我國寒冷天氣等級分布特征

(黑龍江省氣象臺，黑龍江哈爾濱 150030)

1 引言

冬季低溫寒冷是我國北方地區(qū)的典型天氣特征，氣候變暖背景下的極端低溫天氣氣候事件發(fā)生頻率也急劇上升，由此給人類社會帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。中國學(xué)者對全國范圍內(nèi)的極端低溫做了許多相關(guān)研究，如王岱[1]、王翠花[2]等對極端氣溫的空間變化進(jìn)行了分區(qū)劃分，付冬雪[3]、劉雅星[4]、趙軍[5]等對冬季極端低溫時(shí)空變化特征進(jìn)行分析，周秀杰[6]、朱紅蕊[7]等對近幾十年來黑龍江省與東北及全國氣溫變化特點(diǎn)分析。這些研究均表明不同地區(qū)極端氣溫的差異較大，有些地方極端氣溫或極端氣溫指數(shù)的變化在近些年呈升高趨勢，而一些地方呈下降趨勢，并且在同一地區(qū)的不同地方極端氣溫的變幅度也不同。

盡管眾多學(xué)者[8-12]對中國地區(qū)極端氣溫、極端氣候事件進(jìn)行了大量研究，但都沒有對全國范圍的各地寒冷程度進(jìn)行客觀劃分和討論。本文利用以2018年9 月發(fā)布的地方標(biāo)準(zhǔn) 《寒冷天氣等級》(DB23T 2170-2018)[13]中的分項(xiàng)評估指標(biāo)計(jì)算方法為基礎(chǔ)，進(jìn)行取值訂正，討論《寒冷天氣等級》劃分方法在全國范圍的適用情況。

2 全國氣溫分布特征分析

2.1 資料

利用國家氣象信息中心的1981-2010 年30 a 中國地面氣候標(biāo)準(zhǔn)值數(shù)據(jù)集資料，對全國2089 個(gè)站點(diǎn)氣溫資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、對比分析。

2.2 全國入冬、入春時(shí)間分布特征

按氣象學(xué)定義，連續(xù)5 d 日平均氣溫低于10 ℃，就算進(jìn)入冬天，第1 天即為入冬之日。入春標(biāo)準(zhǔn)是連續(xù)5 d 日均氣溫超過10 ℃（圖略）。我國青藏高原大部、東北地區(qū)北部入冬早、入春晚，冬季持續(xù)時(shí)間長。

2.3 全國極端最低氣溫分布特征

圖1 30 a 全國極端最低氣溫分布圖（℃）

30 a 全國極端最低氣溫由北到南氣溫逐漸升高，南北梯度大，低于-40 ℃區(qū)域主要在黑龍江中北部、內(nèi)蒙古東北部、吉林中東部、新疆北部及位于青藏高原東部的西藏東部和青海地區(qū)，長江流域及以南地區(qū)則高于-10 ℃(圖1)。

30 a 極端最低氣溫排序（表略），極端最低氣溫最低值-49.6 ℃出現(xiàn)在內(nèi)蒙古圖里河，前30 位中黑龍江省有12 站、內(nèi)蒙古9 站、吉林4 站、新疆2 站、西藏1 站，青海1 站、遼寧1 站，前100 位中黑龍江省有40 站、內(nèi)蒙古21 站、吉林19 站、新疆12 站、西藏1 站，青海5 站、遼寧1 站、河北1 站，黑龍江省極端最低氣溫站數(shù)所占比重為最大。

2.3.1 全國日最低氣溫≤-15.0 ℃平均日數(shù)分布特征

30 a 全國日最低氣溫≤-15.0 ℃的平均日數(shù)分布南北方差別較明顯。以秦嶺-淮河為分界線，>80 d區(qū)域主要集中在黑龍江、內(nèi)蒙古東部、青海、新疆北部，其中內(nèi)蒙古東北部、黑龍江西北部和青藏高原東部地區(qū)甚至超過120 d，而南方每年日最低氣溫≤-15.0 ℃平均日數(shù)不足1 d（圖2）。

圖2 30 a 全國日最低氣溫≤-15.0 ℃平均日數(shù)分布圖（d）

30 a 日最低氣溫≤-15.0 ℃平均日數(shù)排序，第1位為內(nèi)蒙古圖里河達(dá)152 d，黑龍江呼中站為148 d，排在第二位，與第一位僅差4 d。前30 位分布在黑龍江、內(nèi)蒙古、青海、新疆四省，其中內(nèi)蒙古13 站、黑龍江12 站、青海4 站、新疆1 站，主要集中在內(nèi)蒙古東北部和黑龍江省西北部地區(qū)。

2.3.2 全國日最低氣溫≤-30.0 ℃的平均日數(shù)分布特征

30 a 全國日最低氣溫≤-30.0 ℃平均日數(shù)分布圖顯示（圖3），只有東部地區(qū)、青藏高原、新疆北部出現(xiàn)日最低氣溫≤-30.0 ℃的寒冷天氣，黑龍江西北部、內(nèi)蒙古東北部甚至超過80 d，接近三個(gè)月之久，為全國日最低氣溫≤-30.0 ℃平均日數(shù)持續(xù)時(shí)間最長的地區(qū)。

圖3 30a 全國日最低氣溫取-30.0 ℃平均日數(shù)分布圖（d）

30 a 日最低氣溫≤-30.0 ℃平均日數(shù)排序，第1位仍為內(nèi)蒙古圖里河達(dá)82.7 d，黑龍江呼中站以82.4 d 位居第二，與圖里河相差無幾。前30 位仍主要集中在黑龍江、內(nèi)蒙古、青海、新疆四省，其中黑龍江16站、內(nèi)蒙古11 站、青海1 站、新疆2 站。

2.3.3 全國日最低氣溫≤-40.0 ℃的平均日數(shù)分布特征

30 a 全國日最低氣溫≤-40.0 ℃平均日數(shù)僅出現(xiàn)在東北地區(qū)北部、新疆北部、青海南部、西藏北部。黑龍江呼中、內(nèi)蒙古圖里河超過10 d(圖4)。

圖4 全國30 a 日最低氣溫取-40.0 ℃平均日數(shù)分布圖（d）

30 a 日最低氣溫≤-40.0 ℃平均日數(shù)排序，第1位為黑龍江呼中平均出現(xiàn)13.5 d。日最低氣溫≤-40.0 ℃平均日數(shù)在0.5 d 以上的前25 位仍主要集中在黑龍江、內(nèi)蒙古、新疆，其中黑龍江11 站、內(nèi)蒙古8站、新疆3 站、青海1 站、西藏1 站、吉林1 站。

3 寒冷天氣等級劃分方法在全國范圍適用研究

3.1 計(jì)算方法

以地方標(biāo)準(zhǔn)《寒冷天氣等級》[13]中的分項(xiàng)評估指標(biāo)計(jì)算方法為基礎(chǔ),對其中Tij變量進(jìn)行取值訂正，Tij分別取10.0 ℃、0.0 ℃、-2.0 ℃、-5.0 ℃、-10.0 ℃、-15.0 ℃、-20.0 ℃、-25.0 ℃、-30.0 ℃、-35.0 ℃，Tij為30 a 日平均最低氣溫值，單位為攝氏度（℃），對全國2089 個(gè)站點(diǎn)進(jìn)行寒冷天氣等級劃分。寒冷強(qiáng)度指標(biāo)Item、持續(xù)時(shí)間指標(biāo)Ilas、覆蓋范圍指標(biāo)Icov仍按其公式計(jì)算，則得到寒冷天氣的綜合評估指標(biāo)Icold，Icold值越大則表示該站點(diǎn)寒冷天氣強(qiáng)度強(qiáng)。

3.2 日平均最低氣溫取-15.0 ℃時(shí)寒冷天氣綜合評估指標(biāo)計(jì)算

30 a 全國日平均最低氣溫取-15.0 ℃寒冷天氣綜合評估指標(biāo)分布（圖5）顯示，從黃河中下游到川西高原為分界線，南部地區(qū)未出現(xiàn)滿足要求的寒冷程度，北部寒冷程度梯度大，Icold>2.0 范圍主要在黑龍江西北、內(nèi)蒙古東北、青海西南部、新疆北部。

圖5 全國30 a 日平均最低氣溫≤-15.0 ℃寒冷天氣綜合評估指標(biāo)分布

表1 日平均最低氣溫取-15.0 ℃寒冷天氣綜合評估指標(biāo)（≥2.0）

3.3 日平均最低氣溫取-20.0 ℃時(shí)寒冷天氣綜合評估指標(biāo)計(jì)算

30 a 全國日平均最低氣溫取-20.0 ℃寒冷天氣綜合評估指標(biāo)分布（圖6）顯示，該級別的寒冷天氣主要出現(xiàn)在東北地區(qū)大部、新疆、青海、西藏。

圖6 30 a 全國日平均最低氣溫取-20.0 ℃寒冷天氣綜合評估指標(biāo)分布圖

表2 滿足日平均最低氣溫取-20.0 ℃寒冷天氣綜合評估指標(biāo)條件的站次對比

3.4 日平均最低氣溫取-30.0 ℃時(shí)寒冷天氣綜合評估指標(biāo)計(jì)算

全國30 a 日平均最低氣溫取-30.0 ℃寒冷天氣綜合評估指標(biāo)分布（圖7）顯示，該級別的寒冷天氣主要出現(xiàn)在東北地區(qū)北部、新疆。

圖7 全國30 a 日平均最低氣溫取-30.0 ℃寒冷天氣綜合評估指標(biāo)分布

表3 日平均最低氣溫取-30.0 ℃寒冷天氣綜合評估指標(biāo)

通過對各級別寒冷天氣綜合評估指標(biāo)的計(jì)算，可進(jìn)行不同站點(diǎn)及區(qū)域之間的寒冷程度比較。以日平均最低氣溫取-20.0 ℃時(shí)寒冷天氣綜合評估指標(biāo)計(jì)算為例，該級別的寒冷天氣主要出現(xiàn)在東北地區(qū)大部、新疆、青海、西藏，其中最寒冷站點(diǎn)為黑龍江呼中站，從覆蓋范圍看黑龍江達(dá)到該級別的寒冷天氣站次占評估站次的98.67%，說明在該級別寒冷天氣評估中，黑龍江出現(xiàn)寒冷天氣范圍最廣，為全國最寒冷省份，吉林次之、青海第三、內(nèi)蒙古居第四位。

以日平均最低氣溫取-30.0 ℃寒冷天氣綜合評估指標(biāo)計(jì)算為例，該級別的寒冷天氣主要出現(xiàn)在東北地區(qū)北部、新疆。最寒冷站點(diǎn)仍出現(xiàn)在黑龍江呼中站。滿足該級別寒冷天氣等級條件的、能夠計(jì)算出寒冷天氣綜合評估指標(biāo)的站點(diǎn)僅有14 個(gè)站點(diǎn)，主要分布在黑龍江、內(nèi)蒙古、新疆，其中黑龍江6 站、內(nèi)蒙古7 站、新疆1 站。再次說明在該級別中黑龍江北部、內(nèi)蒙古東北部及新疆天山中部的巴音布魯克是全國最寒冷地區(qū)。

4 結(jié)論與討論

(1)30 a 全國極端最低氣溫由北到南氣溫逐漸升高，南北梯度大，黑龍江西北部、內(nèi)蒙古東北部為全國日最低氣溫≤-30.0 ℃平均日數(shù)持續(xù)時(shí)間最長的地區(qū)。

(2)以地方標(biāo)準(zhǔn)《寒冷天氣等級》中的分項(xiàng)評估指標(biāo)計(jì)算方法為基礎(chǔ),對其中變量進(jìn)行取值訂正，則可以得到不同級別下的寒冷天氣的綜合評估指標(biāo)Icold，Icold值越大則表示該站點(diǎn)寒冷天氣強(qiáng)度強(qiáng)。寒冷天氣等級劃分計(jì)算方法可適用于表征全國范圍的寒冷程度。

(3)日平均最低氣溫取-20.0 ℃時(shí)，該級別的寒冷天氣主要出現(xiàn)在東北地區(qū)大部、新疆、青海、西藏，其中最寒冷站點(diǎn)為黑龍江呼中站，在該級別寒冷天氣評估中，黑龍江出現(xiàn)寒冷天氣范圍最廣，為全國最寒冷省份，吉林次之、青海第三、內(nèi)蒙古居第四位。

(4)日平均最低氣溫取-30.0 ℃時(shí)，該級別的寒冷天氣主要出現(xiàn)在東北地區(qū)北部、新疆。最寒冷站點(diǎn)為黑龍江呼中站。該級別寒冷天氣主要分布在黑龍江、內(nèi)蒙古、新疆，黑龍江北部、內(nèi)蒙古東北部及新疆天山中部的巴音布魯克為全國最寒冷地區(qū)。