邵清軍, 馮婭茹, 李維國(guó), 劉曉蒙, 景懷璽

(1.蘭州中心氣象臺(tái),甘肅 蘭州 730200;2.白銀市氣象局,甘肅 白銀 730900)

0 引言

甘肅中部是典型的干旱與半干旱區(qū)[1]。白銀市處于甘肅中部,瀕臨騰格里沙漠邊緣,地處東經(jīng)103°33′～105°34′和北緯35°33′～37°38′,拔海高度在1275～3321 m,南北狹長(zhǎng)相距380 km,東西狹窄相距140 km,區(qū)域面積21158 km2,既是河西走廊與黃土高原的過(guò)渡區(qū),也是干旱與半干旱過(guò)渡區(qū)。全市地形地貌復(fù)雜,北部平坦多丘陵地帶；南部溝壑縱橫多山區(qū)地帶。內(nèi)有壽鹿山、長(zhǎng)嶺山、哈思山、屈吳山、瞭高山和鐵木山等山脈,受其地形條件影響,有利于暴雨、冰雹等強(qiáng)對(duì)流天氣的易發(fā)頻發(fā)[2]。冰雹是夏半年白銀市主要的氣象災(zāi)害之一,1996年6月25日會(huì)寧縣中南部遭受強(qiáng)冰雹天氣襲擊,最大冰雹直徑27 mm,持續(xù)時(shí)間40 min,受災(zāi)人口3.4萬(wàn)人,死亡3 人,一次局地冰雹天氣過(guò)程直接造成經(jīng)濟(jì)損失1.2×104萬(wàn)元。

冰雹是中小尺度天氣系統(tǒng)的產(chǎn)物[3-8]。在以往對(duì)冰雹天氣的研究中,張芳華等[9]認(rèn)為,近30 a中國(guó)冰雹日數(shù)有顯著減少的趨勢(shì),發(fā)現(xiàn)冰雹多發(fā)區(qū)位于青藏高原,江南和華南地區(qū)主要集中在2-4月,其他地區(qū)集中在5-9月,冰雹發(fā)生時(shí)刻主要集中在午后至傍晚；康風(fēng)琴等[10-11]認(rèn)為,西北地區(qū)冰雹日數(shù)總體呈現(xiàn)減少趨勢(shì),地域分布上有顯著差異,高原觸發(fā)作用有利于冰雹天氣形成,高原地區(qū)明顯高于平原地區(qū)；王若升等[12]認(rèn)為,受六盤(pán)山地形因素的影響,對(duì)平?jīng)龅貐^(qū)冰雹的發(fā)生有比較大的正貢獻(xiàn)。就白銀市及甘肅中部冰雹天氣的相關(guān)研究目前未見(jiàn)文獻(xiàn)報(bào)道。雖然白銀市區(qū)域面積不大,但由于其特殊的地理分布,分析白銀市南北地區(qū)冰雹天氣的氣候特征就完全可反映甘肅中部干旱和半干旱區(qū)冰雹天氣氣候特征。所以通過(guò)對(duì)白銀市冰雹天氣氣候特征分析研究,一方面為白銀市冰雹天氣的成因研究及預(yù)報(bào)預(yù)警提供技術(shù)支撐,也為人工影響天氣防雹作業(yè)和政府部門(mén)指揮當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)防災(zāi)減災(zāi)提供參考依據(jù)；另一方面為甘肅中部干旱和半干旱區(qū)冰雹天氣氣候差異性特征提供基礎(chǔ)資料。

1 資料與方法

1.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

冰雹天氣具有空間尺度小的特點(diǎn),僅使用現(xiàn)行氣象觀測(cè)網(wǎng)獲取的資料,無(wú)法滿足業(yè)務(wù)精細(xì)化的需求,其局限性較大。因此,在利用白銀市氣象局資料室1978-2020年白銀市所轄的景泰、白銀、靖遠(yuǎn)、會(huì)寧4 個(gè)地面氣象觀測(cè)站(平川區(qū)建站時(shí)間過(guò)短,地處共和鎮(zhèn),資料劃歸該鎮(zhèn))的基礎(chǔ)上,收集整理白銀市國(guó)土、民政及應(yīng)急等部門(mén)災(zāi)情調(diào)查所得的全市同期59 個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)點(diǎn)冰雹日資料,共計(jì)63 個(gè)站點(diǎn),建立了站點(diǎn)年冰雹日數(shù)時(shí)間序列。為便于進(jìn)一步分析研究,對(duì)冰雹出現(xiàn)日數(shù)作出重新規(guī)定:當(dāng)某一縣區(qū)一日之內(nèi)包括城區(qū)觀測(cè)站和鄉(xiāng)鎮(zhèn)點(diǎn),出現(xiàn)1 站點(diǎn)或1 站點(diǎn)以上統(tǒng)計(jì)為該縣區(qū)1 個(gè)冰雹日,共計(jì)186 個(gè)冰雹出現(xiàn)日數(shù),建立景泰縣、白銀區(qū)、靖遠(yuǎn)縣(因平川區(qū)以前為該縣管轄,所以鄉(xiāng)鎮(zhèn)資料全部劃歸該縣)、會(huì)寧縣4 個(gè)縣區(qū)月、季、年冰雹日數(shù)時(shí)間序列。同時(shí),根據(jù)白銀市地理位置、地形地貌和氣候差異等特點(diǎn),陳少勇等[13]在白銀市降水資源評(píng)估研究成果中,將北部地區(qū)的景泰縣、白銀區(qū)、靖遠(yuǎn)縣劃分為干旱區(qū),南部地區(qū)的會(huì)寧縣劃分為半干旱區(qū)。

1.2 研究方法

利用線性趨勢(shì)估計(jì)方法[14],分析冰雹日數(shù)的年際變化趨勢(shì)；通過(guò)計(jì)算變差系數(shù)[15],分析不同地域上冰雹日數(shù)的穩(wěn)定性變化；利用小波分析方法[16],分析冰雹日數(shù)多時(shí)間尺度及周期性變化特征；利用Mann-Kendll 法[17],分析冰雹日數(shù)隨時(shí)間演變的突變性特征。

(1)線性趨勢(shì)估計(jì)方法:設(shè)f(x)為某一變量,t為時(shí)間,建立f(x)與t的一元線性回歸方程

式中,c0、c1為回歸系數(shù),c1的符號(hào)反映上升或下降趨勢(shì),c1的大小反映f(x)上升或下降的速率,一般稱為傾向率。

(2)變差系數(shù):表征隨機(jī)變量對(duì)其平均值的相對(duì)離散程度,反映時(shí)間序列的穩(wěn)定性。

式中:Cv為變差系數(shù)；S為標(biāo)準(zhǔn)差；為平均值。

(3)小波分析方法:使用MHAT 小波。其中,小波基(母波)采用了MHAT 子波

(4)Mann-Kendll 法:是非參數(shù)檢驗(yàn)方法,在給定置信區(qū)間上,統(tǒng)計(jì)量時(shí)間序列存在顯著的上升或下降趨勢(shì),從而可以確定時(shí)間序列演變過(guò)程中的突變特征及時(shí)間點(diǎn)。

2 結(jié)果分析

2.1 空間分布特征

白銀市冰雹天氣的空間分布是不均勻的。利用ArcGIS 系統(tǒng)繪制了白銀市地形圖1(a)和1978-2020年63 個(gè)站點(diǎn)年平均冰雹日數(shù)空間分布圖1(b)。由圖1可以看出,白銀市年平均冰雹日數(shù)從南向北遞減,總的呈“南多北少”空間分布特點(diǎn),北部景泰縣、白銀區(qū)、靖遠(yuǎn)縣較少,南部會(huì)寧縣較多。通過(guò)計(jì)算比較南北區(qū)域平均值的大小發(fā)現(xiàn),南部地區(qū)冰雹天氣日數(shù)是北部地區(qū)的3 倍左右,這與夏半年大尺度環(huán)流場(chǎng)及其變化有關(guān)。

圖1 白銀市地形圖與1978-2020年平均冰雹日數(shù)空間分布圖對(duì)照

冰雹的空間分布與山脈的走向及不同坡向有關(guān)[18]。受區(qū)域地形(包括南部地區(qū)緊靠的華家?guī)X山脈)迎風(fēng)坡效應(yīng)影響,冰雹發(fā)生于域內(nèi)呈東西走向山脈的南坡端和呈南北走向西坡端,包括景泰縣長(zhǎng)嶺山南坡端的寺灘鄉(xiāng)和壽鹿山南坡端的正路鄉(xiāng),白銀區(qū)瞭高山南坡端的強(qiáng)灣、四龍、水川等鄉(xiāng)鎮(zhèn),靖遠(yuǎn)縣哈思山南坡端的石門(mén)、雙龍、興隆等鄉(xiāng)鎮(zhèn),平川區(qū)屈吳山南坡端的平川區(qū)種田鄉(xiāng)和靖遠(yuǎn)縣高灣鄉(xiāng)以及會(huì)寧縣劉寨、新源等鄉(xiāng)鎮(zhèn),會(huì)寧縣鐵木山西坡端的頭寨、漢岔等鄉(xiāng)鎮(zhèn)為同一縣區(qū)或不同縣區(qū)中出現(xiàn)的多發(fā)區(qū)；會(huì)寧縣南部多山谷地帶,因暖濕氣流受下墊面增熱不均勻和華家?guī)X山脈西北坡端阻擋所產(chǎn)生的熱力和動(dòng)力抬升作用,在最南端的桃花山、丁溝、中川、翟所、新添、黨峴、候川等鄉(xiāng)鎮(zhèn)形成全市最顯著的高發(fā)區(qū)；受青藏高原和區(qū)域地形(包括祁連山余脈的烏鞘嶺山脈)背風(fēng)坡效應(yīng)的共同影響,自景泰縣北部和靖遠(yuǎn)縣北部分兩路延伸到境內(nèi)形成“鉗形狀”冰雹低值區(qū),范圍包括景泰縣的紅水、一條山、五佛、草窩灘、蘆陽(yáng)、喜泉、大安、中泉等鄉(xiāng)鎮(zhèn),靖遠(yuǎn)縣的永新、北灘、五合、靖安、東升、糜灘、東灣、烏蘭等鄉(xiāng)鎮(zhèn)以及平川區(qū)水泉、王家山等鄉(xiāng)鎮(zhèn),屬全市最顯著的極少發(fā)區(qū)。究其原因:白銀市北部地區(qū)地處青藏高原東北側(cè)地形彎曲曲率最大處,西風(fēng)氣流受側(cè)邊界動(dòng)力作用的影響所產(chǎn)生的反氣旋下沉氣流最強(qiáng),不利于成云致雨致雹,加之區(qū)域地形的背風(fēng)坡效應(yīng),由祁連山余脈的烏鞘嶺、景泰縣長(zhǎng)嶺山和壽鹿山、白銀區(qū)瞭高山、平川區(qū)屈吳山等北坡所包圍區(qū)域中,位于靖遠(yuǎn)縣東北邊界的哈思山所起作用既是背風(fēng)坡又是迎風(fēng)坡效應(yīng),所以形成了白銀市北部地區(qū)冰雹天氣空間分布又呈“鉗形狀”低值區(qū)特征?？梢?jiàn)白銀市冰雹天氣空間分布的不均勻性與周邊大環(huán)境及區(qū)域的地形地貌特征等因素密切相關(guān)。

降水空間分布與冰雹日數(shù)空間分布具有一致性和關(guān)聯(lián)性?；诮?5 a白銀市鄉(xiāng)鎮(zhèn)區(qū)域自動(dòng)站汛期降水量資料(只能自動(dòng)獲取4-9月)繪制空間分布圖(圖略)進(jìn)行對(duì)比,結(jié)果顯示與冰雹日數(shù)的空間分布近乎完全一致；計(jì)算白銀市各站點(diǎn)汛期平均降水量與年平均冰雹日數(shù)的復(fù)相關(guān)系數(shù)為0.71,顯著性檢驗(yàn)水平通過(guò)α=0.001,相關(guān)程度極高,即白銀市降水與冰雹存在正相關(guān)性。

由于本文將冰雹資料精細(xì)化到鄉(xiāng)鎮(zhèn)一級(jí),因而準(zhǔn)確地反映了白銀市冰雹天氣的空間分布特征。為此,將白銀市冰雹天氣的空間分布按稀有區(qū)、少發(fā)區(qū)、易發(fā)區(qū)和高發(fā)區(qū)等4 個(gè)級(jí)別進(jìn)行氣候劃分,可作為冰雹天氣在預(yù)報(bào)預(yù)警業(yè)務(wù)中落區(qū)或落點(diǎn)方面的預(yù)警指標(biāo)。同時(shí),對(duì)現(xiàn)行的人工影響天氣防雹作業(yè)點(diǎn)布局可適當(dāng)作出科學(xué)調(diào)整。

稀有區(qū):主要包括景泰縣的紅水、一條山、五佛、草窩灘、蘆陽(yáng)、喜泉、大安、中泉等鄉(xiāng)鎮(zhèn),靖遠(yuǎn)縣的永新、北灘、五合、靖安、東升、糜灘、東灣、烏蘭等鄉(xiāng)鎮(zhèn)以及平川區(qū)水泉、王家山等鄉(xiāng)鎮(zhèn)。

少發(fā)區(qū):主要包括會(huì)寧縣北部的新莊、郭城、土高、草灘、河畔、白源、四方、甘溝、大溝、柴門(mén)、八里、平頭等鄉(xiāng)鎮(zhèn),靖遠(yuǎn)縣南部的三灘、烏蘭、箬笠、大蘆等鄉(xiāng)鎮(zhèn)。

易發(fā)區(qū):主要包括景泰縣的寺灘、正路等鄉(xiāng)鎮(zhèn),白銀區(qū)的強(qiáng)灣、水川、四龍等鄉(xiāng)鎮(zhèn),靖遠(yuǎn)縣的石門(mén)、興隆、雙龍、高灣等鄉(xiāng)鎮(zhèn),平川區(qū)的種田鄉(xiāng)以及會(huì)寧縣的劉寨、新源等鄉(xiāng)鎮(zhèn)。

高發(fā)區(qū):主要包括會(huì)寧縣的桃花山、丁溝、中川、翟所、老君、太平、新添、黨峴、候川等鄉(xiāng)鎮(zhèn)。

2.2 年際及年代際變化特征

白銀市冰雹天氣具有顯著的年際及年代際變化特征。選取白銀區(qū)代表北部地區(qū),會(huì)寧縣代表南部地區(qū),利用線性趨勢(shì)估計(jì)方法,分析了1978-2020年白銀市年冰雹日數(shù)年際變化特征,并與年氣溫距平的年際變化特征進(jìn)行對(duì)比。由圖2可以看出,1985年是白銀市冰雹日數(shù)最多的年份,北部地區(qū)4 d、南部地區(qū)6 d,北部地區(qū)無(wú)冰雹發(fā)生的年份為18 次、南部地區(qū)3 次,北部地區(qū)、南部地區(qū)均呈現(xiàn)減少的趨勢(shì),與其對(duì)應(yīng)的年氣溫距平變化趨勢(shì)呈明顯的反位相變化特征,表明白銀氣候變暖使冰雹日數(shù)減少；從年際傾向率的具體數(shù)值上來(lái)看,年冰雹日數(shù)南部地區(qū)傾向率-0.31 d/10 a,北部地區(qū)傾向率-0.42 d/10 a,顯著水平分別通過(guò)α=0.05和α=0.01 檢驗(yàn)；年氣溫距平南部地區(qū)傾向率0.66 ℃/10 a,北部地區(qū)傾向率0.36 ℃/10 a,顯著水平均通過(guò)α=0.001檢驗(yàn)。由此表明:在氣候變暖且增溫幅度南部地區(qū)大于北部地區(qū)和冰雹日數(shù)南部地區(qū)減少程度小于北部地區(qū)的情況下,必然形成冰雹天氣對(duì)氣溫的敏感性響應(yīng)北部地區(qū)快于南部地區(qū)。自2016年以后白銀市氣溫增幅有減少趨勢(shì),冰雹日數(shù)有增多趨勢(shì)。

圖2 1978-2020年白銀市年冰雹日數(shù)與年氣溫距平年際變化曲線對(duì)比

為進(jìn)一步分析白銀市各縣區(qū)冰雹日數(shù)的年代際變化特征,統(tǒng)計(jì)了各年代平均值見(jiàn)表1。由表1 可以看出,白銀市冰雹日數(shù)20 世紀(jì)80、90年代分別為0.4 ～2.5 d、1.0 ～2.2 d,21 世紀(jì)10、20年代分別為0.3 ～1.5 d、0.5 ～2.0 d,就全市平均狀況而言,20 世紀(jì)80、90年代冰雹日數(shù)較多,21 世紀(jì)10年代較20 世紀(jì)80、90年代減少明顯, 20年代較10年代有所增加,且達(dá)不到20世紀(jì)80、90年代的水平,年代際變化特征明顯。

表1 白銀市各縣區(qū)不同年代冰雹日數(shù)平均值統(tǒng)計(jì) 單位:d

2.3 月、季變化特征

白銀市冰雹天氣月、季變化總體呈單峰型特征,基本接近正態(tài)分布。利用1978-2020年白銀市各縣區(qū)及區(qū)域平均逐月冰雹日數(shù),其變化趨勢(shì)見(jiàn)圖3,分析冰雹日數(shù)的月際變化特征。由圖3 可以看出,白銀市冰雹天氣主要集中在4-10月發(fā)生, 7月最多,6月、8月次之,5月、9月較少,4月、10月最少；從4月開(kāi)始出現(xiàn),5月逐漸增多,6月繼續(xù)增多,7月達(dá)到高峰,8月開(kāi)始減少,9月繼續(xù)減少,10月迅速減少,直至消失,其變化趨勢(shì)各地具有較好的一致性,可以得出白銀市冰雹天氣始于4月,結(jié)束于10月,7月為全年最多的月份；在地域分布上,北部地區(qū)的景泰縣、白銀區(qū)、靖遠(yuǎn)縣絕大多數(shù)月份低于區(qū)域平均值線以下,南部地區(qū)會(huì)寧縣高于區(qū)域平均值線以上,南部地區(qū)大于北部地區(qū)。

圖3 1978-2020年白銀市各縣區(qū)及區(qū)域平均逐月冰雹日數(shù)變化趨勢(shì)曲線

為進(jìn)一步分析白銀市冰雹日數(shù)的季節(jié)性變化特征,統(tǒng)計(jì)了各縣區(qū)平均各季節(jié)冰雹日數(shù)及所占百分比,需要說(shuō)明:冬季(11-2月)無(wú)冰雹發(fā)生不再列入表2中。由表2 可以看出,就區(qū)域平均而言,多集中于夏季發(fā)生,春季和秋季相當(dāng)且較少；就分縣區(qū)而言,表現(xiàn)為夏季最多,景泰縣、靖遠(yuǎn)縣春季和秋季相當(dāng)且較少,白銀區(qū)秋季較少、春季最少,會(huì)寧縣春季較少,秋季最少,春秋變化不一。

表2 1978-2020年白銀市各縣區(qū)平均各季節(jié)冰雹日數(shù)及所占百分比

春季(3-5月):各縣區(qū)平均冰雹日數(shù)在0.03 ～0.15 d,占全年冰雹日數(shù)的14% ～21%,占比相對(duì)較小,這與白銀市春季干旱少雨的氣候特征有很大的關(guān)系。

夏季(6-8月):各縣區(qū)的平均冰雹日數(shù)在0.15 ～0.47 d,占全年冰雹日數(shù)的63% ～75%,占比相對(duì)較大。白銀市夏季的氣候特點(diǎn)是氣溫相對(duì)較高,水汽條件相對(duì)較好,受境內(nèi)多山脈、多丘陵、多溝壑等地形影響,大氣層結(jié)不穩(wěn)定度增強(qiáng),極易形成冰雹、暴雨等局地強(qiáng)對(duì)流天氣發(fā)展。

秋季(9-11月):各縣區(qū)的平均冰雹日數(shù)在0.02 ～0.09 d,占全年冰雹日數(shù)的10% ～23%,占比較小。入秋以來(lái)白銀市天氣逐漸轉(zhuǎn)涼,大氣層結(jié)趨于穩(wěn)定,從而抑制對(duì)流天氣發(fā)展。

2.4 日變化特征

白銀市冰雹天氣日變化與月、季變化極為相似,同樣具有單峰型特征。1990年以前,由于當(dāng)?shù)孛裾块T(mén)對(duì)鄉(xiāng)鎮(zhèn)點(diǎn)冰雹發(fā)生的歷史記載中,只記錄了冰雹發(fā)生的年份、月份、日期、地點(diǎn)和災(zāi)情,而未詳細(xì)記錄冰雹發(fā)生的具體時(shí)間段,所以本文采用1990-2020年近31 a有準(zhǔn)確時(shí)間段記錄的冰雹資料分時(shí)間間隔(2 h)統(tǒng)計(jì)冰雹出現(xiàn)時(shí)段次數(shù)(與冰雹日數(shù)相同),并求其年平均。由表3 可以看出,以20 時(shí)為日界,從統(tǒng)計(jì)中未見(jiàn)08-12 時(shí)和20-08 時(shí)發(fā)生冰雹天氣,12-20 時(shí)可能發(fā)生冰雹天氣。12-14、18-20 時(shí)平均冰雹日數(shù)分別為0.03 ～0.13 d、0.06 ～0.19 d,顯然冰雹天氣發(fā)生的概率較??；14-16 時(shí)、16-18 時(shí)平均冰雹日數(shù)分別為0.26～0.74 d、0.23 ～0.65 d,顯然冰雹天氣發(fā)生的概率較大。由此可見(jiàn),一日中白銀市各縣區(qū)冰雹天氣易發(fā)時(shí)段主要在12-20 時(shí),高發(fā)時(shí)段主要集中于14-18 時(shí),其余時(shí)段無(wú)冰雹天氣發(fā)生。研究結(jié)果同樣可以應(yīng)用于冰雹天氣預(yù)報(bào)預(yù)警業(yè)務(wù),為白銀市人工影響天氣防雹作業(yè)提供科學(xué)的參考依據(jù)。

表3 1990-2020年白銀市各縣區(qū)2 h 平均冰雹日數(shù) 單位:d

2.5 穩(wěn)定性變化特征

均方差可以反映冰雹日數(shù)平均年際變化特征。由表4 可以看出,各縣區(qū)冰雹日數(shù)平均年際變化春季、夏季、秋季、年分別在0.29 ～0.63 d、0.58 ～0.92 d、0.26～0.68 d、0.69 ～1.36 d,白銀區(qū)、靖遠(yuǎn)縣均方差大小的排序是年、夏季、秋季、春季,景泰縣、會(huì)寧縣均方差大小的排序是年、夏季、春季和秋季相當(dāng),總體上冰雹日數(shù)平均年際變化年的最大,夏季次之,春、秋季較小,南部地區(qū)大于北部地區(qū)。

表4 1978-2020年白銀市各縣區(qū)季、年冰雹日數(shù)均方差及變差系數(shù)

變差系數(shù)可以反映冰雹日數(shù)的平均相對(duì)變化特征。由表4 可以看出,各縣區(qū)冰雹日數(shù)的變差系數(shù)春季、夏季、秋季、年分別為1.58 ～3.21、0.73 ～2.01、2.51 ～3.46、0.72 ～1.71。除會(huì)寧夏季和年變差系數(shù)小于1 之外,其余全部大于1,并且半數(shù)呈倍數(shù)級(jí)增長(zhǎng),表現(xiàn)出冰雹天氣的突發(fā)性強(qiáng)、隨機(jī)性大、穩(wěn)定性差的特點(diǎn)。相比之下秋季最大、春季次之、夏季較小、年的更小,南部地區(qū)小于北部地區(qū),表明年變化較季節(jié)的穩(wěn)定,夏季較春季穩(wěn)定,春季較秋季穩(wěn)定,南部地區(qū)較北部地區(qū)穩(wěn)定。

2.6 周期性變化特征

小波分析能有效地從有限信號(hào)中提取信息,通過(guò)伸縮和平移等運(yùn)算功能對(duì)函數(shù)或信號(hào)進(jìn)行多尺度細(xì)化分析。從圖4(a)可以看到,白銀市北部地區(qū)冰雹日數(shù)在伸縮尺度10 ～15 a層次完成了4 個(gè)振蕩期,1979-1983年、1986-1993年、1995-2002年、2004-2015年為偏少期。10 a左右的年代際周期顯示,目前仍處于偏多期,5 a左右的短周期變化也比較明顯；從圖4(b)可以看到,白銀市南部地區(qū)冰雹日數(shù)在伸縮尺度10 a左右也完成了4 個(gè)振蕩期,1980-1984年、1986-1990年、1993-1999年、2006-2014年為偏少期。10 a的年代際周期顯示,目前仍處于偏多期,5 a的短周期變化不明顯。因此,不難發(fā)現(xiàn)白銀市冰雹日數(shù)10 ～15 a的年代際周期非常明顯,目前均處于相對(duì)偏多期,南北地區(qū)變化比較一致；5 a左右的短周期南北有一定的差異,北部地區(qū)相對(duì)明顯,南部地區(qū)不明顯,北部地區(qū)波動(dòng)性大,南部地區(qū)相對(duì)穩(wěn)定,這與白銀市南北氣候差異有關(guān)。

圖4 1978-2020年白銀市冰雹日數(shù)小波分析結(jié)果

2.7 突變性檢驗(yàn)特征

利用Mann-Kendall 檢驗(yàn)方法對(duì)白銀市北部地區(qū)和南部地區(qū)年冰雹日數(shù)進(jìn)行突變性特征檢驗(yàn)。其中,顯著水平U0.05=±1.96,用A,B 分別表示。由圖5 可以看出,總體上(UF 曲線)白銀市北部地區(qū)和南部地區(qū)冰雹日數(shù)存在比較顯著的年代際變化特征。對(duì)于北部地區(qū)而言,1981-1987年有比較明顯的上升趨勢(shì),1989-1996年有緩慢上升趨勢(shì),1997-2014年在波動(dòng)中有緩慢下降趨勢(shì),2015年以后又呈緩慢上升趨勢(shì),UB 曲線雖然穿過(guò)0.05 水平線,但UF 曲線和UB 曲線未交叉,無(wú)明顯突變現(xiàn)象；對(duì)于南部地區(qū)而言,1981-1986年有明顯上升趨勢(shì),1987-2005年在波動(dòng)中呈緩慢下降趨勢(shì),2006-2013年有比較明顯的下降趨勢(shì),2014 以后又呈緩慢的上升趨勢(shì)。其中,UF 曲線與UB曲線出現(xiàn)交叉點(diǎn)且UB 曲線穿過(guò)0.05 水平線,出現(xiàn)突變現(xiàn)象,突變時(shí)間是2006年。黃玉霞等[19]對(duì)甘肅冰雹天氣氣候特征研究顯示,河西地區(qū)與河?xùn)|其他地區(qū)冰雹天氣的年際及年代際變化受其不同區(qū)域氣候差異而不盡相同,河西地區(qū)突變不明顯,河?xùn)|地區(qū)突變顯著,說(shuō)明白銀市冰雹天氣北部地區(qū)具有甘肅河西地區(qū)的變化特征,南部地區(qū)具有甘肅河?xùn)|地區(qū)的變化特征。

圖5 白銀市年冰雹日數(shù)Mann-Kendall 的突變檢驗(yàn)曲線圖

3 結(jié)論

通過(guò)對(duì)1978-2020年白銀市冰雹天氣氣候及其影響因素分析,可得出以下結(jié)論:

(1)白銀市冰雹日數(shù)從南向北遞減,形成“南多北少” 空間分布特征。迎風(fēng)坡和背風(fēng)坡效應(yīng)顯著,形成白銀市冰雹天氣空間分布極不均勻,極少區(qū)出現(xiàn)在北部地區(qū)呈“鉗形狀”冰雹低值區(qū),高發(fā)區(qū)出現(xiàn)在南部地區(qū)最南端；在空間分布上,按稀有區(qū)、少發(fā)區(qū)、易發(fā)區(qū)和高發(fā)區(qū)等4 個(gè)級(jí)別進(jìn)行氣候劃分,可作為冰雹天氣在落區(qū)或落點(diǎn)方面的指標(biāo)在預(yù)報(bào)預(yù)警業(yè)務(wù)中得以應(yīng)用。

(2)白銀市不同區(qū)域冰雹日數(shù)變化呈減少趨勢(shì)程度不一,南部地區(qū)傾向率-0.31 d/10 a,北部地區(qū)傾向率-0.42 d/10 a；20 世紀(jì)80、90年代冰雹日數(shù)較21 世紀(jì)10、20年代多。

(3)白銀市冰雹日數(shù)的季、月和日變化呈顯著的“單峰型”特征。季節(jié)變化中夏季較其他季節(jié)多；月變化中主要集中于4-10月發(fā)生,其中7月最多；日變化中12-20 時(shí)為降雹易發(fā)時(shí)段,14-18 時(shí)為降雹高發(fā)時(shí)段。

(4)白銀市冰雹日數(shù)穩(wěn)定性變化呈年變化較夏季的穩(wěn)定,夏季較春季和秋季穩(wěn)定,南部地區(qū)較北部地區(qū)穩(wěn)定,存在明顯的10 ～15 a的年代際周期,北部另有明顯的準(zhǔn)5 a短周期,南部存在明顯的突變特征,突變時(shí)間是2006年,2016年以后冰雹日數(shù)有增多趨勢(shì)。