1981—2020年貴州省降雪時(shí)空分布特征

王 芬 ， 劉芷含 ， 孟慶怡 ， 李腹廣 ， 管 玥

1.黔西南州氣象局， 貴州 興義 5624002.南京信息工程大學(xué)， 江蘇 南京 210044

0 引 言

降雪是我國冬半年降水的主要形式，國內(nèi)對(duì)降雪的研究已取得諸多成果(丁一匯等，2008；趙春雨等，2010；段長春等，2011；陳新玉等，2018；閻訪和孫婧怡，2020)，如診斷分析、影響系統(tǒng)、動(dòng)力機(jī)制及氣候態(tài)特征等，給出了很多有意義的結(jié)論。孫秀忠等(2010)分析了我國降雪的時(shí)空分布、演變特征和長期氣候趨勢，認(rèn)為南方降雪地區(qū)集中，西南地區(qū)降雪呈減少趨勢。劉玉蓮等(2012)分析了中國25°N以北范圍內(nèi)降雪量、降雪日數(shù)、雪帶分布和各強(qiáng)度降雪的氣候?qū)W特征，認(rèn)為貴州中北部屬于偶爾降雪帶，且小雪居多。宋丹等(2008)、曾維等(2012)認(rèn)為北脊南槽型、橫槽南支型等是造成貴州降雪的主要環(huán)流形式，南支波動(dòng)是造成強(qiáng)降雪的基礎(chǔ)條件，冷空氣南下及滇黔準(zhǔn)靜止鋒的維持是降雪天氣發(fā)生的重要原因。杜小玲等(2014)認(rèn)為，地面上穩(wěn)定持久的準(zhǔn)靜止鋒、副熱帶南支鋒區(qū)活躍，再加上強(qiáng)大、穩(wěn)定、持久的阻塞形勢是2011年貴州低溫雨雪冰凍天氣發(fā)生的重要影響系統(tǒng)。

貴州位于青藏高原東南側(cè)斜坡上，屬于亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候，下墊面97%為復(fù)雜山地，冬季最主要的災(zāi)害性天氣之一為凍雨或雪，有關(guān)凍雨和雪的預(yù)報(bào)一直是當(dāng)?shù)囟绢A(yù)報(bào)的難點(diǎn)和重點(diǎn)。孫秀忠等(2010)研究表明，純雪在貴州出現(xiàn)的次數(shù)比北方少很多，若降雪強(qiáng)度大或伴隨凍雨、低溫等天氣現(xiàn)象相繼出現(xiàn)，往往會(huì)造成很大的自然災(zāi)害，如2008、2011年初的南方低溫雨雪過程對(duì)電力、農(nóng)業(yè)、交通及人民群眾生活造成了嚴(yán)重影響，因此對(duì)貴州降雪天氣的研究十分必要。

以往對(duì)貴州降雪的研究大多集中在個(gè)例分析或主要環(huán)流形式上(羅喜平等，2017；王芬等，2021)，對(duì)其氣候態(tài)的特征研究極少。文中利用1981—2020年貴州省縣級(jí)臺(tái)站資料，分析降雪日數(shù)、積雪日數(shù)及最大積雪深度的基本氣候特征，研究降雪初始日期、終止日期在貴州出現(xiàn)的規(guī)律，探討降雪日數(shù)與海拔、緯度的關(guān)系，以期全面了解貴州降雪的氣候態(tài)特征，為當(dāng)?shù)氐慕笛╊A(yù)報(bào)提供參考。

1 資料與方法

文中所使用的資料來源于貴州省氣象信息中心數(shù)據(jù)庫中的縣級(jí)臺(tái)站的降雪資料，包括降雪日數(shù)、降雪起止時(shí)間、積雪日數(shù)、積雪深度及降雪初始日期、終止日期等。選取1981—2020年日值資料連續(xù)無缺測的臺(tái)站共82站(圖1)，均為國家基準(zhǔn)氣候站或基本氣象站，占貴州縣級(jí)臺(tái)站總數(shù)的97.6%?？紤]到臺(tái)站位置的變動(dòng)對(duì)降雪的影響沒有風(fēng)和溫度敏感，文中未對(duì)遷站造成的資料非均一性進(jìn)行檢驗(yàn)和訂正。參考前人的研究方案(孫秀忠等，2010；劉玉蓮等，2012)，以當(dāng)年7月1日至次年6月30日為降雪年度，建立年降雪矩陣序列，例如2010年降雪年為2010年7月1日至2011年6月30日。由于雪和雨夾雪不易區(qū)分，所以文中把雨夾雪視為雪來研究分析。

圖1 貴州省82個(gè)臺(tái)站位置及海拔高度(單位：km)

所用的方法包括線性擬合、滑動(dòng)平均、相關(guān)系數(shù)、M-K突變檢驗(yàn)、Morlet小波分析等(黃嘉佑等，2004；魏鳳英等，2013)。其中，M-K突變檢驗(yàn)根據(jù)ua值來確定臨界值，相關(guān)系數(shù)采用t分布的密度函數(shù)進(jìn)行檢驗(yàn)，信度水設(shè)為α=0.05。

2 降雪日數(shù)的基本特征

2.1 空間分布

分析1981—2020年貴州平均降雪日數(shù)的空間分布(圖2a)可知，降雪日數(shù)在1—23 d之間，整體呈現(xiàn)西北多、南少的特征，年降雪區(qū)域平均為8.9 d，大值中心集中在貴州省西北部的威寧、大方、水城、畢節(jié)一帶，平均為19—23 d，最多的為威寧23 d，最少的為望謨1 d。12月降雪的空間分布(圖2b)與全年的特征較為一致(空間相關(guān)系數(shù)為0.99)，最多仍為威寧5 d，此時(shí)貴州南部邊緣冊(cè)亨、望謨、羅甸、荔波基本未出現(xiàn)降雪，全省區(qū)域平均為1.7 d。1月降雪日數(shù)區(qū)域平均為4.1 d，與全年降雪的空間相關(guān)系數(shù)為0.97，除西北部的降雪高值區(qū)外，還分別在遵義的西北部(習(xí)水)及銅仁市的東南部(大方)出現(xiàn)高值中心，大方最多為7.8 d,其次為習(xí)水7.7 d(圖2c)。2月降雪日數(shù)空間分布(圖2d)與全年的特征較一致(空間相關(guān)系數(shù)為0.99)，仍為西北多、南少，全省平均為2.4 d，最多的為習(xí)水、大方、威寧及畢節(jié)(5 d),南部的冊(cè)亨、望謨、羅甸基本無降雪。

圖2 1981—2020年貴州省降雪日數(shù)(單位：d)的空間分布(a.全年累計(jì),b.12月,c.1月,d.2月)

2.2 年際、年代際及逐月變化

分析1981—2020年貴州降雪日數(shù)的年際變化(圖3a)可知，降雪日數(shù)呈現(xiàn)減少趨勢，平均每10 a減少1.6 d，1983年最多達(dá)20 d，其次為2008年的18 d，最少的為2019年3 d。通過M-K檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，貴州降雪日數(shù)整體偏少，2012年為貴州降雪日數(shù)減少的突變點(diǎn)。通過小波分析發(fā)現(xiàn)降雪日數(shù)在1990—1996、2005—2010年時(shí)間段內(nèi)具有準(zhǔn)3—4 a的周期變化，但整體1981—2020年貴州降雪日數(shù)周期特征并不明顯(圖3b)。10 a滑動(dòng)平均的變化趨勢表明，1980年代初期至2000年代初期呈現(xiàn)波動(dòng)變化，之后迅速下降，2020年代末期達(dá)到最低。分析降雪日數(shù)的逐月分布(圖3c)可知，貴州降雪基本從11月開始出現(xiàn)，隨后逐步增加，1月達(dá)到峰值(4.1 d)，次年3月結(jié)束，共持續(xù)5個(gè)月，主要降雪集中在冬季，平均8.2 d，占全年的92%。

2.3 日變化

分析降雪的日變化(圖4)可知，貴州降雪開始時(shí)間在08—09時(shí)、20—21時(shí)、09—10時(shí)三個(gè)時(shí)次最多，08—09時(shí)開始出現(xiàn)降雪的概率(28.8%)最高，其次為20—21時(shí)(17.3%)，第三為09—10時(shí)。分析最高占比的空間分布(圖略)可知，08—09時(shí)開始出現(xiàn)降雪的站點(diǎn)數(shù)量比其他時(shí)次多，貴州80個(gè)縣市中的65個(gè)縣市降雪開始時(shí)間集中在08—09時(shí)，出現(xiàn)比率平均為48.3%，15個(gè)縣集中在20—21時(shí)，大部份地區(qū)比率均在30.0%以下，平均為20.2%。

圖3 1981—2020年貴州省降雪日數(shù)的年際變化(a)、小波分析(b)和逐月變化(c)

圖4 1981—2020年貴州省降雪開始時(shí)間在各時(shí)間段的占比

在貴州的一次降雪天氣過程中，常會(huì)出現(xiàn)間歇現(xiàn)象，往往有幾次開始、停止共同組成一次降雪天氣過程。分析發(fā)現(xiàn)，在一次降雪天氣過程中，僅發(fā)生1次降雪的占48.1%，2次的占25.8%，3次的占13.3%，5次及以上的占6.8%(圖略)。

2.4 降雪連續(xù)日數(shù)

統(tǒng)計(jì)1981—2020年貴州降雪連續(xù)日數(shù)發(fā)現(xiàn)，每次降雪僅為1 d的占全部降雪過程的32.8%，2 d的占30.6%，連續(xù)3 d的占15.1%。分析降雪連續(xù)日數(shù)空間分布(圖5)可知，降雪只持續(xù)1 d的集中在貴州南部、銅仁西部及遵義西部邊緣。降雪只持續(xù)2 d的集中在黔西南、黔南及安順交界處，持續(xù)3 d及以上的集中在貴州中北部。

3 降雪初始和終止日期的平均狀態(tài)

統(tǒng)計(jì)1981—2020年降雪初始日期及終止日期(表1)在各月發(fā)生的概率(其中概率少于1%的不記)發(fā)現(xiàn)，貴州省降雪的平均初始日期最早在11月，最晚在2月，集中在12、1月，分別占總數(shù)的56.1%、28.5%。降雪的平均終止日期最早在12月，最晚4月，主要集中在2、3月，其中2月占比(43.5%)最高。

分析降雪的平均初始、終止日期空間分布(圖6)發(fā)現(xiàn)，初始日期集中在12、1月，其中貴州中北部一線多為12月，約占全省總站數(shù)的79.3%，貴州南部多為1月，約占全省總站數(shù)的19.5%，平均初始日期最早的為威寧11月22日，最晚的為望謨1月20日。貴州大部平均終止日期集中在2月，約占全省總站數(shù)的84.1%，貴州南部邊緣為1月，約占全省總站數(shù)的6.1%，平均終止日期最晚的為威寧3月30日，最早的為羅甸1月23日。分析降雪初、終日間隔日數(shù)(圖略)可知，貴州中北部雪期更長，從開始到結(jié)束約為60—129 d，而南部大部為40 d以下，全省平均為54 d，其中初、終日間隔日數(shù)最長的為威寧，平均降雪初始日期為11月22日，終止日期為3月30日，初終日之差為129 d。

圖5 1981—2020年貴州省降雪持續(xù)1 d(a)、持續(xù)2 d(b)、持續(xù)3 d及以上(c)的占全部降雪過程的比例(單位：%)

表1 1981—2020年貴州省降雪初始和終止日期在各月出現(xiàn)的概率

4 降雪日數(shù)與海拔、緯度的關(guān)系

分析降雪日數(shù)與海拔高度、緯度的關(guān)系(圖7)可知，隨著海拔高度增加貴州平均降雪日數(shù)表現(xiàn)為增加的趨勢，大約海拔每升高100 m，降雪日數(shù)增加2.3 d，二者的相關(guān)系數(shù)為0.45。隨著緯度升高貴州降雪日數(shù)表現(xiàn)為增加趨勢，大約緯度每增加1°，平均降雪日數(shù)增加11.4 d，二者的相關(guān)系數(shù)為0.41。以上分析表明，貴州的海拔高度、緯度與降雪日數(shù)為正相關(guān)關(guān)系，且均通過了信度0.05的顯著性檢驗(yàn)，表明地理位置對(duì)貴州降雪日數(shù)影響較為顯著。

5 結(jié) 論

利用1981—2020年貴州省縣級(jí)臺(tái)站資料，分析降雪日數(shù)、積雪日數(shù)及最大積雪深度的基本氣候特征，研究降雪初始日期、終止日期在貴州出現(xiàn)的規(guī)律，探討海拔、緯度與降雪日數(shù)的關(guān)系，得到:

1) 貴州降雪日數(shù)整體呈現(xiàn)西北多、南少的特征，區(qū)域平均為8.9 d，大值中心集中在貴州西北部；1981—2020年貴州降雪日數(shù)整體偏少，且逐漸減少，平均每10 a減少1.6 d，2012年為突變點(diǎn)；在1990—1996、2005—2010年兩個(gè)時(shí)間段上存在準(zhǔn)3—4 a的周期變化；降雪從11月開始出現(xiàn)，持續(xù)到次年3月，主要集中在冬季，占全年的92%，其中1月降雪日數(shù)最多；降雪開始時(shí)間在08—10時(shí)、20—21時(shí)最多，分別占28.8%、17.3%；貴州降雪多間歇，僅持續(xù)1 d的占48.1%，連續(xù)2 d的降雪占25.8%；降雪日數(shù)僅1 d的占比最高，大值區(qū)集中在貴州南部、銅仁西部及遵義西部邊緣，持續(xù)3 d及以上的主要集中在貴州中北部。

2) 貴州降雪平均初始日期最早出現(xiàn)在11月，集中在12月和1月，分別占56.1%及28.5%，終止日期最早在12月，最晚在4月，主要集中在2、3月，其中2月占比最高(43.5%)。貴州中北部一線的初始日期多為12月，約占總站數(shù)的79.3%，貴州南部多為1月，約占19.5%。貴州大部地區(qū)平均終止日期集中在2月，約占總站數(shù)的84.1%，貴州南部邊緣為1月，約占6.1%。貴州中北部雪期更長，從開始到結(jié)束間隔為60—129 d，而南部大部為40 d以下，全省平均為54 d。

圖6 1981—2020年貴州省降雪的平均初始日期(a)及終止日期(b)分布

圖7 1981—2020年貴州省降雪日數(shù)與海拔高度(a)及緯度(b)的散點(diǎn)圖

3) 貴州省降雪日數(shù)與海拔高度、緯度均為顯著正相關(guān)，平均降雪日數(shù)隨海拔高度、緯度的升高而增加，大約海拔每升高100 m，降雪日數(shù)增加2.3 d，緯度每增加1°，降雪日數(shù)增加11.4 d。