安慶市寒潮過程的氣候特征分析

張 麗

(安徽省安慶市氣象局，安徽 安慶 246003)

1 引言

寒潮天氣過程是一種大規模的強冷空氣向南爆發的天氣過程[1]，在劇烈降溫的同時有時還伴有大風、雨、雪、雨凇或霜凍和凍害等災害性天氣，對農業、牧業、交通、電力等造成巨大損失。多年來，很多氣象學者已對寒潮天氣進行了大量的分析研究[2-7]，包括寒潮的時空分布特征、冷空氣源地、路徑、影響的天氣系統等。張培忠等[8]對影響中國的寒潮冷高壓的活動進行了分析，發現冷高壓有明顯的年月季變化，寒潮冷高壓主要出現在亞洲大陸中部,移動路徑以自西向東為。朱紅芳[9]等對安徽省近52 a的寒潮氣候特征進行了分析，指出安徽寒潮發生頻次北部多于南部，并且存在3個顯著周期，寒潮發生頻次呈現線性減少趨勢。

20世紀80年代以來, 全球變暖問題引起廣泛的關注。在全球氣候變暖的大背景下，很多研究發現寒潮的發生頻率和強度也出現了明顯變化。劉婕等[10]分析了大連地區寒潮近45 a來的變化, 發現在氣候變暖背景下大連地區寒潮活動具有減少的趨勢，從1961—2005年, 寒潮頻數減少為0.7次/10 a。白松竹[11]等分析了氣候變暖背景下阿勒泰地區寒潮活動變化特征，指出近52 a來阿勒泰地區寒潮和強寒潮次數均表現為減少的趨勢，冷季平均氣溫的距平指數與寒潮和強寒潮距平指數呈反位相，氣候變暖是阿勒泰地區寒潮減少的重要氣候背景。

安慶市地形復雜，山區、丘陵、平原共存，寒潮天氣會導致農作物大面積受害，還會造成道路結冰、交通中斷等災害，是安慶市冬半年的主要災害性天氣之一。目前針對安慶市降雨的研究相對較多，針對寒潮氣候特征分析的研究還沒有開展。在全球變暖的背景下，對安慶市寒潮發生頻率、年代際變化趨勢等進行統計分析十分有必要，這對做好安慶市寒潮預報工作有重要意義。只有加強對寒潮天氣過程的研究，掌握其發生發展規律，才能有效提高對重大災害性天氣的防御能力。

2 寒潮標準

寒潮的強度一般是用冷空氣入侵后造成的降溫幅度大小來表示。根據中華人民共和國國家標準GB/T 21987-2008的規定，一次寒潮過程是指冷空氣使某地的日最低氣溫24 h內下降8 ℃或以上，或者48 h內氣溫連續下降10 ℃或以上，或者72 h內氣溫連續下降12 ℃或以上，且該地日最低氣溫下降到4 ℃或以下；強寒潮是冷空氣使某地的日最低(或日平均)氣溫24 h下降10 ℃或以上，或者48 h內氣溫連續下降12 ℃或以上，或者72 h內氣溫連續下降14 ℃或以上，且使該地日最低氣溫下降到2 ℃或以下；特強寒潮是指使某地的日最低(或日平均)氣溫24 h下降12 ℃或以上，或者48 h內氣溫連續下降14 ℃或以上，或者72 h內氣溫連續下降16 ℃或以上且使該地日最低氣溫下降到2 ℃或以下。

區域寒潮要求一次寒潮過程中該區域內有≥30%的氣象站滿足寒潮標準；區域強寒潮要求一次寒潮過程中，該區域內≥40%的氣象站滿足寒潮條件，其中滿足強寒潮標準的氣象站≥30%，或滿足特強寒潮標準的氣象站≥20%。

3 資料來源、處理及統計

本文所使用的資料來自于安慶轄區內8個國家觀測站逐日最低溫度資料，時間為1960年10月1日—2016年5月30日，將每年的10月—次年5月定義為一個寒潮季，討論了共56個寒潮季的寒潮特征及變化。

由于討論的是安慶市范圍內，范圍比較小，所以文中將寒潮分為單站寒潮和區域性寒潮。安慶市共8個市縣，當有3個或以上市縣同時達到寒潮標準時，定義為一次區域性寒潮過程；在滿足區域性寒潮標準的同時，如果有2個或以上市縣達到強寒潮標準，則定義為一次區域性強寒潮過程；一次特強寒潮過程中有3個站或以上達到特強寒潮標準定義為一次特強寒潮過程。

4 寒潮的氣候特征

4.1 單站寒潮的空間分布

安慶共8個市縣，岳西、潛山西部、太湖中西部、宿松西北部為大別山區，安慶、望江處長江沿岸，最北部為桐城。由于地理位置和地形地貌的差異，安慶各市縣寒潮出現的次數并不相同。

表1 安慶各個市縣1960—2016年出現的寒潮、強寒潮和特強寒潮總次數(次)Tab.1 Total number of the cold wave,strong cold wave and especially strong cold wave in each county station of Anqing from 1961 to 2016

從表1可以看到，寒潮發生的空間特征是山區多，沿江少，北部多于南部。這說明寒潮的發生頻次和地理位置及地形有著密切的關系。岳西地區大別山區，出現寒潮、強寒潮和特強寒潮的次數最多，桐城地處安慶最北部，寒潮、強寒潮和特強寒潮出現的次數僅少于岳西。冷空氣南下時逐漸減弱，所以南部達到寒潮的幾率小于北部。由于冷空氣南下過程中受大別山脈的阻擋，使沿江地區達到寒潮標準的幾率變小[1]。

4.2 單站寒潮、強寒潮、特強寒潮的時間變化及成因

4.2.1 單站寒潮、強寒潮、特強寒潮的年際變化及成因 單站寒潮、強寒潮的年際變幅都很大。從圖1a可以看出，20世紀60年代為寒潮多發期，80年代末到90年代初及20世紀初期寒潮發生次數相對也較多。單站寒潮總次數出現最多的為1966年，出現了38次寒潮，最少的為1984年和2013年，這兩年沒有出現寒潮。從特強寒潮年代際發生頻次來看(圖略)，20世紀60年代出現8站/次，80年代和90年代分別出現10站/次，70年代沒有特強寒潮發生，2010年以后至2016年5月之前發生了3站/次特強寒潮。

從單站寒潮總次數逐年線性變化趨勢來看，有明顯減少的趨勢(通過0.05的信度檢驗)，線性趨勢為-1.53次/10 a。圖1b為強寒潮的逐年出現次數，可以看到單站強寒潮出現次數在10次/a或以上的有7 a，其中最多的為1969年出現了16站/次，其次為1966和2016年，為15/站次。強寒潮的線性變化趨勢不明顯。

圖1 1960—2016年寒潮季單站寒潮(a)、強寒潮(b)總次數逐年分布圖Fig.1 Annual distribution of cold wave and strong cold wave and especially strong cold wave of single-station in cold tide season from 1961 to 2016

4.2.2 單站寒潮、強寒潮、特強寒潮的月分布 安慶市單站寒潮發生的月份集中在當年的10月—次年的4月，岳西5月也有寒潮出現過，不過僅出現過1次。從各個月寒潮出現總站/次分布情況(圖2a)來看，出現次數最多的為3月和11月，2月和12月次之，4月和10月出現寒潮次數少，5月最少。各個市縣的寒潮出現次數月分布與總站/次月分布趨勢基本相似。

造成寒潮頻次在各個月分布不均的原因可能有如下幾個方面：就日最低氣溫而言，4月和10月日最低氣溫下降到4 ℃以下的日數較少，所以即使降溫幅度達到要求也不滿足寒潮標準；3月和11月是秋冬或冬春轉換季節，寒潮發生前受暖氣團影響氣溫回升明顯之后，強冷空氣入侵南下，由于前期溫度高，容易滿足寒潮標準；而冬季寒潮范圍大，低溫較低，遇到強冷空氣南下也比較容易達到寒潮標準。

從單站強寒潮出現總站/次數的月分布(圖2b)來看，2月、3月和11月多于其它月份，10月最少。各個市縣強寒潮月分布則與總站/次月分布有些差異(圖3)，岳西2月、11月出現次數最多，其余市縣3月份出現次數最多；次數最少的出現在1月或10月；其原因是1月份平均氣溫全年最低，日最低氣溫也低，降溫幅度很難達到強寒潮標準，而10月份則是最低氣溫達不到標準。

單站特強寒潮從當年10月—次年4月均有可能發生，以11月發生次數最多，其次為3月，2月也達到了7站/次，其它月份明顯減少(圖2c)。特強寒潮對降溫幅度及最低氣溫要求均較高，這就需要前期溫度較高，3月和11月比較容易滿足要求，所以發生次數多。

圖2 1960—2016年安慶單站寒潮(a)、強寒潮(b)、特強寒潮(c)出現總站/次數月分布(注：圖中只顯示了有寒潮發生的月份，余同)Fig.2 The monthly total number of cold wave(a)and strong cold wave(b) and especially strong cold wave(c) in Anqing station from 1961 to 2016

圖3 1960—2016年安慶各市縣寒潮季各個月寒潮(a)、強寒潮(b)出現總次數Fig.3 The monthly total number of cold wave(a) and strong cold wave(b)in each county station of Anqing from 1961 to 2016

表2 安慶市單站寒潮季節分布及各市縣寒潮季節分布(次)Tab.2 Season distribution of the cold wavein Anqing and each county station of Anqing

4.2.3 單站寒潮、強寒潮的季節分布 從表2可以看到，安慶單站寒潮發生總站/次數最多的為冬季，夏季最少，沒有寒潮發生，春秋季節相差不大。各市縣單站寒潮除了岳西縣外，也是冬季出現次數最多，尤其是最北部的桐城市冬季寒潮次數與春秋兩季差異最大；岳西寒潮次數秋季出現最多，但是春秋冬寒潮出現次數相差很小。

4.3 區域寒潮、強寒潮時間分布特征

4.3.1 年代際及年際分布 從年代際分布來看(圖4)，寒潮和強寒潮的分布趨勢是相同的，都是上世紀60年代最多，80年代最少。從變化趨勢來看，都呈現出減少的趨勢(通過0.05趨勢檢驗)，尤其是區域寒潮減少的趨勢更明顯。

區域寒潮和強寒潮的年際變化特征為(圖5)：區域寒潮次數明顯少于單站寒潮次數，年分布不均，最多的有5次，分別為1966年和1969年，最少的年份寒潮季沒有區域寒潮出現，這樣的年份共15 a。區域強寒潮次數較少，其中出現強寒潮的寒潮季占總次數的43%，沒有出現強寒潮的共32次，占57%，一個寒潮季出現2次強寒潮的共8次，占14%。

一次特強寒潮過程中有3個站或以上達到特強寒潮標準的過程共有4次(圖略)，分別出現在1987年、1988年、1996年、2009年；其中以1987年影響范圍最大，全市8各市縣共6個達到了強寒潮標準，過程降溫幅度也是最大的，24 h、48 h及72 h降溫分別達15.6 ℃、20.1 ℃及20.8 ℃。

圖4 安慶各個年代際區域寒潮(a)、強寒潮(b)次數變化圖Fig.4 Interdecadal variation of the regional cold wave(a)and strong cold wave(b)frequency in Anqing

圖5 1960—2016年安慶區域寒潮(a)、強寒潮(b)逐年變化曲線Fig.5 Curves of the annual number of regional cold wave (the left) and strong cold wave (the right) in Anqing from 1960 to 2016

圖6 1960—2016年安慶區域寒潮(a)、強寒潮(b)月分布Fig.6 Monthly distribution of regional cold wave (the left) and strong cold wave (the right) in Anqing from 1960 to 2016

4.3.2 月分布 區域寒潮的發生月份從當年的10月—次年4月均有可能發生。安慶市區域寒潮發生最早的時間為10月下旬，最晚的結束日期在4月中旬。區域寒潮發生次數最多的月份為3月，其次為12月,10月最少。區域強寒潮也是3月出現最多，共出現9次，其次為2月，次數最少的為10月和12月，僅出現2次。通過對比可以看到，10月共有3次區域寒潮過程，其中—次達到了強寒潮標準，12月出現了17次區域寒潮，僅有2次達到強寒潮標準，這可能是因為12月最低氣溫本身就較低，所以降溫幅度難達標。

4.4 寒潮初終日分析

對全市發生的每次寒潮過程的開始和結束時間進行統計，并制成了箱線圖(圖中每個長方框的上下底分別表示占樣本總數25%、75%的寒潮發生的時間；方框中的細實線為中位數，即在此日期前后各有1/2的寒潮發生；方框底邊延伸出的黑線端點分別表示寒潮最早、晚開始或結束的時間；空心圓點表示離群值，×號代表平均值。

由圖7可以看到，全市寒潮開始日期75%以上出現在11月上中旬，寒潮結束日期在3月中旬—4月下旬。寒潮過程中50%以上發生在11月下旬—3月上旬。

寒潮的平均初日以岳西為最早，為12月7日，其次為桐城的12月20日，沿江地區的平均初日為1月上中旬，最晚的為望江的1月12日。寒潮的平均終日均為2月份，以岳西最晚，為2月27日，宿松最早，為2月5日。

單站寒潮發生和結束日期中，岳西發生最早，結束最晚，其余市縣相差不大。岳西寒潮發生最早日期在10月中旬，最晚結束日期在5月上旬；其它市縣寒潮最早發生日期均在10月下旬中后期，最晚結束日期在4月上旬或中旬前期。區域寒潮平均初終日分別為12月27日和2月23日。

從50%百分位線(即中位數)看，大部分市縣寒潮發生時間和結束時間的中位數偏離了上下四分位數的中心位置，即分布有偏態性。

圖7 1961—2016年安慶各個市縣單站寒潮過程開始和結束時間統計圖Fig.7 Box-whisker plot for the Beginning and Ending day of single station cold waves in Anqing during 1961 and 2016

5 氣候變暖下寒潮發生趨勢

為了研究安慶地區寒潮發生次數與氣候變化的關系，本文統計了1960—2016年寒潮季所對應的冬季平均氣溫以及寒潮季(由于5月僅岳西出現過1次寒潮，所以文中取當年10月—次年4月平均氣溫代表寒潮季平均氣溫)平均氣溫。通過這二者和寒潮發生次數年際變化進行對比分析(圖8、圖9)，發現：冬季平均氣溫及寒潮季平均氣溫均呈現上升趨勢，上升速率均為0.2 ℃/10 a；而寒潮次數呈現下降趨勢，總的來說，隨著氣候變暖，寒潮次數相應減少，氣候變暖是寒潮減少的重要氣候背景。

圖8 1960—2016年安慶區域寒潮發生次數與寒潮季所對應的冬季平均氣溫逐年變化圖Fig.8 Time series of the winter temperature averaged over Anqing and the frequency of the regional cold waveduring the period from 1960to 2016

圖9 1960—2016年安慶區域寒潮發生次數與當年10月—次年4月的平均氣溫的關系Fig.9 Time series of the averagetemperature between October to April the following year over Anqing and the frequency of the regional cold waveduring the period from 1960to 2016

6 結論與討論

①單站寒潮發生次數與地形及地理位置有很大關系，山區岳西縣最多，最北部的桐城寒潮發生次數僅次于山區岳西。

②單站寒潮年發生次數分布不均，總體呈現線性減少的趨勢；強寒潮年變化的線性趨勢不明顯。

③單站寒潮發生總次數以3月和11月最多，也就是說秋冬轉換及冬春轉換期間易發寒潮天氣過程。寒潮初日和終日也與地理位置和地形相關，岳西初日最早，終日最晚，桐城次之，其余地區略有差異，但相差不大。

④區域寒潮、強寒潮的年際和年代際變化大，隨著氣候變暖，均呈現出減少的趨勢，尤其是區域寒潮減少的趨勢更明顯。因此氣候變暖是全市寒潮頻次發生變化的重要氣候背景。

⑤區域寒潮從當年的10月—次年4月均有可能發生。最早發生的時間為10月下旬，最晚的結束日期在4月中旬。區域寒潮、強寒潮發生次數以3月最多，10月最少。但是10月強寒潮占寒潮次數的比例最高。

⑥特強寒潮主要發生在岳西及桐城，其余地區發生次數相對較少。

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