肖紅茹，龍柯吉，伍 清，蔣興文

(1.中國氣象局成都高原氣象研究所/高原與盆地暴雨旱澇災(zāi)害四川省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，成都 610072；2.四川省氣象臺(tái)，成都 610072)

引言

IPCC第5次評估報(bào)告指出，1951～2012年的過去60年全球平均氣溫上升0.72℃(0.49～0.89℃)[1]；2000年代初，有學(xué)者研究也發(fā)現(xiàn)中國的氣溫出現(xiàn)了明顯的升高趨勢[2]；后來，武麗梅等[3]的研究發(fā)現(xiàn)，中國大陸極端氣溫整體呈增溫趨勢。在全球變暖的大背景下，極端天氣氣候事件的變化引起了國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注，IPCC第3、4次報(bào)告[4-5]對極端天氣氣候事件做了明確的定義：對一特定地點(diǎn)和時(shí)間，極端天氣事件就是發(fā)生概率極小的事件，通常發(fā)生概率只占該類天氣現(xiàn)象的10%或者更低。極端天氣氣候事件的加劇會(huì)給社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和人民生活帶來嚴(yán)重影響和損失。寒潮天氣就是一種極端的降溫天氣事件，是影響我國冬半年的主要災(zāi)害性天氣。四川盆地西靠青藏高原，北有大巴山并緊鄰秦嶺山脈，南下冷空氣受到地形阻擋，其路徑和強(qiáng)度常常會(huì)被改變，冷空氣入侵盆地造成的寒潮天氣過程不僅遠(yuǎn)沒有北方多，與同緯度的長江中下游地區(qū)比較也要少很多，但另一方面，正是由于四面環(huán)山的特殊地形條件，冷空氣入侵四川盆地后容易形成堆積，過程降溫強(qiáng)度并不比北方和長江中下游地區(qū)弱，且持續(xù)影響時(shí)間更長，當(dāng)有高原槽和南支槽配合時(shí)，在春季容易形成持續(xù)的低溫陰雨天氣，在冬季則容易形成持續(xù)的低溫冰凍災(zāi)害天氣。在氣候變暖背景下，關(guān)注寒潮天氣的變化特征，做好寒潮天氣預(yù)警預(yù)報(bào)服務(wù)，防范其危害有相當(dāng)?shù)默F(xiàn)實(shí)意義。

作為最主要的極端低溫事件，寒潮的研究受到廣大氣象學(xué)者的重視，李憲之[6]早在1955年就將我國寒潮劃分為三類；隨后，陶詩言[7]劃分了影響我國的寒潮路徑；后來，丁一匯等[8]和張培忠等[9]的進(jìn)一步研究證實(shí)，侵襲中國的寒潮源地主要有三個(gè)：一是新地島以西的北冰洋洋面；二是新地島以東的北冰洋洋面；三是冰島以南的大西洋洋面。隨著氣候變暖，統(tǒng)計(jì)分析表明中國各類寒潮的發(fā)生頻次呈減少趨勢，且強(qiáng)度有所減弱[10-15]。王遵婭等[16]和錢維宏等[17]均對我國寒潮時(shí)空變化及其影響因素進(jìn)行了詳細(xì)分析，前者認(rèn)為西伯利亞高壓和冬季風(fēng)強(qiáng)度的減弱是寒潮頻次減少的可能原因，后者則指出我國寒潮和極端寒潮事件普遍減少，且降溫頻次的減少在一定程度上導(dǎo)致了冬季最低氣溫平均值升高，形成持續(xù)的暖冬。我國幅員遼闊，寒潮頻次和強(qiáng)度區(qū)域間差異也會(huì)存在顯著不同，周長春等[18]對1951～2009年間四川盆地區(qū)域寒潮的統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)，盆地寒潮的頻數(shù)并沒有顯著的減少，可見四川盆地寒潮具有獨(dú)特的區(qū)域性。目前針對四川盆地寒潮的研究中主要為個(gè)例成因分析[19-22]及寒潮時(shí)空分布特征統(tǒng)計(jì)[18]，對寒潮天氣過程中氣溫的變化特征缺乏分析，而寒潮天氣中最高、最低氣溫的變化直接影響人們的生活和健康，有必要對其進(jìn)行詳細(xì)分析，掌握盆地寒潮過程中氣溫變化的特點(diǎn)，可提高寒潮天氣過程的基本規(guī)律認(rèn)識(shí)，以期對提高寒潮過程要素預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率及災(zāi)害防御能力提供技術(shù)支持。本文將利用“中國地面氣候資料日值數(shù)據(jù)集(V3.0)”中的地面氣溫資料，對1980～2017年38年中四川盆地寒潮的頻數(shù)、強(qiáng)度和氣溫變化趨勢特征進(jìn)行詳細(xì)分析。

1 資料和方法

本文使用的資料來源于“中國地面氣候資料日值數(shù)據(jù)集(V3.0)”，1980～2017年盆地15個(gè)國家基準(zhǔn)站的地面日平均氣溫、日最高氣溫和日最低氣溫資料。

按照中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)寒潮等級(jí)(GB/T 21987-2017)中的規(guī)定，單站寒潮標(biāo)準(zhǔn)：使某地的日最低氣溫24h內(nèi)降溫幅度≥8℃，或48h內(nèi)降溫幅度≥10℃，或72h內(nèi)降溫幅度≥12℃，且使該地日最低氣溫≤4℃的冷空氣活動(dòng)；單站強(qiáng)寒潮標(biāo)準(zhǔn)：使某地的日最低氣溫24h內(nèi)降溫幅度≥10℃，或48h內(nèi)降溫幅度≥12℃，或72h內(nèi)降溫幅度≥14℃，且使該地日最低氣溫≤2℃的冷空氣活動(dòng)；單站特強(qiáng)寒潮標(biāo)準(zhǔn)：使某地的日最低氣溫24h內(nèi)降溫幅度≥12℃，或48h內(nèi)降溫幅度≥14℃，或72h內(nèi)降溫幅度≥16℃，且使該地日最低氣溫≤0℃的冷空氣活動(dòng)。

由于四川盆地特殊的自然地理環(huán)境，采用寒潮國家標(biāo)準(zhǔn)不能很好開展預(yù)警、預(yù)報(bào)服務(wù)工作，因此，本文寒潮的標(biāo)準(zhǔn)按照四川盆地寒潮等級(jí)單站劃分標(biāo)準(zhǔn)：3～4月和10～11月(春、秋季)，72h內(nèi)日平均氣溫持續(xù)下降≥8.0℃；12～2月(冬季)，72h內(nèi)日平均氣溫持續(xù)下降≥6℃，即定為寒潮天氣。3～4月和10～11月，72h內(nèi)日平均氣溫持續(xù)下降≥9.0℃；12～2月，72h內(nèi)日平均氣溫持續(xù)下降≥7℃，即定為強(qiáng)寒潮天氣。3～4月和10～11月，72h內(nèi)日平均氣溫持續(xù)下降≥10.0℃；12～2月，72h內(nèi)日平均氣溫持續(xù)下降≥8℃，即定為超強(qiáng)寒潮天氣。區(qū)域寒潮是指一次寒潮過程中，盆地內(nèi)15個(gè)國家基準(zhǔn)站(溫江、都江堰、綿陽、平武、遂寧、雅安、樂山、內(nèi)江、宜賓、瀘州、南充、閬中、巴中、達(dá)州、萬源，其空間分布如圖1)中，有8站及以上達(dá)到單站寒潮天氣標(biāo)準(zhǔn)，即定為四川盆地一次區(qū)域寒潮[23]。數(shù)據(jù)集中平武和內(nèi)江2站資料缺失，因此本文中以盆地其余13個(gè)國家基準(zhǔn)站點(diǎn)資料來做統(tǒng)計(jì)分析，有7站及以上達(dá)到單站寒潮天氣標(biāo)準(zhǔn)，即定為四川盆地一次區(qū)域寒潮。

2 四川盆地寒潮特征

圖2是1980～2017年四川盆地出現(xiàn)降溫事件的站點(diǎn)72h內(nèi)日平均氣溫持續(xù)下降幅度，可以看到大部分站點(diǎn)(25%分位以上)24h的降溫都在2℃以內(nèi)，48～72h累計(jì)降溫幅度3℃左右，極端降溫事件的下降幅度分別是：24h為3.1～17.3℃，普遍不超過6.8℃；48小時(shí)為4.6～19.5℃，普遍不超過9.3℃；72h為5.4～22.4℃，普遍不超過10.3℃。因此，現(xiàn)有四川盆地寒潮天氣業(yè)務(wù)標(biāo)準(zhǔn)(72h內(nèi)日平均氣溫持續(xù)下降超過6℃)能夠較好地反映盆地降溫事件的極端性。

按照四川盆地寒潮標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行普查，38年里共發(fā)生77次區(qū)域性寒潮天氣過程，年平均次數(shù)為2.03次，其中1987年、1994年、1999年、2010年和2016年為多發(fā)年份，分別都發(fā)生了4次，1981年、1983年、1984年和1995年為特少年份，均沒有出現(xiàn)過區(qū)域寒潮。從77次寒潮天氣過程的年頻次分布圖上(圖3a)也可以看到，盆地出現(xiàn)區(qū)域寒潮天氣過程的年際較大，20世紀(jì)80年代至90年代中期的16年間，有4年為0次，有5年為3～4次，年平均次數(shù)為1.75次，20世紀(jì)90年代中后期到21世紀(jì)10年代，每年都有區(qū)域寒潮發(fā)生，年平均次數(shù)為2.23次，22年中有16年每年都有2次及以上區(qū)域寒潮發(fā)生，其中2000～2008年盆地區(qū)域寒潮頻發(fā)，且年分布較均勻，都在2～3次。從整體分布的趨勢來看，從20世紀(jì)80年代以來，四川盆地區(qū)域寒潮天氣過程頻次表現(xiàn)為增加的趨勢，增速為0.18次/10a，但未通過顯著性檢驗(yàn)。

圖3b是1980～2017年四川盆地寒潮天氣過程平均強(qiáng)度的年際變化，可以看出，38年中四川盆地區(qū)域寒潮強(qiáng)度呈現(xiàn)增強(qiáng)的趨勢，增速為1.14℃/10a，通過0.5的顯著性水平檢驗(yàn)。但分季節(jié)來看(圖4)，春秋季寒潮強(qiáng)度表現(xiàn)為明顯的增強(qiáng)，增速為1.52℃/10a，通過0.5的顯著性水平檢驗(yàn)，而冬季寒潮強(qiáng)度的增強(qiáng)趨勢不顯著，增速為0.19℃/10a。這種季節(jié)差異可能與四川盆地春、秋季寒潮天氣過程前期升溫顯著，導(dǎo)致氣溫距平明顯偏高有關(guān)。

綜上可知，1980～2017年四川盆地區(qū)域寒潮發(fā)生頻次呈不顯著的增加趨勢，平均強(qiáng)度表現(xiàn)為顯著的增強(qiáng)趨勢，在季節(jié)上表現(xiàn)為春、秋季顯著增強(qiáng)，冬季寒潮強(qiáng)度變化不明顯。

3 寒潮過程氣溫變化特征分析

寒潮天氣過程中，日平均氣溫和日最高、最低氣溫均會(huì)出現(xiàn)明顯下降，本文按春、秋季和冬季來對這77次區(qū)域寒潮天氣過程氣溫變化特征進(jìn)行分析。

3.1 平均氣溫變化特征

寒潮過程發(fā)生前一般都會(huì)有個(gè)增溫過程，增溫越強(qiáng)越有利于降溫，圖5是四川盆地區(qū)域寒潮發(fā)生前代表站點(diǎn)的溫度距平，可以看到，只有1%左右的站點(diǎn)溫度距平是<0℃，這是因?yàn)榕璧乇辈總€(gè)別站點(diǎn)會(huì)提前出現(xiàn)降溫，絕大部分站點(diǎn)氣溫對比歷史同期都是偏高的，春、秋季寒潮普遍偏高3～8℃，50%的站點(diǎn)偏高5℃以上，且集中在5～7.8℃，冬季寒潮普遍偏高2～7℃，50%的站點(diǎn)偏高可達(dá)4℃以上，且集中在3.8～6.7℃，春、秋季寒潮過程前增溫要比冬季強(qiáng)，最強(qiáng)可達(dá)2.7℃。

從1980～2017年間四川盆地區(qū)域寒潮天氣過程中日平均氣溫持續(xù)變化的幅度可以看出(圖6)，24h內(nèi)大部分站點(diǎn)降溫幅度：春、秋季<6℃，冬季<4℃，只有個(gè)別站點(diǎn)降溫幅度能達(dá)到寒潮標(biāo)準(zhǔn)，48h內(nèi)有1/4的站點(diǎn)持續(xù)降溫幅度可以達(dá)到寒潮標(biāo)準(zhǔn)，大部分站點(diǎn)都在持續(xù)降溫72h后達(dá)到寒潮標(biāo)準(zhǔn)，春、秋季寒潮在48h內(nèi)就有10%的站點(diǎn)持續(xù)降溫幅度達(dá)到超強(qiáng)寒潮標(biāo)準(zhǔn)(累計(jì)降幅超過10℃)，72h內(nèi)有25%的站點(diǎn)持續(xù)降溫幅度達(dá)到超強(qiáng)寒潮標(biāo)準(zhǔn)，而冬季寒潮能達(dá)到超強(qiáng)寒潮標(biāo)準(zhǔn)的站點(diǎn)數(shù)較少，春、秋季寒潮最強(qiáng)降溫幅度比冬季寒潮一般高3～4℃，這和春、秋季寒潮過程前溫度距平異常偏高有關(guān)，導(dǎo)致春、秋季降溫明顯要比冬季劇烈。

3.2 最高氣溫變化特征

圖7是1980～2017年盆地寒潮天氣過程中平均最高氣溫的年際分布，春秋季寒潮天氣過程的28個(gè)年份中，平均最高氣溫值普遍在21～26℃，最高出現(xiàn)在2011年，為30.1℃，最低出現(xiàn)在2003年，為18.4℃，氣溫波幅不大，整體表現(xiàn)為弱的增溫趨勢，增幅為0.43℃/10a，未通過信度檢驗(yàn)；冬季寒潮天氣過程的21個(gè)年份中，平均最高氣溫值普遍在11～16℃，最高出現(xiàn)在2009年，為20.4℃，最低出現(xiàn)在1991年，為6.7℃，氣溫也表現(xiàn)為增溫趨勢，增幅為1.07℃/10a，但未通過信度檢驗(yàn)。總的來說，四川盆地區(qū)域寒潮天氣過程中平均最高氣溫表現(xiàn)為緩慢的增溫趨勢，而且冬季寒潮最高氣溫增溫趨勢比春秋季顯著。

圖8是近38年中盆地區(qū)域寒潮天氣過程中站點(diǎn)最高氣溫持續(xù)變化幅度，從圖中可以看到，24h內(nèi)約90%的站點(diǎn)最高氣溫會(huì)出現(xiàn)不同程度的下降，下降的幅度普遍在2～6℃，春秋季最高氣溫可出現(xiàn)8.9℃的極端降幅，冬季極端降幅可達(dá)6.7℃；48h內(nèi)幾乎99%的站點(diǎn)最高氣溫都出現(xiàn)下降，春秋季有近50%的站點(diǎn)降幅>7℃，冬季有超過50%的站點(diǎn)降幅>5℃；72h內(nèi)持續(xù)降溫幅度：春秋季寒潮大部分站點(diǎn)為8～20℃，極端值為24.9℃，冬季寒潮大部分站點(diǎn)為5～14℃，極端值為16.8℃，春秋季寒潮的累計(jì)降幅要明顯比冬季大，差異普遍可達(dá)3～5℃，極端可達(dá)8℃。

3.3 最低氣溫變化特征

1980～2017年盆地區(qū)域寒潮天氣過程中平均最低氣溫的年際分布特征(圖9)表現(xiàn)為：春、秋季寒潮過程中平均最低氣溫基本都在4℃以上，普遍在6～12℃，最高值出現(xiàn)在2000年，為13.4℃，最低值出現(xiàn)在1998年，為3.8℃，整體呈現(xiàn)為弱的增溫趨勢，增幅為0.24℃/10a，未通過信度檢驗(yàn)；冬季寒潮過程中平均最低氣溫普遍在1～4℃，其中2009年出現(xiàn)了最高值，為8.7℃，1991年出現(xiàn)一個(gè)極端最低值，為-2.1℃，整體呈現(xiàn)為增溫趨勢，增幅為0.8℃/10a，未通過信度檢驗(yàn)?？偟膩碚f，四川盆地區(qū)域寒潮天氣過程中平均最低氣溫表現(xiàn)為增溫趨勢，且冬季比春秋季升溫趨勢顯著。

圖10(a、b)是1980～2017年盆地區(qū)域寒潮天氣過程中日最低氣溫持續(xù)下降的情況，可以看到，24h內(nèi)，只有10%的站點(diǎn)最低氣溫降幅超過5℃，且有接近50%的站點(diǎn)最低氣溫不降反升，表明四川盆地寒潮天氣過程開始初期最低氣溫下降不明顯，而主要表現(xiàn)為最高氣溫的下降；48小時(shí)內(nèi)大部分站點(diǎn)最低氣溫均出現(xiàn)下降，且降幅明顯增大，但普遍降溫幅度不超過10℃；72h內(nèi)的持續(xù)降溫幅度：春秋季寒潮75%分位為5.8℃，≥12℃僅占1%左右，大部分站點(diǎn)為5～12℃，極端值為15.8℃，冬季寒潮75%分位為4.8℃，≥12℃不足1%，大部分站點(diǎn)為5～11℃，極端值為13.9℃，春秋季寒潮最低氣溫降幅仍然比冬季的強(qiáng)，但強(qiáng)度差在2℃內(nèi)。冷空氣影響后，盆地最低氣溫值：春秋季80%的站點(diǎn)>4℃，冬季有約70%的站點(diǎn)≤4℃，僅有不足1/4的站點(diǎn)<0℃(圖10c)。對比寒潮等級(jí)國標(biāo)(單站日最低氣溫24h內(nèi)降溫幅度≥8℃，或48h內(nèi)降溫幅度≥10℃，或72h內(nèi)降溫幅度≥12℃，而且日最低氣溫≤4℃，則該站達(dá)寒潮標(biāo)準(zhǔn))，盆地大多數(shù)站點(diǎn)日最低氣溫持續(xù)降幅及日最低氣溫值都達(dá)不到國標(biāo)值，采用寒潮等級(jí)國標(biāo)不能較好地反映盆地極端降溫事件。

4 結(jié)論

1980～2017年四川盆地區(qū)域寒潮頻次表現(xiàn)為增加趨勢，增幅為0.18次/10a，但不顯著；寒潮強(qiáng)度呈現(xiàn)為增強(qiáng)趨勢，增速為1.14℃/10a，通過0.5的顯著性水平檢驗(yàn)。春秋季寒潮的降溫要比冬季寒潮劇烈，且年際特征上春秋季寒潮強(qiáng)度有顯著增強(qiáng)的趨勢，冬季寒潮強(qiáng)度增強(qiáng)趨勢不顯著，這可能和春秋季寒潮降溫前氣溫距平異常偏高有關(guān)系。

四川盆地區(qū)域寒潮天氣過程中24h內(nèi)主要表現(xiàn)為日最高氣溫的下降，日最低氣溫普遍下降不明顯，近50%的站點(diǎn)還會(huì)上升，48h內(nèi)日最低氣溫才會(huì)出現(xiàn)明顯下降。72h內(nèi)日最高氣溫累計(jì)降幅春秋季要明顯比冬季大，春秋季大部分站點(diǎn)降幅為8～20℃，極端值為24.9℃，冬季大部分站點(diǎn)降幅為5～14℃，極端值為16.8℃，而日最低氣溫的累計(jì)降幅，春秋季和冬季差異不大，大部分站點(diǎn)降幅分別為5～12℃和5～11℃。38年中盆地平均最高氣溫和最低氣溫均表現(xiàn)為弱的升溫趨勢，且冬季比春秋季升溫顯著。

冷空氣入侵四川盆地后是一個(gè)持續(xù)影響的過程，造成寒潮天氣過程的累計(jì)降溫幅度較大，且存在春秋季降幅要明顯大于冬季的特點(diǎn)，72h內(nèi)日平均氣溫持續(xù)下降幅度：春秋季普遍>8℃，冬季普遍>6℃；最低氣溫持續(xù)下降幅度：春秋季普遍在6～10℃，冬季普遍在5～8℃，且日最低氣溫多數(shù)>4℃，大多數(shù)站點(diǎn)日最低氣溫降幅和日最低氣溫值不能同時(shí)達(dá)到寒潮國標(biāo)，因此，采用寒潮等級(jí)國標(biāo)(GB/T 21987-2017)不能較好地反映四川盆地極端降溫事件。