一、风与沙尘
空气的水平运动形成风,风使空气中的热量和水分互相交换,由此形成不同的天气现象和气候特征。风是地球上的一种自然现象,是由太阳辐射引起的。太阳照射地球表面,地球表面各处受热不同,产生温差,温差引起气压差,产生气压梯度力,引起空气水平运动,形成风。风是表示气流运动的物理量,它不仅有大小(风速),还具有方向(风向),因此风是矢量。风向是指风吹来的方向,地面风向用16方位或8方位表示,每相邻方位的角度差为22.5°或45°。中卫市地形复杂,地面风向和风速不仅受到气压场分布的支配,而且受地形影响十分明显。因此,风速和风向的时空分布较为复杂。
1.风速日变化
中卫市平均风速的日变化比较明显,以沙坡头区为例,早上日出开始,风速逐渐加大,15时达到最大,随后逐渐减小,清晨3时—7时最小,不同季节略有差异。这是因为风速日变化主要是由下垫面在一天中受热不同而引起的。一般而言,日出以后,地面逐渐受热,上下层空气的对流交换开始加强,上层空气的动量下传使得近地层空气获得动量,风速逐渐增大,15时前后达到最大值之后,地面温度逐渐下降,对流交换逐渐减弱,近地层空气得不到动量或得到少量上层空气传来的动量,再加上地面的摩擦消耗作用,风速随之减小,清晨达到最小。由于年内日出时间的不同,风速开始加大的时间也不一样,春夏风速加大开始时间早于秋冬季节。
图3-35 中卫市沙坡头区平均风速日变化
图3-36 中卫市沙坡头区平均风速四季日变化
2.风速四季变化
一年四季中,春季风速相对较大,秋季风速较小。
春季平均风速为3.3米/秒,1969年风速最大,为4.1米/秒,2012年风速最小,为2.5米/秒。平均风速有减小趋势,减小速率为0.11米/秒·10年。
夏季平均风速为2.5米/秒,1997年风速最大,为3.7米/秒,2012年风速最小,为2.2米/秒。风速微弱减小,减小速率为0.06米/秒·10年。
秋季平均风速为2.5米/秒,1972年风速最大,为3.3米/秒,2011年出现最小风速,为1.9米/秒,风速减小趋势同夏季。
冬季平均风速为2.7米/秒,最大风速出现在1971年,为3.3米/秒,最小风速出现在2012年,为1.9米/秒。冬季风速呈减小趋势,减小速率为0.07米/秒·10年。
3.风速年变化
中卫市各地年平均风速的大小主要由海拔高度和地形决定。海拔高的南部山区,年平均风速可达到3.0米/秒—3.2米/秒,地势比较平坦开阔的中宁县,年平均风速为2.8米/秒,地处黄河河谷的沙坡头区,年平均风速为2.4米/秒。
全市月平均风速年变化明显,入春后风速逐渐增大,4月达到全年的峰值,随后下降,9月至10月减至最小,然后又增大。各县(区)一致,入春后风速开始显著增大,4月达到最大值,沙坡头区和中宁县从5月始风速逐步减小,10月达到最小;海原县和兴仁镇最大风速持续到5月,9月兴仁镇风速减至最小,海原县10月风速最小。
表3-26 各县(区)月平均风速 单位:米/秒
图3-37 中卫市平均风速年变化
4.风速年际变化
全市年平均风速为2.9米/秒,最大风速出现在1970年,为3.5米/秒,最小风速出现在2012年,为2.2米/秒。年平均风速呈现减小趋势,减小速率为0.08米/秒·10年。
图3-38 中卫市平均风速年际变化
5.风向
中卫市北低南高的地形特点,构成中卫市各地盛行风向的特点。在西北部沙坡头区谷地,南北高、中间低,黄河从中间流过,全年盛行风向为东风,其次为西风和西北风;东北部的中宁县,全年盛行西风或东北风;南部的海原县以东南风、西风或西北风为主;中部的兴仁镇全年盛行南风,其次为东风或偏西风。中卫市盛行风向的季节性变化比较明显,东北部的中宁县春夏季盛行东北风,秋冬季盛行西风;南部的海原县春夏秋(前中期)季盛行东南风,秋末冬季为西风;中部的兴仁镇除5月、8月至9月为东风,4月为西北风外,其他各月盛行偏南风。全市风向的日变化明显具有山谷风的性质,早上多东南风,晚间多西北风。
图3-39 中卫市风向频率玫瑰图
表3-27 各县(区)各月最多风向及出现频率 单位:%
6.大风
通常是指瞬时风速≥17米/秒的风,风是一种自然力,既可利用,又可造成灾害。它不仅将外地干冷、暖湿的空气输送到本地来,使本地天气发生冷暖和降水等变化。而且是重要的能源,可用于排灌、发电、粮食加工等,同时又是工程设计、航海、航空、军事活动等的依据。当大风出现,不仅影响农业墒情,而且有时伴随沙尘淹没农田或幼苗,使植株倒伏、茎秆折断、籽粒或果实脱落而造成损失。1993年5月5日19时26分,沙坡头区风速达37.9米/秒,飞沙走石,拔树倒房,给人民的生命财产等带来巨大损失。
1959年—2018年,中卫市平均大风日数分布:海原县最多,达21.8天,其次是中宁县和兴仁镇,为16.6天—18.1天,沙坡头区最少,只有9.8天。大风四季都可出现,但因地势不同,各地出现大风的季节也不相同。春季最多,占全年大风日数的49%—56%,夏季大风日数占20%—30%,冬季大风日数占10%—19%,秋季大风日数最少,只占10%—13%。大风多出现于白天,一般在14时至19时出现最多。有时一日内可相继出现2次—3次。春季由于受蒙古气旋影响,大风持续时间长,有时可连续吹两天以上;夏季大风来势猛、持续时间短,一般伴有雷暴和阵雨,危害性大。
表3-28 各县(区)各月平均大风日数 单位:天
中卫市大风日数四季和年变化明显,四站变化一致,四季中春季大风日数2.8天,夏季大风日数1.3天,秋季大风日数0.6天,冬季大风日数0.8天。大风日数年变化表现为单峰型,一年中,年初开始增多,4月至5月大风日数达到最多,9月至10月大风日数减至最少。
图3-40 中卫市大风日数年变化
各县(区)大风日数年际变化差异较大,沙坡头区平均9.8天,最多20天,出现在2001年,2009年未出现大风,大风日数递减率为1.2天/10年;中宁县平均18.1天,最多49天,出现在1982年,最少1天,出现在1968年,递减率为1.4天/10年;海原县平均21.8天,最多46天,出现在1984年,最少1天,出现在2013年,递减率为2.9天/10年;兴仁镇平均16.6天,最多33天,出现在1978年,最少1天,出现在1968年,递减率为0.3天/10年。
1959年—2018年,中卫市平均大风日数为16.5天,最多出现在2000年,为25.5天,最少出现在1964年,为3.5天,全市大风日数呈显著减少趋势,其递减率为1.0天/10年。
图3-41 中卫市大风日数年际变化
大风日数的年代际变化显著,20世纪60年代末(1969年)开始大风日数逐渐增多,20世纪七八十年代达到最多,20世纪80年代中期(1986年)开始减少,此后持续减少,2000年—2018年减到最少。
7.沙尘
沙尘暴、扬沙均是风将地面尘沙吹起,使空气变混浊、能见度下降的天气现象。中卫市各地沙尘暴、扬沙日数的多少主要受风速和地形影响。兴仁镇沙尘暴日数最多,为7天,中宁县最少,为1.9天;中宁县扬沙天气最多,为32.6天,海原县最少,为15.6天。
一年四季中,春季沙尘暴和扬沙最多,秋季最少。沙尘暴和扬沙日数年变化明显,入春以后,随风速逐渐增大,沙尘暴扬沙日数逐步增多,4月达到全年的峰值,随后下降,到9月扬沙减至最少,然后又增多,而8月—12月沙尘暴维持最少,直到1月再次增多。
表3-29 各县(区)沙尘暴日数 单位:天
表3-30 各县(区)扬沙日数 单位:天
图3-42 中卫市沙尘暴扬沙日数年变化
1959年—2018年,中卫市扬沙、沙尘暴总的演变趋势是在波动中逐渐减少,20世纪60年代末开始增加,20世纪70年代达到最多,之后持续减少,2010年—2018年减至最少。
扬沙出现次数的年际变化波动幅度较大,但总体上呈减少趋势,其递减率为6.3天/10年。20世纪60年代到70年代中期呈增多趋势,1976年达到最高值,为64.5天,之后扬沙天气次数在波动中减少,2011年只有4.5天,占1976年的7%。
沙尘暴的年际变化与扬沙年际变化趋势较相似,总体上在波动中逐渐减少,其递减率为1.6天/10年。从20世纪60年代到70年代呈增多趋势,20世纪70年代沙尘暴天气最多,达到8.5天。沙尘暴最多年份出现在1983年,为16天,此后沙尘暴的发生次数明显减少,2010年—2018年仅有0.4天。
图3-43 中卫市沙尘日数年际变化