1980～2017年四川盆地寒潮及其氣溫變化特征

肖紅茹，龍柯吉，伍 清，蔣興文

(1.中國氣象局成都高原氣象研究所/高原與盆地暴雨旱澇災害四川省重點實驗室，成都 610072；2.四川省氣象臺，成都 610072)

引言

IPCC第5次評估報告指出，1951～2012年的過去60年全球平均氣溫上升0.72℃(0.49～0.89℃)[1]；2000年代初，有學者研究也發(fā)現(xiàn)中國的氣溫出現(xiàn)了明顯的升高趨勢[2]；后來，武麗梅等[3]的研究發(fā)現(xiàn)，中國大陸極端氣溫整體呈增溫趨勢。在全球變暖的大背景下，極端天氣氣候事件的變化引起了國內(nèi)外學者的廣泛關(guān)注，IPCC第3、4次報告[4-5]對極端天氣氣候事件做了明確的定義：對一特定地點和時間，極端天氣事件就是發(fā)生概率極小的事件，通常發(fā)生概率只占該類天氣現(xiàn)象的10%或者更低。極端天氣氣候事件的加劇會給社會、經(jīng)濟和人民生活帶來嚴重影響和損失。寒潮天氣就是一種極端的降溫天氣事件，是影響我國冬半年的主要災害性天氣。四川盆地西靠青藏高原，北有大巴山并緊鄰秦嶺山脈，南下冷空氣受到地形阻擋，其路徑和強度常常會被改變，冷空氣入侵盆地造成的寒潮天氣過程不僅遠沒有北方多，與同緯度的長江中下游地區(qū)比較也要少很多，但另一方面，正是由于四面環(huán)山的特殊地形條件，冷空氣入侵四川盆地后容易形成堆積，過程降溫強度并不比北方和長江中下游地區(qū)弱，且持續(xù)影響時間更長，當有高原槽和南支槽配合時，在春季容易形成持續(xù)的低溫陰雨天氣，在冬季則容易形成持續(xù)的低溫冰凍災害天氣。在氣候變暖背景下，關(guān)注寒潮天氣的變化特征，做好寒潮天氣預警預報服務，防范其危害有相當?shù)默F(xiàn)實意義。

作為最主要的極端低溫事件，寒潮的研究受到廣大氣象學者的重視，李憲之[6]早在1955年就將我國寒潮劃分為三類；隨后，陶詩言[7]劃分了影響我國的寒潮路徑；后來，丁一匯等[8]和張培忠等[9]的進一步研究證實，侵襲中國的寒潮源地主要有三個：一是新地島以西的北冰洋洋面；二是新地島以東的北冰洋洋面；三是冰島以南的大西洋洋面。隨著氣候變暖，統(tǒng)計分析表明中國各類寒潮的發(fā)生頻次呈減少趨勢，且強度有所減弱[10-15]。王遵婭等[16]和錢維宏等[17]均對我國寒潮時空變化及其影響因素進行了詳細分析，前者認為西伯利亞高壓和冬季風強度的減弱是寒潮頻次減少的可能原因，后者則指出我國寒潮和極端寒潮事件普遍減少，且降溫頻次的減少在一定程度上導致了冬季最低氣溫平均值升高，形成持續(xù)的暖冬。我國幅員遼闊，寒潮頻次和強度區(qū)域間差異也會存在顯著不同，周長春等[18]對1951～2009年間四川盆地區(qū)域寒潮的統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn)，盆地寒潮的頻數(shù)并沒有顯著的減少，可見四川盆地寒潮具有獨特的區(qū)域性。目前針對四川盆地寒潮的研究中主要為個例成因分析[19-22]及寒潮時空分布特征統(tǒng)計[18]，對寒潮天氣過程中氣溫的變化特征缺乏分析，而寒潮天氣中最高、最低氣溫的變化直接影響人們的生活和健康，有必要對其進行詳細分析，掌握盆地寒潮過程中氣溫變化的特點，可提高寒潮天氣過程的基本規(guī)律認識，以期對提高寒潮過程要素預報準確率及災害防御能力提供技術(shù)支持。本文將利用“中國地面氣候資料日值數(shù)據(jù)集(V3.0)”中的地面氣溫資料，對1980～2017年38年中四川盆地寒潮的頻數(shù)、強度和氣溫變化趨勢特征進行詳細分析。

1 資料和方法

本文使用的資料來源于“中國地面氣候資料日值數(shù)據(jù)集(V3.0)”，1980～2017年盆地15個國家基準站的地面日平均氣溫、日最高氣溫和日最低氣溫資料。

按照中華人民共和國國家標準寒潮等級(GB/T 21987-2017)中的規(guī)定，單站寒潮標準：使某地的日最低氣溫24h內(nèi)降溫幅度≥8℃，或48h內(nèi)降溫幅度≥10℃，或72h內(nèi)降溫幅度≥12℃，且使該地日最低氣溫≤4℃的冷空氣活動；單站強寒潮標準：使某地的日最低氣溫24h內(nèi)降溫幅度≥10℃，或48h內(nèi)降溫幅度≥12℃，或72h內(nèi)降溫幅度≥14℃，且使該地日最低氣溫≤2℃的冷空氣活動；單站特強寒潮標準：使某地的日最低氣溫24h內(nèi)降溫幅度≥12℃，或48h內(nèi)降溫幅度≥14℃，或72h內(nèi)降溫幅度≥16℃，且使該地日最低氣溫≤0℃的冷空氣活動。

由于四川盆地特殊的自然地理環(huán)境，采用寒潮國家標準不能很好開展預警、預報服務工作，因此，本文寒潮的標準按照四川盆地寒潮等級單站劃分標準：3～4月和10～11月(春、秋季)，72h內(nèi)日平均氣溫持續(xù)下降≥8.0℃；12～2月(冬季)，72h內(nèi)日平均氣溫持續(xù)下降≥6℃，即定為寒潮天氣。3～4月和10～11月，72h內(nèi)日平均氣溫持續(xù)下降≥9.0℃；12～2月，72h內(nèi)日平均氣溫持續(xù)下降≥7℃，即定為強寒潮天氣。3～4月和10～11月，72h內(nèi)日平均氣溫持續(xù)下降≥10.0℃；12～2月，72h內(nèi)日平均氣溫持續(xù)下降≥8℃，即定為超強寒潮天氣。區(qū)域寒潮是指一次寒潮過程中，盆地內(nèi)15個國家基準站(溫江、都江堰、綿陽、平武、遂寧、雅安、樂山、內(nèi)江、宜賓、瀘州、南充、閬中、巴中、達州、萬源，其空間分布如圖1)中，有8站及以上達到單站寒潮天氣標準，即定為四川盆地一次區(qū)域寒潮[23]。數(shù)據(jù)集中平武和內(nèi)江2站資料缺失，因此本文中以盆地其余13個國家基準站點資料來做統(tǒng)計分析，有7站及以上達到單站寒潮天氣標準，即定為四川盆地一次區(qū)域寒潮。

2 四川盆地寒潮特征

圖2是1980～2017年四川盆地出現(xiàn)降溫事件的站點72h內(nèi)日平均氣溫持續(xù)下降幅度，可以看到大部分站點(25%分位以上)24h的降溫都在2℃以內(nèi)，48～72h累計降溫幅度3℃左右，極端降溫事件的下降幅度分別是：24h為3.1～17.3℃，普遍不超過6.8℃；48小時為4.6～19.5℃，普遍不超過9.3℃；72h為5.4～22.4℃，普遍不超過10.3℃。因此，現(xiàn)有四川盆地寒潮天氣業(yè)務標準(72h內(nèi)日平均氣溫持續(xù)下降超過6℃)能夠較好地反映盆地降溫事件的極端性。

按照四川盆地寒潮標準進行普查，38年里共發(fā)生77次區(qū)域性寒潮天氣過程，年平均次數(shù)為2.03次，其中1987年、1994年、1999年、2010年和2016年為多發(fā)年份，分別都發(fā)生了4次，1981年、1983年、1984年和1995年為特少年份，均沒有出現(xiàn)過區(qū)域寒潮。從77次寒潮天氣過程的年頻次分布圖上(圖3a)也可以看到，盆地出現(xiàn)區(qū)域寒潮天氣過程的年際較大，20世紀80年代至90年代中期的16年間，有4年為0次，有5年為3～4次，年平均次數(shù)為1.75次，20世紀90年代中后期到21世紀10年代，每年都有區(qū)域寒潮發(fā)生，年平均次數(shù)為2.23次，22年中有16年每年都有2次及以上區(qū)域寒潮發(fā)生，其中2000～2008年盆地區(qū)域寒潮頻發(fā)，且年分布較均勻，都在2～3次。從整體分布的趨勢來看，從20世紀80年代以來，四川盆地區(qū)域寒潮天氣過程頻次表現(xiàn)為增加的趨勢，增速為0.18次/10a，但未通過顯著性檢驗。

圖3b是1980～2017年四川盆地寒潮天氣過程平均強度的年際變化，可以看出，38年中四川盆地區(qū)域寒潮強度呈現(xiàn)增強的趨勢，增速為1.14℃/10a，通過0.5的顯著性水平檢驗。但分季節(jié)來看(圖4)，春秋季寒潮強度表現(xiàn)為明顯的增強，增速為1.52℃/10a，通過0.5的顯著性水平檢驗，而冬季寒潮強度的增強趨勢不顯著，增速為0.19℃/10a。這種季節(jié)差異可能與四川盆地春、秋季寒潮天氣過程前期升溫顯著，導致氣溫距平明顯偏高有關(guān)。

綜上可知，1980～2017年四川盆地區(qū)域寒潮發(fā)生頻次呈不顯著的增加趨勢，平均強度表現(xiàn)為顯著的增強趨勢，在季節(jié)上表現(xiàn)為春、秋季顯著增強，冬季寒潮強度變化不明顯。

3 寒潮過程氣溫變化特征分析

寒潮天氣過程中，日平均氣溫和日最高、最低氣溫均會出現(xiàn)明顯下降，本文按春、秋季和冬季來對這77次區(qū)域寒潮天氣過程氣溫變化特征進行分析。

3.1 平均氣溫變化特征

寒潮過程發(fā)生前一般都會有個增溫過程，增溫越強越有利于降溫，圖5是四川盆地區(qū)域寒潮發(fā)生前代表站點的溫度距平，可以看到，只有1%左右的站點溫度距平是<0℃，這是因為盆地北部個別站點會提前出現(xiàn)降溫，絕大部分站點氣溫對比歷史同期都是偏高的，春、秋季寒潮普遍偏高3～8℃，50%的站點偏高5℃以上，且集中在5～7.8℃，冬季寒潮普遍偏高2～7℃，50%的站點偏高可達4℃以上，且集中在3.8～6.7℃，春、秋季寒潮過程前增溫要比冬季強，最強可達2.7℃。

從1980～2017年間四川盆地區(qū)域寒潮天氣過程中日平均氣溫持續(xù)變化的幅度可以看出(圖6)，24h內(nèi)大部分站點降溫幅度：春、秋季<6℃，冬季<4℃，只有個別站點降溫幅度能達到寒潮標準，48h內(nèi)有1/4的站點持續(xù)降溫幅度可以達到寒潮標準，大部分站點都在持續(xù)降溫72h后達到寒潮標準，春、秋季寒潮在48h內(nèi)就有10%的站點持續(xù)降溫幅度達到超強寒潮標準(累計降幅超過10℃)，72h內(nèi)有25%的站點持續(xù)降溫幅度達到超強寒潮標準，而冬季寒潮能達到超強寒潮標準的站點數(shù)較少，春、秋季寒潮最強降溫幅度比冬季寒潮一般高3～4℃，這和春、秋季寒潮過程前溫度距平異常偏高有關(guān)，導致春、秋季降溫明顯要比冬季劇烈。

3.2 最高氣溫變化特征

圖7是1980～2017年盆地寒潮天氣過程中平均最高氣溫的年際分布，春秋季寒潮天氣過程的28個年份中，平均最高氣溫值普遍在21～26℃，最高出現(xiàn)在2011年，為30.1℃，最低出現(xiàn)在2003年，為18.4℃，氣溫波幅不大，整體表現(xiàn)為弱的增溫趨勢，增幅為0.43℃/10a，未通過信度檢驗；冬季寒潮天氣過程的21個年份中，平均最高氣溫值普遍在11～16℃，最高出現(xiàn)在2009年，為20.4℃，最低出現(xiàn)在1991年，為6.7℃，氣溫也表現(xiàn)為增溫趨勢，增幅為1.07℃/10a，但未通過信度檢驗?？偟膩碚f，四川盆地區(qū)域寒潮天氣過程中平均最高氣溫表現(xiàn)為緩慢的增溫趨勢，而且冬季寒潮最高氣溫增溫趨勢比春秋季顯著。

圖8是近38年中盆地區(qū)域寒潮天氣過程中站點最高氣溫持續(xù)變化幅度，從圖中可以看到，24h內(nèi)約90%的站點最高氣溫會出現(xiàn)不同程度的下降，下降的幅度普遍在2～6℃，春秋季最高氣溫可出現(xiàn)8.9℃的極端降幅，冬季極端降幅可達6.7℃；48h內(nèi)幾乎99%的站點最高氣溫都出現(xiàn)下降，春秋季有近50%的站點降幅>7℃，冬季有超過50%的站點降幅>5℃；72h內(nèi)持續(xù)降溫幅度：春秋季寒潮大部分站點為8～20℃，極端值為24.9℃，冬季寒潮大部分站點為5～14℃，極端值為16.8℃，春秋季寒潮的累計降幅要明顯比冬季大，差異普遍可達3～5℃，極端可達8℃。

3.3 最低氣溫變化特征

1980～2017年盆地區(qū)域寒潮天氣過程中平均最低氣溫的年際分布特征(圖9)表現(xiàn)為：春、秋季寒潮過程中平均最低氣溫基本都在4℃以上，普遍在6～12℃，最高值出現(xiàn)在2000年，為13.4℃，最低值出現(xiàn)在1998年，為3.8℃，整體呈現(xiàn)為弱的增溫趨勢，增幅為0.24℃/10a，未通過信度檢驗；冬季寒潮過程中平均最低氣溫普遍在1～4℃，其中2009年出現(xiàn)了最高值，為8.7℃，1991年出現(xiàn)一個極端最低值，為-2.1℃，整體呈現(xiàn)為增溫趨勢，增幅為0.8℃/10a，未通過信度檢驗?？偟膩碚f，四川盆地區(qū)域寒潮天氣過程中平均最低氣溫表現(xiàn)為增溫趨勢，且冬季比春秋季升溫趨勢顯著。

圖10(a、b)是1980～2017年盆地區(qū)域寒潮天氣過程中日最低氣溫持續(xù)下降的情況，可以看到，24h內(nèi)，只有10%的站點最低氣溫降幅超過5℃，且有接近50%的站點最低氣溫不降反升，表明四川盆地寒潮天氣過程開始初期最低氣溫下降不明顯，而主要表現(xiàn)為最高氣溫的下降；48小時內(nèi)大部分站點最低氣溫均出現(xiàn)下降，且降幅明顯增大，但普遍降溫幅度不超過10℃；72h內(nèi)的持續(xù)降溫幅度：春秋季寒潮75%分位為5.8℃，≥12℃僅占1%左右，大部分站點為5～12℃，極端值為15.8℃，冬季寒潮75%分位為4.8℃，≥12℃不足1%，大部分站點為5～11℃，極端值為13.9℃，春秋季寒潮最低氣溫降幅仍然比冬季的強，但強度差在2℃內(nèi)。冷空氣影響后，盆地最低氣溫值：春秋季80%的站點>4℃，冬季有約70%的站點≤4℃，僅有不足1/4的站點<0℃(圖10c)。對比寒潮等級國標(單站日最低氣溫24h內(nèi)降溫幅度≥8℃，或48h內(nèi)降溫幅度≥10℃，或72h內(nèi)降溫幅度≥12℃，而且日最低氣溫≤4℃，則該站達寒潮標準)，盆地大多數(shù)站點日最低氣溫持續(xù)降幅及日最低氣溫值都達不到國標值，采用寒潮等級國標不能較好地反映盆地極端降溫事件。

4 結(jié)論

1980～2017年四川盆地區(qū)域寒潮頻次表現(xiàn)為增加趨勢，增幅為0.18次/10a，但不顯著；寒潮強度呈現(xiàn)為增強趨勢，增速為1.14℃/10a，通過0.5的顯著性水平檢驗。春秋季寒潮的降溫要比冬季寒潮劇烈，且年際特征上春秋季寒潮強度有顯著增強的趨勢，冬季寒潮強度增強趨勢不顯著，這可能和春秋季寒潮降溫前氣溫距平異常偏高有關(guān)系。

四川盆地區(qū)域寒潮天氣過程中24h內(nèi)主要表現(xiàn)為日最高氣溫的下降，日最低氣溫普遍下降不明顯，近50%的站點還會上升，48h內(nèi)日最低氣溫才會出現(xiàn)明顯下降。72h內(nèi)日最高氣溫累計降幅春秋季要明顯比冬季大，春秋季大部分站點降幅為8～20℃，極端值為24.9℃，冬季大部分站點降幅為5～14℃，極端值為16.8℃，而日最低氣溫的累計降幅，春秋季和冬季差異不大，大部分站點降幅分別為5～12℃和5～11℃。38年中盆地平均最高氣溫和最低氣溫均表現(xiàn)為弱的升溫趨勢，且冬季比春秋季升溫顯著。

冷空氣入侵四川盆地后是一個持續(xù)影響的過程，造成寒潮天氣過程的累計降溫幅度較大，且存在春秋季降幅要明顯大于冬季的特點，72h內(nèi)日平均氣溫持續(xù)下降幅度：春秋季普遍>8℃，冬季普遍>6℃；最低氣溫持續(xù)下降幅度：春秋季普遍在6～10℃，冬季普遍在5～8℃，且日最低氣溫多數(shù)>4℃，大多數(shù)站點日最低氣溫降幅和日最低氣溫值不能同時達到寒潮國標，因此，采用寒潮等級國標(GB/T 21987-2017)不能較好地反映四川盆地極端降溫事件。