影響紅河州的昆明準(zhǔn)靜止鋒時空分布特征

周秀美，苗 蓉，錢 媛

(紅河州氣象局，云南 蒙自 661199)

0 引言

紅河州位于云南省東部，101.8°E～104.3°E、22.43°N～24.75°N之間，昆明準(zhǔn)靜止鋒全年都可能出現(xiàn)，往往與切變線、南支槽、西南暖濕氣流等配合，帶來降溫、雨雪冰凍、暴雨、雷暴、冰雹等天氣，尤其低溫雨雪冰凍天氣影響較大，2008年、2011年、2013年、2016年受低溫雨雪冰凍天氣影響，紅河州直接經(jīng)濟損失達35億余元。

作為西南地區(qū)的重要天氣系統(tǒng)，很多專家學(xué)者對昆明準(zhǔn)靜止鋒的時空分布特征進行了研究。杜正靜等[1]將2001年1月的滇黔準(zhǔn)靜止鋒按位置分為4種類型，并統(tǒng)計分析了各類型2001～2003年的時空分布特征[2]。段旭等[3]分析發(fā)現(xiàn)冬季昆明準(zhǔn)靜止鋒平均位于103.5°E～104°E，通常位于四川宜賓、貴州興仁和云南廣南一帶。段旭、許美玲等[4，5]發(fā)現(xiàn)準(zhǔn)靜止鋒全年都可出現(xiàn)，許美玲、張精華等[5，6]分別統(tǒng)計了1982～2008年、1970～2009年昆明準(zhǔn)靜止鋒的活動特征，發(fā)現(xiàn)昆明準(zhǔn)靜止鋒出現(xiàn)天數(shù)的年際變化呈下降趨勢。陶云[7]等分析了1961～2014年昆明準(zhǔn)靜止鋒的年代際變化，指出昆明準(zhǔn)靜止鋒近50 年總趨勢為增加，在 2002 年存在突變，準(zhǔn)靜止鋒頻數(shù)由偏少期轉(zhuǎn)為了偏多期。

當(dāng)準(zhǔn)靜止鋒影響紅河州時，哪些地區(qū)出現(xiàn)頻率更高，準(zhǔn)靜止鋒的月、季、年分布特征如何，是否具有周期、突變特征，尚未有人做過研究。參照上述方法，筆者對影響紅河州的準(zhǔn)靜止鋒時空分布特征進行分析，為預(yù)報服務(wù)提供參考。

1 資料與分析方法

采用MICAPS 1980～2018年地面、高空、衛(wèi)星云圖資料，以主觀定鋒為主，并結(jié)合采用ec的ERA-Interim資料計算的鋒生函數(shù)，來判定鋒面，若鋒生初期無明顯鋒生作用，則剔除紅河州由于大部分縣市海拔在1 300 m左右，因此主要采用850 hPa的鋒生函數(shù)來判別。在得到影響紅河州的昆明準(zhǔn)靜止鋒日數(shù)的基礎(chǔ)上，分析其時空分布特征，用Mann-Kendall法進行突變檢驗，并進一步結(jié)合滑動t-檢驗法進行驗證，用Morlet小波方法，分析準(zhǔn)靜止鋒變化的周期特征。鋒生函數(shù)的計算，參照段旭等[8]的方法，選用相當(dāng)位溫θe代入鋒生函數(shù)公式，二維(等壓面)鋒生函數(shù)表達式為：

(1)

2 時間分布特征

2.1 年際變化特征

紅河州39年來共有3 652天受準(zhǔn)靜止鋒影響，平均每年93.6天，1980～1985年準(zhǔn)靜止鋒影響日數(shù)較多，1986～1997年較少，1998～2008年增多，2008以后稍減少?？傮w而言，準(zhǔn)靜止鋒對紅河州的影響日數(shù)有增加的趨勢(圖1)。采用Mann-Kendall進行趨勢檢驗，Z為1.11，沒有通過90%的顯著性檢驗。

圖1 紅河州逐年準(zhǔn)靜止鋒影響日數(shù)變化曲線

2.2 月際、季節(jié)變化特征

逐月平均影響紅河州的準(zhǔn)靜止鋒天數(shù)見圖2，紅河州全年均有可能受準(zhǔn)靜止鋒影響，1月最多，有14天左右；其次為12月，有12天左右；11月、2月、10月有9～11天；7月最少，不足1天；8月有2.5天；6月有3.7天；其余月份在6.5～8.3天。

圖2 影響紅河州準(zhǔn)靜止鋒逐月平均天數(shù)(單位：d)

按季節(jié)來分，冬季36.4天、秋季28.2天、春季22天、夏季7.2天，冬季最多，超過三分之一的天數(shù)受準(zhǔn)靜止鋒影響，夏季最少，平均每年一星期左右。

2.3 突變分析

采用Mann-Kendall法對1980到2018年影響紅河州的準(zhǔn)靜止鋒日數(shù)進行突變檢驗(取0.05的顯著性水平)，分別繪制了UF、UB曲線(圖3)，1980～1999年準(zhǔn)靜止鋒日數(shù)有減少的趨勢，1999年至2018年有增加的趨勢，其中1990年至1993年減少趨勢明顯，通過了0.05顯著性檢驗，2006年至2008年增加趨勢明顯，通過了0.05的顯著性檢驗。根據(jù)UF和UB曲線交點的位置，影響紅河州的準(zhǔn)靜止鋒日數(shù)在1995年存在突變。

圖3 1980～2018年影響紅河州的準(zhǔn)靜止鋒日數(shù)M-K判別曲線圖

根據(jù)魏鳳英對Mann-Kendall法的分析說明，超過臨界線的范圍確定為出現(xiàn)突變的時間區(qū)域，進一步結(jié)合滑動t檢驗法進行驗證，判段是否具有突變特征。取0.01的顯著性水平，檢驗中兩子序列的長度分別取5年和10年。取5年時，在1981～1982年、1992～1994年、1999～2000年、2003～2005年有突變特征；取10年時，在1984～1991年、1997～1999年有突變特征。結(jié)合M-K判別曲線可以看出，滑動t檢驗的突變時間點與M-K突變區(qū)域存在重合的年份。根據(jù)以上分析，基本可以判定影響紅河州的準(zhǔn)靜止鋒日數(shù)存在突變的特征。

2.4 周期分析

對逐年準(zhǔn)靜止鋒日數(shù)進行小波分析后繪制小波系數(shù)實部圖(圖4a)，小波系數(shù)實部等值線圖能反映不同時間尺度的周期變化及其在時間域中的分布，進而能判斷在不同時間尺度上，準(zhǔn)靜止鋒影響日數(shù)的未來變化趨勢，其中，橫坐標(biāo)為時間(年份)，縱坐標(biāo)為時間尺度，圖中的等值曲線為小波系數(shù)實部值。實部值為正時，代表影響日數(shù)為偏多期，在圖中用實線繪出，為負時，表示偏少期，用虛線繪出?？梢钥吹綔?zhǔn)靜止鋒演化過程中存在著3～5年、8～13年、15～25年以及20～25年的周期變化規(guī)律。

小波系數(shù)的模值是不同時間尺度變化周期所對應(yīng)的能量密度在時間域中分布的反映，系數(shù)模值愈大，表明其所對應(yīng)時段或尺度的周期性就愈強。從圖4b可以看出，15～25年以及27～32年的時間尺度模值最大，說明這兩個周期變化最明顯。

小波系數(shù)的模方可以分析出不同周期的震蕩能量。由圖4c看出，28～32年時間尺度的能量最強，且有全域性；24～28年次之，周期變化主要在2000年以后。9～13年時間尺度能量雖然較弱，但周期分布比較明顯，占據(jù)了1980～2009年30年的研究時域。

a.紅河州逐年準(zhǔn)靜止鋒日數(shù)小波系數(shù)實部等值線圖

小波方差圖能反映波動能量隨尺度的分布情況，可用來確定演化過程中存在的主周期。準(zhǔn)靜止鋒日數(shù)變化的小波方差圖中(圖4d)存在5個較為明顯的峰值，它們依次對應(yīng)著32年、23年、11年、7年和4年的時間尺度。其中，最大峰值對應(yīng)著32年的時間尺度，說明32年左右的周期震蕩最強，為第一主周期；23年時間尺度對應(yīng)著第二峰值，為第二主周期，第三、第四、第五峰值分別對應(yīng)著11年、7年和4年的時間尺度，它們依次為第三、第四和第五主周期。

根據(jù)小波方差檢驗的結(jié)果，繪制各主周期小波系數(shù)圖(圖5)。圖5a顯示，在32年特征時間尺度上，準(zhǔn)靜止鋒日數(shù)變化的平均周期為25年左右，大約經(jīng)歷了2個周期的多—少轉(zhuǎn)換期；在23年特征時間尺度上(圖5b)，準(zhǔn)靜止鋒日數(shù)的平均變化周期為14年左右，大約經(jīng)歷了2個半周期的多—少變化；在11年特征時間尺度上，準(zhǔn)靜止鋒日數(shù)的平均變化周期為8年左右，大約經(jīng)歷了5個周期的多—少變化；在7年特征時間尺度上，準(zhǔn)靜止鋒日數(shù)平均變化周期為4年左右，大約經(jīng)歷了8個周期的多—少變化；在4年特征時間尺度上，準(zhǔn)靜止鋒日數(shù)平均變化周期為3年左右，大約經(jīng)歷了13個周期的多—少變化。

a. 32年

3 空間分布特征

從紅河州13縣市平均每年受準(zhǔn)靜止鋒影響的日數(shù)(圖6)來看，受影響最多的為東北部的瀘西縣，每年有104天，其次為屏邊縣、彌勒市、河口縣，每年90～93.7天，而開遠市、金平縣、蒙自縣、元陽縣、紅河縣每年有70.3～76.4天，建水縣、個舊市、綠春縣、石屏縣不足70天。

圖6 各縣市年平均準(zhǔn)靜止鋒影響日數(shù)(單位：d)

之所以出現(xiàn)這樣的分布特征，主要是由于影響紅河州的冷空氣最先影響到東北部、東部邊緣的瀘西縣、屏邊縣、彌勒市、河口縣等地，勢力稍強一些的影響到開遠市、蒙自市、金平縣等地，更強的冷空氣才能一步西進、南下，影響中部以西的個舊市、建水縣、石屏縣、綠春縣等地區(qū)，元陽縣、紅河縣雖然位置偏西偏南，但由于冷空氣由河谷地區(qū)灌入后久久不散，受影響日數(shù)也較多。

4 結(jié)論與討論

(1)紅河州39年來共有3 652天受準(zhǔn)靜止鋒影響，平均每年93.6天。紅河州全年均有可能受準(zhǔn)靜止鋒影響，1月最多，每年有14天左右；12月次之，有12天左右；7月最少，不足1天。按季節(jié)來分，冬季最多，秋季次之，夏季最少，平均每年一星期左右。

(2)年準(zhǔn)靜止鋒影響日數(shù)存在突變的特征，1995年突變顯著。

(3)準(zhǔn)靜止鋒演化過程中存在著周期變化規(guī)律，15～25年、27～32年的周期變化最明顯。32年左右的周期震蕩最強，為第一主周期，23年時間尺度對應(yīng)著第二峰值，為第二主周期。

(4)受準(zhǔn)靜止鋒影響最多的為東北部的瀘西縣，每年有104天，其次為屏邊縣、彌勒市、河口縣，每年90～93.7天，而開遠市、金平縣、蒙自市、元陽縣、紅河縣每年有70.3～76.4天，建水縣、個舊市、綠春縣、石屏縣不足70天。