1957—2015年桂林市極端低溫時空特征及天氣形勢分析

唐小琴 鄧樹榮 嚴啟興

摘要 桂林作為國際化旅游城市，極端天氣造成的災害會給桂林社會經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展帶來顯著的負面影響。本文收集整理1957—2015年桂林市13個國家級氣象站的資料，采用氣候傾向率的方法，對極端低溫指數(shù)的趨勢進行分析，造成桂林極端低溫的主要天氣系統(tǒng)有阻塞高壓、切斷低壓、南支槽等。通過分析500 hPa高度形勢場，可將影響桂林的極端低溫天氣系統(tǒng)分為阻塞高壓+橫槽轉豎型、兩槽一脊型、多波動槽脊型。

關鍵詞 極端低溫；天氣系統(tǒng)；桂林

中圖分類號：P423 文獻標識碼：A 文章編號：2095-3305（2018）04-013-03

DOI： 10.19383/j.cnki.nyzhyj.2018.04.005

Abstract As an international tourist city， the disasters caused by extreme weather will bring significant negative impact on the sustainable development of Guilin's social economy. In this paper， the data of 13 national meteorological stations in Guilin from 1957 to 2015 were collected， and the trend of extreme low temperature indexs was analyzed by the method of climatic tendency rate. The main weather systems that cause extreme low temperature in Guilin include blocking high， cut off low， south branch， ect. By analyzing the 500hPa high situation field， the extreme low temperature that affects Guilin can be divided into blocking high+transverse trough vertical type， two slot one ridge type， and multi wave trough ridge type.

K ey words Extreme low temperature；Weather system； Guilin City

極端天氣事件是指不經(jīng)常發(fā)生，但一旦發(fā)生會造成生命財產(chǎn)損失的天氣事件[1-2]。隨著經(jīng)濟的高速發(fā)展，人口密度增大，基礎設施建設速度加快，極端天氣給人類帶來的損失日趨嚴重[3]。過去對我國青藏高原、北方和貴州極端低溫的研究較多，廣西緯度較低，較少強低溫雨雪冰凍災害天氣，所以研究較少。2008年中國南方出現(xiàn)了特大低溫災害天氣，引起社會各界高度重視，對南方極端低溫天氣的研究增多[4-7]。桂林處于華南最北部，是冷空氣進入華南的入口區(qū)，同時受季風影響明顯，地理環(huán)境復雜，受極端低溫天氣頻次大、突發(fā)性強。桂林作為國際化旅游城市，極端天氣事件所造成的負面影響更為顯著。研究桂林市極端低溫天氣特征，包括極端低溫天氣事件的頻率、強度對氣候變化的響應等，對地方政府及相關部門進行防災減災規(guī)劃，以及促進當?shù)亟?jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展，都具有重要意義。

1 數(shù)據(jù)與方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

利用桂林市13個國家級自動氣象站日最低氣溫、日最高氣溫數(shù)據(jù)，資料時間段為1957—2015年。對錯誤的數(shù)據(jù)按缺測處理，為平滑掉極少數(shù)錯誤或偏差較大的數(shù)據(jù)，屏蔽由于錯誤或偏差較大的數(shù)據(jù)導致的極端指數(shù)偏差，綜合反映桂林市極端指數(shù)的時間分布，將1957—2015年桂林市13個國家氣象站日最高（低）氣溫總和的平均值定義為桂林市最高（低）氣溫。

1.2 處理方法

利用桂林市13個國家氣象站的日最高氣溫、日最低氣溫，對數(shù)據(jù)進行高標準質(zhì)量控制和一致化，利用RClimDex軟件計算出由CCl/CLIVAR推薦及可由用戶定義門檻值的16個極端溫度指數(shù)[9]。這16個極端溫度指數(shù)均為世界氣象組織氣候委員會推薦使用的核心極端氣候指數(shù)，綜合考慮桂林市的區(qū)域概況、歷史資料和指數(shù)可靠性，篩選出4個極端低溫指數(shù)。年極端最低氣溫（TNn）為原始觀測值，霜日（FD0）是絕對閾值定義的極端降水指數(shù)，冷夜日數(shù)（TN10P）、冷晝?nèi)諗?shù)（TX10P）是通過分位值統(tǒng)計出的極端降水指數(shù)。具體極端氣溫指數(shù)的代碼、名稱、定義和單位見表1。

2 結果與分析

2.1 各極端低溫指數(shù)的趨勢分析

在全球變暖的大背景下，年極端最低氣溫（TNn）的上升趨勢明顯（圖1a），上升趨勢為0.44℃/10年，顯著性水平檢驗P=0。通過分析霜日（FD0）的時間分布（圖1b）可知，59年里霜日有明顯的下降趨勢，1980年以前下降趨勢明顯，1980年以后霜日的變化不大。1957—1977年，霜日有11年超過5 d，霜日的年平均值達到6.3 d；1978—2015年，霜日超過5 d的只有1年，霜日的年平均值為1.9 d。

分析冷夜日數(shù)（TN10P）和冷晝?nèi)諗?shù)（TX10P）的時間分布（圖1c、d）分析，59年里極端低溫總體呈下降趨勢，冷夜日數(shù)下降趨勢大，冷晝?nèi)諗?shù)下降趨勢小。冷夜日數(shù)下降趨勢為-3.0 d/10年，2000年以前，每隔10年會出現(xiàn)5年大的波動，1970年以前的波動特別明顯，冷夜日數(shù)的最大值、次大值、最小值、次小值均出現(xiàn)在這一時期，1970年后期以后趨勢穩(wěn)定，線性吻合度很高，顯著性水平檢驗P=0，特別是1998年以后波動較為緩和。冷晝?nèi)諗?shù)下降趨勢為-0.7 d/10年，整體波動大，線性吻合度低，整個時段呈低-高-低走勢，1967—1976年是冷晝?nèi)諗?shù)的極大值區(qū)。

2.2 各極端低溫指數(shù)的空間分布

從桂林市年極端最低溫度平均值的空間分布（圖2a）可以看出，其范圍為-4～-0.5℃，年極端最低溫度的高值區(qū)、低值區(qū)與年極端最高溫度一致，低值區(qū)溫度梯度大于高值區(qū)，龍勝-興安-灌陽有一呈西北-東南向的溫度梯度大值區(qū)，溫度梯度大值區(qū)以北的梯度大于以南的梯度，-1.5～1.0℃的溫度帶在桂林市區(qū)一帶向北延伸較大。形成這一空間分布的主要原因是地形，資源縣處于南嶺山脈桂林區(qū)最高處，往西南的山脈為背風坡，冷空氣南下受到南嶺山脈的阻擋，在資源縣一帶形成冷中心，冷空氣翻越南嶺后，強度明顯減弱，并有非絕熱加熱，出現(xiàn)低溫天氣概率明顯減小。從東北方向進入的冷空氣受到海洋山的阻擋，在海洋山北面的東北部形成一片冷區(qū)，冷空氣受到海洋山的阻擋迅速削弱，導致海洋山南面地區(qū)受冷空氣的影響明顯減弱，出現(xiàn)低溫天氣的概率明顯降低，因此形成了等溫線密集帶。荔浦縣、平樂縣、陽朔縣、永?？h、臨桂縣、桂林市區(qū)及附近區(qū)域地勢平坦，北面、西面、西南面被南嶺山脈包裹，東面有海洋山，形成盆地小氣候，不易出現(xiàn)低溫天氣，溫度分布較均衡。

桂林市極端最低溫度傾向率的空間分布（圖2b）變化范圍在0.26～0.46℃/10年，總體分布是東北、東南大，中部、西部小。東北部的極端最低溫度傾向率最大，南下冷空氣強度減弱，導致該地區(qū)受強冷空氣的影響減小，極端最低溫度上升明顯；西南部的極端最低溫度傾向率最小，原因是由于海洋山的阻擋作用，該地一直不易受冷空氣影響，且該地為南嶺山脈，人為活動帶來的影響小。

桂林市冷夜日數(shù)的傾向率空間分布（圖2c）的變化范圍在-3～-0.8 d/10年，大值區(qū)位于桂林市區(qū)-陽朔-平樂一帶，這與海拔高度的低值區(qū)相對應（圖2d），沿著大值區(qū)向兩旁減小，小值區(qū)位于海洋山東面和桂林西南面。

2.3 極端低溫天氣形勢分析

造成桂林極端低溫的主要天氣系統(tǒng)有阻塞高壓、切斷低壓、南支槽等[10]。分析500 hPa高度形勢場，可將影響桂林的極端低溫天氣系統(tǒng)分為阻塞高壓+橫槽轉豎型、兩槽一脊型、多波動槽脊型。

2.3.1 阻塞高壓+橫槽轉豎型 冷空氣醞釀期的500 hPa高度場天氣形勢（圖3a），阻塞高壓主體位于烏拉爾山，烏拉爾山附近受高壓脊控制，50°～100°E，45°～55°N，有一橫槽，南支槽位于50°～60°E，中低緯度多小槽波動。寒潮爆發(fā)期的500 hPa高度場天氣形勢（圖3b）阻塞高壓崩潰，橫槽轉豎，引導冷空氣南下，造成強降溫。副熱帶高壓呈東西帶狀，588線在15°～20°N擺動，阻擋冷空氣繼續(xù)南下，冷空氣在廣西境內(nèi)堆積，導致桂林持續(xù)長時間的低溫天氣。

2.3.2 兩槽一脊型 冷空氣醞釀期的500 hPa高度場天氣形勢（圖3c），60°E附近，30°～55°N以及120°～130°E，30°～50°N分別有一深槽。90°E附近，有一高壓脊從40°N延伸至北極，中低緯度較平直，多小槽波動。寒潮爆發(fā)期的500 hPa高度場天氣形勢（圖3d）兩槽加深，脊前的槽南伸至華南，高壓脊減弱東移，南支槽位于孟加拉灣。脊前的槽加深將高緯度的冷空氣引導南下至華南，南支槽將水汽帶入華南上空，與強冷空氣相遇，有利于低溫雨雪冰凍天氣形成。

2.3.3 多波動槽脊型 冷空氣醞釀期的500 hPa高度場天氣形勢（圖3e），中高緯地區(qū)有一槽位于貝加爾湖附近，中低緯度90°E沿海附近有一槽，中低緯度較平直，多小槽波動。寒潮爆發(fā)期的500 hPa高度場天氣形勢（圖3f），貝加爾湖附近槽東移至中國華北地區(qū)，中低緯度中國以西有多槽南北疊加，中國中東部中低緯地區(qū)較平直。中高緯度槽東移，引導冷空氣向東南方向移動，與中低緯度小槽疊加，進入華南地區(qū)，中低緯度槽將水汽帶入華南上空，與強冷空氣相遇，有利于低溫雨雪冰凍天氣形成。

3 小結

（1）桂林市年極端最低溫度上升趨勢明顯，這與全球氣候變暖的大背景保持一致。1957—1977年，大部分年份霜日超過5 d，1978年以后，只有一年霜日超過5 d。

（2）桂林市極端最低溫度的空間分布均呈自北向南增加的趨勢，北部增加趨勢明顯大于南部，最小值均位于資源縣，最大值均位于桂林東南部，在龍勝-興安-灌陽有一呈西北-東南向的溫度梯度大值區(qū)。

（3）桂林市極端高、低溫度傾向率的空間分布差異大，極端高溫傾向率在極端高溫低值區(qū)相對大，高值區(qū)相對??；極端低溫傾向率在東北部和東南部大，西部小。冷夜日數(shù)在桂林市區(qū)-陽朔-平樂一帶為大值區(qū)，其兩旁為小值區(qū)，與海拔高度分布相近。

（4）造成桂林市極端低溫的主要天氣系統(tǒng)有阻塞高壓、切斷低壓、南支槽和副熱帶高壓位置等。分析500 hPa高度形勢場，可將影響桂林的極端低溫天氣系統(tǒng)分為阻塞高壓+橫槽轉豎型、兩槽一脊型、多波動槽脊型。

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責任編輯：李楊