1951—2015年烏魯木齊市升溫過程頻數及強度氣候特征

毛煒嶧，張祖蓮

（1.中國氣象局烏魯木齊沙漠氣象研究所，新疆烏魯木齊 830002；2.中亞大氣科學研究中心，新疆烏魯木齊 830002；3.新疆興農網信息中心，新疆烏魯木齊 830002）

1951—2015年烏魯木齊市升溫過程頻數及強度氣候特征

毛煒嶧1，2，張祖蓮2，3

（1.中國氣象局烏魯木齊沙漠氣象研究所，新疆烏魯木齊 830002；2.中亞大氣科學研究中心，新疆烏魯木齊 830002；3.新疆興農網信息中心，新疆烏魯木齊 830002）

用烏魯木齊市氣象站1951—2015年逐日氣溫資料，以日最高氣溫及其升溫幅度為指標，整理出烏魯木齊市近65 a升溫過程數據庫。升溫過程分為5個等級，分析了各級升溫過程發生頻數、持續日數、過程不同時段升溫幅度、過程最高氣溫、過程最高氣溫距平偏高幅度等要素氣候特征。1951—2015年，烏魯木齊市出現升溫過程5677次，平均每年87.3次。升溫過程的持續日數平均為2.14 d，其中持續1 d的過程占43.0%。1951—2015年，烏魯木齊市過程升溫幅度平均為5.76℃；過程最大24、48和72 h升溫幅度平均值分別為3.72、6.12和8.23℃；過程最高氣溫平均值為14.52℃，帶有顯著的季節背景特征；過程最大日氣溫距平的平均值為2.93℃。

升溫過程；頻數；持續日數；強度；烏魯木齊

氣溫是表示大氣冷熱程度的物理量[1]，是最基本的氣象要素。理論上氣溫變化只有三種情形：上升、下降或保持不變。氣溫上升或下降是普遍現象，而保持不變是極個別情形。有關冷空氣尤其是寒潮等強冷空氣活動過程活動規律、變化特征等研究成果較為豐富。20世紀80年代末我國就開展了全國寒潮氣候評價[2]，21世紀以來，有研究分析了我國1951—2006年的寒潮活動特征[3]，還有我國東北[4]、長江中下游[5]以及廣東[6]等區域寒潮活動特征研究各具特色。近年來持續有關于新疆區域寒潮特征的研究報道，有研究給出了新疆最北部阿勒泰地區寒潮頻數活動變化特征[7]，還有用4站表示的烏魯木齊市區域寒潮頻數變化特征[8]等等。還有研究分析了近50 a我國冷空氣活動特征[9]，以及全球變暖背景下我國春季溫度時空變化特征[10]。ETCCDI在21世紀初總結了極端天氣氣候指數研究結果（http:// etccdi.pacificclimate.org/indices_def.shtml），用日氣溫、日降水資料得到了27個極端事件指數，其中描述極端溫度事件的指數有16項，翟盤茂向國內分類介紹了這些指數，主要劃分為極值統計量、絕對閾值、相對閾值及其他等幾類指數[11，12]。近年來以溫度序列的百分位排序法定義的極端暖事件（暖日、暖晝、暖夜）研究比較多[13]，還有根據確定的溫度臨界值定義的高溫熱浪事件研究[14]。近期，在分析烏魯木齊市單站極端降溫事件時，給出了更加細致的單站降溫過程定義，整理出了烏魯木齊市降溫過程以及寒潮降溫過程氣候變化特征等[15，16]，并嘗試了季節或年度寒潮過程強度評估指標的業務化應用[17]，豐富了極端溫度事件研究內容。已有研究中將升溫過程作為主要研究對象來討論其氣候特征、變化規律的工作很少。烏魯木齊市是新疆首府，位于天山北麓，地處中緯度地區，四季分明，研究日氣溫變化特征極具代表性，有必要進一步分析烏魯木齊市的升溫過程基本規律，為當地防御強升溫過程的不利影響和危害提供技術支持。

1 資料與分析方法

1.1 資料

選取烏魯木齊市氣象站日最高氣溫資料，資料長度從1951年1月1日—2015年12月31日。以1月1日—12月31日為一年，共計65個完整年度，3—5月為春季，6—8月為夏季，9—11月為秋季，12月至翌年2月為冬季。

1.2 升溫過程定義

本研究首先確定了以下定義：單站升溫日、單站升溫過程（初日、終日及持續日數）、過程升溫幅度、不同時段升溫幅度等，具體見表1。

表1 單次升溫過程基本概念

1.3 升溫過程等級劃分標準

借鑒國標《冷空氣等級》（GB/T 20482—2006）[18]中的5級冷空氣活動等級劃分標準，將升溫過程也分為5級，分別是：Ⅰ級（弱）、Ⅱ級（中等強度）、Ⅲ級（較強）、Ⅳ級（強）和Ⅴ級（極強）升溫過程。普查烏魯木齊市1951—2015年的5677次升溫過程，過程最高氣溫的平均值為14.52℃。0℃是固態冰雪融化的臨界溫度，15℃接近烏魯木齊市的升溫過程最高氣溫平均值。判定較強、強和極強等級的升溫過程時，給出了過程最高氣溫臨界值判據分別為0℃和15℃。本文判識升溫過程等級按照“就高的原則”，對所有升溫過程依次進行Ⅴ級到Ⅰ級的判識，同時，對于升溫時間僅1 d的過程，用過程最大24 h升溫幅度等同于48 h升溫指標來判斷升溫過程級別。具體標準見表2。

表2 不同等級升溫過程標準

1.4 過程頻數及強度的季節統計標準

春、夏、秋、冬四季升溫過程頻數統計標準為：過程的開始日期與結束日期在同一季節，則記為該季節1次過程，如果升溫過程的開始日期和結束日期跨2個相鄰季節，則2個季節各記錄0.5次升溫過程。各月的升溫過程頻數統計方法類似。

各季的升溫過程強度要素統計標準為：過程的開始日期與結束日期在同一季節內，則該過程要素參與該季節統計；如果升溫過程的開始日期和結束日期跨兩個相鄰季節，則計算兩個季節的升溫過程強度要素指標時均考慮該過程貢獻。各月的升溫過程強度統計方法類似。

2 升溫過程發生頻數

1951—2015年，烏魯木齊市共出現5677次升溫過程，平均每年87.3次，1957年升溫過程最多，達到99次，1996年與1997年最少，均為79次。65年來，烏魯木齊市Ⅰ級（弱）升溫過程3848次，平均每年59.2次，占升溫過程發生總頻數的67.8%；Ⅱ級（中等）、Ⅲ級（較強）、Ⅳ級（強）以及Ⅴ級（極強）升溫過程分別出現了938次、179次、483次和229次，占16.5%、3.2%、8.5%和4.0%。

2.1 季節分布特征

由表3明顯可見，1951—2015年烏魯木齊市春、夏、秋、冬季的升溫過程發生頻數分別占總數的23.1%、24.0%、24.9%和27.5%，各季節分布較均勻。各級升溫過程發生頻數的季節分布呈不同特征。Ⅰ級（弱）升溫過程發生頻數以秋季最多、春季最少，Ⅱ級（中等強度）升溫過程發生頻數在春季最多，夏、冬兩季略少于春季，秋季最少；Ⅲ級（較強）升溫過程發生頻數主要集中在冬季，高達91.3%；Ⅳ級（強）升溫過程發生頻數主要分布在冬、春季，分別占33.5% 和30.5%，夏、秋季均不足20%；Ⅴ級（極強）升溫過程的發生頻數以春季最多，占61.6%，其次是夏季，占25.1%，秋、冬季極少。

表3 近65 a烏魯木齊市不同等級升溫過程頻數

2.2 各月分布特征

圖1 不同級別升溫過程發生頻數的各月分布

由圖1可見，1951—2015年，烏魯木齊市各月升溫過程發生頻數占年總數的百分率在7.2%～9.9%之間，分布較均勻。Ⅰ級（弱）升溫過程發生頻數的各月百分率在6.4%～10.0%，Ⅱ級（中等強度）升溫過程發生頻數的各月百分率在5.6%～9.8%，Ⅰ級和Ⅱ級升溫過程發生頻數的各月百分率相差不太大；Ⅲ級（較強）升溫過程發生頻數僅出現在11月至次年3月，其中1月最多，占42.7%；Ⅳ級（強）升溫過程發生頻數在3月最多，占15.5%；Ⅴ級（極強）升溫過程發生頻數在1—2月未出現，4、5月最多，分別占29.5%和29.3%。

2.3年代際分布特征

從1951年起，統計烏魯木齊市7個年代的年平均升溫過程發生頻數，結果見表4。從20世紀50年代以來到近5 a，烏魯木齊市年平均升溫過程發生頻數在7個年代際差異不大，在20個世紀80年代最少（85.2次/年）、50年代最多（90.8次/年）。隨年代增加，烏魯木齊市Ⅰ級到Ⅴ級升溫過程發生頻數呈波動變化，沒有明顯的線性變化趨勢。

表4 烏魯木齊市各年代際的年平均升溫過程發生頻數

3 過程持續日數

3.1 升溫過程持續日數特征

1951—2015年，烏魯木齊市5677次升溫過程的持續日數1～12 d不等，平均2.14 d。隨升溫過程持續日數增加，對應的過程頻數百分率迅速下降（表5），烏魯木齊市5677次升溫過程中持續1 d的最多，達到2440次，占總頻數的43.0%；持續日數在6 d以上的升溫過程次數極少，均不足1%。65 a來，烏魯木齊市Ⅰ級（弱）、Ⅱ級（中等強度）、Ⅲ級（較強）、Ⅳ級（強）以及Ⅴ級（極強）過程分別出現了3848次、938次、179次、483次和229次，平均持續日數分別為1.82 d、2.86 d、2.12 d、2.72 d和3.49 d。Ⅰ級（弱）升溫過程持續日數以1 d為主，占該級過程總頻數的55.5%；Ⅱ級（中等強度）、Ⅲ級（較強）和Ⅳ級（強）升溫過程持續日數均以2 d為主，分別占同級過程總頻數的32.9%、45.8%和37.3%；Ⅴ級（極強）升溫過程持續日數以3 d最多，占該級過程總頻數的32.8%。隨升溫過程級別從Ⅰ到Ⅴ級提升，烏魯木齊市各級升溫過程出現頻次最多的持續日數由1 d過渡到3 d。

表5 不同持續日數的升溫過程頻數

3.2 升溫過程持續日數的季、月分布特征

1951—2015年，烏魯木齊市春、夏、秋、冬季升溫過程的平均持續日數分別為2.57 d、2.29 d、2.08 d 和1.77 d，在春季最長、冬季最短。各級升溫過程持續日數的四季分布特征基本上一致，在春季最長、冬季最短。

由表6可見，1951—2015年，烏烏魯木齊市升溫過程持續日數的月平均值在1.96 d（12 月）～3.37 d（4 月）之間，主峰值在4月，4—6月各月平均數均在3 d以上，次峰值在10月。各級升溫過程的持續日數月分布主要有兩種類型。第一類，過程持續日數呈雙峰型，主峰值在4月或者5月，次峰值在9月或者10月，Ⅱ級（中等）、Ⅳ級（強）和Ⅴ級（極強）升溫過程最為典型；第二類，各月之間的過程持續日數差異不太大，以6 最長，12月最短，Ⅰ級（弱）升溫過程屬于該類。Ⅲ級（較強）升溫過程僅僅出現在11月至3月的冬半年。

表6 不同等級升溫過程各月平均持續日數d

4 升溫過程強度

4.1 升溫幅度

過程升溫幅度。由表7可見，1951—2015年，烏魯木齊市5677次過程升溫幅度平均值為5.76℃，在春、夏、秋、冬四季，過程升溫幅度平均值分別為7.22、5.50、4.94和5.58℃，過程升溫幅度在春季最大、秋季最小。對于Ⅰ級（弱）、Ⅱ級（中等）、Ⅲ級（較強）、Ⅳ級（強）和Ⅴ級（極強）升溫過程，平均過程升溫幅度分別為4.02、9.56、10.85、11.85和15.10℃，各級過程的過程升溫幅度基本上都是在春季最強。由圖2a可見，整體上各月平均過程升溫幅度變化較平緩；Ⅳ級（強）升溫過程在5月的過程升溫幅度最大，平均達13.4℃；Ⅴ級（極強）升溫過程在3月的升溫幅度最大，達17.6℃。

表7 不同等級過程升溫幅度℃

最大24 h升溫幅度。由表8可見，1951—2015年，烏魯木齊市升溫過程的最大24 h升溫幅度平均為3.72℃，在春、夏、秋、冬四季，平均最大24 h升溫幅度分別為4.08、3.26、3.29和4.32℃，24 h升溫幅度在冬季最大、夏季最小。由圖2b可見，Ⅳ級（強）以及Ⅴ級（極強）升溫過程的24 h升溫幅度最大的月份分別為2月和3月，平均值分別為8.42℃和8.47℃。

表8 不同等級升溫過程最大24 h升溫幅度℃

圖2 升溫過程中各月平均過程升溫幅度

最大48 h升溫幅度。由表9可見，1951—2015年，烏魯木齊市有3237次升溫過程的持續日數在2 d或以上，其中Ⅰ級（弱）、Ⅱ級（中等強度）、Ⅲ級（較強）、Ⅳ級（強）以及Ⅴ級（極強）升溫過程分別出現了1711次、774次、131次、408次和213次。65 a來，烏魯木齊市3237次升溫過程的最大48 h升溫幅度平均為6.12℃，在春、夏、秋、冬四季，平均最大48 h升溫幅度分別為6.84、5.66、5.35和6.62℃，48 h升溫幅度在春季最大、秋季最小。由圖2c可見，Ⅳ級（強）以及Ⅴ級（極強）升溫過程的48 h升溫幅度最大的月份分別為2月和3月，平均值分別為10.53℃和13.31℃。

表9 不同等級升溫過程最大48 h升溫幅度℃

最大72 h升溫幅度。由表10可見，1951—2015年，烏魯木齊市有1700次升溫過程的持續日數在3 d或以上，Ⅰ級（弱）、Ⅱ級（中等強度）、Ⅲ級（較強）、Ⅳ級（強）以及Ⅴ級（極強）升溫過程分別出現了792次、465次、49次、228次和165次。65年來，烏魯木齊市1700次升溫過程的最大72 h升溫幅度平均為8.23℃，在春、夏、秋、冬四季，平均最大72 h升溫幅度分別為9.25、7.62、7.19和8.70℃，72 h升溫幅度在春季最大、秋季最小。由圖2d可見，Ⅳ級（強）和Ⅴ級（極強）升溫過程的72 h升溫幅度最大的月份分別為2月和9月，平均值分別為13.21℃和15.80℃。4.2過程最高氣溫及氣溫距平偏高幅度

表10 不同等級升溫過程最大72 h升溫幅度℃

過程最高氣溫。由表11可見，1951—2015年，烏魯木齊市升溫過程的最高氣溫平均為14.52℃，在春、夏、秋、冬四季，平均過程最高氣溫分別為17.67、31.82、15.55和-3.48℃，在夏季最高、冬季最低。由圖3a可見，各級升溫過程的最高氣溫月分布都帶有顯著的季節背景特征，基本上是在夏季7、8月最高。

表11 不同等級升溫過程的最高氣溫季節平均℃

過程最大日氣溫距平偏高幅度。由表12可見，1951—2015年，烏魯木齊市升溫過程的最強日氣溫距平偏高幅度的平均值為2.93℃，在春、夏、秋、冬四季，平均最強日氣溫距平偏高幅度分別為3.17、2.55、3.05和3.05℃，在春季最大。由圖3b可見，Ⅳ級（強）和Ⅴ級（極強）升溫過程的日氣溫距平偏高幅度最大的月份分別是1月和12月，平均值分別為11.73℃和19.10℃。

表12 季節平均的烏魯木齊市不同等級升溫過程最高日氣溫距平值℃

5 結論

（1）1951—2015年，烏魯木齊市共出現5677次升溫過程，平均每年出現87.3次，Ⅰ級（弱）升溫過程占67.8%。烏魯木齊市的升溫過程以升溫幅度在6℃以內的弱升溫過程為主。四季的升溫過程發生頻數差異不明顯，但春季的極強升溫過程出現最多。Ⅰ級和Ⅱ級升溫過程發生頻數的各月百分率相差不太大；Ⅲ級（較強）升溫過程發生頻數在1月最多，占全年的42.7%；Ⅳ級（強）升溫過程發生頻數在3月最多，占15.5%；Ⅴ級（極強）升溫過程發生頻數在4、5月最多，分別占29.5%和29.3%。隨年代際增長，各級升溫過程發生頻數呈波動變化，沒有明顯的線性變化趨勢。

（2）1951—2015年，烏魯木齊市升溫過程的持續日數1～12 d不等，平均2.14 d，其中持續1 d的過程最多，占43.0%。隨升溫過程級別由Ⅰ級（弱）到Ⅴ級（極強）提升，出現頻率最高的過程持續日數也從1 d過渡到3 d。升溫過程持續日數春季最長、冬季最短。各級升溫過程的持續日數月分布最主要的類型特征是：過程持續日數的月分布呈雙峰型，主峰在4月或者5月，次峰值在9月或者10月，Ⅱ級（中等）、Ⅳ級（強）和Ⅴ級（極強）升溫過程最為典型。

（3）1951—2015年，烏魯木齊市5677次過程升溫幅度平均為5.76℃，春季最大、秋季最小。Ⅳ級（強）升溫過程在5月過程升溫幅度最大，達13.4℃，Ⅴ級（極強）升溫過程在3月最大，達17.6℃。

（4）1951—2015年，烏魯木齊市過程最大24、48 和72 h升溫幅度平均值分別為3.72、6.12和8.23℃，最大24 h升溫幅度是冬季最大、夏季最小，48 h 和72 h升溫幅度都是春季最大、秋季最小。烏魯木齊市Ⅳ級（強）和Ⅴ級（極強）升溫過程的24 h以及48 h升溫幅度均以2月和3月最大；Ⅳ級（強）和Ⅴ級（極強）升溫過程的72 h升溫幅度以2月和9月最大。

圖3 升溫過程中各月平均過程最高氣溫（a）與過程最大日氣溫距平（b）

（5）1951—2015年，烏魯木齊市升溫過程最高氣溫的平均值為14.52℃，在春、夏、秋、冬四季，升溫過程最高氣溫平均值分別為17.67、31.82、15.55 和-3.48℃，夏季最高、冬季最低。過程最大日氣溫距平偏高幅度的平均值為2.93℃。烏魯木齊市Ⅳ級（強）升溫過程的日氣溫距平偏低幅度以1月（11.73℃）最大，Ⅴ級（極強）升溫過程以12月（19.10℃）最大。

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Climatic Characteristics of Frequency and Intensity for the Temperature Rising Processes in Urumqi during 1951-2015

MAO Weiyi1，2，ZHANG Zulian2，3
（1.Institute of Desert Meteorology，China Meteorological Administration，Urumqi 830002，China；2.Center of Central Asia Atmospheric Science Research，Urumqi 830002，China；3.Information Centre of Xinjiang Xingnong Net，Xinjiang Meteorological Bureau，Urumqi 830002，China）

Using the daily temperature data at Urumqi meteorological station during 1951-2015 and defining an index based on the daily maximum temperature and its increasing magnitude,the database of temperature rising processes in Urumqi city for recent 65 years was established.The climatic characteristics,such as the frequency of rising process,consecutive days and increasing magnitude were investigated at different 5 levels of temperature rising processes.There were 5677 temperature rising processes,and averaged 87.3 temperature rising processes each year during 1951-2015.The averaged consecutive days of temperature rising process were 2.14 days with 43.0%of the processes lasting one day.The averaged increasing magnitude of temperature rising processes was 5.76℃.The maximum increasing magnitude of temperature rising processes in 24 h, 48 h and 72 h was 3.72℃、6.12℃and 8.23℃respectively.The averaged maximum temperature of the temperature rising processes was 14.52℃and its maximum daily temperature anomaly was 2.93℃.

temperature rising process；frequency；consecutive days；intensity；Urumqi

P423

：A

1002-0799（2016）06-0011-08

10.3969/j.issn.1002-0799.2016.06.002

2016-06-27；

2016-08-28

中央級公益性科研院所基本科研業務費專項資金項目（IDM201502）“新疆區域降溫過程及極端低溫事件的年、季定量評估研究及應用”資助。

毛煒嶧（1969-），男，研究員，主要從事氣候診斷、預測、氣候變化影響等研究。E-mail：mao6991@vip.sina.com

毛煒嶧，張祖蓮.1951—2015年烏魯木齊市升溫過程頻數及強度氣候特征[J].沙漠與綠洲氣象，2016，10（6）：11-18.