閩東近44a寒潮氣候特征分析*

黃文霖 張翔宇 王偉偉

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閩東近44a寒潮氣候特征分析*

黃文霖 張翔宇 王偉偉

寧德市氣象局

利用閩東9個氣象觀測站1971～2014年的逐日最低氣溫資料,分析近44a閩東寒潮頻次的空間分布、寒潮氣候特征及環流特征。結果表明，閩東寒潮活動時空差異較大，西北部開始早、結束晚，東南部開始晚、結束早；寒潮頻次在冬季最多，秋季次之，春季再次；秋季寒潮略呈減少趨勢，春季寒潮略呈增加趨勢；M-K檢驗表明，寒潮頻次未發生明顯突變；在11月、12月、1月、3月寒潮活動偏強年和無寒潮過程年，環流特征存在顯著的差異；前期菲律賓附近海區、日本以東洋面、澳大利亞東部海區、鄂霍茨克海、渤海和東海、澳大利亞西北部海區海溫異常的變化，對預報閩東不同季節寒潮頻次異常有一定的前兆意義。

閩東 寒潮 氣候特征 環流特征 海溫

閩東位于福建東北部沿海，其西部、北部內陸有4個高海拔山區縣，沿海與內陸氣候差異顯著[1]。寒潮是閩東冬半年主要的氣象災害，近五十多年福建出現寒潮最早和最遲的站點均在閩東[2]。寒潮爆發時往往帶來強降溫和大風，常給農業生產、交通運輸等帶來嚴重影響。近年來，不少學者對我國不同區域的寒潮氣候特征及可能原因進行了研究[3-10]，對福建寒潮氣候特征的研究較少[2,11]，目前尚無對閩東在福建寒潮新標準下的氣候特征研究。本文分析了閩東寒潮的氣候特征、環流特征及海洋背景，為寒潮天氣的趨勢預報和服務提供參考依據。

1 資料與方法

1.1 資料

（1）閩東9個氣象觀測站（福鼎、霞浦、福安、寧德、壽寧、周寧、柘榮、屏南、古田）逐日最低氣溫資料；（2）NCEP/NCAR再分析2.5°× 2.5°月平均500hPa高度場資料；（3） NOAA 擴展重構全球2.0°×2.0°逐月海溫資料；所用氣溫和500hPa高度場資料年限為1971～2014年，海溫資料年限為1970～2014年。

1.2 寒潮標準與方法

根據《福建省天氣預報技術手冊》，寒潮定義：“24h日最低氣溫降溫≥8.0℃或48h日最低氣溫下降≥10.0℃或過程降溫幅度（72h～120h日最低氣溫最大降溫幅度）≥12.0℃，且日最低氣溫內陸地區在5℃以下，沿海地區在6℃以下的冷空氣過程（沿海縣市為福鼎、霞浦、寧德；其余為內陸縣市）”。9個氣象站中，若有1站或1站以上出現寒潮，則定義為1次單站寒潮天氣過程；若≥1/3的站點出現寒潮，則為一次區域性寒潮過程；若≥2/3的站點出現寒潮，則為一次全區性寒潮過程；因一次冷空氣過程造成的閩東不同代表站影響日不同的寒潮，作為一次寒潮處理。

采用線性傾向估計方法分析寒潮頻次的年際變化趨勢，采用Mann-Kendall法（以下簡稱M-K檢驗方法）進行寒潮頻次的突變分析，利用合成分析法分析閩東發生寒潮的環流背景，利用相關分析法分析寒潮頻次與前期、同期海溫的相關性。

2 寒潮的空間分布特征

根據寒潮標準計算閩東各站單站寒潮頻次，結果表明，寒潮發生次數的地區差異明顯，呈現出西北向東南方向遞減的形勢。出現最多的是壽寧（162次），最少為寧德（16次），即出現最多的次數是最少的10.1倍。根據寒潮過程次數的多少，可將閩東劃分為3個影響區：(1) 多寒潮區，包括高海拔山區的壽寧、周寧、屏南和柘榮，平均每年出現寒潮3.23～3.68次；(2) 次多寒潮區，包括福安、福鼎和古田，平均每年出現寒潮1.43～2.23次；(3) 少寒潮區，包括沿海的寧德和霞浦，平均每年出現寒潮僅0.36～0.82次。

3 寒潮的氣候特征

3.1 月際分布特征

閩東海拔差異顯著，寒潮開始期和結束期地域差異較大：西北部開始早、結束晚；東南部開始晚、結束早。最早出現寒潮的站點是壽寧縣，出現于10月10日（1981年）；周寧縣和屏南縣次之，均為10月21日（1984年）；寧德的寒潮開始期最晚，為11月14日（1979年）。寒潮結束最晚的站點是周寧縣，出現在5月4日（1987年）；其次為壽寧縣，最晚結束期出現在5月3日（1981年）；寧德的寒潮結束期最早，為3月5日（1989年）。

從圖1可見，對單站寒潮而言，12月最多，占總數的23.9%；其次為11月，占19.6％；1月、3月、2月依次次之，分別占總數的16.9%、15.3%、14.1%（這5個月約占總數的89.8%，為寒潮發生的主要時段）；4月、10月、5月發生數量較少，4月、10月占總數均為4.7%，5月僅占0.8%。

圖1 閩東各月寒潮頻次分布

統計表明，44a來，全區性和區域性寒潮共發生113次，平均每年2.6次。從各月分布看，區域性寒潮12月最多，共發生29次，占總數的25.7%；11月次之，占總數的23.0%；5月沒有出現過，10月和4月發生最少。44a來，全區性寒潮共29次，年均0.7次；同樣是12月最多，共出現10次，占總數的34.5%；11月次之，占27.6%；1月、3月依次次之。與單站寒潮和區域性寒潮不同的是，在主要寒潮發生時段的2月份，無全區性寒潮發生。

季節分布上，對單站寒潮而言，主要發生在冬季（12月～2月），占全年的54.9%；其次是秋季（10月～11月），占全年24.3%；再次為春季（3月～5月），占全年20.8%。區域性寒潮和全區性寒潮的季節分布同單站寒潮一致。

3.2 年際及年代際變化

從圖2a可以看出，閩東各年單站寒潮頻次差異明顯，最多為11次，最少僅2次；不同季節寒潮頻次年際差異明顯，冬季寒潮最多達8次，最少為0次，而秋季和春季寒潮最多均達5次，最少均為0次。近44a年寒潮和冬季寒潮頻次的氣候變化傾向率很??；春季寒潮呈略增加趨勢，氣候變化傾向率為0.12次/10a；秋季寒潮呈略減少趨勢，氣候變化傾向率為-0.16次/10a。

利用9a滑動平均對年寒潮和各季節寒潮頻次進行處理（圖2），可以看出年寒潮頻次的變化較為平緩，20世紀70年代中期至90年代末呈小幅波動減少趨勢，20世紀90年代末至21世紀00年代中期小幅增加；冬季寒潮20世紀70年代末至80年代末逐漸減少，20世紀90年代初至21世紀00年代中期變化平緩；春季寒潮在20世紀70年代中期至21世紀00年代中期變化平緩，之后略增加；秋季寒潮頻次在20世紀70年代中期至80年代初期呈增加趨勢，20世紀80年代初期至90年代末逐漸減少，2000年至2008年逐漸增加，2008年至今呈減少趨勢。

圖2 閩東寒潮頻次的逐年變化

（黑色虛線為寒潮頻次，黑實線為線性趨勢，棕色虛線為九年滑動平均線）

圖3為閩東近44a來年寒潮頻次的M-K檢驗曲線，可見UF與UB曲線在1975年、1977年、1979年、1982年左右存在交點, 且交點位于兩條臨界直線之間, 但在這4個交點之后曲線UF都沒有超出臨界直線，因此1971～2014年閩東年寒潮頻次序列不存在明顯突變。對閩東各季節寒潮頻次序列進行Mann- Kendall突變分析，結果顯示均未發生突變（圖略）。

圖3 閩東年寒潮頻次的M-K統計量

4 寒潮偏強和無寒潮典型年份的主要環流特征

根據上述分析，閩東寒潮主要發生在11月至次年3月之間，這5個月中只有2月無全區性寒潮，因此分別對11月、12月、1月、3月進行大氣環流合成分析。選取各月區域性寒潮總站次在多年序列中排前5位的年份以及全市9個氣象站均達到寒潮標準的年份作為各月寒潮活動偏強年份（1月由于有3個年份總站次均為8，故取6年分析）；將寒潮發生次數為0的年份定義為各月無寒潮發生的年份（見表1）。

表1 閩東各月寒潮偏強和無寒潮發生年份

由圖4可見，閩東11月、12月、1月、3月寒潮偏強和無寒潮年份500 hPa高度距平場的分布明顯不同。11月寒潮偏強年份貝加爾湖以北的亞洲大部地區為負距平，負距平中心為-20gpm，表明東亞大槽偏強，利于冷空氣爆發；而在無寒潮過程時，貝加爾湖以北的西伯利亞地區為正距平，日本附近有-10gpm的負距平中心，較強寒潮活動時弱，表明東亞大槽較常年偏弱且位置偏東。

12月寒潮偏強年份在俄羅斯中部、45°N以南的亞洲大部為負距平區，負距平中心達45gpm，表明東亞大槽較強，引導槽后的冷空氣向南擴散，造成閩東的強寒潮活動；在12月無寒潮過程時，貝加爾湖附近存在25gpm的正距平中心，在新疆西方和日本分別存在20gpm的負距平中心，與強寒潮活動時期相比減弱,范圍也明顯縮小。

1月寒潮偏強年份在40°～135°E，45°～70°N 的大范圍區域為負距平，新地島以南低值中心達-35gpm,在中國東北負距平也達-20gpm，表明中高緯度多低槽、低渦系統活動，有利于北方冷空氣南下；在無寒潮過程年，貝加爾湖以北為正距平區，貝加爾湖以南的亞洲大陸和西太平洋為負距平，負距平值較強寒潮活動時弱，且位置偏東。

3月寒潮偏強年份在俄羅斯和中國的中東部、北冰洋為負距平區，在中國東北有-25gpm的負距平中心，在北冰洋負距平最大值達75gpm，表明東亞大槽強度強；在無寒潮過程年，俄羅斯中南部和中國東北為正距平，在西太平洋存在較強的負距平區，東亞大槽雖然較強，但位置偏東。

圖4 閩東11月(a,b)、12月(c,d)、1月(e,f)、3月(g,h)寒潮偏強年（a,c,e,g）和無寒潮年（b,d,f,h）500hPa高度距平場（單位：gpm）

5 各季寒潮頻次與海溫異常的聯系

為了解前期、同期海溫與閩東寒潮頻次的關系，用各季節單站寒潮頻次序列分別與前期、同期各季節海溫做相關分析，海溫資料分別將每年3～5月、6～8月、9～11月、12月至次年2月三個月海溫的平均值作為該年春季、夏季、秋季、冬季的海溫值。

由圖5a～圖5b可見,與閩東秋季寒潮頻次相關系數較大的海區主要在太平洋：（1）菲律賓附近海區，前期秋季、冬季、夏季和同期秋季存在顯著負相關區；（2）在日本以東洋面，前期春季和夏季相關系數＜-0.3，其中前期夏季相關性更好、相關區較大；（3）澳大利亞東部海區，前期四季和同期秋季均有顯著負相關區。由此可見，菲律賓附近海區、日本以東洋面、澳大利亞東部海區的海溫異常變化超前于寒潮頻次的異常變化，對預報閩東秋季寒潮頻次異常有一定的前兆意義。

與閩東冬季寒潮頻次相關系數較大的海區同樣主要在太平洋和赤道印度洋（圖5c～圖5d）：（1）鄂霍茨克海，前期冬季和春季均有顯著負相關區；（2）渤海和東海海區，前期夏季和秋季均存在顯著負相關區；（3）澳大利亞西北部海區，前期夏季和秋季均存在顯著負相關區。可見這三個海區是影響閩東寒潮的關鍵區域，當其海溫偏低時，冬季寒潮頻次可能偏多。

閩東春季寒潮頻次與同期春季海溫場相關系數較大的海區主要在北印度洋、馬達加斯加附近海區和低緯大西洋，均存在大面積顯著正相關區（圖5e）。在鄂霍茨克海，前期春季和夏季均存在顯著正相關區；在澳大利亞東部海區，前期夏季、秋季和冬季均有顯著正相關區，其中前期夏季位置較北、相關區面積較大（圖5f）?？梢娗捌诙趸舸目撕：桶拇罄麃問|部海區的海溫偏高時，閩東春季寒潮可能偏多。

圖5 閩東寒潮頻次與海溫相關系數分布

(陰影區表示通過0.05信度的顯著性檢驗，其它季節圖略）

6 結論

(1)閩東寒潮呈明顯的西北向東南方向遞減的區域分布，從而將閩東劃分為多寒潮區、次多寒潮區和少寒潮區。寒潮開始和結束期空間差異較大，其中西北部開始早、結束晚，東南部開始晚、結束早。

(2)閩東寒潮發生在10月至次年5月，其中12月最多，2月無全區性寒潮發生。單站寒潮、區域性寒潮和全區性寒潮的季節分布一致，均為冬季最多，秋季次之，春季再次。

(3)近44a年寒潮和冬季寒潮頻次的氣候變化傾向率很??；秋季寒潮略呈減少趨勢，春季寒潮略呈增加趨勢。Mann-Kendall突變檢驗表明，近44a來寒潮頻次沒有發生明顯突變。

(4)通過11月、12月、1月、3月強（無）寒潮年500hPa環流距平場的對比分析可知，寒潮偏強年份東亞大槽偏強或中高緯度多低槽、低渦系統活動，引導北方冷空氣南下，導致閩東寒潮活動強烈；無寒潮過程年份，東亞大槽較弱或位置偏東，強冷空氣很難南下影響到閩東。

(5)海溫異常通過遙相關影響大氣環流異常，從而影響寒潮發生。本研究發現前期菲律賓附近海區、日本以東洋面、澳大利亞東部海區海溫偏低時，閩東秋季寒潮頻次可能偏多；前期鄂霍茨克海、渤海和東海、澳大利亞西北部海區海溫偏低時，閩東冬季寒潮可能偏多；前期鄂霍茨克海和澳大利亞東部海區海溫偏高時，閩東春季寒潮可能偏多。如何進一步通過海溫變化預測閩東寒潮天氣有待進一步研究。

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福建省氣象局研究生基層專項（2015G03）資助。