楊 梅，羅曉玲#，李巖瑛,2

1.甘肅省武威市氣象局，甘肅武威 733000；2.中國氣象局蘭州干旱氣象研究所，甘肅蘭州 730020

在氣候變暖背景下，全球極端氣候事件發(fā)生頻率和強度變化明顯[1]。2022年1月，位于北極圈內(nèi)的格陵蘭島99 m的拱門轟然坍塌，就是全球氣候變暖帶來的災(zāi)難之一，氣候異常、極端災(zāi)害天氣頻繁的發(fā)生與ENSO事件強弱密不可分[2-6]。2020年8月至2021年3月，形成了一次中等強度的拉尼娜事件，拉尼娜事件引發(fā)全球天氣氣候異常，2021年2月中旬，冬季風暴“烏里”襲擊北美大部，加拿大南部、美國大部分地區(qū)、墨西哥北部遭遇強寒流和極端暴風雪，多地最低氣溫突破歷史極值，至少10余人因低溫而死亡；2021年7月下旬，南非國內(nèi)19個地區(qū)的氣溫突破冰點并伴有降雪，多地最低氣溫陸續(xù)被刷新。2021年12月11日美國發(fā)生罕見強龍卷風事件；2021年7月17—24日，河南多地出現(xiàn)破紀錄極端強降水事件。近年來，極端天氣氣候事件多發(fā)頻發(fā)，諸多學者從其成因及影響進行了研究，認為極端天氣氣候事件是造成我國重大自然災(zāi)害的主要根源，近年來有加重的趨勢并會逐步常態(tài)化[7-8]。翟盤茂等[9]指出我國有必要加強高影響極端事件的監(jiān)測、預(yù)警能力建設(shè)，同時必須根據(jù)極端天氣氣候事件變化規(guī)律來加強工程性防御的措施。武威市地處甘肅省河西走廊東部，地形復雜，氣候差異大，屬于典型的干旱半干旱氣候，也是全球氣候變化的敏感區(qū)。受2020年和2021年拉尼娜事件持續(xù)影響，年內(nèi)極端天氣氣候事件多發(fā)，凝練了2021年出現(xiàn)的主要極端天氣氣候事件，并詳細分析了其造成的影響，以期進一步了解極端天氣產(chǎn)生的機理和特征，為準確預(yù)測預(yù)報極端天氣，以及防災(zāi)減災(zāi)提供技術(shù)支撐。

1 研究區(qū)概況

武威市地處甘肅省河西走廊東部石羊河流域，烏鞘嶺以西，祁連山北麓，位 于101°41′E～104°16′E、36°29′N～39°27′N，共轄民勤、涼州、古浪、天祝4個縣（市、區(qū)），其水系發(fā)源于祁連山，是甘肅省三大內(nèi)陸河流域之一。海拔高度為1 300～3 100 m，年降水量為110～410 mm，年蒸發(fā)量為1 500～2 700 mm。區(qū)內(nèi)氣候干旱少雨溫差大，地勢西南高、東北低，由東北向西南氣溫呈下降趨勢，降水則相反。特別是位于最北部的民勤縣，北、東、東南部被巴丹吉林沙漠和騰格里沙漠包圍，大風和沙塵暴頻繁。

2 數(shù)據(jù)來源

所用氣象要素數(shù)據(jù)來源于1959—2021年河西走廊東部4個國家基本氣象站（涼州、民勤、古浪、天祝）和所轄區(qū)內(nèi)2011—2021年92個區(qū)域氣象觀測站逐日觀測資料。氣候平均值（即常年值）采用1991—2020 年的平均值。

河流流量資料由武威市水務(wù)局提供。大氣污染數(shù)據(jù)由武威市生態(tài)環(huán)境局提供。

衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)取自武威荒漠生態(tài)與農(nóng)業(yè)氣象試驗站監(jiān)測數(shù)據(jù)。采用高分一號衛(wèi)星數(shù)據(jù)產(chǎn)品,時間序列為2009—2021年,時間分辨率為4 d，空間分辨率為16 m×16 m，用遙感影像近紅外波段反射率和紅外波段反射率，通過公式計算出NDVI值。計算公式為：

式（1）中，NIR為近紅外波段的反射率，R為紅波段的反射率。

3 結(jié)果與分析

3.1 基本氣候概況

3.1.1 氣溫2021年武威市年平均氣溫為8.2℃，較歷年偏高1.1℃，為有氣象記錄以來最高，其中涼州10.5℃、民勤10.8℃、古浪7.4℃、天祝4.0℃，與歷年相比分別偏高1.3℃、1.4℃、1.1℃、0.5℃。年內(nèi)氣溫變幅明顯，主要偏低時段為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，其他時間以偏高為主。

1—2月出現(xiàn)極端冷暖轉(zhuǎn)換，1月1—11日出現(xiàn)最低氣溫≤-20℃的低溫天氣，≤-30℃的站次為4站，全部在民勤；≤-25℃的站次為64站，涼州13站，民勤30站，古浪6站，天祝15站；≤-20℃的站次為406站，涼州106站，民 勤84站，古浪80站，天祝136站。特別7日全市所有觀測站最低氣溫均在-20℃以下，民勤夾河最低氣溫達-31.3℃。全市低溫站次較歷年同期顯著偏多。1月上旬全市平均氣溫為-13.0℃，較歷年同期偏低4.9℃，為2012年以來同期最低；1月中旬開始，氣溫迅速回升，2月全市平均氣溫為0.2℃，較歷年同期偏高4.5℃，為有氣象記錄以來同期最高。

各月氣溫變幅較大，2月、7月、9月氣溫較歷年同期偏高4.5℃、2.7℃、2.7℃，均打破歷史同期極值，11月氣溫較歷年同期偏低1.3℃，為近9年最低。

2021年冬季（2020年12月—2021年2月）全市平均氣溫為-5.5℃，較歷年偏高1.0℃，季內(nèi)冷暖變化極為顯著，呈現(xiàn)先冷后暖態(tài)勢，2020年12月氣溫較歷年偏低1.8℃，2021年2月氣溫較歷年偏高4.5℃。春季（3—5月）平均氣溫為9.5℃，較歷年偏高1.0℃,表現(xiàn)為前期暖，逐漸變冷，后期緩慢回升，3月氣溫較歷年偏2.5℃,4月較歷年偏低0.4℃，5月偏高1.0℃。夏季（6—8月）平均氣溫為20.4℃，較歷年偏高1.0℃，6和8月基本與歷年持平，7月偏高2.7℃，為有氣象記錄以來最高。秋季（9—11月）平均氣溫為7.4℃，較歷年偏高0.5℃，特點為先暖后冷，9月偏高2.7℃，為有氣象記錄以來最高，10月接近常年，11月偏低1.3℃。

年內(nèi)出現(xiàn)3次區(qū)域性寒潮強降溫天氣過程。分別為10月8—9日，24 h日最低氣溫下降8.1℃～11.2℃, 有57個測站達寒潮，其中13站達強寒潮；11月5—7日，48 h日 最 低 氣 溫 下 降10.1℃～18.3℃，有83站達寒潮，52站達強寒潮，16站達超強寒潮，降溫幅度最大出現(xiàn)在天祝賽什斯鎮(zhèn)土城村，48 h降溫達18.3℃；12月11—12日，24小時日最低氣溫下降8.1℃～12.5℃，29站達寒潮，14站達強寒潮，2站達超強寒潮。寒潮次數(shù)較歷年同期均偏多。

3.1.2 降水2021年武威市降水時空分布極為不均，全市年平均降水量為270.5 mm，較歷年偏多3%，較2020年偏多25%。地理分布特點為中間多，南北少，各站降水量為涼州215.2 mm、民 勤100.7 mm、古 浪405.1 mm、天祝360.9 mm，與歷年相比，涼州偏多22%、民勤偏少17%、古浪偏多11%、天祝偏少7%，與2020年相比，分別偏多28%、25%、30%、17%。

月際降水變化幅度較大，4月降水異 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月異常偏少。降水主要集中出現(xiàn)在4月中下旬、6月上中旬、9月上中旬；4月下旬和9月上中旬出現(xiàn)局地暴雨，導致出現(xiàn)異常值，與常年值相比，偏多最多的是4月，4月全市平均降水量為45.9 mm，較歷年同期偏多202%，涼州（43.1 mm）和天祝（63.4 mm）降水量均打破歷史同期極值；其次為9月，9月全市平均降水量為61.2 mm，較歷年同期偏多45%，涼州（69.4 mm）為有氣象記錄以來同期第3位，古浪（91.3 mm）為2008年以來最多；偏少最多的是7月，7月全市平均降水量為19.7 mm，較歷年同期偏少58%，涼州（5.9 mm）和民勤（3.9 mm）均為2011年以來同期最少，古浪（15.8 mm）為2001年以來同期最少；其次為2月，2月全市平均降水量為1.7 mm，較歷年同期偏少51%。

3.1.3 日照2021年武威市年平均日照時數(shù)為2 664.9 h，較歷年偏少5.8%。其中涼州2 791.8 h、民勤2 937.9 h、古浪2 508.7 h、天祝2 421.0 h，與歷年相比分別偏少4.2%、7.7%、5.6%、5.3%。偏北沙漠地區(qū)民勤偏少幅度最大，中部川區(qū)涼州偏少幅度最小。

日照時數(shù)年內(nèi)分布不均，2月、7月、9月、11月、12月偏多，與歷年相比分別偏多9.5、25.8、14.5、13.4、1.6 h；其余月份偏少，4月日照最少為183.9 h，較歷年偏少26.1%,7月最多為280.0 h，較歷年偏多10.2%，最多月與最少月相差96.1 h。

3.2 主要天氣氣候事件及其影響

3.2.1 高溫日數(shù)多，持續(xù)時間長，嚴重伏期干旱會對農(nóng)業(yè)及生態(tài)環(huán)境造成一定影響（1）高溫日數(shù)多，持續(xù)時間長。7月8—9日、12—24日、29—30日武威市中北部出現(xiàn)13～15 d的35℃以上高溫天氣，高溫日數(shù)較歷年和2020年同期均顯著偏多，涼州區(qū)為有氣象記錄以來最多，民勤為有氣象記錄以來的第3位高值；持續(xù)時間涼州區(qū)為有氣象記錄以來第2長，民勤為第4長。

（2）嚴重伏期干旱對農(nóng)業(yè)造成一定影響。6月中下旬至8月上旬涼州、民勤、古浪連續(xù)39、49、30 d未出現(xiàn)≥5 mm的有效降水，降水量偏少50%以上，加之受持續(xù)高溫影響，武威市沿沙、沿山區(qū)和山區(qū)出現(xiàn)嚴重伏期干旱,造成民勤、古浪、天祝農(nóng)作物受災(zāi)，直接經(jīng)濟損失為25 613.95萬元。

（3）降水分布不均對水資源造成不利影響。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響年度降水的多寡。2021年武威市降水分布不均，呈現(xiàn)中部川區(qū)偏多，南部山區(qū)和北部沙漠偏少的特點，涼州和古浪偏多22%和11%，民勤和天祝分別偏少17%和7%。汛期5—9月降水量為186.1 mm，較歷年偏少12%，較2020年偏少4%；夏季降水量為106.2 mm，較歷年偏少23%，較2020年偏少8%，特別是7月的降水量較歷年偏少58%，較2020年偏少51%。

武威市地表水資源主要產(chǎn)于祁連山區(qū)，其徑流補給主要來源于天然大氣降水和高山冰雪融水。有研究表明：內(nèi)陸河流量的豐枯主要受祁連山區(qū)汛期降水的影響，汛期流量的穩(wěn)定性主要是源于祁連山區(qū)降水穩(wěn)定，非汛期降水形成的冰雪消融也起到了一定的調(diào)節(jié)作用[10]。受汛期降水偏少和干旱的影響，2021年石羊河年平均流量較2020年同期偏少9%，7月偏少77%。

（4）干旱對植被造成一定影響。由于夏季降水偏少，土壤相對濕度較低，受土壤水分短缺影響，刺蓬生長速度明顯趨緩，生長高度、覆蓋度均低于常年，對荒漠區(qū)草本植物生長和產(chǎn)量產(chǎn)生不利影響。

根據(jù)植被旺盛生長季（7—9月）衛(wèi)星遙感監(jiān)測，全市歸一化植被指數(shù) NDVI 2021年（0.240）略差于2020年（0.250），與2021年夏季降水，尤其是7月的降水較2020年偏少關(guān)系密切。

3.2.2 大風沙塵天氣偏多，沙塵暴為2007年以來最多，對大氣環(huán)境質(zhì)量產(chǎn)生不利影響 武威市出現(xiàn)11次區(qū)域性≥8級大風，各站大風日數(shù)分別為：涼州13次、民勤16次、古浪1次、天祝5次，大風日數(shù)較歷年和2020年均偏多，為2017年以來最多；沙塵暴日數(shù)為：涼州2次，民勤10次，古浪和天祝未出現(xiàn)沙塵暴，沙塵暴日數(shù)較歷年和2020年均偏多，為2007年以來最多；揚沙日數(shù)分別為涼州14次、民勤47次，古浪和天祝未出現(xiàn)沙塵暴，揚沙日數(shù)較歷年和2020年均偏多，為1999年以來最多；浮塵日數(shù)分別為：涼州17次、民勤8次、古浪7次、天祝5次，浮塵日數(shù)較歷年偏少，較2020年偏多，為近3年最多（圖1）。

圖1 武威市沙塵天氣對比

頻繁大風引發(fā)災(zāi)害，造成涼州區(qū)洪祥鎮(zhèn)、清源鎮(zhèn)、永豐鎮(zhèn)、五和鎮(zhèn)等12個鎮(zhèn)、49個村、1 354戶、4 981人受災(zāi)；農(nóng)作物受災(zāi)面積為548.12 hm2，直接經(jīng)濟損失648.1萬元。

由于2021年大風沙塵天氣較2020年顯著偏多，導致2021年該區(qū)大氣降塵量較2020年同期偏多17%，可吸入顆粒物PM10濃度較2020年同期上升了61.6%，特別受3月15—19日近10年以來最強沙塵天氣影響，2021年3月PM10濃度是2020年同期的6.1倍。由此可見，大風沙塵天氣偏多，對生態(tài)環(huán)境、交通運輸、城市運行安全、設(shè)施農(nóng)業(yè)及人體健康都產(chǎn)生不利影響。強沙塵天氣過程導致城市空氣質(zhì)量嚴重污染，人體呼吸受限，嚴重影響交通運輸，以及大棚作物和日光溫室瓜果蔬菜生長。

3.2.3 局地暴雨多，暴雨和冰雹造成作物受災(zāi) 4月23—24日武威市出現(xiàn)中到大雨、局地暴雨天氣過程，涼州區(qū)南營水庫過程降水量達56.8 mm，最大小時雨強達16.7 mm，暴雨出現(xiàn)時間為有氣象記錄以來最早，日降水量打破歷史同期極值。9月5—6日出現(xiàn)區(qū)域性大雨、局地暴雨，伴有20 mm以上的短時強降水天氣過程，最大降水中心在涼州區(qū)金河鎮(zhèn)、黃羊鎮(zhèn)，過程降水量達57.9 mm、56.8 mm，最大小時雨強分別為26.1 mm、24.9 mm。9月13—16日出現(xiàn)區(qū)域性大雨、局地暴雨天氣過程。最大降水中心在古浪大靖、橫梁，過程累積降水量達65.5 mm、50.6 mm，最大小時雨強達14.3 mm。全市暴雨站數(shù)較近10年多1.9站。暴雨引發(fā)洪澇，造成農(nóng)作物不同程度受災(zāi)，直接經(jīng)濟損失為1 206.13萬元。

4月23日古浪干城，6月7日、8日、12日，7月12日天祝抓喜秀龍鄉(xiāng)、華藏寺鎮(zhèn)、松山鎮(zhèn)、安遠鎮(zhèn)、打柴溝鎮(zhèn)、賽什斯出現(xiàn)冰雹，最大直徑約為1 cm。雹災(zāi)造成農(nóng)作物不同程度受災(zāi)，直接經(jīng)濟損失512.49萬元。

4 結(jié)論

4.1 主要氣候特征

2021年武威市平均氣溫較歷年偏高1.1℃，創(chuàng)有氣象記錄以來最高紀錄，2月、7月、9月平均氣溫均打破歷史同期極值。年初出現(xiàn)極端冷暖轉(zhuǎn)換，1月上旬全市平均氣溫為2012年以來同期最低；2月全市平均氣溫打破歷史同期極值?！?20℃的低溫日數(shù)和寒潮次數(shù)較歷年同期顯著偏多。2021年降水時空分布不均，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較歷年偏少163.3 h。

4.2 主要天氣氣候事件及其影響

（1）伏期高溫干旱造成大部分地方農(nóng)作物受災(zāi)，直接經(jīng)濟損失25 613.95萬元。由于汛期降水偏少，2021年石羊河年平均流量較 2020 年同期偏少，7月尤為顯著；降水偏少期間土壤相對濕度較低，對荒漠區(qū)草本植物生長和產(chǎn)量形成產(chǎn)生不利影響，全市植被長勢差于2020年。

（2）頻繁大風沙塵引發(fā)災(zāi)害，造成農(nóng)作物受災(zāi),直接經(jīng)濟損失648.1萬元。大風沙塵天氣較2020年顯著偏多，導致2021年該區(qū)大氣降塵量較2020年同期顯著偏多，可吸入顆粒物PM10濃度較2020年同期上升明顯，特別受3月15—19日出現(xiàn)的近10年以來最強沙塵天氣影響，2021年3月PM10濃度是2020年同期的6.1倍。

（3）出現(xiàn)3場次局地暴雨，暴雨較近10年顯著偏多，暴雨和冰雹引發(fā)災(zāi)害，造成農(nóng)作物不同程度受災(zāi)，直接經(jīng)濟損失1 718.62萬元。