近64 a 阿勒泰市春季不同等級寒潮過程氣候特征

博爾楠，趙江偉，紅都孜，王 紅，特列克

（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.阿勒泰地區氣象局，新疆 阿勒泰836500）

寒潮通常會造成劇烈降溫、大風，有時還伴有雨、雪或霜凍。新疆寒潮多發生在秋末、冬季和初春時節，對農業、牧業、交通和人民生活影響極大，春播關鍵期的寒潮危害更為嚴重。李憲之[1]早在1955 年就指出東亞寒潮可以分為三大類型。劉傳鳳[2]研究了影響中國大陸的冷空氣源地和路徑。丁一匯[3]和張培忠等[4]進一步研究指出侵襲中國的寒潮冷空氣源地主要有3 個。大量有關寒潮主要源地、統計特征、天氣系統及其成因、預報等研究，形成了比較系統和經典的寒潮理論[5-7]。全球變暖背景下，中國寒潮的發生頻率和強度也出現了明顯變化，寒潮頻次減少，強度減弱[8]。進入新世紀以來，Chan 等[9]對東亞冬季風進行了全面總結，分析了寒潮形成的環流背景條件。陳豫英等[10]揭示了寧夏境內一場寒潮的影響系統配置、冷空氣路徑，高振榮等[11]得出高空急流在甘肅河西寒潮爆發的作用，趙玉廣等[12]分析了河北的寒潮天氣的形勢特征和預報著眼點。新疆老一輩預報專家揭示了新疆寒潮的大尺度環流和演變特征[13]。近年來，關于新疆寒潮過程中伴隨各類災害性天氣的環流成因也有不少研究成果，譚艷梅[14]分析了一次強寒潮過程中的鋒生作用，莊曉翠等[15-17]分析了新疆寒潮天氣及預報指標，李海燕等[18]總結了新疆一次超極地路徑的寒潮天氣特征，張林梅等[19]應用實況和T213 物理量場分析了2009 年2 月阿勒泰寒潮強降溫及降水成因。新疆寒潮定量評價指標不夠細致，精細化評估能力亟待增強。近年來，毛煒嶧等[20，21]給出了細化的單站“降溫過程”、“寒潮過程”定義，并分析了烏魯木齊市降溫過程、寒潮過程的頻數及強度氣候特征，段均澤等[22]對比分析了阿拉木圖與烏魯木齊寒潮氣候特征，博爾楠等[23]初步分析了阿勒泰市春季降溫過程氣候特征。本文按照業務規范將寒潮過程分為一般、強和特強3 個等級，深入研究阿勒泰市春季各級寒潮過程基本規律，為寒潮季節定量評估提供支持。

1 資料與方法

1.1 資料

選取阿勒泰基準氣候站1954—2016 年的春季（3—5 月）日最低氣溫資料，降溫過程涉及24、48 和72 h 變溫，為滿足寒潮樣本整理要求，資料時段為每年的2 月26 日—5 月31 日。根據《寒潮等級》（GB/T21987—2008）中的規定（表1），將寒潮過程分為一般、強和特強3 個等級。

表1 不同等級寒潮過程標準

1.2 研究方法

1.2.1 寒潮過程定義

根據細化后的單站寒潮降溫過程定義[20，21]，給出了降溫日、降溫過程初日、降溫過程終日、降溫過程、降溫持續日數、過程降溫幅度、過程最大24、48、72 h 降溫、過程最低氣溫、過程最低氣溫距平（表2）。

1.2.2 寒潮過程頻數及強度統計

寒潮降溫過程的初日與終日在同一月（旬）內，則記錄該月（旬）出現1.0 次寒潮過程；若初日和終日在相鄰的兩個月（旬），則兩個月（旬）分別記錄出現0.5 次寒潮過程。結束日期在3 月上旬的寒潮過程，無論開始日期是否在3 月，均記為1.0 次春季（3月、3 月上旬）寒潮過程；開始日期在5 月下旬的寒潮過程，無論結束日期是否在5 月，同樣均記為1.0次春季（5 月、5 月下旬）寒潮過程。

表2 降溫過程相關概念及其定義

寒潮降溫過程的初日與終日在同一月（旬）內，則此次寒潮過程強度特征指標計入該月（旬）內；若寒潮降溫過程的初日和終日分別在兩個相鄰月（旬），則此次寒潮過程強度特征指標均計入這兩個相鄰的月（旬）內。

2 春季各級寒潮過程氣候特征

2.1 春季寒潮過程頻數和持續日數季節內分布特征

2.1.1 春季寒潮過程頻數季節特征

1954—2017 年阿勒泰市春季（3—5 月）共出現寒潮過程226 次（表3），平均每年3.5 次，幾乎與烏魯木齊市全年寒潮過程頻數（4.1 次）[20]相當。阿勒泰市緯度更高，寒潮頻發。近64 a，阿勒泰市春季一般、強和特強寒潮過程頻數分別為110 、76 和40次，平均每年出現1.7、1.2 和0.6 次，3 個等級的寒潮過程頻數分別占48.7%、33.6%和17.7%。阿勒泰市春季寒潮多發，但是特強寒潮占比不高。

阿勒泰市春季一般寒潮過程頻數在1955 和2004 年最多，均為5 次；強寒潮過程頻數在1989 和2010 年最多，均為4 次；特強寒潮過程頻數在1999年最多，為3 次。烏魯木齊市一般、強和特強寒潮過程頻數在最多年份分別達到5、4 和5 次[21]。1954—2017 年，阿勒泰市春季有10 a 沒有出現一般寒潮，18 a 沒有出現強寒潮，33 a 沒有出現特強寒潮過程。不論是多年平均，還是極端偏多年，阿勒泰市春季一般和強寒潮過程頻數基本上與烏魯木齊市全年的相應等級寒潮過程頻數相當。

2.1.2 寒潮過程頻數月分布

由表3 可見，1954—2017 年，阿勒泰市3 月一般、強和特強寒潮過程頻數分別為43.0、42.0 和31.5次，平均每年0.7、0.6 和0.5 次，分別占春季各級寒潮過程頻數的38.8%、55.0%和77.3%；4 月3 個等級寒潮過程頻數分別為40.5、20.5 和7.5 次，平均每年0.6、0.3 和0.1 次，分別占春季各級寒潮過程頻數的37.0%、27.2%和20.0%；5 月3 個等級寒潮過程頻數分別為26.5、13.5 和1 次，平均每年0.4、0.2 和0.01次，占春季各級寒潮過程頻數的24.2%、17.9%和2.7%。阿勒泰市3、4 月一般寒潮過程頻數接近，明顯多于5 月；強和特強寒潮過程頻數主要出現在3月。

表3 1954—2017 年阿勒泰市各級寒潮過程頻數春季以及月際分布

1954—2017 年阿勒泰市春季一般和強寒潮過程頻數均在3 月中旬最多，年平均分別為19 和18次，特強寒潮天氣過程頻數在3 月上旬最多，為15次。

2.1.3 寒潮過程持續日數特征

1954—2017 年，阿勒泰市春季一般、強和特強寒潮過程持續時間分別在1～7、1～6 和1～5 d，平均持續日數分別為2.0、2.3 和2.3 d；3 個等級的寒潮過程均以持續1～3 d 的為主，分別占各級寒潮過程頻數的94.5%、90.8%和90%，均以持續2 d 的最多。隨著寒潮強度增強，過程持續日數也越長（表4）。一般、強和特強寒潮過程持續時間，均是在3 月最短，4月次之，5 月最長。

表4 近64 a 阿勒泰市春季各級別寒潮不同持續日數頻數分布

2.2 春季各級寒潮過程頻數的年際、年代際分布

2.2.1 各級寒潮過程頻數年際變化

1954—2017 年，阿勒泰市春季一般、強和特強寒潮過程頻數分別以-0.10、- 0.05 和-0.005 次/10 a的速率遞減，變化均不顯著。3 月三種等級的寒潮過程頻數均遞減；4 月強寒潮過程頻數遞減，一般和特強寒潮過程頻數遞增，其中特強寒潮過程頻數的線性趨勢通過了0.01 的顯著性檢驗；5 月一般和強寒潮過程頻數均遞減，其中一般寒潮頻數的變化趨勢通過了0.10 的顯著性檢驗（圖1）。

圖1 1954—2017 年寒潮過程頻數春季以及月際分布

2.2.2 各級寒潮過程頻數年代際分布

將1954—2017 年分為7 個年代際時段，分析阿勒泰市春季3 個等級寒潮過程頻數的年代際分布特征。由表5 可見，一般寒潮過程頻數在21 世紀前10 a 最多，平均每年出現2.1 次；在2011—2017 年，平均每年1 次。強寒潮過程頻數在20 世紀70 年代最多，平均每年1.8 次；在2011—2017 年，平均每年1.6 次。特強寒潮過程頻數在20 世紀60 年代最多，平均每年0.9 次；在2011—2017 年，平均每年0.6次。

表5 1954—2017 年阿勒泰市春季各級寒潮過程頻數年代際分布

2.3 春季各級寒潮過程不同降溫幅度

2.3.1 寒潮過程降溫幅度

由圖2 可見，1954—2017 年，阿勒泰市春季共出現110 次一般寒潮過程，過程降溫幅度平均值為-10.8 ℃，1976 年3 月4—10 日和1982 年4 月23—26 日最強，過程降溫-15.2 ℃。3、4、5 月一般寒潮過程降溫幅度平均值分別為-10.3、-10.9、-11.3 ℃；5 月下旬過程降溫幅度最強，平均為-12.6 ℃。76 次強寒潮過程降溫幅度平均值為-13.0 ℃，1958 年3月21—24 日最強，過程降溫-22.1 ℃。3、4、5 月強寒潮過程降溫幅度平均值分別為-13.1、-12.6、-13.1 ℃；3 月下旬過程降溫幅度最強，平均為-14.3 ℃。40 次特強寒潮過程降溫幅度平均值為-17.3 ℃，1977 年2月27 日—3 月1 日最強，過程降溫-28.3 ℃。3、4、5月特強寒潮過程降溫幅度平均值分別為-17.9、-15.3、-16.6 ℃；4 月上旬的過程降溫幅度最強，平均為-19.0 ℃。阿勒泰市春季特強寒潮過程降溫幅度月尺度上3 月最強，旬尺度上4 月上旬最強。

2.3.2 寒潮過程24 h 最大降溫幅度

由圖3a 可見，1954—2017 年阿勒泰市春季一般寒潮過程24 h 最大降溫幅度平均值為-7.8 ℃，3、4、5 月分別為-7.9、-7.5、-8.0 ℃；5 月上旬過程24 h最大降溫幅度最強，平均-8.6 ℃。強寒潮過程24 h最大降溫幅度平均值為-9.0 ℃，3、4、5 月24 h 最大降溫幅度分別為-9.3、-8.5、-8.6 ℃；3 月下旬過程24 h 最大降溫幅度最強，平均-9.4 ℃。特強寒潮過程24 h 最大降溫幅度平均值為-12.0 ℃，3 月、4 月、5 月分別為-12.2、-11.4 和-8.8 ℃；3 月上旬過程24 h最大降溫幅度最強，平均-13.0 ℃。阿勒泰市春季特強寒潮過程最大24 h 降溫幅度月尺度上3 月最強，旬尺度上3 月上旬最強。

圖2 1954—2017 年各級寒潮過程降溫幅度春季及月際分布

2.3.3 寒潮過程48 h 最大降溫幅度

由圖3b 可見，1954—2017 年，阿勒泰市春季持續日數在2 d 或以上的一般、強和特強寒潮過程頻數分別為74、66 和34 次。74 次一般寒潮過程48 h最大降溫幅度平均值為-10.7 ℃，3、4、5 月48 h 最大降溫幅度平均值分別為-10.4、-10.7 和-10.9 ℃；5月上旬過程48 h 最大降溫最強，平均-11.0 ℃。66次強寒潮過程48 h 最大降溫幅度平均值為-12.4 ℃，3、4、5 月平均值分別-12.5、-12.1 和-12.3 ℃；3 月下旬過程48 h 最大降溫最強，平均-13.0 ℃。34 次特強寒潮過程48 h 最大降溫幅度平均值為-16.7 ℃，3、4、5月平均值分別為-17.3、-14.2 和-16.6 ℃；3 月上、中旬過程48 h 最大降溫幅度最強，平均-17.8 ℃。阿勒泰市春季特強寒潮過程48 h 最大降溫幅度月尺度上3 月最強，旬尺度上3 月上、中旬最強。

2.3.4 寒潮過程72 h 最大降溫幅度

由圖3c 可見，1954—2017 年，阿勒泰市春季持續日數在3 d 或以上的一般、強和特強寒潮過程頻數分別為28 、21 和14 次。28 次一般寒潮過程72 h最大降溫幅度平均值為-12.3 ℃，3、4、5 月分別為-12.6、-12.2 和-11.8 ℃；3 月中旬過程72 h 最大降溫幅度最強，平均-13.4 ℃。21 次強寒潮過程72 h最大降溫幅度平均值為-13.9 ℃，3、4、5 月72 h 最大降溫幅度分別為-14.0、-13.9、-13.7 ℃；3月下旬過程72 h 最大降溫幅度最強，平均為-15.5 ℃。14 次特強寒潮過程72 h 最大降溫幅度平均值為-19.1 ℃，3、4月72 h 最大降溫幅度分別為-19.3、-16.2 ℃，5 月未出現3 d 或以上的特強寒潮過程；3 月上旬過程72 h 最大降溫幅度最強，平均-20.3 ℃。阿勒泰市春季特強寒潮過程72 h 最大降溫幅度月尺度上3 月份最強，旬尺度上3 月上旬最強。

圖3 1954—2017 年春季各級別寒潮過程最大24 h（a）、48 h（b）、72 h（c）降溫幅度春季及月際分布

2.4 春季各級寒潮過程最低氣溫及其距平

2.4.1 寒潮過程最低氣溫

1954—2017 年，阿勒泰市春季一般、強和特強寒潮過程最低氣溫平均值分別為-7.8、-12.8、-20.3 ℃。3、4、5 月一般寒潮過程最低氣溫平均值分別為-14.1、-5.2、-1.4 ℃，3 月上旬最低，平均-18.1 ℃。一般、強和特強寒潮過程最低氣溫的平均值在月尺度上3 月最低，旬尺度上3 月上旬最低，3 種等級寒潮過程最低氣溫在月、旬分布上具有相同特征，隨春季時間推移明顯上升（圖4）。

圖4 1954—2017 年阿勒泰市各級別寒潮過程最低氣溫

2.4.2 寒潮過程最低氣溫距平

1954—2017 年，阿勒泰市春季一般、強和特強寒潮過程最低氣溫距平平均值分別為-5.7、-7.9、-10.5 ℃。110 次一般寒潮過程中，3、4、5 月過程最低氣溫距平平均值分別為-2.0、-7.2、-9.3 ℃；5 月上旬過程最低氣溫距平偏低幅度最強，平均為-9.5 ℃。76 次強寒潮過程中，3、4、5 月過程最低氣溫距平平均值分別為-8.0、-6.8、-8.7 ℃；3 月下旬過程最低氣溫距平偏低幅度最強，平均為-11.3 ℃。40 次特強寒潮過程中，3、4、5 月過程最低氣溫距平平均值分別為-10.6、-10.5、-9.6 ℃；3 月下旬過程最低氣溫距平偏低幅度最強，平均為-12.9 ℃（圖5）。

阿勒泰市春季一般、強和特強寒潮過程最低氣溫距平為負值的百分率分別為80.0%、97.4%和97.5%。阿勒泰市春季三種等級的寒潮過程中，大多數寒潮過境后最低氣溫下降到多年平均值以下，但是也存在寒潮過境后，最低氣溫仍然會高于多年同期平均值的情況，即便是特強寒潮過程也有這種現象（圖6）。

7 結論

（1）1954—2017 年春季（3—5 月）阿勒泰市共發生一般寒潮過程110 次，強寒潮過程76 次，特強寒潮過程40 次；平均每年春季分別發生1.7 次、1.2 次和0.6 次；3 種等級的寒潮過程頻數分別占寒潮過程總頻數的48.2%、33.3%和16.5%。阿勒泰市春季以一般和強寒潮過程為主。

（2）阿勒泰市春季一般、強和特強寒潮過程持續平均持續時間分別為2.0、2.3 和2.3 d，均以持續1～3 d 為主，其中又都以持續2 d 最多。隨著寒潮強度增強，過程持續時間也越長。一般、強和特強寒潮均是在3 月出現次數最多，4 月次之，5 月最少，而持續時間分布規律則相反，均是在3 月最短，4 月次之，5月最長。

（3）64 a 來，阿勒泰市春季各級寒潮過程頻數均呈線性減少趨勢，變化不顯著。3 和5 月各級寒潮過程頻數均減少，但4 月特強寒潮過程頻數顯著增多。春季特強寒潮在20 世紀60 年代和21 世紀前10 a 最多。

圖5 1954—2017 年阿勒泰市各級別寒潮過程最低氣溫距平月際分布

圖6 1954—2017 年阿勒泰市各級別寒潮過程最低氣溫距平呈負值百分率

（4）1954—2017 年，阿勒泰市春季110 次一般寒潮過程降溫幅度平均值為-10.8 ℃，76 次強寒潮過程降溫幅度平均值為-13.0 ℃，40 次特強寒潮過程降溫幅度平均值為-17.3 ℃。春季過程降溫幅度最強一次特強寒潮過程發生在1977 年2 月27 日—3月1 日，降幅為-28.3 ℃。3、4、5 月特強寒潮過程降溫幅度平均值分別為-17.9、-15.3、-16.6 ℃。

（5）阿勒泰市春季一般、強、特強寒潮過程24 h最大降溫幅度平均值分別為-7.8、-9.0、-12.0 ℃，過程48 h 最大降溫幅度平均值分別為-10.7、-12.4、-16.7 ℃，過程72 h 最大降溫幅度平均值分別為-12.3、-13.9、-19.1 ℃。特強寒潮過程的24、48 和72 h 最大降溫幅度均在3 月上旬最強，最大降溫幅度平均值分別為-13.0、-17.8、-20.3 ℃。

（6）阿勒泰市春季一般、強和特強寒潮過程最低氣溫平均值分別為-7.8、-12.8、-20.3 ℃，過程最低氣溫距平平均值分別為-5.7、-7.9、-10.5 ℃。特強寒潮過程最低氣溫3 月上旬最低，平均-18.1 ℃，特強寒潮過程最低氣溫距平偏低幅度3 月下旬最強，平均-12.9 ℃。阿勒泰市春季特強寒潮過程中存在寒潮過境后最低氣溫仍然高于多年同期平均值的現象。