1981年至2010年冬季冷空氣對(duì)增城的影響分析

陸杰英 蔡蕊 顧伯輝

作者簡介：陸杰英（1982—），女，本科，工程師，主要從事氣象服務(wù)工作。

摘 要：該文利用增城國家基準(zhǔn)氣候站1981—2010 年觀測資料、地面天氣圖，對(duì)增城的低溫天氣和影響增城的強(qiáng)冷空氣進(jìn)行了特征分析，并將冷空氣分成干冷、濕冷、濕冷轉(zhuǎn)干冷和干冷轉(zhuǎn)濕冷這4種類型，研究不同路徑入侵的冷空氣對(duì)4種類型冷空氣過程的影響，發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致增城區(qū)出現(xiàn)低溫天氣的冷空氣活動(dòng)路徑絕大多數(shù)是中路，且以干冷為主。該文利用多元線性回歸法進(jìn)一步進(jìn)行研究，以供參考。

關(guān)鍵詞： 強(qiáng)冷空氣 ?寒潮 ?冷空氣路徑 ?低溫天氣 ?氣象因子

Abstract： Based on the observation data and ground weather map of Zengcheng national benchmark climate station from 1981 to 2010， this paper analyzes the characteristics of low-temperature weather and strong cold air affecting Zengcheng， divides the cold air into four types： dry cold， wet cold， wet cold to dry cold and dry cold to wet cold， and studies the influence of cold air invaded by different paths on the four types of cold air processes， It is found that most of the cold air activity paths leading to low-temperature weather in Zengcheng district are middle roads， mainly dry and cold. In this paper， multiple linear regression method is used for further research for reference.

Key Words： Strong cold air; Cold wave;Cold air path;Low temperature weather;Meteorological factors

增城區(qū)是廣州農(nóng)作物生產(chǎn)和水產(chǎn)養(yǎng)殖的重要區(qū)域，并且冬季農(nóng)產(chǎn)品種類豐富，種、養(yǎng)殖面積和產(chǎn)量較大。然而，該區(qū)冬季農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量都受天氣的影響很大。根據(jù)增城氣象臺(tái)1959年以來的氣象監(jiān)測數(shù)據(jù)，每年12月至次年2月（冬季），增城區(qū)低溫天氣頻發(fā)，對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)十分不利。比如：1996年2月17日冷空氣襲擊增城，從13時(shí)至18時(shí)的這5 h內(nèi)氣溫下降7.2 ℃。17日的日平均氣溫18.1 ℃，18日的日平均氣溫降至7.0 ℃，24 h降溫幅度達(dá)11.1 ℃。隨后又不斷地有冷空氣補(bǔ)充，使寒冷的陰雨天氣維持11天之久，日最低氣溫≤5 ℃連續(xù)維持5天。寒潮使全市凍死塘魚2 150 t、魚苗1 500萬尾、耕牛13頭、三鳥45 000只;凍死香蕉1 279畝、菠蘿300畝、番薯635畝、蔬菜（包括凍壞）12 500畝，部分荔枝因花穗被凍干，直接經(jīng)濟(jì)損失2 856萬元。1999年12月20～25日，受北方強(qiáng)冷空氣影響，境內(nèi)出現(xiàn)歷史上罕見的低溫天氣，最低溫度0.0 ℃，北部山區(qū)最低﹣2.0 ℃，并有嚴(yán)重霜凍出現(xiàn)。農(nóng)作物受災(zāi)面積：蔬菜4.9萬多畝，果蔗0.4萬多畝，木瓜300多畝，其他0.6萬多畝;荔枝11萬多畝，香蕉1.3萬多畝，龍眼2萬多畝，芒果0.2萬多畝;塘魚凍死360 t，直接經(jīng)濟(jì)損失約5 850多萬元。所以，對(duì)近30年冬季不同類型和路徑的冷空氣對(duì)增城的影響分析研究十分必要。

前人對(duì)影響廣東的強(qiáng)冷空氣的頻數(shù)、路徑、活動(dòng)季節(jié)和周期變化特征已經(jīng)有一定的研究成果[1-5]，但國內(nèi)對(duì)廣東經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)工作影響最嚴(yán)重的低溫天氣的研究還很少。強(qiáng)度為強(qiáng)及其以上的冷空氣主要是由較大的環(huán)流系統(tǒng)造成的，目前數(shù)值模式對(duì)大尺度環(huán)流已具有較高的預(yù)報(bào)技巧，人們可以提前一段時(shí)間對(duì)短時(shí)間的大幅度降溫進(jìn)行防御。由于增城區(qū)地處亞熱帶，影響人們生產(chǎn)生活較大的往往是大幅降溫后的持續(xù)性低溫。因此，加強(qiáng)對(duì)我區(qū)低溫天氣變化規(guī)律的認(rèn)識(shí)，并進(jìn)一步做出較為準(zhǔn)確的短期氣候預(yù)測對(duì)減少該區(qū)經(jīng)濟(jì)的損失有著重要意義。

已有研究表明，冷空氣南下的過程經(jīng)常會(huì)伴隨降水，冷空氣到達(dá)前、冷空氣影響中、冷空氣過后都有可能會(huì)出現(xiàn)降水。不同的冷空氣活動(dòng)過程的降水時(shí)間和降水量級(jí)也不同，部分冷空氣活動(dòng)前后無任何降水，部分冷空氣活動(dòng)會(huì)伴有暴雨的降水過程[6-8]。在實(shí)際的預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)中發(fā)現(xiàn)，晴空輻射對(duì)氣溫變化有著重要的影響，每個(gè)冷空氣過程最低氣溫往往出現(xiàn)在有晴空輻射的清晨，而降水是表征晴空輻射的一個(gè)重要?dú)庀笠蜃印４送?，在日常預(yù)報(bào)工作中發(fā)現(xiàn)風(fēng)速、云量、相對(duì)濕度這些常規(guī)的氣象因子對(duì)低溫的發(fā)生也有一定的影響。

2 近30年冷空氣活動(dòng)特征分析

2.1近30年低溫天氣和強(qiáng)冷空氣特征分析

已有的研究表明，低溫天氣、強(qiáng)冷空氣和寒潮對(duì)該區(qū)都有較大的影響，但不同時(shí)間尺度的冷空氣的影響程度存在差異。由于寒潮出現(xiàn)的次數(shù)較少，低溫日數(shù)和強(qiáng)冷空氣出現(xiàn)的次數(shù)較多，為了研究各類冷空氣的特征，首先利用Morlet小波分析對(duì)增城區(qū)1981—2010年低溫日數(shù)和強(qiáng)冷空氣過程發(fā)生次數(shù)進(jìn)行周期分析。從圖1可以看出年低溫日數(shù)存在著明顯的9～10年的大周期，同時(shí)還存在著4～5年的小周期。因此，該研究以10年作為冷空氣的年代際變化周期對(duì)冷空氣的年代際特征進(jìn)行分析。

對(duì)低溫天氣而言，從1981—2010年，增城區(qū)一共出現(xiàn)過低溫天氣的總?cè)諗?shù)為162天，年平均5.4天，出現(xiàn)過低溫天氣的月份分別為1月、2月、3 月、11月、12月。其中1月最多，有79天，占總數(shù)的48.8 %，12月次之，有57天，占總數(shù)的35.2 %，再次是2月，有19天，占總數(shù)的11.7 %，3月、11月最少，分別為5天和2天?？梢?，增城的低溫天氣主要集中出現(xiàn)在1月、2月、12月，占了低溫天氣總天數(shù)的95.7%。另外，年代際變化明顯，1981—1990年一共有67天，年平均6.7天，1991—2000年一共有48天，年平均4.8天，2001—2010年一共有47天，年平均4.7天?？梢姡?0世紀(jì)80年代的低溫日數(shù)最多，而20世紀(jì)90年代和21世紀(jì)初幾乎持平，并且跟80年代相比是明顯減少的。由圖4可以看出，低溫日數(shù)年際變化明顯，在1981—1986年顯著偏多，1987—1992年相對(duì)偏少，1993年出現(xiàn)了異常偏多，達(dá)18天，出現(xiàn)在1993年的1月16日至2月2日。1997—1998年連續(xù)兩年無低溫天氣，1999—2010年相對(duì)平穩(wěn)，沒有出現(xiàn)顯著偏多的年份。

從年代際上看，近30年達(dá)到寒潮標(biāo)準(zhǔn)的冷空氣過程僅有8次，分別出現(xiàn)在1月、2月、12月。寒潮在年代上的分布相對(duì)均勻，分別為3次、3次、2次。強(qiáng)冷空氣一共出現(xiàn)過76次，其中1981—1990年23次，改為1991—2000年21次，2001—2010年32次。從年際角度上看，強(qiáng)冷空氣次數(shù)年際變化曲線較為平緩，說明強(qiáng)冷空氣次數(shù)的年際分布較為均勻，無顯著突變年份。強(qiáng)冷空氣過程次數(shù)在最近的10年明顯增多，然而低溫日數(shù)在最近10年并沒有顯著偏多，因此，強(qiáng)冷空氣過程的出現(xiàn)次數(shù)與低溫天氣的日數(shù)并不對(duì)應(yīng)。從月際尺度來看，強(qiáng)冷空氣出現(xiàn)次數(shù)最多的月份為3月，達(dá)20次，其次是12月，16次，1月和2月一樣多，都是15次，10月最少，只有1次?？梢姡瑥?qiáng)冷空氣主要出現(xiàn)在1月、2月、3月、12月。

強(qiáng)冷空氣、寒潮和低溫日數(shù)在月、年和年代際這3個(gè)時(shí)間尺度上的相關(guān)關(guān)系并不顯著。在月際尺度上，強(qiáng)冷空氣出現(xiàn)次數(shù)在1～2月持平，在3月則明顯有所上升，而低溫日數(shù)在1～3月都有明顯的下降。強(qiáng)冷空氣出現(xiàn)次數(shù)在2月略有下降，在3月有明顯上升，而低溫日數(shù)在2月有明顯下降，3月幾乎沒有變化;在年際尺度上，近30年的低溫日數(shù)和強(qiáng)冷空氣出現(xiàn)次數(shù)的相關(guān)系數(shù)為-0.22，沒有通過顯著水平為0.1顯著性水平檢驗(yàn);在年代際尺度上，寒潮過程出現(xiàn)次數(shù)基本持平，20世紀(jì)80年代出現(xiàn)低溫日數(shù)最多，90年代及00年代基本持平，2000年代強(qiáng)冷空氣次數(shù)最多，80年代與90年代基本持平。因此，低溫日數(shù)與強(qiáng)冷空氣在這3個(gè)時(shí)間尺度上的相關(guān)性并不明顯。

2.2低溫天氣的干、濕冷特征分析

由于晴空輻射對(duì)日極端低溫出現(xiàn)的時(shí)間以及程度有較大的影響，因此在研究氣象因子影響我區(qū)最低氣溫時(shí)，很有必要將冷空氣過程有無降水作為研究的前提條件。在冷空氣影響我區(qū)的過程中，降水一般出現(xiàn)在過程的前部分、后部分或者是整個(gè)過程。為了研究氣象因子對(duì)日極端低溫的影響，本文根據(jù)過程中降水出現(xiàn)的時(shí)間，將1981—2010年導(dǎo)致該區(qū)出現(xiàn)低溫天氣的冷空氣過程劃分為四類：干冷過程、濕冷過程、干轉(zhuǎn)濕過程和濕轉(zhuǎn)干過程。

由圖1可以看到，在所有低溫天氣日數(shù)中，干冷有136天，占84.0%，濕冷有26天，占 16.0% ，干、濕冷的比例接近5∶1。干冷低溫天氣出現(xiàn)在一年中的1月、2月、3月、11月、12月，出現(xiàn)最多的是1月，然后依次是12月、2月、3月和11月。濕冷低溫天氣出現(xiàn)在一年中的1月、2月、3月和12月，1月最多，然后依次是2月、12月和3月。持續(xù)出現(xiàn)低溫天氣3天或以上的過程一共有22次，其中干冷為15次，占68.2%，濕冷2次，濕冷轉(zhuǎn)干冷5次。由此可見，增城區(qū)的低溫天氣以干冷為主，持續(xù)性的低溫天氣過程也是以干冷為主。

3 結(jié)語

（1）增城的低溫天氣主要集中在1月、2月和12月，出現(xiàn)最多的是1月;（2）強(qiáng)冷空氣主要出現(xiàn)在1月、2月、3月、12月，出現(xiàn)最多的是3月;（3）增城的低溫天氣日數(shù)與強(qiáng)冷空氣次數(shù)相關(guān)性不顯著;（4）導(dǎo)致增城區(qū)出現(xiàn)低溫天氣的冷空氣活動(dòng)路徑絕大多數(shù)是中路，以干冷為主，其次是濕冷和濕冷轉(zhuǎn)干冷;濕冷轉(zhuǎn)干冷過程由中路冷空氣引起次數(shù)占總數(shù)的66.7%;（5）干冷過程中，相對(duì)濕度和氣壓對(duì)氣溫變化的貢獻(xiàn)顯著。

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