臺(tái)江縣近 50a特殊天氣氣候變化特征分析

張 寶,熊永花

(1.貴州省臺(tái)江縣氣象局,貴州 臺(tái)江 556300;2.貴州省岑鞏縣氣象局,貴州 岑鞏 557800)

臺(tái)江縣近 50a特殊天氣氣候變化特征分析

張 寶1,熊永花2

(1.貴州省臺(tái)江縣氣象局,貴州 臺(tái)江 556300;2.貴州省岑鞏縣氣象局,貴州 岑鞏 557800)

通過(guò)對(duì)臺(tái)江縣 1959—2008年雷暴、大霧、大風(fēng)、冰雹等特殊天氣的變化規(guī)律進(jìn)行研究,得出結(jié)論:臺(tái)江縣出現(xiàn)雷暴、大霧、大風(fēng)和冰雹的日數(shù)都呈減少趨勢(shì),其中雷暴、大霧減少趨勢(shì)具有較強(qiáng)的持續(xù)性。通過(guò)小波周期分析,都存在各自不同的周期。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,雷暴、大霧、大風(fēng)和冰雹這 4類(lèi)天氣都對(duì)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成負(fù)面影響,嚴(yán)重時(shí)帶來(lái)較大的經(jīng)濟(jì)損失。掌握這 4類(lèi)天氣的變化規(guī)律,因地制宜,趨利避害,建立長(zhǎng)效機(jī)制,對(duì)氣象防災(zāi)減災(zāi)和決策等具有重要的理論和實(shí)踐指導(dǎo)意義。

R/S方法;小波分析;雷暴;大霧;大風(fēng);冰雹;規(guī)律

1 引言

近百年來(lái)全球氣候變化最突出的特征是氣溫的顯著變暖[1],并由此誘發(fā)各種極端天氣,各種特殊天氣也存在著明顯的變化。貴州省由于其山地地形的影響,各種氣候特征具有一定的地域差異性[2]。臺(tái)江縣地處云貴高原東部苗嶺主峰雷公山北麓、清水江中游南岸。境內(nèi)地形地貌奇特,高山、盆地、河谷錯(cuò)落有致,最高海拔 1 980m,最低海拔455m,平均海拔 717.5m,山川秀麗,景色宜人,屬中亞熱帶溫和濕潤(rùn)氣候區(qū),雨量充沛,冬無(wú)嚴(yán)寒,夏無(wú)酷暑,年平均氣溫 15.7℃,年平均降水量1 129.6mm,宜農(nóng)、宜林、宜畜、宜漁,農(nóng)業(yè)發(fā)展條件十分優(yōu)越。但特殊天氣如雷暴、大霧、大風(fēng)、冰雹等時(shí)有發(fā)生,這對(duì)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及交通都有很大的影響,嚴(yán)重時(shí)造成較大經(jīng)濟(jì)損失。本文利用臺(tái)江縣氣象資料對(duì)這些特殊天氣進(jìn)行分析研究,從而掌握它們的變化趨勢(shì)及其發(fā)生規(guī)律,為氣象防災(zāi)減災(zāi)提供一定的科學(xué)依據(jù)。

2 資料和方法

2.1 資料選取

本文所用資料為臺(tái)江縣氣象站觀測(cè)統(tǒng)計(jì)的氣象資料,資料年代為 1959—2008年共 50a。選取特殊天氣雷暴、大霧、大風(fēng)和冰雹作統(tǒng)計(jì)分析。

2.2 分析方法

對(duì)它們變化趨勢(shì)分析采用最小二乘法和 R/S (RescaledRangeAnalysis)分析方法[3-9],R/S分析方法是赫斯特在大量實(shí)證基礎(chǔ)上提出的一種時(shí)間序列統(tǒng)計(jì)方法,其在分形理論中有著重要作用,近年來(lái)開(kāi)始引入對(duì)氣象數(shù)據(jù)時(shí)間序列的研究;對(duì)時(shí)間序列的周期提取采用小波變換分析方法[10]。

3 特殊天氣分析

3.1 雷暴

近 50a來(lái),臺(tái)江縣平均雷暴日數(shù)為 50.2d,總的變化呈減少趨勢(shì),遞減率為 2.6d/10a,變幅較大,最大值出現(xiàn)在 2000年,為 69d,最小值出現(xiàn)在 1986年,為 33d(圖 1a)。從各年代際變化來(lái)看,20世紀(jì)60年代、70年代和 90年代雷暴日數(shù)較多,80年代和 2001年以后較少。

研究表明,氣候資料序列具有很好的自相似性,存在明顯的 Hurst現(xiàn)象。通過(guò) R/S分析方法對(duì)臺(tái)江縣近 50a來(lái)的雷暴日數(shù)進(jìn)行分析,計(jì)算得出 H =0.8839,表明臺(tái)江縣年雷暴日數(shù)具有持續(xù)性,未來(lái)的雷暴日數(shù)變化將與過(guò)去 50a的變化趨勢(shì)一致,即未來(lái)雷暴日數(shù)的整體趨勢(shì)還是減小的,且這種減少趨勢(shì)持續(xù)性較強(qiáng)(圖 2a)。

對(duì)臺(tái)江縣近 50a雷暴日數(shù)的周期分析采用小波分析方法。圖 3a給出了臺(tái)江縣年雷暴日數(shù)的小波變換。通過(guò)計(jì)算分析小波方差可以得出,臺(tái)江縣1959—1975年年雷暴日數(shù)主要存在著準(zhǔn) 14a的振蕩周期,在 1975年以后主要存在著準(zhǔn) 20a的長(zhǎng)周期,短周期不明顯,在 1961年和 1985年雷暴日數(shù)的 變率較大,在其它時(shí)期變化相對(duì)平穩(wěn)。

圖 1 臺(tái)江縣近 50a雷暴 (a)、大霧 (b)、大風(fēng)(c)、冰雹 (d)日數(shù)變化趨勢(shì)

3.2 大霧

大霧天氣對(duì)于交通及空氣質(zhì)量負(fù)面影響極大,但對(duì)于茶葉生長(zhǎng)較為有利。近 50a來(lái),臺(tái)江縣平均大霧日數(shù)為 50.8d,總的變化呈明顯減少趨勢(shì),遞減率為 5.7d/10a,變幅較大,最大值出現(xiàn)在 1959年,為 84d,最小值出現(xiàn)在 2006年,為 15d,相差較大 (圖1b)。從各年代際來(lái)年來(lái)看,20世紀(jì) 60年代最多,其次是 90年代,70年代、80年代 2001年以后相對(duì)較少。

通過(guò) R/S分析方法對(duì)臺(tái)江縣近 50a來(lái)的大霧日數(shù)進(jìn)行分析,計(jì)算得出 H=0.8678,表明臺(tái)江縣年大霧日數(shù)具有持續(xù)性,未來(lái)的大霧日數(shù)變化將與過(guò)去 50a的變化趨勢(shì)一致,即未來(lái)大霧日數(shù)的整體趨勢(shì)還是減小的,且這種減少趨勢(shì)持續(xù)性較強(qiáng) (圖 2b)。

圖 2 臺(tái)江縣近 50a雷暴 (a)、大霧(b)、大風(fēng) (c)、冰雹 (d)日數(shù) R/S分析

對(duì)臺(tái)江縣近 50a大霧日數(shù)的周期采用小波方法進(jìn)行分析。圖 3b給出了臺(tái)江縣年大霧日數(shù)的小波變換。通過(guò)計(jì)算分析小波方差可以得出,臺(tái)江縣年大霧日數(shù)在 1985年以前主要存在著準(zhǔn) 6～7a的周期,在 1986年以后主要存在著準(zhǔn) 21a的長(zhǎng)周期,短周期不明顯,在 1973年和 1992年大霧日數(shù)的變率較大,在其它時(shí)期變化相對(duì)平穩(wěn)。

3.3 大風(fēng)

大風(fēng)的破壞性極大。臺(tái)江縣屬于山地地形,大風(fēng)日數(shù)較少,近 50a來(lái),臺(tái)江縣平均大風(fēng)日數(shù)為 1.7d,總的變化呈減少趨勢(shì),遞減率為 1.1d/10a,變幅明顯,最大值出現(xiàn)在 1961年,為 19d,少數(shù)年份沒(méi)有大風(fēng),主要是 1975年和 1988—2001年之間,相差較大 (圖 1c)。從各年代際來(lái)看,20世紀(jì) 60年代和 70年代較多,90年代無(wú),其余年代為 1～2d。

通過(guò) R/S分析方法對(duì)臺(tái)江縣近 50a來(lái)的大風(fēng)日數(shù)進(jìn)行分析,計(jì)算得出 H=0.7974,表明臺(tái)江縣年大風(fēng)日數(shù)具有持續(xù)性,未來(lái)的大風(fēng)日數(shù)變化將與過(guò)去 50a的變化趨勢(shì)一致,即未來(lái)大風(fēng)日數(shù)的整體趨勢(shì)仍將減小,但這種減少趨勢(shì)持續(xù)性不強(qiáng)(圖 2c)。

對(duì)臺(tái)江縣近 50a大風(fēng)日數(shù)的周期采用小波方法進(jìn)行分析。圖 3c給出了臺(tái)江縣年雷暴日數(shù)的小波變換。通過(guò)計(jì)算小波方差可以得出臺(tái)江縣年大風(fēng)日數(shù)在 1970年以前主要存在著準(zhǔn) 5a的周期,在1970年以后主要存在著準(zhǔn) 20a的長(zhǎng)周期,短周期不明顯,在 1968年左右大風(fēng)日數(shù)的變率較大,在其它時(shí)期變化相對(duì)平穩(wěn)。

3.4 冰雹

冰雹天氣災(zāi)害對(duì)農(nóng)作物影響較大。臺(tái)江縣的冰雹天氣主要出現(xiàn)在每年的 3—6月,在這個(gè)時(shí)期,油菜正處于成熟期,水稻、玉米等作物處于育苗期,因此預(yù)防冰雹災(zāi)害尤其重要。近 50a來(lái),臺(tái)江縣年平均冰雹日數(shù)為 0.9d,總的變化呈減少趨勢(shì),遞減率為 0.2d/10a,變幅不明顯,最大值出現(xiàn)在 1959年、1963年、1964年、1985年和 1992年,分別為 3d,最小值為 0d,占 48%,即 1959—2008年期間,近一半的年份臺(tái)江縣無(wú)冰雹災(zāi)害天氣 (圖 1d)。從各年代際來(lái)看,冰雹災(zāi)害天氣主要出現(xiàn)在 20世紀(jì) 60年代、80年代和 90年代初,其它年代相對(duì)較少。

通過(guò) R/S分析方法對(duì)臺(tái)江縣近 50a來(lái)的冰雹日數(shù)進(jìn)行分析,計(jì)算得出 H=0.6978,表明臺(tái)江縣年冰雹日數(shù)具有持續(xù)性,未來(lái)的冰雹日數(shù)變化將與過(guò)去 50a的變化趨勢(shì)一致,即未來(lái)出現(xiàn)冰雹日數(shù)的整體趨勢(shì)還是減小的,但這種減少趨勢(shì)持續(xù)性不強(qiáng)(圖 2d)。

對(duì)臺(tái)江縣近 50a冰雹日數(shù)的周期采用小波方法進(jìn)行分析。圖 3d給出了臺(tái)江縣年冰雹日數(shù)的小波變換。通過(guò)計(jì)算小波方差可以得出臺(tái)江縣年冰雹日數(shù)在 1963年以前主要存在著準(zhǔn) 5a的周期,在1964—1985年主要存在著準(zhǔn) 2a的短周期,在 1986年以后存在著準(zhǔn) 23a左右的周期。

圖 3 臺(tái)江縣近 50a雷暴 (a)、大霧 (b)、大風(fēng)(c)、冰雹 (d)日數(shù)小波分析

4 小結(jié)

通過(guò)對(duì)臺(tái)江縣 1959—2008年的特殊天氣雷暴、大霧、大風(fēng)、冰雹天氣的變化規(guī)律進(jìn)行研究,得出結(jié)論如下:

①臺(tái)江縣出現(xiàn)雷暴、大霧、大風(fēng)和冰雹日數(shù)都呈減少趨勢(shì),其中雷暴、大霧減少趨勢(shì)具有較強(qiáng)的持續(xù)性。通過(guò)小波周期分析,雷暴日數(shù)在 1975年之前存在準(zhǔn) 14a的周期,在 1975年以后存在準(zhǔn) 20a的周期;大霧在 1985年以前存在著準(zhǔn) 6～7a的周期,在 1986年以后存在準(zhǔn) 20a的周期;大風(fēng)日數(shù)在 1970年以前存在著準(zhǔn) 5a的周期,在 1970年以后主要存在著準(zhǔn) 20a的長(zhǎng)周期;冰雹日數(shù)在 1963年以前主要存在著準(zhǔn) 5a的周期,在 1964—1985年主要存在著準(zhǔn) 2a的短周期,在 1986年以后存在著準(zhǔn) 23a左右的周期。

②隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,雷暴、大霧、大風(fēng)和冰雹這 4類(lèi)天氣都對(duì)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成負(fù)面影響,嚴(yán)重時(shí)帶來(lái)較大的經(jīng)濟(jì)損失。掌握這 4類(lèi)天氣的變化規(guī)律,因地制宜,趨利避害,建立長(zhǎng)效機(jī)制,對(duì)防災(zāi)減災(zāi)和決策等具有重要的理論和實(shí)踐指導(dǎo)意義。

[1] 徐影 .《氣候變化 2007:自然科學(xué)基礎(chǔ)》的決策者摘要[N].中國(guó)氣象報(bào),2007-020-8.

[2] 嚴(yán)小冬,等 .貴州近 50a氣溫時(shí)空分布特征分析[J].貴州氣象,2005,29(2):6-9.

[3] 孫霞,吳自勤,黃昀 .分形原理及其應(yīng)用[M].合肥:中國(guó)科學(xué)技術(shù)出版社,2003.

[4] 秦耀辰,劉凱 .分形理論在地理學(xué)中的應(yīng)用研究時(shí)展[J] .地理科學(xué)進(jìn)展,2003,22(4):426-436.

[5] 時(shí)少英,劉式達(dá),付遵濤,等 .天氣和氣候的時(shí)間序列特征分析[J].地球物理學(xué)報(bào),2005,48(2):259-264.

[6] 魏鳳英 .氣象科技統(tǒng)計(jì)分析方法[M].北京:氣象出版社,1999.

[7] 丁晶,劉權(quán)授 .隨機(jī)水文學(xué)[M].北京:中國(guó)水利水電出版社,1997.

[8] 黃登仕,李后強(qiáng) .分形幾何學(xué)、R/S分析法與分式布朗運(yùn)動(dòng)[J].自然雜志,1990,13(8):477-482.

[9] 王波雷,馬孝義,范嚴(yán)偉,等.近51a西安氣候變化的 R/S分析[J].干旱地區(qū)資源與環(huán)境,2007,21(12):121-125.

[10] 魏風(fēng)英 .現(xiàn)代氣候統(tǒng)計(jì)診斷與預(yù)測(cè)技術(shù)[M].北京:氣象出版社,2004.

P468

B

2010-03-18

張寶 (1978-),男 (苗族),助工,主要從事氣象科技服務(wù)工作。

1003-6598(2010)04-0015-04