安慶市寒潮過程的氣候特征分析

張 麗

(安徽省安慶市氣象局，安徽 安慶 246003)

1 引言

寒潮天氣過程是一種大規(guī)模的強(qiáng)冷空氣向南爆發(fā)的天氣過程[1]，在劇烈降溫的同時(shí)有時(shí)還伴有大風(fēng)、雨、雪、雨凇或霜凍和凍害等災(zāi)害性天氣，對農(nóng)業(yè)、牧業(yè)、交通、電力等造成巨大損失。多年來，很多氣象學(xué)者已對寒潮天氣進(jìn)行了大量的分析研究[2-7]，包括寒潮的時(shí)空分布特征、冷空氣源地、路徑、影響的天氣系統(tǒng)等。張培忠等[8]對影響中國的寒潮冷高壓的活動(dòng)進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)冷高壓有明顯的年月季變化，寒潮冷高壓主要出現(xiàn)在亞洲大陸中部,移動(dòng)路徑以自西向東為。朱紅芳[9]等對安徽省近52 a的寒潮氣候特征進(jìn)行了分析，指出安徽寒潮發(fā)生頻次北部多于南部，并且存在3個(gè)顯著周期，寒潮發(fā)生頻次呈現(xiàn)線性減少趨勢。

20世紀(jì)80年代以來, 全球變暖問題引起廣泛的關(guān)注。在全球氣候變暖的大背景下，很多研究發(fā)現(xiàn)寒潮的發(fā)生頻率和強(qiáng)度也出現(xiàn)了明顯變化。劉婕等[10]分析了大連地區(qū)寒潮近45 a來的變化, 發(fā)現(xiàn)在氣候變暖背景下大連地區(qū)寒潮活動(dòng)具有減少的趨勢，從1961—2005年, 寒潮頻數(shù)減少為0.7次/10 a。白松竹[11]等分析了氣候變暖背景下阿勒泰地區(qū)寒潮活動(dòng)變化特征，指出近52 a來阿勒泰地區(qū)寒潮和強(qiáng)寒潮次數(shù)均表現(xiàn)為減少的趨勢，冷季平均氣溫的距平指數(shù)與寒潮和強(qiáng)寒潮距平指數(shù)呈反位相，氣候變暖是阿勒泰地區(qū)寒潮減少的重要?dú)夂虮尘啊?/p>

安慶市地形復(fù)雜，山區(qū)、丘陵、平原共存，寒潮天氣會導(dǎo)致農(nóng)作物大面積受害，還會造成道路結(jié)冰、交通中斷等災(zāi)害，是安慶市冬半年的主要災(zāi)害性天氣之一。目前針對安慶市降雨的研究相對較多，針對寒潮氣候特征分析的研究還沒有開展。在全球變暖的背景下，對安慶市寒潮發(fā)生頻率、年代際變化趨勢等進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析十分有必要，這對做好安慶市寒潮預(yù)報(bào)工作有重要意義。只有加強(qiáng)對寒潮天氣過程的研究，掌握其發(fā)生發(fā)展規(guī)律，才能有效提高對重大災(zāi)害性天氣的防御能力。

2 寒潮標(biāo)準(zhǔn)

寒潮的強(qiáng)度一般是用冷空氣入侵后造成的降溫幅度大小來表示。根據(jù)中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 21987-2008的規(guī)定，一次寒潮過程是指冷空氣使某地的日最低氣溫24 h內(nèi)下降8 ℃或以上，或者48 h內(nèi)氣溫連續(xù)下降10 ℃或以上，或者72 h內(nèi)氣溫連續(xù)下降12 ℃或以上，且該地日最低氣溫下降到4 ℃或以下；強(qiáng)寒潮是冷空氣使某地的日最低(或日平均)氣溫24 h下降10 ℃或以上，或者48 h內(nèi)氣溫連續(xù)下降12 ℃或以上，或者72 h內(nèi)氣溫連續(xù)下降14 ℃或以上，且使該地日最低氣溫下降到2 ℃或以下；特強(qiáng)寒潮是指使某地的日最低(或日平均)氣溫24 h下降12 ℃或以上，或者48 h內(nèi)氣溫連續(xù)下降14 ℃或以上，或者72 h內(nèi)氣溫連續(xù)下降16 ℃或以上且使該地日最低氣溫下降到2 ℃或以下。

區(qū)域寒潮要求一次寒潮過程中該區(qū)域內(nèi)有≥30%的氣象站滿足寒潮標(biāo)準(zhǔn)；區(qū)域強(qiáng)寒潮要求一次寒潮過程中，該區(qū)域內(nèi)≥40%的氣象站滿足寒潮條件，其中滿足強(qiáng)寒潮標(biāo)準(zhǔn)的氣象站≥30%，或滿足特強(qiáng)寒潮標(biāo)準(zhǔn)的氣象站≥20%。

3 資料來源、處理及統(tǒng)計(jì)

本文所使用的資料來自于安慶轄區(qū)內(nèi)8個(gè)國家觀測站逐日最低溫度資料，時(shí)間為1960年10月1日—2016年5月30日，將每年的10月—次年5月定義為一個(gè)寒潮季，討論了共56個(gè)寒潮季的寒潮特征及變化。

由于討論的是安慶市范圍內(nèi)，范圍比較小，所以文中將寒潮分為單站寒潮和區(qū)域性寒潮。安慶市共8個(gè)市縣，當(dāng)有3個(gè)或以上市縣同時(shí)達(dá)到寒潮標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，定義為一次區(qū)域性寒潮過程；在滿足區(qū)域性寒潮標(biāo)準(zhǔn)的同時(shí)，如果有2個(gè)或以上市縣達(dá)到強(qiáng)寒潮標(biāo)準(zhǔn)，則定義為一次區(qū)域性強(qiáng)寒潮過程；一次特強(qiáng)寒潮過程中有3個(gè)站或以上達(dá)到特強(qiáng)寒潮標(biāo)準(zhǔn)定義為一次特強(qiáng)寒潮過程。

4 寒潮的氣候特征

4.1 單站寒潮的空間分布

安慶共8個(gè)市縣，岳西、潛山西部、太湖中西部、宿松西北部為大別山區(qū)，安慶、望江處長江沿岸，最北部為桐城。由于地理位置和地形地貌的差異，安慶各市縣寒潮出現(xiàn)的次數(shù)并不相同。

表1 安慶各個(gè)市縣1960—2016年出現(xiàn)的寒潮、強(qiáng)寒潮和特強(qiáng)寒潮總次數(shù)(次)Tab.1 Total number of the cold wave,strong cold wave and especially strong cold wave in each county station of Anqing from 1961 to 2016

從表1可以看到，寒潮發(fā)生的空間特征是山區(qū)多，沿江少，北部多于南部。這說明寒潮的發(fā)生頻次和地理位置及地形有著密切的關(guān)系。岳西地區(qū)大別山區(qū)，出現(xiàn)寒潮、強(qiáng)寒潮和特強(qiáng)寒潮的次數(shù)最多，桐城地處安慶最北部，寒潮、強(qiáng)寒潮和特強(qiáng)寒潮出現(xiàn)的次數(shù)僅少于岳西。冷空氣南下時(shí)逐漸減弱，所以南部達(dá)到寒潮的幾率小于北部。由于冷空氣南下過程中受大別山脈的阻擋，使沿江地區(qū)達(dá)到寒潮標(biāo)準(zhǔn)的幾率變小[1]。

4.2 單站寒潮、強(qiáng)寒潮、特強(qiáng)寒潮的時(shí)間變化及成因

4.2.1 單站寒潮、強(qiáng)寒潮、特強(qiáng)寒潮的年際變化及成因 單站寒潮、強(qiáng)寒潮的年際變幅都很大。從圖1a可以看出，20世紀(jì)60年代為寒潮多發(fā)期，80年代末到90年代初及20世紀(jì)初期寒潮發(fā)生次數(shù)相對也較多。單站寒潮總次數(shù)出現(xiàn)最多的為1966年，出現(xiàn)了38次寒潮，最少的為1984年和2013年，這兩年沒有出現(xiàn)寒潮。從特強(qiáng)寒潮年代際發(fā)生頻次來看(圖略)，20世紀(jì)60年代出現(xiàn)8站/次，80年代和90年代分別出現(xiàn)10站/次，70年代沒有特強(qiáng)寒潮發(fā)生，2010年以后至2016年5月之前發(fā)生了3站/次特強(qiáng)寒潮。

從單站寒潮總次數(shù)逐年線性變化趨勢來看，有明顯減少的趨勢(通過0.05的信度檢驗(yàn))，線性趨勢為-1.53次/10 a。圖1b為強(qiáng)寒潮的逐年出現(xiàn)次數(shù)，可以看到單站強(qiáng)寒潮出現(xiàn)次數(shù)在10次/a或以上的有7 a，其中最多的為1969年出現(xiàn)了16站/次，其次為1966和2016年，為15/站次。強(qiáng)寒潮的線性變化趨勢不明顯。

圖1 1960—2016年寒潮季單站寒潮(a)、強(qiáng)寒潮(b)總次數(shù)逐年分布圖Fig.1 Annual distribution of cold wave and strong cold wave and especially strong cold wave of single-station in cold tide season from 1961 to 2016

4.2.2 單站寒潮、強(qiáng)寒潮、特強(qiáng)寒潮的月分布 安慶市單站寒潮發(fā)生的月份集中在當(dāng)年的10月—次年的4月，岳西5月也有寒潮出現(xiàn)過，不過僅出現(xiàn)過1次。從各個(gè)月寒潮出現(xiàn)總站/次分布情況(圖2a)來看，出現(xiàn)次數(shù)最多的為3月和11月，2月和12月次之，4月和10月出現(xiàn)寒潮次數(shù)少，5月最少。各個(gè)市縣的寒潮出現(xiàn)次數(shù)月分布與總站/次月分布趨勢基本相似。

造成寒潮頻次在各個(gè)月分布不均的原因可能有如下幾個(gè)方面：就日最低氣溫而言，4月和10月日最低氣溫下降到4 ℃以下的日數(shù)較少，所以即使降溫幅度達(dá)到要求也不滿足寒潮標(biāo)準(zhǔn)；3月和11月是秋冬或冬春轉(zhuǎn)換季節(jié)，寒潮發(fā)生前受暖氣團(tuán)影響氣溫回升明顯之后，強(qiáng)冷空氣入侵南下，由于前期溫度高，容易滿足寒潮標(biāo)準(zhǔn)；而冬季寒潮范圍大，低溫較低，遇到強(qiáng)冷空氣南下也比較容易達(dá)到寒潮標(biāo)準(zhǔn)。

從單站強(qiáng)寒潮出現(xiàn)總站/次數(shù)的月分布(圖2b)來看，2月、3月和11月多于其它月份，10月最少。各個(gè)市縣強(qiáng)寒潮月分布則與總站/次月分布有些差異(圖3)，岳西2月、11月出現(xiàn)次數(shù)最多，其余市縣3月份出現(xiàn)次數(shù)最多；次數(shù)最少的出現(xiàn)在1月或10月；其原因是1月份平均氣溫全年最低，日最低氣溫也低，降溫幅度很難達(dá)到強(qiáng)寒潮標(biāo)準(zhǔn)，而10月份則是最低氣溫達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)。

單站特強(qiáng)寒潮從當(dāng)年10月—次年4月均有可能發(fā)生，以11月發(fā)生次數(shù)最多，其次為3月，2月也達(dá)到了7站/次，其它月份明顯減少(圖2c)。特強(qiáng)寒潮對降溫幅度及最低氣溫要求均較高，這就需要前期溫度較高，3月和11月比較容易滿足要求，所以發(fā)生次數(shù)多。

圖2 1960—2016年安慶單站寒潮(a)、強(qiáng)寒潮(b)、特強(qiáng)寒潮(c)出現(xiàn)總站/次數(shù)月分布(注：圖中只顯示了有寒潮發(fā)生的月份，余同)Fig.2 The monthly total number of cold wave(a)and strong cold wave(b) and especially strong cold wave(c) in Anqing station from 1961 to 2016

圖3 1960—2016年安慶各市縣寒潮季各個(gè)月寒潮(a)、強(qiáng)寒潮(b)出現(xiàn)總次數(shù)Fig.3 The monthly total number of cold wave(a) and strong cold wave(b)in each county station of Anqing from 1961 to 2016

表2 安慶市單站寒潮季節(jié)分布及各市縣寒潮季節(jié)分布(次)Tab.2 Season distribution of the cold wavein Anqing and each county station of Anqing

4.2.3 單站寒潮、強(qiáng)寒潮的季節(jié)分布 從表2可以看到，安慶單站寒潮發(fā)生總站/次數(shù)最多的為冬季，夏季最少，沒有寒潮發(fā)生，春秋季節(jié)相差不大。各市縣單站寒潮除了岳西縣外，也是冬季出現(xiàn)次數(shù)最多，尤其是最北部的桐城市冬季寒潮次數(shù)與春秋兩季差異最大；岳西寒潮次數(shù)秋季出現(xiàn)最多，但是春秋冬寒潮出現(xiàn)次數(shù)相差很小。

4.3 區(qū)域寒潮、強(qiáng)寒潮時(shí)間分布特征

4.3.1 年代際及年際分布 從年代際分布來看(圖4)，寒潮和強(qiáng)寒潮的分布趨勢是相同的，都是上世紀(jì)60年代最多，80年代最少。從變化趨勢來看，都呈現(xiàn)出減少的趨勢(通過0.05趨勢檢驗(yàn))，尤其是區(qū)域寒潮減少的趨勢更明顯。

區(qū)域寒潮和強(qiáng)寒潮的年際變化特征為(圖5)：區(qū)域寒潮次數(shù)明顯少于單站寒潮次數(shù)，年分布不均，最多的有5次，分別為1966年和1969年，最少的年份寒潮季沒有區(qū)域寒潮出現(xiàn)，這樣的年份共15 a。區(qū)域強(qiáng)寒潮次數(shù)較少，其中出現(xiàn)強(qiáng)寒潮的寒潮季占總次數(shù)的43%，沒有出現(xiàn)強(qiáng)寒潮的共32次，占57%，一個(gè)寒潮季出現(xiàn)2次強(qiáng)寒潮的共8次，占14%。

一次特強(qiáng)寒潮過程中有3個(gè)站或以上達(dá)到特強(qiáng)寒潮標(biāo)準(zhǔn)的過程共有4次(圖略)，分別出現(xiàn)在1987年、1988年、1996年、2009年；其中以1987年影響范圍最大，全市8各市縣共6個(gè)達(dá)到了強(qiáng)寒潮標(biāo)準(zhǔn)，過程降溫幅度也是最大的，24 h、48 h及72 h降溫分別達(dá)15.6 ℃、20.1 ℃及20.8 ℃。

圖4 安慶各個(gè)年代際區(qū)域寒潮(a)、強(qiáng)寒潮(b)次數(shù)變化圖Fig.4 Interdecadal variation of the regional cold wave(a)and strong cold wave(b)frequency in Anqing

圖5 1960—2016年安慶區(qū)域寒潮(a)、強(qiáng)寒潮(b)逐年變化曲線Fig.5 Curves of the annual number of regional cold wave (the left) and strong cold wave (the right) in Anqing from 1960 to 2016

圖6 1960—2016年安慶區(qū)域寒潮(a)、強(qiáng)寒潮(b)月分布Fig.6 Monthly distribution of regional cold wave (the left) and strong cold wave (the right) in Anqing from 1960 to 2016

4.3.2 月分布 區(qū)域寒潮的發(fā)生月份從當(dāng)年的10月—次年4月均有可能發(fā)生。安慶市區(qū)域寒潮發(fā)生最早的時(shí)間為10月下旬，最晚的結(jié)束日期在4月中旬。區(qū)域寒潮發(fā)生次數(shù)最多的月份為3月，其次為12月,10月最少。區(qū)域強(qiáng)寒潮也是3月出現(xiàn)最多，共出現(xiàn)9次，其次為2月，次數(shù)最少的為10月和12月，僅出現(xiàn)2次。通過對比可以看到，10月共有3次區(qū)域寒潮過程，其中—次達(dá)到了強(qiáng)寒潮標(biāo)準(zhǔn)，12月出現(xiàn)了17次區(qū)域寒潮，僅有2次達(dá)到強(qiáng)寒潮標(biāo)準(zhǔn)，這可能是因?yàn)?2月最低氣溫本身就較低，所以降溫幅度難達(dá)標(biāo)。

4.4 寒潮初終日分析

對全市發(fā)生的每次寒潮過程的開始和結(jié)束時(shí)間進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并制成了箱線圖(圖中每個(gè)長方框的上下底分別表示占樣本總數(shù)25%、75%的寒潮發(fā)生的時(shí)間；方框中的細(xì)實(shí)線為中位數(shù)，即在此日期前后各有1/2的寒潮發(fā)生；方框底邊延伸出的黑線端點(diǎn)分別表示寒潮最早、晚開始或結(jié)束的時(shí)間；空心圓點(diǎn)表示離群值，×號代表平均值。

由圖7可以看到，全市寒潮開始日期75%以上出現(xiàn)在11月上中旬，寒潮結(jié)束日期在3月中旬—4月下旬。寒潮過程中50%以上發(fā)生在11月下旬—3月上旬。

寒潮的平均初日以岳西為最早，為12月7日，其次為桐城的12月20日，沿江地區(qū)的平均初日為1月上中旬，最晚的為望江的1月12日。寒潮的平均終日均為2月份，以岳西最晚，為2月27日，宿松最早，為2月5日。

單站寒潮發(fā)生和結(jié)束日期中，岳西發(fā)生最早，結(jié)束最晚，其余市縣相差不大。岳西寒潮發(fā)生最早日期在10月中旬，最晚結(jié)束日期在5月上旬；其它市縣寒潮最早發(fā)生日期均在10月下旬中后期，最晚結(jié)束日期在4月上旬或中旬前期。區(qū)域寒潮平均初終日分別為12月27日和2月23日。

從50%百分位線(即中位數(shù))看，大部分市縣寒潮發(fā)生時(shí)間和結(jié)束時(shí)間的中位數(shù)偏離了上下四分位數(shù)的中心位置，即分布有偏態(tài)性。

圖7 1961—2016年安慶各個(gè)市縣單站寒潮過程開始和結(jié)束時(shí)間統(tǒng)計(jì)圖Fig.7 Box-whisker plot for the Beginning and Ending day of single station cold waves in Anqing during 1961 and 2016

5 氣候變暖下寒潮發(fā)生趨勢

為了研究安慶地區(qū)寒潮發(fā)生次數(shù)與氣候變化的關(guān)系，本文統(tǒng)計(jì)了1960—2016年寒潮季所對應(yīng)的冬季平均氣溫以及寒潮季(由于5月僅岳西出現(xiàn)過1次寒潮，所以文中取當(dāng)年10月—次年4月平均氣溫代表寒潮季平均氣溫)平均氣溫。通過這二者和寒潮發(fā)生次數(shù)年際變化進(jìn)行對比分析(圖8、圖9)，發(fā)現(xiàn)：冬季平均氣溫及寒潮季平均氣溫均呈現(xiàn)上升趨勢，上升速率均為0.2 ℃/10 a；而寒潮次數(shù)呈現(xiàn)下降趨勢，總的來說，隨著氣候變暖，寒潮次數(shù)相應(yīng)減少，氣候變暖是寒潮減少的重要?dú)夂虮尘啊?/p>

圖8 1960—2016年安慶區(qū)域寒潮發(fā)生次數(shù)與寒潮季所對應(yīng)的冬季平均氣溫逐年變化圖Fig.8 Time series of the winter temperature averaged over Anqing and the frequency of the regional cold waveduring the period from 1960to 2016

圖9 1960—2016年安慶區(qū)域寒潮發(fā)生次數(shù)與當(dāng)年10月—次年4月的平均氣溫的關(guān)系Fig.9 Time series of the averagetemperature between October to April the following year over Anqing and the frequency of the regional cold waveduring the period from 1960to 2016

6 結(jié)論與討論

①單站寒潮發(fā)生次數(shù)與地形及地理位置有很大關(guān)系，山區(qū)岳西縣最多，最北部的桐城寒潮發(fā)生次數(shù)僅次于山區(qū)岳西。

②單站寒潮年發(fā)生次數(shù)分布不均，總體呈現(xiàn)線性減少的趨勢；強(qiáng)寒潮年變化的線性趨勢不明顯。

③單站寒潮發(fā)生總次數(shù)以3月和11月最多，也就是說秋冬轉(zhuǎn)換及冬春轉(zhuǎn)換期間易發(fā)寒潮天氣過程。寒潮初日和終日也與地理位置和地形相關(guān)，岳西初日最早，終日最晚，桐城次之，其余地區(qū)略有差異，但相差不大。

④區(qū)域寒潮、強(qiáng)寒潮的年際和年代際變化大，隨著氣候變暖，均呈現(xiàn)出減少的趨勢，尤其是區(qū)域寒潮減少的趨勢更明顯。因此氣候變暖是全市寒潮頻次發(fā)生變化的重要?dú)夂虮尘啊?/p>

⑤區(qū)域寒潮從當(dāng)年的10月—次年4月均有可能發(fā)生。最早發(fā)生的時(shí)間為10月下旬，最晚的結(jié)束日期在4月中旬。區(qū)域寒潮、強(qiáng)寒潮發(fā)生次數(shù)以3月最多，10月最少。但是10月強(qiáng)寒潮占寒潮次數(shù)的比例最高。

⑥特強(qiáng)寒潮主要發(fā)生在岳西及桐城，其余地區(qū)發(fā)生次數(shù)相對較少。

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