許 丹，羅喜平

(1.貴州省氣候中心，貴州 貴陽(yáng) 550002；2.貴州省氣象臺(tái)，貴州 貴陽(yáng) 550002)

貴州省寒潮的氣候特征及空間分布成因淺析

許 丹1，羅喜平2

(1.貴州省氣候中心，貴州 貴陽(yáng) 550002；2.貴州省氣象臺(tái)，貴州 貴陽(yáng) 550002)

按照國(guó)標(biāo)寒潮標(biāo)準(zhǔn)，用貴州省84個(gè)氣象站1961—2015年逐日平均溫度和最低溫度，采用統(tǒng)計(jì)分析方法，研究了貴州省寒潮的時(shí)空分布與變化特征，并對(duì)其空間分布特征進(jìn)行了原因探討。結(jié)果表明：寒潮出現(xiàn)特征是冬季最多、秋季最少，3月最多5月最少。近55 a貴州寒潮天氣過(guò)程呈微弱減少趨勢(shì)，在年代際尺度上存在準(zhǔn)13 a的周期振蕩，在年際尺度上存在準(zhǔn)3 a和7～8 a的周期振蕩。海拔是影響寒潮空間分布的重要因子，但滇黔準(zhǔn)靜止鋒和西南熱低壓等天氣系統(tǒng)也是導(dǎo)致貴州西部、西南部的寒潮次數(shù)高于東北部的重要原因。

寒潮;時(shí)空分布;變化特征;成因分析

1 引言

寒潮是影響我國(guó)冬半年的主要災(zāi)害性天氣，貴州地處低緯高原，寒潮的發(fā)生對(duì)作物的產(chǎn)量和品質(zhì)有直接影響。貴州對(duì)寒潮的研究主要是從天氣學(xué)的角度進(jìn)行分析得到的一些預(yù)報(bào)指標(biāo)[1]，姚正蘭[2]、張艷梅[3]對(duì)貴州寒潮的氣候特征做過(guò)一些分析，但使用的寒潮標(biāo)準(zhǔn)是貴州省氣象局的業(yè)務(wù)規(guī)定[4]，文中分析的站點(diǎn)偏少。2008年中華人民共和國(guó)寒潮國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)[5]頒布，因此，有必要根據(jù)寒潮國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)利用最新的資料，對(duì)貴州寒潮進(jìn)行統(tǒng)計(jì)并分析其長(zhǎng)期變化趨勢(shì)，在此基礎(chǔ)上初步討論造成寒潮空間分布的可能原因。

2 資料與方法

2.1 資料

采用貴州省84個(gè)氣象觀測(cè)站點(diǎn)1961年1月— 2015年12月逐日平均溫度和最低溫度。

2.2 方法

寒潮標(biāo)準(zhǔn)：使某地日最低(或日平均)氣溫24 h內(nèi)降溫幅度≥8 ℃，或48 h內(nèi)降溫幅度≥10 ℃，或72 h內(nèi)降溫幅度≥12 ℃，而且使該地日最低氣溫≤4 ℃的冷空氣活動(dòng)。

寒潮天氣過(guò)程的標(biāo)準(zhǔn)為：達(dá)單站寒潮標(biāo)準(zhǔn)的站數(shù)超過(guò)15站(根據(jù)貴州省重大災(zāi)害天氣預(yù)報(bào)考核辦法)。這里要說(shuō)明的是，在一次寒潮過(guò)程中，可能24 h、48 h、72 h均能達(dá)到寒潮標(biāo)準(zhǔn)，只按起始日期最早的那次統(tǒng)計(jì)。

主要運(yùn)用統(tǒng)計(jì)法對(duì)貴州寒潮的變化特征進(jìn)行分析討論。

3 單站寒潮的氣候特征及變化

3.1 空間分布

根據(jù)寒潮標(biāo)準(zhǔn)，逐年查找出符合標(biāo)準(zhǔn)的過(guò)程和站次，統(tǒng)計(jì)得出:1961—2015年全省共出現(xiàn)寒潮7 118站次，年平均1.54次/站，其中24 h寒潮發(fā)生755站次，48 h寒潮發(fā)生3 046站次，72 h寒潮發(fā)生3 317站次，所占比例分別為10.6%、42.8%和46.6%，說(shuō)明貴州寒潮多因持續(xù)降溫導(dǎo)致，貴州地處低緯高原，受云貴靜止鋒影響，冷空氣影響是一個(gè)漸進(jìn)過(guò)程，就全省平均而言，10次寒潮中僅有1次屬于24 h寒潮。

從1961—2015年貴州省24 h、48 h和72 h達(dá)到寒潮標(biāo)準(zhǔn)的比例看(圖1a～1c)，24 h所占比例威寧最大為28.9%，其余各站大部地區(qū)均不到10%，南部低熱河谷和赤水、金沙未出現(xiàn)過(guò)寒潮；48 h所占比例赤水最多為66.7%，榕江最少為25%，其余大部地區(qū)在30%～50%之間；72 h所占比例在省的北部、東南部和西南部占到50%以上，也就是說(shuō)這些地區(qū)一半以上寒潮是72 h達(dá)到寒潮標(biāo)準(zhǔn)的。

圖1 貴州24 h(a)、48 h(b)和72 h(c)單站寒潮比例Fig.1 24 h(a)、48 h (b) and 72 h(c) cold wave frequency of each station in Guizhou

圖2為1961—2015年貴州單站寒潮的年均發(fā)生頻次，可以看到，寒潮的區(qū)域性差異明顯，出現(xiàn)最多的是威寧(多年總次數(shù)為291次)，最少的是赤水(多年總次數(shù)僅為3次)，最多和最少的測(cè)站相差53倍。貴州寒潮的年平均次數(shù)分布與地形走向一致，貴州地勢(shì)西部高東部低，中部向北向南傾斜，烏蒙山、苗嶺中段是寒潮出現(xiàn)最多的地區(qū)，寒潮出現(xiàn)西多東少、中部多南北少的分布特征。根據(jù)寒潮年均次數(shù)的多少，可將貴州寒潮劃分為3個(gè)影響區(qū):威寧、丹寨、雷山平均每年出現(xiàn)3次以上，為多寒潮區(qū)；南部低熱河谷和北部地區(qū)，寒潮平均每年出現(xiàn)不到1次，為少寒潮區(qū)；其余地區(qū)為次多寒潮區(qū)，寒潮平均每年出現(xiàn)1～3次。貴州多寒潮區(qū)與次多寒潮區(qū)主要分布在27.5°N以南、南部邊緣以北的廣大地區(qū)。

圖2 貴州多年平均(1961—2015年)單站寒潮頻次Fig.2 Mean cold wave frequency of each station in Guizhou averaged from 1961 to 2015S

3.2 月季變化

如圖3所示，從月分布上看，6—9月55a中均未出現(xiàn)過(guò)寒潮，每年10月—次年5月為貴州寒潮季，主要出現(xiàn)在1—3月占總次數(shù)的74.5%，其中3月出現(xiàn)寒潮的次數(shù)最多，占總次數(shù)的30.3%，2月、1月次之，分別占26.2%和18.0%，5月和10月出現(xiàn)寒潮的次數(shù)相對(duì)較少。季節(jié)分布上，寒潮活動(dòng)主要出現(xiàn)在冬季，占全年總數(shù)的55.5%；其次是春季，占年總數(shù)的36.4%；秋季僅占8.1%。以上分析與張艷梅等[4]的分析結(jié)論有一定差異，尤其是季節(jié)分布的差異明顯，張艷梅的分析指出寒潮活動(dòng)主要出現(xiàn)在春季，而本文是冬季，說(shuō)明使用的標(biāo)準(zhǔn)不同，寒潮的時(shí)間分布略有差異，分析原因，主要是由于兩種標(biāo)準(zhǔn)中最低氣溫的要求不一致，標(biāo)準(zhǔn)[3]在春秋季節(jié)日最低氣溫僅要求8 ℃以下，更容易達(dá)到寒潮。

圖 3 貴州寒潮、寒潮過(guò)程月、季頻率分布Fig.3 Monthly and seasonly frequencies of cold wave and cold wave process in Guizhou

3.2 單站寒潮氣候趨勢(shì)變化空間分布

近55a來(lái)，除威寧、盤(pán)縣、萬(wàn)山、從江、都勻外，貴州大部地區(qū)的寒潮次數(shù)呈弱減少趨勢(shì)(圖略)，與貴州氣溫呈上升趨勢(shì)有一定的關(guān)系。省之東北部、西北部、西南部及中部局部地區(qū)通過(guò)0.1的顯著性水平檢驗(yàn)，其余大部地區(qū)未通過(guò)0.1顯著性檢驗(yàn)。

4 寒潮天氣過(guò)程的氣候特征及變化

經(jīng)統(tǒng)計(jì)，近55 a來(lái)貴州寒潮天氣過(guò)程共出現(xiàn)145次，平均每年2.6次，遠(yuǎn)低于全國(guó)和北方寒潮發(fā)生的次數(shù)[6]。

4.1 月季分布

如圖3所示，貴州寒潮天氣過(guò)程月、季頻率分布與貴州寒潮月、季頻率分布相似，2、3月份出現(xiàn)的寒潮天氣過(guò)程明顯多于其他月份，3月份出現(xiàn)42次，占總次數(shù)的28.8%，2月出現(xiàn)40次，占總次數(shù)的27.4%，4月最少，僅出現(xiàn)9次；5—10月未出現(xiàn)過(guò)寒潮天氣過(guò)程。各季節(jié)的分布冬季最多，占總次數(shù)的58.2%，春季次之，占總次數(shù)的34.9%，秋季最少，僅占6.9%。

4.2 年際及年代際變化

圖4 1961—2015年寒潮天氣過(guò)程時(shí)間序列及其線性趨勢(shì)Fig.4 Time series of cold wave process and linear trends

從圖4可以明顯看出：寒潮天氣過(guò)程年際變化明顯，年均頻次為2.6次左右，各年之間差異大，最多者達(dá)7次，最少者一次也沒(méi)有，標(biāo)準(zhǔn)差為1.58次。如果以標(biāo)準(zhǔn)化總次數(shù)超過(guò)1倍標(biāo)準(zhǔn)差來(lái)定義偏強(qiáng)寒潮年，1962、1966、2011、2010、1993、1980和1967年共7 a為偏強(qiáng)寒潮年。

寒潮過(guò)程年代際變化也很顯著，20世紀(jì)60年代偏多，70年代為一過(guò)渡時(shí)期，寒潮開(kāi)始減少，80年代中期顯著減少，90年代有所增加，進(jìn)入21世紀(jì)，寒潮增多，但近5 a有所減少。從長(zhǎng)期變化來(lái)看，寒潮過(guò)程在近55 a出現(xiàn)了減少趨勢(shì)，其線性趨勢(shì)系數(shù)為-0.006 7次/a，未通過(guò)信度檢驗(yàn)。事實(shí)上，寒潮在春季、秋季和冬季均呈減少趨勢(shì)，但均未通過(guò)顯著性檢驗(yàn)。在全球氣候變暖的大背景下，貴州寒潮與中國(guó)寒潮變化[6]是一致的，呈減弱趨勢(shì)，但不及北方顯著。

4.3 每30 a、10 a寒潮頻次變化

圖5為寒潮過(guò)程每30 a、10 a頻次圖，如圖所示，寒潮頻次3個(gè)30 a氣候平均值差別不大，1971—2000年最小為2.3次，1961—1990年和1981—2010年持平為2.6次。從每10a頻次變化看， 20世紀(jì)60年代最多為3.4次，80年代最少為2.2次，21世紀(jì)最初的10 a為3次，僅次于60年代，近5 a有所減少為2.4次。春季、秋季和冬季寒潮每10a頻次和年寒潮頻次變化基本一致，不同的是春季寒潮在近5 a略有增加。

圖5 每30 a、10 a及氣候變暖前后寒潮天氣過(guò)程頻次Fig.5 Cold wave process frequencies of per 30a 、 10a 、 before and after warming in Guizhou

4.4 周期變化及突變分析

圖6為貴州寒潮天氣過(guò)程的小波變換模值和實(shí)部圖，由圖可見(jiàn)，在年代際尺度上存在準(zhǔn)13 a的周期振蕩,在20世紀(jì)60—90年代表現(xiàn)最為明顯；在年際尺度上,3 a左右的周期振蕩在20世紀(jì)60—70年代初表現(xiàn)最為明顯，7～8 a的周期振蕩在20世紀(jì)70年代中后期—90年代中期表現(xiàn)最為明顯，90年代中期以來(lái)這種振蕩依然存在但有所減弱，近10 a來(lái)3 a尺度的變化最為明顯。目前無(wú)論從大尺度還是小尺度變化來(lái)看均處于寒潮較少期。

圖6 貴州寒潮天氣過(guò)程的小波變換模值(a)和實(shí)部圖(b)Fig.6 Modulus(a) and Real part(b) of wavelet transform in Guizhou from 1961 to 2015

圖7為貴州近55 a來(lái)年寒潮天氣過(guò)程序列的M-K突變檢驗(yàn)曲線，UF曲線和UB曲線沒(méi)有交點(diǎn)，表明在信度0.05的顯著水平下，貴州近55 a來(lái)寒潮天氣過(guò)程沒(méi)有發(fā)生突變。

圖7 貴州近55 a寒潮天氣過(guò)程序列的M-K突變檢驗(yàn)曲線Fig.7 The climate mutation curve of cold wave in Guizhou from 1961 to 2015

4.5 氣候變暖前后寒潮頻次變化

貴州年平均氣溫變化有明顯的轉(zhuǎn)折，20世紀(jì)90年代中期是貴州冷暖趨勢(shì)的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，90年代中期以后氣溫的升溫趨勢(shì)加劇。如圖5所示，在貴州變暖前后，寒潮天氣過(guò)程頻次在年、冬季基本持平，春季略有增加，秋季略有減少。如表1所示，變暖后偏強(qiáng)年出現(xiàn)頻率略有減少，秋季減少最為明顯，冬季基本無(wú)變化，春季略有增加。由此也可看出，雖然近55 a來(lái)寒潮總體呈微弱的減少趨勢(shì)，但寒潮的影響并未減輕，特別是在全球變暖的背景下，更應(yīng)引起重視。

表1 氣候變暖前后貴州寒潮過(guò)程偏強(qiáng)年出現(xiàn)次數(shù)及頻率(%)Tab.1 Frequency and arisen probability of strong cold wave years before and after warming in Guizhou(%)

5 寒潮空間分布特征的原因探討

5.1 海拔高度

圖8為貴州寒潮次數(shù)與海拔高度的散點(diǎn)圖，從圖可知，寒潮出現(xiàn)次數(shù)與海拔高度密切相關(guān)。各臺(tái)站出現(xiàn)寒潮次數(shù)(Y)隨海拔高度(H)變化有顯著的線性關(guān)系，每上升100 m增加0.14次，其關(guān)系方程為:

Y=0.001 4H+0.265 3

相關(guān)系數(shù)r=0.705 3，信度>0.01。通常海拔越高氣溫越低，當(dāng)冷空氣入侵影響時(shí)，氣溫下降越快越顯著。威寧海拔全省最高，年均寒潮次數(shù)最多為5.3次/a。萬(wàn)山海拔844.3 m，比臨近站點(diǎn)高500 m左右，是個(gè)突兀的山形，因此寒潮次數(shù)比江口和銅仁多3倍。像獨(dú)山、黎平、晴隆等站比臨近站點(diǎn)高也是同樣的原因。值得注意的是，并不是所有臺(tái)站寒潮次數(shù)與海拔高度的變化都符合上述垂直分布特征，比如雷山海拔840 m，寒潮年均為3.2次，而水城海拔1 811.7 m，寒潮年均為2.7次，雷山海拔比水城低將近1 000 m，但雷山年均寒潮次數(shù)卻比水城高，說(shuō)明海拔高度是影響寒潮分布的重要因子，但不是唯一因子。

圖8 平均寒潮頻次與站點(diǎn)海拔高度的散點(diǎn)圖Fig.8 Scatter plot of mean cold wave frequency versus altitude

5.2 滇黔準(zhǔn)靜止鋒

滇黔準(zhǔn)靜止鋒也稱昆明準(zhǔn)靜止鋒、西南準(zhǔn)靜止鋒，早在20世紀(jì)40年代已被中國(guó)學(xué)者所發(fā)現(xiàn)。這是在東亞冷空氣爆發(fā)并向南擴(kuò)展時(shí)，受云貴高原地形阻擋形成的一種獨(dú)特的鋒面系統(tǒng)。在青藏高原大地形、低緯高原和橫斷山脈的作用下，滇黔準(zhǔn)靜止鋒沿地形呈準(zhǔn)南北走向，具有東西擺動(dòng)和跳躍式西進(jìn)的獨(dú)特活動(dòng)規(guī)律[8]。在冬半年，靜止鋒是影響貴州的主要系統(tǒng)，杜正靜[9]按靜止鋒所處位置分為4種類型。當(dāng)Ⅲ、Ⅳ型靜止鋒出現(xiàn)時(shí)，貴州西部經(jīng)常處于鋒前暖氣團(tuán)控制下，天氣晴好、氣溫升高，一旦有冷空氣補(bǔ)充，靜止鋒加強(qiáng)西進(jìn)，貴州西部地區(qū)天氣突變，帶來(lái)劇烈降溫、較強(qiáng)降雨等轉(zhuǎn)折性天氣。貴州西部地區(qū)的寒潮天氣多與滇黔準(zhǔn)靜止鋒增強(qiáng)西進(jìn)有關(guān)，也是貴州西部寒潮次數(shù)多于東部的原因之一。

5.3 西南熱低壓

西南熱低壓[10]是春季影響西南地區(qū)的一個(gè)重要天氣系統(tǒng)，是出現(xiàn)在我國(guó)青藏高原東南側(cè)的云、貴、川三省附近的一個(gè)閉合暖低壓，熱低壓是導(dǎo)致西南地區(qū)春季高溫天氣的主要天氣系統(tǒng)。3、4月是熱低壓出現(xiàn)頻率最高的月份，有些年份早在2月就開(kāi)始影響貴州，一般維持2～5 d，西南熱低壓的主要初生源地在云南。在熱低壓生成發(fā)展階段，受熱低壓控制，全省各地天氣晴好，日照較強(qiáng)，氣溫升高很快，省之西部和西南部地區(qū)白天常伴有偏南大風(fēng)。一旦北方有冷空氣南下，地面熱低壓中心位置南退到貴州省的西南部，此時(shí)西南部仍受熱低壓控制并維持晴好天氣，隨著冷空氣繼續(xù)南侵，熱低壓填塞，出現(xiàn)劇烈轉(zhuǎn)折性天氣，由于前期溫度高，降溫幅度容易達(dá)到寒潮標(biāo)準(zhǔn)，因而西南部的寒潮頻率高于東北部。3、4月是熱低壓出現(xiàn)頻率最高的月份，4月寒潮出現(xiàn)頻率較3月低得多，可能是因?yàn)?月溫度升高，雖降溫幅度大，但最低溫度降到4 ℃的可能性較3月小。2月寒潮頻率較3月小，是因?yàn)?月溫度低，最低溫度易達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，但降溫幅度不容易達(dá)到。

綜上所述，海拔高度是影響寒潮空間分布的重要因子。另外，天氣系統(tǒng)滇黔準(zhǔn)靜止鋒和西南熱低壓也是導(dǎo)致貴州西部、西南部的寒潮次數(shù)高于東北部的重要原因。例如，威寧寒潮次數(shù)最多，一是由于海拔高，二是由于云貴靜止鋒、西南熱低壓的存在。

6 結(jié)論

①貴州寒潮發(fā)生原因主要是持續(xù)降溫，24h寒潮、48h寒潮和72h寒潮所占比例分別為10.6%、42.8%和46.6%。

②貴州寒潮的地區(qū)差異明顯，出現(xiàn)最多的是威寧，最少的是赤水，最多和最少的測(cè)站相差近70倍；寒潮多發(fā)于冬春季，以3月最多。近55a，大部地區(qū)的寒潮頻次呈弱減少趨勢(shì)。

③近55a，貴州寒潮天氣過(guò)程共發(fā)生145次，平均每年2.6次，以20世紀(jì)60年代最多，80年代最少，21世紀(jì)初有增加趨勢(shì)，但近5a略有減少。年寒潮天氣過(guò)程總體上呈減少趨勢(shì)，冬春秋三季均呈減少趨勢(shì)。

④海拔是影響貴州寒潮空間分布的重要因子。此外，滇黔準(zhǔn)靜止鋒和西南熱低壓等天氣系統(tǒng)也是導(dǎo)致貴州西部、西南部的寒潮次數(shù)高于東北部的重要原因。

[1] 丁慰群，李炎生，趙恕，等.貴州省短期天氣預(yù)報(bào)指導(dǎo)手冊(cè)[M].貴州省氣象局，1987.

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ClimaticCharacteristicsofColdWaveandCausesAnalysisofSpatialDistributioninGuizhouProvince

XU Dan1, LUO Xiping2

(1.Guizhou Climate Center，Guiyang 550002，China; 2. Guizhou Meteorological Observatory，Guiyang 550002，China)

According to the national standard of cold wave，using the daily mean temperature and minimum temperature data from 84 meteorological stations of Guizhou Province from 1961 to 2016, using statistical analysis , the spatial temporal features and variation characteristics of the cold waves were analyzed, and the possible causes for spatial features are shallowly discussed. The results indicate: the cold wave activities are distinctly different in Guizhou different regions. The frequencies of the cold waves in season and month are uniformity, winter is most and autumn is least, March is most and May is least. In the recent 55 years, cold waves in Guizhou decreased weakly. There are 13 years of periodic oscillations at the interdecadal scale and 3 years periodic at the oscillations scale. Altitude is the iImportant impact factor for the distribution of Guizhou cold wave frequency. But the Dian-Qian quasi-stationary front and southwest heat low weather system are also important reasons , it lead to the cold wave number in west and southwest is higher than in the northeast.

cold wave; temporal-spatial distribution; variation characteristics; cause analysis

1003-6598(2017)05-0008-06

2017-06-26

許丹(1969—)，女，副高，主要從事氣候變化研究工作，E-mail:xudan69@163.com。

貴州省氣象局開(kāi)放基金KF[2010]03號(hào)：貴州氣候變化事實(shí)研究；(CMAGJ2013Z13)中國(guó)氣象局氣象關(guān)鍵技術(shù)集成與應(yīng)用重點(diǎn)項(xiàng)目。

P425.5+4

A