遵義市近10 a來降溫頻次及強度分析

李 霞，楊 熠，田 端，武正敏，肖 蕾

(貴州省遵義市氣象局,貴州 遵義 563000)

0 引言

氣溫變化可以表示大氣冷熱狀態(tài),研究表明20世紀80年代后除西南等地，全國大部分地區(qū)春季增溫[1],我國冬季氣溫在1985年之前處于冷期，之后為暖期[2]。在全球變暖的氣候背景變化下，對冷空氣活動特征的研究分析是一項必要工作。冷空氣是導致氣溫下降的主要因素，諸多學者利用氣溫的降幅來研究冷空氣活動特征。目前有學者對全國冷空氣活動特征進行研究，表明我國冷空氣在空間分布上呈北多南少，北強南弱的分布特征[3]。除此之外，對于國內(nèi)其他地區(qū)而言，有學者對新疆部分地區(qū)冷空氣活動特征及降溫頻次作分析研究，發(fā)現(xiàn)烏魯木齊市平均每年出現(xiàn)降溫過程89.8次，弱降溫過程占比最多，強降溫和寒潮主要出現(xiàn)在春季;北疆地區(qū)冷空氣發(fā)生的年平均頻次為95.3次，具有盆地多、山地少的特點，強冷空氣和寒潮自西南向東北增加；伊犁河谷1月冷空氣活動最多,5月份最少[4-6]。同時湖南省冷空氣活動也與地形有很大的相關(guān)性，弱冷空氣在洞庭湖平原地區(qū)偏少[7]。而影響云南省冬半年的冷空氣呈減少趨勢，空間分布差異較大，1月出現(xiàn)最多[8]。對于貴州省來說，在冷空氣研究方面大多針對寒潮和強降溫而言。目前張艷梅等[9]對貴州寒潮氣候特征進行了分析，發(fā)現(xiàn)寒潮多發(fā)于威寧和獨山，主要出現(xiàn)在1—4月，隨后許丹等[10]對貴州省寒潮空間分布的成因進行了分析，認為海拔是主要影響原因，滇黔準靜止鋒、西南熱低壓等天氣系統(tǒng)也是重要影響因子；姚正蘭[11]對遵義市寒潮天氣過程作統(tǒng)計分析，也認為寒潮空間分布與地形密切相關(guān)。萬超等[12]對貴陽市強降溫過程進行了分析探討，建議將最高氣溫作為強降溫指標，識別時間增加48 h和72 h，可將逐小時降溫幅度作為降溫天氣過程的主要參考因素。遵義市目前尚未有對冷空氣活動特征的研究，除寒潮以外其他等級降溫過程的研究處于空白狀態(tài)，強降溫等天氣過程也會對農(nóng)業(yè)、交通產(chǎn)生不利影響，降溫過程定量評估是現(xiàn)代氣候業(yè)務(wù)的重要內(nèi)容，也是對年、季、月、旬等固定時間尺度氣溫評價的補充[4]。因此對遵義市降溫頻次及強度特征的研究是一項必要工作，可以通過對降溫過程的研究來了解冷空氣活動情況，可為災害性天氣的研究及農(nóng)業(yè)氣象相關(guān)工作提供一定的參考。因全球氣候變暖，氣溫年代際變化較大，本文僅對遵義市近10 a降溫過程作統(tǒng)計分析。

1 資料與方法

選取遵義市13個國家站2010年1月1日—2019年12月31日逐日日最低氣溫(以下簡稱日低溫)。國家冷空氣等級劃分標準(GB/T20848-2017)中弱冷空氣的劃分標準為日低溫48 h內(nèi)降溫幅度<6 ℃，造成該種幅度降溫的因素除弱冷空氣外還有降水、晴空輻射等，同時毛煒峰等[4]指出該劃分標準無法判識持續(xù)天數(shù)為1 d的降溫過程，各等級之間也存在交叉現(xiàn)象，因此為研究嚴謹性及客觀性，本文以日低溫及其降溫幅度為指標，參照參考文獻[4]對降溫過程的定義，結(jié)合國家冷空氣等級劃分標準，將遵義市降溫過程分為弱降溫、較強降溫、強降溫、寒潮4個等級，不將所有降溫認定為冷空氣活動過程，僅對降溫過程作研究。對于同時滿足多個等級標準的降溫過程采用就高原則，僅持續(xù)1 d的降溫過程，用最大24 h降溫幅度代替48 h降溫幅度。降溫過程開始日期與結(jié)束日期在兩個相鄰月份，以結(jié)束日期所在時間為主。

表1 不同等級降溫過程標準Tab.1 Different levels of cooling process standards

2 結(jié)果分析

2.1 遵義市近10 a來日低溫特征

從遵義市近10 a來日低溫年平均情況來看，日低溫年平均值在11.6～13.8 ℃之間，區(qū)域平均值為13.2 ℃。因海拔高度不同，遵義市各站氣溫存在明顯差異，以東北部、赤水、習水以及余慶最為明顯。用區(qū)域平均值來表示遵義市日低溫月分布情況及近10 a來的變化，發(fā)現(xiàn)1月為日低溫最低月份，其次是2月和12月。分析各個站點日低溫最低值出現(xiàn)的時間，發(fā)現(xiàn)10 a來有6個站點的最低值同時出現(xiàn)在2018年12月30日，而其余7個站點的日低溫最低值分別出現(xiàn)在7個不同的時間點。

圖1 遵義市近10 a來年日低溫月分布情況Fig.1 Monthly distribution of daily low temperature in Zunyi City in the past ten years

2.2 遵義市近10 a來降溫頻次及強度特征

2.2.1 降溫頻次時空分布特征 2010—2019年，遵義市13個國家站共出現(xiàn)降溫11 915站次，各站降溫總頻次在887～949次之間，平均每站每年出現(xiàn)降溫91.7次，每年降溫過程頻次差異不大。在遵義市11 915站次降溫過程中，弱降溫、較強降溫、強降溫、寒潮依次占92.2%、5.8%、1.4%、0.6%，平均每年出現(xiàn)1 098.5、68.9、17、7.1站次，遵義市降溫過程以降溫幅度在6 ℃以內(nèi)的弱降溫為主，寒潮較罕見。對10 a來11 915站次降溫過程作空間分布分析，從降溫總頻次上來看，播州出現(xiàn)降溫次數(shù)最少為877次，最多為赤水949次，整體來看西部出現(xiàn)降溫過程最多，其次是北部，而中部、南部較少。從不同等級降溫過程來看，弱降溫空間分布與總降溫頻次空間分布相似，呈現(xiàn)從北向南逐漸遞減的趨勢，最少為余慶793次，最多為赤水900次；從較強降溫頻次分布來看，偏北地區(qū)較少，南部較多，最多出現(xiàn)在仁懷為70次，最少為赤水和務(wù)川43次。強降溫空間分布也與較強降溫相似，呈現(xiàn)北少南多的情況，最多出現(xiàn)在余慶，最少出現(xiàn)在赤水，分別為22次、6次；寒潮在遵義市出現(xiàn)頻次較少，近10 a赤水從未出現(xiàn)過寒潮，中部和東南角余慶出現(xiàn)寒潮的頻次較其他地方多。

姚正蘭[11]在對遵義市寒潮天氣過程作統(tǒng)計研究時發(fā)現(xiàn)各地寒潮出現(xiàn)的次數(shù)與海拔高度及地形密切相關(guān)，婁山山脈南側(cè)東南部偏多，婁山區(qū)及其西北部較少，并認為主要原因在于冷空氣由東北路徑進入遵義市東南部，而北部地區(qū)因婁山山脈阻擋而影響較輕。本文分析發(fā)現(xiàn)較強降溫以上的降溫過程主要集中出現(xiàn)在遵義市婁山以南地區(qū)，婁山山區(qū)及其西北部弱降溫過程較多，可見地形對遵義市降溫過程的影響較大，與前人對寒潮空間分布的分析結(jié)論是一致的。需要補充的是，遵義市除受東北路冷空氣影響外，也常常受北路冷空氣影響，但北路冷空氣具有強度大、移速快的特點，常常造成全市范圍強降溫，不存在空間差異。除此以外，許丹等[10]在分析貴州省寒潮空間分布成因中也提到滇黔準靜止鋒、西南熱低壓等系統(tǒng)也對寒潮空間分布有一定影響。但對于遵義市而言，滇黔靜止鋒的影響主要是在其東退過程中，靜止鋒在東退過程中強度減弱，到遵義市境內(nèi)時受地形阻擋影響常在婁山山脈以南維持，造成遵義市天空狀況空間差異大，氣溫分布差異大，隨后若有一定強度的冷空氣補充或新一輪冷空氣繼續(xù)影響則會造成空間上的降溫差異。同理，春季冷空氣來臨前西南熱低壓向東發(fā)展的程度也會對遵義市降溫過程空間分布造成一定的影響。

從不同等級降溫頻次的月分布來看，寒潮出現(xiàn)在1、2、3、11、12月，出現(xiàn)頻次最多的是3月，其次是2月，而冬季12月、1月出現(xiàn)頻次僅分別占12.7%、4.2%。強降溫在1—4、10—12月出現(xiàn)，5—9月未出現(xiàn)過，頻次最多為3月，其次是2、4、11月，1、10、12月出現(xiàn)站次少，1月僅出現(xiàn)過1站次。較強降溫每個月均有出現(xiàn)，但6、7、8月出現(xiàn)較少，13個國家站近10 a共出現(xiàn)32站次，出現(xiàn)頻次最高的是4月，其次是5月；弱降溫頻次月分布規(guī)律與前三者相反，每個月均出現(xiàn)，但最多出現(xiàn)在夏季。對以上月分布特征作分析總結(jié)，寒潮主要在春季出現(xiàn)，強降溫主要出現(xiàn)在春秋季，而較強降溫也在春季出現(xiàn)頻次較高，主要原因在于春秋季為大型環(huán)流調(diào)整期，冷暖空氣交匯頻繁，氣溫變幅較大，尤其是春季常受西南熱低壓影響，冷空氣入侵常帶來劇烈降溫，造成較強降溫以上等級的降溫過程可能性更大，除弱冷空氣影響外，晴空輻射、降水也是造成弱降溫過程的重要影響因子，夏季降水頻繁是夏季弱降溫過程較多的主要原因。

從近10 a年分布情況來看，2016年出現(xiàn)寒潮頻次最多，共計3次32站，分別出現(xiàn)在2月、3月和11月，占比45.1%,其次是2011年;強降溫出現(xiàn)最多的是2010年，最少在2017年；較強降溫最多出現(xiàn)在2011年，之后逐漸減少；2011年弱降溫頻次較少，其余無明顯特征。

圖2 遵義市近10 a來不同等級降溫頻次空間分布情況(a總降溫，b寒潮，c強降溫，d較強降溫，e弱降溫)Fig.2 The spatial distribution of different levels of cooling frequency in Zunyi City in the past ten years(a total cooling,b cold wave,c strong cooling,d stronger cooling,e weak cooling)

圖3 遵義市近10 a來不同等級降溫頻次月分布(a)及年分布情況(b)Fig.3 Monthly distribution (a)and annual distribution of different levels of cooling frequency in Zunyi City in the past ten years(b)

2.2.2 降溫強度 如表2，近10 a來遵義市11 915站次降溫過程的平均過程降溫幅度為3 ℃，最大過程降溫幅度為仁懷站的18.5 ℃，出現(xiàn)在2010年3月23—26日，過程最低氣溫降至2.7 ℃，為一次寒潮天氣過程。從不同等級降溫過程降溫幅度來看，寒潮最強，平均過程降溫幅度為12.7 ℃，強降溫為10 ℃，較強降溫8.2 ℃，而弱降溫僅為2.5 ℃。而遵義市降溫過程的平均最大24 h降溫幅度為2.1 ℃，最大48 h降溫幅度為3.7 ℃，最大72 h降溫幅度為5 ℃。過程降溫幅度、最大24 h(48 h、72 h)降溫幅度均隨降溫等級增加而增大。

表2 遵義市近10 a不同等級降溫過程降溫幅度(單位：℃)Tab.2 The cooling range of different levels process in Zunyi City in the past ten years (unit:℃)

遵義市近10 a來降溫過程平均過程最低日低溫為11.9 ℃，不同等級降溫過程的過程最低日低溫差距較大，寒潮過程平均最低日低溫不足2 ℃，強降溫在4 ℃左右，最高的是弱降溫過程，平均過程最低日低溫為12.3 ℃，高于所有降溫過程平均值。從降溫幅度月分布來看，4月遵義市降溫最劇烈，其次是3月和11月，春秋季是遵義市降溫最劇烈的時候，以春季最為明顯。造成該特點的原因與2.2.1中所分析的“寒潮主要在春季出現(xiàn)，強降溫主要出現(xiàn)在春秋季，而較強降溫也在春季出現(xiàn)頻次較高”的原因一致，主要受春秋季大型環(huán)流調(diào)整和春季地面熱低壓活動影響，而地面熱低壓的活動使得春季降溫最明顯，寒潮也在春季發(fā)生頻次較高。但寒潮和強降溫在3月發(fā)生頻次最高，而遵義市降溫最明顯、幅度最大的時間在4月，主要原因在于4月常常是春季熱低壓活動最頻繁的時候，地面氣溫較高，日低溫小于4 ℃的情況不多見，但一旦冷鋒靠近便會出現(xiàn)迅猛而劇烈的降溫現(xiàn)象，并伴隨一定強度的強對流天氣。因此，不能僅憑降溫幅度來判斷冷空氣強弱，可以用來判斷降溫劇烈情況，它與強對流天氣的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)，是一個重要的物理量。

圖4 遵義市近10 a來不同等降溫過程降溫幅度月分布(左)及過程日最低氣溫Fig.4 The monthly distribution of the cooling range of different levels (left)and the lowest daily low temperature during the process in Zunyi City in the past ten years

2.2.3 降溫持續(xù)時間 由表3可知，遵義市近10 a來11 915站次降溫過程的持續(xù)天數(shù)在1～10 d之間，平均持續(xù)天數(shù)為1.9 d。持續(xù)天數(shù)為1 d的降溫過程占比最多，達47.3%，其次是持續(xù)2 d的降溫過程，持續(xù)7 d以上的降溫過程占比不足1%。其中寒潮持續(xù)天數(shù)大多為3 d，占比43.7%，持續(xù)2 d的占21.1%，最長持續(xù)時間為6 d，僅占2.8%，強降溫過程多持續(xù)2 d，其次是3 d，最長不超過7 d，較強降溫最長持續(xù)時間為9 d，占比不足1%，多以2～3 d降溫為主，弱降溫過程主要以持續(xù)1 d降溫為主，最長持續(xù)時間達10 d。從降溫持續(xù)天數(shù)月分布來看，2、9、10、12月降溫持續(xù)時間較長，7、8月最短，降溫幅度較強的3、4月持續(xù)時間也較短，平均持續(xù)1.9 d，該段時間降溫過程具有短暫而劇烈的特點。

表3 遵義市不同等級降溫過程持續(xù)天數(shù)百分比(單位：%)Tab.3 Percentage of the duration of the cooling process at different levels in Zunyi City(unit:%)

3 結(jié)論與討論

本文利用遵義市近10 a 13個國家站點逐日日低溫資料，結(jié)合國家冷空氣等級劃分標準對降溫過程進行劃分并統(tǒng)計分析，初步得到如下結(jié)論：

① 10 a來遵義市共發(fā)生降溫過程11 915站次，平均每站每年發(fā)生91.7次，主要以降溫幅度在6 ℃以下的弱降溫為主,較強降溫以上等級降溫僅占7.8%，寒潮僅占0.6%。

②近10 a遵義市降溫過程平均過程最低日低溫為11.9 ℃，平均過程降幅3 ℃，持續(xù)時間在1～10 d之間，平均持續(xù)1.9 d，寒潮過程平均最低日低溫不超過2 ℃，平均降溫幅度達12.7 ℃，大多持續(xù)3 d，強降溫及較強降溫持續(xù)2～3 d，弱降溫多持續(xù) 1 d。

③遵義市婁山山脈的阻擋作用以及云貴靜止鋒、西南熱低壓兩個天氣系統(tǒng)對不同等級降溫過程的空間分布特征影響較大，較強降溫以上等級的降溫過程在婁山山脈以南海拔較低地區(qū)發(fā)生頻次高，而婁山山區(qū)及其西北部弱降溫出現(xiàn)頻次較高。

④寒潮、強降溫、較強降溫主要出現(xiàn)在春秋季，寒潮主要出現(xiàn)在3月，而弱降溫在夏季發(fā)生頻次較高，4月降溫過程具有短暫而劇烈的特點，造成以上時間分布特征的主要原因在于春秋季為大型環(huán)流調(diào)整期，氣溫變幅大，而夏季多降水導致弱降溫過程的發(fā)生頻繁。

由于分類方法的局限性和單一性，所統(tǒng)計的降溫過程中還包含降水、晴空輻射等因素造成的降溫，不能完全代表冷空氣活動特征，僅憑日最低氣溫一個要素也不能將此類降溫過程區(qū)分，更無法計算其所占比例，要科學嚴謹?shù)貙淇諝饣顒犹卣鬟M行研究分析，還需要進一步結(jié)合其他氣象要素排除降水、晴空輻射等因素的干擾。