下降，了解当地大风日数变化特征对于防灾减灾、合理利用气候资源和改善当地生态环境方面具有十分重要的价值；阿依仙木古丽•阿布来提等[3]通过对1961~2015年喀什南部区域大风日数变化特征进行分析，得出了喀什南部大风日数以减少趋势为主，且年际变化波动幅度较大，年内大风主要集中在4~8月，其次是9~10月；陈海莲等[4]通过对近50年青海省河南县大风气候特征进行分析，得出了近50年和县年平均风速为2.2 m/s，且呈现出下降趋势；最大风速和年平均大风日数均呈现出显著减少趋势，年内各月均有可能出现大风天气，而春季出现大风天气频率最高，其次是冬季，秋季相对较少。
吐鲁番市位于新疆维吾尔自治区中部，四面环山，属于典型的大陆性暖温带荒漠气候，热量丰富，但又极端干燥，降雨稀少且大风天气频繁出现，被人们称之为“火洲”、“风库”。由于地处我国西北干旱、半干旱地区，境内地表侵蚀和水土流失严重，自然环境极为恶劣，大风在沙源地附近很容易形成扬沙、沙尘暴等灾害性天气，尤其是在每年春季，因大风产生的环境破坏和经济损失严重。在此背景下，对吐鲁番市大风天气活动规律进行分析，对于全面了解大风对社会经济发展，预防和降低自然灾害造成的危害具有十分重要的现实意义。
2. 研究资料和方法
吐鲁番国家基本气象站(89˚14'E, 42˚57'N)，海拔高度39.3 m。本文利用1991~2020年吐鲁番市地面气象观测站平均风速、极大风速、最大风速及大风日数资料，选择线性倾向估计法对吐鲁番市大风天气变化特征进行分析。根据气候统计分季的划分方式，将3~5月划分为春季，6~8月为夏季，9~11月为秋季，12月到次年2月则称之为冬季。
定义大风日：中国《地面气象观测规范》中规定瞬时风速达到或超过17.2 m/s (或目测估计风力达到或超过8级)的风称之为大风；在中国天气预报业务中规定，蒲福风级达到6级及以上的风称之为大风；一天内有大风出现则称之为大风日；一天中有多次大风记录则为一个大风日。
3. 结果与分析
3.1. 风速时间变化特征
3.1.1. 平均风速
1)年际变化
1991~2020年吐鲁番市多年平均风速为1.1 m/s，其中年平均风速的最大值为2.4 m/s (2016年)，最小值只有0.6 m/s (1998年)，最大值是最小值的4倍，说明吐鲁番市平均风速年际变化波动幅度较大。近30年吐鲁番市年平均风速以增加趋势为主(图1)，平均每年以0.0496 m/s的速率增加，且增加趋势极为显著。结合平均值曲线，在2004年以前，吐鲁番市年平均风速都在多年平均值曲线以下，之后则与之相反，只有极个别年份低于平均值。另外，1991~2004年吐鲁番市平均风速以增加趋势为主；2004~2015年则表现出小幅度波动减少趋势；2015~2016年呈现出大幅度增加趋势，且2016年平均风速达到最大；从2016年往后，平均风速再次下降。
吐鲁番市年内各月平均风速整体呈现出单峰型变化特征，平均风速的峰值出现在6月份，风速为1.6 m/s，其次是5月和7月，平均风速均为1.5 m/s；平均风速的谷值分别出现在11月到次年1月，平均风速只有0.7 m/s。结合平均风速季节分布情况，从大到小依次为夏季、春季、秋季、冬季，对应的平均风速分别为1.5、1.4、0.9、0.7 m/s。
Figure 1.Annual average wind speed variation trend chart in Turpan City from 1991 to 2020
图1.1991~2020年吐鲁番市逐年平均风速变化趋势图
3.1.2. 极大风速
2005~2020年吐鲁番市极大风速平均值为18.9 m/s，其中极大风速的高值为26.4 m/s (2017年)，低值只有13.3 m/s (2015年)，高值将近是低值的2倍，说明极大风速年际变化波动幅度极大。近16年吐鲁番市极大风速整体以上升趋势为主(图2)，平均每年以0.5171 m/s的速率增加，且上升趋势极为显著。在2015年之前，吐鲁番市年极大风速在多年平均值曲线以下来回波动，只有2010年和2012年的极大风速超过平均值；从2015年往后，极大风速值则都在平均值曲线以上。
Figure 2.Annual maximum wind speed variation map of Turpan City from 2005 to 2020
图2.2005~2020年吐鲁番市年极大风速变化图
3.1.3. 最大风速
1991~2020年吐鲁番市最大风速平均值为11.8 m/s，其中最大风速的高值为17.4 m/s (2017年)，同极大风速出现年份一致；低值为7.7 m/s (2006年、2015年)，两者之间相差9.7 m/s，说明最大风速变化波动幅度较大。近30年吐鲁番市最大风速上升趋势为主(图3)，平均每年以0.0416 m/s速率递增，只是增加趋势不显著。结合曲线图，可将吐鲁番市近30年最大风速划分为3个阶段：1991~1997年吐鲁番市年最大风速以波动减少趋势为主；1997~2003年呈现出小幅度增加趋势；2003~2006年最大风速快速下降；从2006年往后最大风速波动增加。
Figure3.Variation trend chart of annual maximum wind speed in Turpan City from 1991 to 2020
图3.1991~2020年吐鲁番市年最大风速变化趋势图
3.2. 大风日数时间变化特征
3.2.1. 年际变化
1991~2020年吐鲁番市多年平均大风日数为5.2 d，其中年大风日数的高值为18.0 d (1994年)，而2006年、2007年、2008年、2011年、2013年和2015年均没有大风天气出现。近30年吐鲁番市年大风日数整体以下降趋势为主(图4)，气候变化倾向率为−0.265 d/10a，且下降趋势不显著。另外，在20世纪90年代中期之前和21世纪10年代中期往后，吐鲁番市大风天气出现频率较高，其余时间段则属于大风偏少期。结合曲线图可将吐鲁番市大风日数划分为两个阶段：1991~2006年吐鲁番市大风日数呈现出波动下降趋势，且前期下降幅度要高于后期；2006~2018年，吐鲁番市大风日数开始以增加趋势为主，且前期增加幅度要低于后期；从2018年往后继续下降。
Figure4.Trend chart of the annual number of strong wind days in Turpan City from 1991 to 2020
图4.1991~2020年吐鲁番市年大风日数变化趋势图
3.2.2. 月季变化
1991~2020年吐鲁番市年内大风日数呈现出多峰型变化特征，12月到次年2月吐鲁番市几乎没有大风天气；进入到3月份后开始出现大风，4月份平均大风日数最高，达到了1.1 m/s，该阶段增加幅度较大；4~6月份平均大风日数逐渐下降；6~7月份大风日数继续上升，7月份平均大风日数达到了次大值；从7月份往后，吐鲁番市平均大风日数呈现出逐月下降趋势，且10月和11月份的平均大风日数最小，均为0.1d。通过对各月大风日数进行分析，不难发现，吐鲁番市大风日数主要出现在每年的4月到8月份，这段时间的大风日数共有4.4 d，占年内大风日数的84.6%。
在对四季平均大风日数进行分析的过程中，除了冬季外，吐鲁番其余三季均有可能出现大风天气，以夏季出现频率最高，平均大风日数为2.4 d，是年大风日数的46.2%，尤以7月份(1.0 d)大风天气出现频率最高，占夏季大风日数的41.7%；其次是春季，平均大风日数为2.3 d，是年大风日数的44.2%，尤以4月(1.1 d)出现大风天气的频率最高，占春季大风日数的47.8%；秋季大风天气出现频率最低，平均大风日数为0.5 d，是年大风日数的9.6%，尤以9月(0.3 d)出现频率最高，占秋季大风日数60.0%。
4. 大风预报服务对策
4.1. 确保大风天气的及时性准确性
对于吐鲁番市气象部门来说，需对现有的预报业务工作流程不断完善，进一步明确岗位职责，严格值班制度。将大风天气易发时段的预报预警业务值班工作做好。对现代化的探测资料，如雷达图、云图等进行充分利用，加强监视大灾害性天气的分析能力，密切跟踪突发灾害性天气的发生、发展规律，积极组织各级气象部门加强联合会商，以更好地指导气象部门及时发布预报预警信息，不断提升预报预警的准确性和及时性水平。始终根据提升灾害性天气预报准确率，将天气气候预测预报和灾害性天气预警工作做好。根据当地防灾减灾的重点工作，通过构建无缝隙气象预报服务的方式，使气象服务的时效性得到提升，并对现有业务流程进行优化，在增强局地突发性大风天气预报精细化水平的同时，还能降低其造成的危害。大风天气出现时，还要重点关注可能出现的极端天气，将滚动预测预报和预警工作做好；对国家突发事件预警信息发布系统及各种社会资源进行充分利用，进一步拓宽大风灾害性天气的预警覆盖面。
4.2. 做好重点地段、人群及行业大风天气预警
应始终以人民群众生命安全为核心，将重点放在大风、暴雨等高敏感天气上，全面做好灾害性天气监测、预警和服务工作。对山区山洪地质灾害隐患点、交通干线、水库、矿区、城市工地等大风监测预报预警，对大风天气可能诱发的次生灾害风险预警不断进行强化；针对受气象灾害影响较大的重点人群和行业，也要重视起气象灾害预警服务工作；利用通俗易懂的语言来发布预报预警信息；还要结合社会不同行业的实际需求，不断增强气象预报服务的针对性水平。
4.3. 拓宽大风预警信息接收面
由于大风天气具有突发性特征，预警时效性较短，应进一步拓宽大风气象预警信息接收面。吐鲁番市气象部门可以向政府、农业、林业、通讯等部门通过拨打电话的方式，使其有充足的时间做好大风防御。为了扩大气象预警信息接收面，吐鲁番市气象局可利用多部门联合会商的方式，还可以将新媒体和传统媒体平台进行结合，对微博、微信、网络、电子显示屏、高音大喇叭、电话、短信等进行充分利用，以第一时间发布大风预警信息。若是大风天气达到预警信号发布标准，可通过多渠道及时发布到农民手中，将大风天气造成的危害降到最低，不断增强气象服务的社会效益和经济效益。
5. 结论
(1) 近30年吐鲁番市平均风速为1.1 m/s，整体以增加趋势为主，平均每年以0.0496 m/s的速率增加，且增加趋势极为显著。夏季平均风速最大，其次是夏季，冬季最小。
(2) 近30年吐鲁番市最大风速为18.9 m/s，极大风速平均每年以0.5171 m/s的速率增加，且增加趋势极为显著。2015年以前，吐鲁番市大部分年份的极大风速在多年平均值曲线以下，从2015年往后，极大风速值则都在平均值曲线以上。
(3) 近30年年吐鲁番市最大风速平均值为11.8 m/s，每年以0.0416 m/s速率递增，只是增加趋势不显著。
(4) 近30年吐鲁番市多年平均大风日数为5.2 d，整体以下降趋势为主，气候变化倾向率为−0.265 d/10a，且下降趋势不显著。
(5) 吐鲁番市年内大风日数呈现出多峰型变化特征，大风天气主要出现在每年的4月份到8月份，占年内大风日数的84.6%；除了冬季外，吐鲁番其余三季均有可能出现大风天气，以夏季出现频率最高，其次是春季，秋季大风天气出现频率最低。