長(zhǎng)汀縣寒潮的時(shí)間分布特征及寒潮低溫預(yù)報(bào)指標(biāo)

鄒于琴 李春飛 鄧冬梅

(1.連城縣氣象局,福建 龍巖 366200； 2.長(zhǎng)汀縣氣象局,福建 龍巖 366300)

1 概述

寒潮是我國(guó)主要災(zāi)害性天氣之一，它帶來(lái)的大風(fēng)、降溫、雨雪等天氣，不但會(huì)對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成極大的危害，還會(huì)嚴(yán)重影響交通運(yùn)輸和通信設(shè)施的安全。福建省地處我國(guó)東南部，雖屬亞熱帶氣候區(qū)，但冬半年也常常受到北方冷空氣南下影響，在特定的環(huán)流形勢(shì)下，北方強(qiáng)冷空氣還會(huì)大舉南侵，造成一定的寒潮天氣。長(zhǎng)汀縣地處福建省西部山區(qū)，武夷山南麓，南與廣東近鄰，西與江西接壤，以丘陵地貌為主，冬季盛行偏北風(fēng)，同時(shí)處于龍巖市北部，與其他市縣相比，遭受寒潮危害最頻繁。隨著氣象業(yè)務(wù)的發(fā)展，氣象業(yè)務(wù)系統(tǒng)與技術(shù)的更新進(jìn)步，國(guó)內(nèi)氣象學(xué)者在寒潮方面的研究取得一定進(jìn)展，成果顯著。寒潮為大尺度天氣，目前在寒潮發(fā)生的概念模型和寒潮的天氣類(lèi)型上已有如下相關(guān)研究：?jiǎn)叹甑确治隽?001—2015年西安城區(qū)和6個(gè)區(qū)縣194個(gè)寒潮個(gè)例資料，將西安地區(qū)寒潮天氣進(jìn)行分型，利用天氣學(xué)原理和統(tǒng)計(jì)學(xué)方法從變溫的角度精細(xì)化寒潮預(yù)報(bào)指標(biāo)。周?chē)?guó)軍等分析黑龍江省的寒潮天氣類(lèi)型，從預(yù)報(bào)指標(biāo)和預(yù)報(bào)消空指標(biāo)來(lái)做寒潮天氣的預(yù)報(bào)。江曉南等選取1961—2011年福建省51個(gè)站點(diǎn)的最低溫度資料，利用小波分析、線(xiàn)性?xún)A向估計(jì)等方法分析福建寒潮的氣候特征，得出寒潮的年月分布、周期特征等,為寒潮預(yù)報(bào)提供幫助。福建省寒潮預(yù)報(bào)最常用的是對(duì)高度場(chǎng)作諧波分析，結(jié)合分析850hPa溫度格點(diǎn)值的降溫幅度和0℃線(xiàn)的位置；龍巖市也是從鋒區(qū)預(yù)報(bào)的角度，結(jié)合本地區(qū)的強(qiáng)回暖特征來(lái)預(yù)報(bào)寒潮天氣。本文主要從數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)來(lái)分析長(zhǎng)汀縣寒潮的時(shí)間分布特征，與相鄰縣市的溫度對(duì)比，得出低溫預(yù)報(bào)指標(biāo)，以期為本地寒潮預(yù)報(bào)提供一個(gè)簡(jiǎn)單易行的方法，進(jìn)一步為防災(zāi)減災(zāi)提供技術(shù)支撐。

2 資料和方法

通過(guò)人工挑選統(tǒng)計(jì)1956—2017年長(zhǎng)汀國(guó)家級(jí)自動(dòng)站的溫度資料，根據(jù)寒潮標(biāo)準(zhǔn)對(duì)長(zhǎng)汀的寒潮過(guò)程進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，制表分析時(shí)間分布特征，包括每年、每五年、每十年的變化趨勢(shì)，最早和最遲出現(xiàn)的日期，月分布(最多和最少發(fā)生月)，以及變化趨勢(shì)特征。選取寧化、瑞金及贛州三個(gè)站點(diǎn)，利用correl函數(shù)統(tǒng)計(jì)。統(tǒng)計(jì)函數(shù)correl(array1,array2),通過(guò)返回單元格區(qū)域 array1 和 array2 之間的相關(guān)系數(shù)，使用相關(guān)系數(shù)可以確定兩種屬性之間的關(guān)系。公式中的array1是指長(zhǎng)汀寒潮日的低溫，array2是指寧化、瑞金及贛州的低溫，相關(guān)系數(shù)的計(jì)算公式為：ρx,y=COV(X,Y)/σxσy,其中x是長(zhǎng)汀寒潮日低溫的平均值 AVERAGE(array1) ，y是寧化、瑞金及贛州的低溫平均值A(chǔ)VERAGE(array2)。對(duì)比近30年長(zhǎng)汀寒潮日的低溫與贛州、瑞金、寧化低溫的相關(guān)關(guān)系，歸納出長(zhǎng)汀縣寒潮低溫的預(yù)報(bào)指標(biāo)。將一次寒潮過(guò)程中達(dá)到寒潮標(biāo)準(zhǔn)的那一天定義為寒潮日。

3 1956—2017年長(zhǎng)汀寒潮時(shí)間分布特征和變化趨勢(shì)

3.1 長(zhǎng)汀寒潮的月、季分布特征

表1和表2分別為1956—2017年長(zhǎng)汀縣各月寒潮次數(shù)和各季節(jié)寒潮次數(shù)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果。由表1可見(jiàn)，長(zhǎng)汀的寒潮天氣一般出現(xiàn)在10 月到次年4 月,主要集中在11 月至次年3 月，出現(xiàn)最多的月份為12月(34次)，占26%；次多月份為1月(25次)，占19%；出現(xiàn)最少的月份為10月和4月(各3次)，占2%。12月，基礎(chǔ)氣溫高，冷空氣頻繁，所以次數(shù)最多；1月和2月冷空氣過(guò)程雖然也多，但是基礎(chǔ)氣溫低，相對(duì)12月來(lái)說(shuō)，寒潮次數(shù)會(huì)略少。由表2可見(jiàn)，從季節(jié)分布來(lái)看，冬季最多，春季和秋季次之，冬季寒潮占全年寒潮的63%。福建寒潮發(fā)生最多的月份是12月，其次是1月，發(fā)生的季節(jié)主要在冬季，其次在秋季。

表1 長(zhǎng)汀1956—2017年各月寒潮次數(shù)及其占比

表2 長(zhǎng)汀1956—2017年各季節(jié)寒潮次數(shù)及其占比

3.2 寒潮的年分布及年際變化

分析長(zhǎng)汀寒潮年際變化采用線(xiàn)性回歸方程來(lái)擬合，得出次數(shù)傾向率(正為增長(zhǎng)趨勢(shì)，負(fù)為減少趨勢(shì))。圖1～圖3為近62年長(zhǎng)汀寒潮每年、每五年、每十年的寒潮次數(shù)分布圖及變化曲線(xiàn)。

圖1 近61年長(zhǎng)汀寒潮的年分布

由圖1可見(jiàn)，近62年長(zhǎng)汀寒潮平均每年發(fā)生2.2次，有9年沒(méi)有寒潮過(guò)程，1956—2017年之間寒潮次數(shù)的傾向率為0.02次/年，從趨勢(shì)線(xiàn)上可以看出，長(zhǎng)汀縣的寒潮次數(shù)逐年呈現(xiàn)增多。其中1993年發(fā)生了5次寒潮過(guò)程，寒潮發(fā)生次數(shù)的變化趨勢(shì)小，以1～4次每年為主。從福建寒潮的統(tǒng)計(jì)資料可知，福建寒潮的地區(qū)差異十分顯著，呈西北向東南方向遞減，年均次數(shù)0～5次，每年不等，從福建寒潮的異常年份也可以看出，1993年也是全省寒潮異常偏多的年份。西多、東少是福建寒潮的特征，長(zhǎng)汀地處福建省西部山區(qū)，地理位置上又相對(duì)偏南一些，長(zhǎng)汀寒潮的年均次數(shù)也表現(xiàn)了這一點(diǎn)。而福建省還涵蓋了南部沿海寒潮年均次數(shù)為0的地區(qū)和冷空氣首先入境、寒潮年均次數(shù)較多的北部地區(qū)。

從長(zhǎng)汀寒潮每五年(圖2)和每十年的分布圖(圖3)可以看出，1955—2017年之間寒潮次數(shù)的傾向率分別為0.25次/5年、2.2次/10年。1956—1965年寒潮次數(shù)緩慢上升，1966—1985年間寒潮次數(shù)呈下降趨勢(shì)，1985年后寒潮次數(shù)呈上升趨勢(shì)，1990—2010年間寒潮次數(shù)較為穩(wěn)定，2010年后寒潮次數(shù)緩慢下降，但62年里總體是緩慢上升的。20世紀(jì)80年代以來(lái)，福建省寒潮次數(shù)有減少趨勢(shì)，但長(zhǎng)汀寒潮次數(shù)在90年代后有所回升且相對(duì)較穩(wěn)定。

圖2 近61年長(zhǎng)汀寒潮的每五年分布

圖3 近61年長(zhǎng)汀寒潮的每十年分布

4 寒潮低溫預(yù)報(bào)指標(biāo)

參照“龍巖市寒潮天氣氣候特征及預(yù)報(bào)著眼點(diǎn)分析”課題研究結(jié)論：“龍巖緯度偏南，因此冷空氣的路徑僅考慮進(jìn)入我國(guó)以后的路徑。以河套地區(qū)為界，主要分為西路、中路，以中路為主，東路冷空氣一般不易達(dá)到寒潮降溫標(biāo)準(zhǔn)。中路冷空氣經(jīng)蒙古進(jìn)入我國(guó)河套地區(qū)后南下，再經(jīng)湘贛影響福建，對(duì)福建表現(xiàn)為西路徑?！遍L(zhǎng)汀地屬福建省西部，龍巖市北部，寧化、瑞金和贛州處長(zhǎng)汀的西北部(或北部)方向，考慮冷空氣的路徑方向及地理位置的影響，選用了寧化、瑞金及贛州三個(gè)站點(diǎn)作相關(guān)性分析。統(tǒng)計(jì)對(duì)比近30年長(zhǎng)汀寒潮日的低溫與贛州、瑞金、寧化的低溫的相關(guān)關(guān)系，歸納出長(zhǎng)汀縣寒潮低溫的預(yù)報(bào)指標(biāo)。

從實(shí)際運(yùn)用、預(yù)報(bào)角度考慮，作長(zhǎng)汀寒潮日與指標(biāo)站點(diǎn)的超前相關(guān)分析。利用correl函數(shù)，計(jì)算長(zhǎng)汀寒潮日的低溫與寧化站、瑞金站、贛州站前一日日低溫的相關(guān)系數(shù)。

表3為長(zhǎng)汀寒潮日的低溫與寧化站、瑞金站、贛州站的低溫的超前相關(guān)系數(shù)，表4為2017年12月4～9日這次寒潮過(guò)程長(zhǎng)汀寒潮日及前一日低溫與寧化站、瑞金站、贛州站溫度的對(duì)比。從表3可以看出，長(zhǎng)汀寒潮日的日低溫與寧化、瑞金、贛州的前一日日低溫之間是正相關(guān)，且T寧化前≥T瑞金前≥T贛州前，考慮到指標(biāo)站點(diǎn)的溫度和冷空氣路徑的影響，選用瑞金站點(diǎn)為溫度預(yù)報(bào)的指標(biāo)站點(diǎn)。即作長(zhǎng)汀站寒潮日日低溫與瑞金站前一日日低溫的超前相關(guān)關(guān)系。

表3 長(zhǎng)汀寒潮日的低溫與寧化站、瑞金站、贛州站超前相關(guān)系數(shù)

表4 2017年12月4日-9日長(zhǎng)汀寒潮過(guò)程臨近站點(diǎn)的溫度

設(shè)TD汀、TD瑞、ΔT前分別為長(zhǎng)汀的日低溫、瑞金前一日的日低溫和低溫差值，作長(zhǎng)汀和瑞金的低溫差值可得：TD汀=T前D瑞+ΔT前。設(shè)ΔT24、ΔT48、ΔT過(guò)程分別為長(zhǎng)汀未來(lái)24小時(shí)、48小時(shí)及過(guò)程(0～120h)的降溫幅度。

當(dāng)ΔT24≥8℃，-11℃≤ΔT前≤-8℃，TD汀≤4℃時(shí)，即4℃-T前D瑞≤-8℃，4℃- T前D瑞≥-11℃，得出12℃≤T前D瑞≤15℃；

當(dāng)ΔT48≥10℃，-8℃≤ΔT前≤-3℃，TD汀≤4℃時(shí)，即4℃-T前D瑞≤-3℃，4℃- T前D瑞≥-8℃，得出7℃≤T前D瑞≤12℃；

當(dāng)ΔT過(guò)程≥12℃，-5℃≤ΔT前≤-1℃，TD汀≤4℃時(shí)，即4℃-T前D瑞≤-1℃，4℃- T前D瑞≥-5℃，得出5℃≤T前D瑞≤9℃。

考慮冷空氣的路徑影響，長(zhǎng)汀多受中路冷空氣影響，經(jīng)蒙古進(jìn)入我國(guó)河套地區(qū)而后南下，再經(jīng)湘贛影響福建。所以可以得出：當(dāng)預(yù)報(bào)ΔT24≥8℃， 12℃≤T前D瑞≤15℃時(shí)；或預(yù)報(bào)ΔT48≥10℃， 7℃≤T前D瑞≤12℃時(shí)；或預(yù)報(bào)ΔT過(guò)程≥12℃， 5℃≤T前D瑞≤9℃時(shí)，長(zhǎng)汀站易達(dá)到寒潮天氣標(biāo)準(zhǔn)。從表4可以看出，當(dāng)長(zhǎng)汀達(dá)到寒潮時(shí)，ΔT過(guò)程≥12℃，寧化站和瑞金站前一日的低溫均≤9℃。

預(yù)報(bào)指標(biāo)個(gè)例應(yīng)用：2018年12月26-30日，受冷空氣影響，預(yù)報(bào)此次過(guò)程降溫幅度可達(dá)到寒潮的低溫降溫幅度標(biāo)準(zhǔn)。實(shí)況是長(zhǎng)汀站26日、30日的日最低氣溫分別是13.9℃和0.6℃，過(guò)程降溫幅度13.3℃，長(zhǎng)汀站30日達(dá)到寒潮標(biāo)準(zhǔn)，指標(biāo)站點(diǎn)瑞金站29日的日低溫為2.6℃。2.6℃≤9℃，與本文所得結(jié)論相同。

5 結(jié)論和討論

本文通過(guò)統(tǒng)計(jì)長(zhǎng)汀站和長(zhǎng)汀區(qū)域自動(dòng)站的溫度數(shù)據(jù)，同時(shí)對(duì)比長(zhǎng)汀站的低溫與贛州、瑞金、寧化低溫的相關(guān)關(guān)系，得出以下結(jié)論：

(1)近62年長(zhǎng)汀寒潮平均每年發(fā)生2.2次，有9年沒(méi)有寒潮過(guò)程，其中1993年發(fā)生了5次寒潮過(guò)程，寒潮發(fā)生次數(shù)的變化趨勢(shì)小，以每年1～4次為主。

(2)當(dāng)ΔT24≥8℃， 12℃≤T前D瑞≤15℃時(shí)，或ΔT48≥10℃， 7℃≤T前D瑞≤12℃時(shí)，或ΔT過(guò)程≥12℃， 5℃≤T前D瑞≤9℃時(shí)，長(zhǎng)汀站易達(dá)到寒潮天氣標(biāo)準(zhǔn)。這個(gè)結(jié)論為縣氣象局的寒潮低溫訂正預(yù)報(bào)提供了思路。

綜上所述，長(zhǎng)汀寒潮與冷空氣的強(qiáng)度及基礎(chǔ)氣溫相關(guān)，冷空氣強(qiáng)度越強(qiáng)，基礎(chǔ)氣溫越高，越容易達(dá)到寒潮標(biāo)準(zhǔn)；5℃≤T前D瑞≤15℃，長(zhǎng)汀站易達(dá)到寒潮標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)于其他臺(tái)站的寒潮天氣，同樣可以作溫度的超前相關(guān)關(guān)系，用指標(biāo)站前一日的日低溫來(lái)預(yù)報(bào)某站點(diǎn)寒潮日的低溫。