1981—2010年貴陽冬季凍雨日數(shù)時空分布變化特征

黃世芹，李 揚，王 珺，倪 雷，肖 麗

(貴州省貴陽市氣象局，貴州 貴陽 550000)

1981—2010年貴陽冬季凍雨日數(shù)時空分布變化特征

黃世芹，李 揚，王 珺，倪 雷，肖 麗

(貴州省貴陽市氣象局，貴州 貴陽 550000)

該文利用1981—2010年貴州冬季的日降水資料以及凍雨資料分析了近30 a發(fā)生凍雨天氣日數(shù)的統(tǒng)計特征。研究表明：無論是各年凍雨發(fā)生頻次還是30 a總頻次，開陽地區(qū)都為最多，在趨勢檢驗中，開陽和烏當?shù)貐^(qū)雖有明顯的減少趨勢，但并未通過95%信度檢驗，只有貴陽有顯著增多的趨勢，空間分布呈由貴陽向外發(fā)散逐漸減少趨勢。根據(jù)各月的統(tǒng)計特征表明，各地區(qū)凍雨主要發(fā)生在1、2月，并且開陽在各月相對其他地區(qū)發(fā)生凍雨概率最大，花溪最小?？傮w來看，在全市凍雨發(fā)生頻次無明顯增多或減少趨勢，凍雨發(fā)生頻次的主周期為4 a，第二顯著周期為12 a，各級凍雨頻次的空間分布均呈由東北向西南減少的趨勢。

時空變化;趨勢分析;等級劃分

1 引言

凍雨天氣是貴州冬季常見的災(zāi)害性天氣，它給道路交通安全帶來了嚴重的威脅，同時也給人們生命財產(chǎn)安全和經(jīng)濟發(fā)展帶來了很大的負面影響，如2008年初我國南方出現(xiàn)大范圍持續(xù)“低溫雨雪災(zāi)害”天氣造成了嚴重的災(zāi)害［1－2］。目前，對于貴州凍雨的研究已有許多［3－6］，陶詩言等［7］指出，穩(wěn)定的異常環(huán)流形勢控制下，靜止鋒鋒生導(dǎo)致了連續(xù)不斷形成降水過程。同時大量暖濕空氣抬升，使得逆溫層覆蓋，導(dǎo)致嚴重的持續(xù)性凍雨天氣。以上均是對貴州凍雨的研究，然而對貴陽地區(qū)時空分布規(guī)律的研究并不多，貴陽是貴州最大城市兼經(jīng)濟、金融、文化、教育、交通和集散等中心，對于貴州的經(jīng)濟發(fā)展和交通樞紐都具有重要作用，因此研究貴陽凍雨發(fā)生的天氣背景及規(guī)律具有重要的現(xiàn)實意義。本文在前人對貴州凍雨研究的基礎(chǔ)上［4－6］，通過貴陽8站的凍雨資料研究了貴陽各地區(qū)的時空分布變化特征。

2 資料與方法

本研究使用的資料是1961—2010年冬季(11月－次年3月)貴陽8站日降水資料以及是否出現(xiàn)雨凇資料。這8個觀測站因始建年份不同，考慮到本文將著眼于凝凍的長期趨勢以及單個持續(xù)過程的統(tǒng)計特征，因此以建站最晚的白云站作為起始年(即1981年)選取資料。采用Mann－Kendall檢驗、小波分析以及克里格插值等方法對這8個站的凍雨日數(shù)進行統(tǒng)計特征的分析。

3 貴陽地區(qū)凍雨日數(shù)變化

3.1 貴陽地區(qū)凍雨日數(shù)年際變化

從貴陽8個測站的各年冬季凍雨日數(shù)變化可以看出(圖略)，開陽地區(qū)的凍雨日數(shù)較各年其他站點都為最多，其次為修文，冬季凍雨發(fā)生頻數(shù)較少的地區(qū)為花溪和烏當。利用 Mann－Kendall［8］方法(利用 Yue和 Wang［9］所使用的有效樣本數(shù)(Effective Sample Size，ESS)來對MK檢驗中的統(tǒng)計量進行改進)對各站近30 a冬季凍雨日數(shù)變化的趨勢進行檢驗，結(jié)果表明，近30 a息烽、修文、清鎮(zhèn)、花溪的凍雨日數(shù)均有下降的趨勢，白云的凍雨日數(shù)有上升的趨勢，但均不明顯，未通過95%的信度檢驗;開陽、烏當?shù)膬鲇耆諗?shù)雖然有明顯的下降趨勢，但是未通過95%的信度檢驗(圖略);貴陽的凍雨日數(shù)有顯著的上升趨勢，并且通過了95%的信度檢驗(圖1)。貴陽各地區(qū)凍雨發(fā)生日數(shù)的年際變化趨勢各不相同，圖2顯示出貴陽地區(qū)凍雨發(fā)生日數(shù)變化趨勢的空間分布，其中黑色三角形表示通過95%信度檢驗的站點，黑色圓點為未通過檢驗的站點。從凍雨頻次變化趨勢的空間分布來看，貴陽的東北和西南部發(fā)生凍雨天氣的日數(shù)減少的趨勢最大，由這兩端向中間凍雨天氣發(fā)生頻次逐漸增多，而只有在貴陽市區(qū)的凍雨日數(shù)呈增長趨勢。

3.2 貴陽地區(qū)凍雨日數(shù)年代際變化

根據(jù)以上貴陽各地區(qū)冬季凍雨年際變化的分析統(tǒng)計，從各地區(qū)年代際變化來看(圖3)，20世紀90年代中期為凍雨發(fā)生頻次的轉(zhuǎn)折點，開陽在各個年代發(fā)生的凍雨日數(shù)依然為最多，花溪相對最少。從80年代到90年代中期，只有白云地區(qū)的凍雨日數(shù)有微弱的增多，其他地區(qū)的凍雨日數(shù)均減少，90年代中期開始到21世紀初，貴陽所有地區(qū)凍雨日數(shù)均有增多，貴陽市區(qū)的凍雨日數(shù)的增長趨勢最明顯，在90年代末發(fā)生凍雨天氣的日數(shù)超過大部分地區(qū)。

3.3 貴陽各地區(qū)凍雨日數(shù)月際特征以及總?cè)諗?shù)的空間分布

通過近30 a貴陽各地區(qū)冬季各月發(fā)生凍雨天氣日數(shù)的百分比的對比分析得出(表1)，其各地凍雨發(fā)生總比例都在75%以上，說明凍雨天氣主要發(fā)生在1、2月。貴陽1月各地區(qū)相比其它月發(fā)生凍雨天氣的機率最高，2月次之。根據(jù)各月凍雨概率分布規(guī)律可知，11、12月各地區(qū)分布相差不大，而時間段為1－3月，開陽相對其他地區(qū)而言，在1－2月發(fā)生凍雨的概率并不是最高，但是3月仍然保持8%的概率。

根據(jù)貴陽各地區(qū)在各月發(fā)生凍雨所占比例顯示可知(表2)，開陽在各月發(fā)生凍雨天氣的比率最高。11月時，開陽發(fā)生凍雨比率最高，其次是貴陽，烏當和息烽比率最低;12—次年2月，開陽比率最高，修文次之，花溪最低;3月，開陽比率最高，修文次之，息烽最低。從各地區(qū)近30 a凍雨總?cè)諗?shù)來看，開陽也是發(fā)生凍雨天氣最多的地區(qū)，花溪為凍雨日數(shù)最少的地區(qū)，開陽凍雨日數(shù)相當于花溪的4.6倍(表略)。由凍雨總?cè)諗?shù)的空間分布來看(圖4)，貴陽地區(qū)呈東北高西南低，南北最少的分布。

圖3 貴陽8個測站1981—2010年各年代冬季凍雨日數(shù)

表1 1981—2010年貴陽各地區(qū)冬季各月凍雨日數(shù)百分比

表2 1981—2010年冬季貴陽各地區(qū)凍雨日數(shù)在各月的百分比

圖4 貴陽市1981—2010年冬季凍雨總天數(shù)空間分布

以上分析表明開陽地區(qū)凍雨總?cè)諗?shù)最多，相對本地而言，各月凍雨分布概率并不都是最高，但是持續(xù)時間長，各月發(fā)生凍雨天數(shù)多，其他各地區(qū)的凍雨天氣主要集中發(fā)生在1－2月，3月份凍雨基本很少發(fā)生，因此開陽地區(qū)是貴陽受凍雨影響最大的地區(qū)。

4 貴陽地區(qū)凍雨頻次的周期特征

將貴陽8個站點的凍雨日數(shù)進行區(qū)域平均，從凍雨日數(shù)的年際變化和趨勢可以得出(圖5)，貴陽地區(qū)在1983年和2007年冬季凍雨日數(shù)最多，均超過25 d，發(fā)生的凍雨天氣最為嚴重。近30 a貴陽地區(qū)冬季發(fā)生凍雨日數(shù)的年平均值為10 d左右，20世紀80年代超過平均值的有4 a共75 d，90年代有3a共36 d，20世紀初有2 a共48 d，從各年代發(fā)生嚴重凍雨的年份來看是減少的，但凍雨日數(shù)是90年代最少，從凍雨的總趨勢來看，有微弱的減少趨勢，但并不明顯。由此得知80年代貴陽地區(qū)凍雨發(fā)生的日數(shù)最多，且振幅較大，90年代凍雨日數(shù)最少，年際變化較平穩(wěn)，20世紀初凍雨日數(shù)年際變化較大，即振幅較大。

圖5 貴陽1981—2010年冬季凍雨日數(shù)的時間序列及趨勢

將貴陽各站點的凍雨日數(shù)按照區(qū)域平均取其均值，運用morlet小波分析對貴陽凍雨發(fā)生的頻次進行展開，得到小波系數(shù)的實部(圖6a)，圖中正值反映了序列的增多趨勢，負值反映了減少趨勢，零線對應(yīng)凍雨頻次的突變點從圖6a可看出，在過去的30 a中凍雨發(fā)生頻次具有3～5 a和11～13 a 2個顯著的振蕩周期，其中以3～5 a最強。進一步對小波進行方差分析(圖3b)可以得出：在1981—2010年整個時間域內(nèi)，貴陽凍雨頻次變化以4 a和12 a周期振蕩最強，說明貴陽汛期凍雨頻次變化的年際和年代際特征比較明顯，其中第一顯著周期為4 a，第二顯著周期為12 a。通過以上分析表明，貴陽凍雨天氣年際振蕩特征非常明顯，且目前貴陽凍雨天氣正處于相對高發(fā)期。

圖6 貴陽冬季發(fā)生凍雨頻次的小波系數(shù)實部

5 貴陽凍雨等級劃分及時空分布

參考中國氣象局發(fā)布的《中華人民共和國氣象行業(yè)標準——凍雨等級》中對區(qū)域性凍雨的分級標準，根據(jù)凍雨的持續(xù)時間，將凍雨劃分為以下4個等級：輕級凍雨(1級)：1～3 d;

中級凍雨(2級)：4～6 d;

重級凍雨(3級)：7～11 d;

特重級凍雨(4級)：12 d以上。

按照以上等級將近30 a貴陽地區(qū)各站冬季凍雨發(fā)生的頻次進行了統(tǒng)計分析(表3)，結(jié)果表明開陽各級凍雨的頻次均最多，重級和特重級凍雨造成的凝凍災(zāi)害極為嚴重，開陽地區(qū)的重級和特重級凍雨頻次相對其他地區(qū)非常明顯，息烽未發(fā)生過重級凍雨，而開陽地區(qū)的重級凍雨發(fā)生頻次高達14次，是修文2倍之多，清鎮(zhèn)的3倍之多，貴陽和花溪的14倍，白云地區(qū)近4倍，烏當?shù)?倍。開陽重級凍雨發(fā)生的頻次為大部分地區(qū)的4倍，是白云和花溪的8倍。

表3 貴陽8個測站1981—2010年各站不同凍雨等級發(fā)生的頻次

根據(jù)凍雨等級劃分，貴陽地區(qū)各等級凍雨頻次的空間分布進行分析(圖7)，結(jié)果表明輕級凍雨頻次的分布型呈東北至西南逐漸減少的趨勢，貴陽南部和北部最少，中級凍雨頻次的空間分布呈由東北向西南逐漸減少的趨勢，重級凍雨頻次呈東北至西南逐漸減少的趨勢，貴陽南部和北部最少，特重級凍雨頻次的空間分布呈東北至西南逐漸減少的趨勢。

圖7 貴陽地區(qū)近30 a冬季各等級凍雨發(fā)生頻次空間分布

5 小結(jié)

本文基于日降水資料以及凍雨資料對1981—2010年冬季貴陽8個測站的凍雨日數(shù)的變化特征進行了分析。研究表明：

①貴陽各地區(qū)凍雨日數(shù)的年際變化中，開陽各年的凍雨日數(shù)均為最多，花溪和烏當各年的凍雨日數(shù)相對最少，通過分析各地區(qū)的凍雨日數(shù)的趨勢檢驗得知，只有貴陽地區(qū)凍雨日數(shù)顯著增加。年代際變化中，20世紀90年代之前，各地區(qū)的凍雨日數(shù)呈減少趨勢，90年代之后貴陽凍雨日數(shù)增加最快。

②通過分析各地區(qū)凍雨日數(shù)的月季分布和凍雨總?cè)諗?shù)分布，結(jié)果表明，相對本地區(qū)各月凍雨發(fā)生概率而言，貴陽各地區(qū)的凍雨主要集中發(fā)生在1－2月，花溪在1月發(fā)生凍雨概率最高，開陽在2月發(fā)生凍雨概率最高，其中開陽地區(qū)凍雨總?cè)諗?shù)最多，相對其他地區(qū)各月凍雨頻次所占比率最大，并且持續(xù)時間最長，因此開陽地區(qū)是貴陽受凍雨影響最大的地區(qū)。

③通過計算區(qū)域平均得出貴陽的年際變化表明，貴陽近30 a的凍雨發(fā)生日數(shù)并無明顯的增減趨勢，通過小波分析得出貴陽凍雨天氣年際振蕩特征非常明顯，且目前貴陽凍雨天氣正處于相對高發(fā)期。

④根據(jù)凍雨級別劃分得出的空間分布顯示，基本都呈東北向西南逐漸減少的趨勢。

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P468.0+2

B

1003－6598(2012)05－0019－04

2012－04－25

黃世芹(1977—)，女，工程師，主要從事短期天氣預(yù)報分析研究工作。

貴陽市科技項目“貴陽市凝凍監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)研究”(筑科合同［2011103］)資助。