長汀縣寒潮的時間分布特征及寒潮低溫預報指標

鄒于琴 李春飛 鄧冬梅

(1.連城縣氣象局,福建 龍巖 366200； 2.長汀縣氣象局,福建 龍巖 366300)

1 概述

寒潮是我國主要災害性天氣之一，它帶來的大風、降溫、雨雪等天氣，不但會對農業生產造成極大的危害，還會嚴重影響交通運輸和通信設施的安全。福建省地處我國東南部，雖屬亞熱帶氣候區，但冬半年也常常受到北方冷空氣南下影響，在特定的環流形勢下，北方強冷空氣還會大舉南侵，造成一定的寒潮天氣。長汀縣地處福建省西部山區，武夷山南麓，南與廣東近鄰，西與江西接壤，以丘陵地貌為主，冬季盛行偏北風，同時處于龍巖市北部，與其他市縣相比，遭受寒潮危害最頻繁。隨著氣象業務的發展，氣象業務系統與技術的更新進步，國內氣象學者在寒潮方面的研究取得一定進展，成果顯著。寒潮為大尺度天氣，目前在寒潮發生的概念模型和寒潮的天氣類型上已有如下相關研究：喬娟等分析了2001—2015年西安城區和6個區縣194個寒潮個例資料，將西安地區寒潮天氣進行分型，利用天氣學原理和統計學方法從變溫的角度精細化寒潮預報指標。周國軍等分析黑龍江省的寒潮天氣類型，從預報指標和預報消空指標來做寒潮天氣的預報。江曉南等選取1961—2011年福建省51個站點的最低溫度資料，利用小波分析、線性傾向估計等方法分析福建寒潮的氣候特征，得出寒潮的年月分布、周期特征等,為寒潮預報提供幫助。福建省寒潮預報最常用的是對高度場作諧波分析，結合分析850hPa溫度格點值的降溫幅度和0℃線的位置；龍巖市也是從鋒區預報的角度，結合本地區的強回暖特征來預報寒潮天氣。本文主要從數據統計來分析長汀縣寒潮的時間分布特征，與相鄰縣市的溫度對比，得出低溫預報指標，以期為本地寒潮預報提供一個簡單易行的方法，進一步為防災減災提供技術支撐。

2 資料和方法

通過人工挑選統計1956—2017年長汀國家級自動站的溫度資料，根據寒潮標準對長汀的寒潮過程進行統計，制表分析時間分布特征，包括每年、每五年、每十年的變化趨勢，最早和最遲出現的日期，月分布(最多和最少發生月)，以及變化趨勢特征。選取寧化、瑞金及贛州三個站點，利用correl函數統計。統計函數correl(array1,array2),通過返回單元格區域 array1 和 array2 之間的相關系數，使用相關系數可以確定兩種屬性之間的關系。公式中的array1是指長汀寒潮日的低溫，array2是指寧化、瑞金及贛州的低溫，相關系數的計算公式為：ρx,y=COV(X,Y)/σxσy,其中x是長汀寒潮日低溫的平均值 AVERAGE(array1) ，y是寧化、瑞金及贛州的低溫平均值AVERAGE(array2)。對比近30年長汀寒潮日的低溫與贛州、瑞金、寧化低溫的相關關系，歸納出長汀縣寒潮低溫的預報指標。將一次寒潮過程中達到寒潮標準的那一天定義為寒潮日。

3 1956—2017年長汀寒潮時間分布特征和變化趨勢

3.1 長汀寒潮的月、季分布特征

表1和表2分別為1956—2017年長汀縣各月寒潮次數和各季節寒潮次數的統計結果。由表1可見，長汀的寒潮天氣一般出現在10 月到次年4 月,主要集中在11 月至次年3 月，出現最多的月份為12月(34次)，占26%；次多月份為1月(25次)，占19%；出現最少的月份為10月和4月(各3次)，占2%。12月，基礎氣溫高，冷空氣頻繁，所以次數最多；1月和2月冷空氣過程雖然也多，但是基礎氣溫低，相對12月來說，寒潮次數會略少。由表2可見，從季節分布來看，冬季最多，春季和秋季次之，冬季寒潮占全年寒潮的63%。福建寒潮發生最多的月份是12月，其次是1月，發生的季節主要在冬季，其次在秋季。

表1 長汀1956—2017年各月寒潮次數及其占比

表2 長汀1956—2017年各季節寒潮次數及其占比

3.2 寒潮的年分布及年際變化

分析長汀寒潮年際變化采用線性回歸方程來擬合，得出次數傾向率(正為增長趨勢，負為減少趨勢)。圖1～圖3為近62年長汀寒潮每年、每五年、每十年的寒潮次數分布圖及變化曲線。

圖1 近61年長汀寒潮的年分布

由圖1可見，近62年長汀寒潮平均每年發生2.2次，有9年沒有寒潮過程，1956—2017年之間寒潮次數的傾向率為0.02次/年，從趨勢線上可以看出，長汀縣的寒潮次數逐年呈現增多。其中1993年發生了5次寒潮過程，寒潮發生次數的變化趨勢小，以1～4次每年為主。從福建寒潮的統計資料可知，福建寒潮的地區差異十分顯著，呈西北向東南方向遞減，年均次數0～5次，每年不等，從福建寒潮的異常年份也可以看出，1993年也是全省寒潮異常偏多的年份。西多、東少是福建寒潮的特征，長汀地處福建省西部山區，地理位置上又相對偏南一些，長汀寒潮的年均次數也表現了這一點。而福建省還涵蓋了南部沿海寒潮年均次數為0的地區和冷空氣首先入境、寒潮年均次數較多的北部地區。

從長汀寒潮每五年(圖2)和每十年的分布圖(圖3)可以看出，1955—2017年之間寒潮次數的傾向率分別為0.25次/5年、2.2次/10年。1956—1965年寒潮次數緩慢上升，1966—1985年間寒潮次數呈下降趨勢，1985年后寒潮次數呈上升趨勢，1990—2010年間寒潮次數較為穩定，2010年后寒潮次數緩慢下降，但62年里總體是緩慢上升的。20世紀80年代以來，福建省寒潮次數有減少趨勢，但長汀寒潮次數在90年代后有所回升且相對較穩定。

圖2 近61年長汀寒潮的每五年分布

圖3 近61年長汀寒潮的每十年分布

4 寒潮低溫預報指標

參照“龍巖市寒潮天氣氣候特征及預報著眼點分析”課題研究結論：“龍巖緯度偏南，因此冷空氣的路徑僅考慮進入我國以后的路徑。以河套地區為界，主要分為西路、中路，以中路為主，東路冷空氣一般不易達到寒潮降溫標準。中路冷空氣經蒙古進入我國河套地區后南下，再經湘贛影響福建，對福建表現為西路徑。”長汀地屬福建省西部，龍巖市北部，寧化、瑞金和贛州處長汀的西北部(或北部)方向，考慮冷空氣的路徑方向及地理位置的影響，選用了寧化、瑞金及贛州三個站點作相關性分析。統計對比近30年長汀寒潮日的低溫與贛州、瑞金、寧化的低溫的相關關系，歸納出長汀縣寒潮低溫的預報指標。

從實際運用、預報角度考慮，作長汀寒潮日與指標站點的超前相關分析。利用correl函數，計算長汀寒潮日的低溫與寧化站、瑞金站、贛州站前一日日低溫的相關系數。

表3為長汀寒潮日的低溫與寧化站、瑞金站、贛州站的低溫的超前相關系數，表4為2017年12月4～9日這次寒潮過程長汀寒潮日及前一日低溫與寧化站、瑞金站、贛州站溫度的對比。從表3可以看出，長汀寒潮日的日低溫與寧化、瑞金、贛州的前一日日低溫之間是正相關，且T寧化前≥T瑞金前≥T贛州前，考慮到指標站點的溫度和冷空氣路徑的影響，選用瑞金站點為溫度預報的指標站點。即作長汀站寒潮日日低溫與瑞金站前一日日低溫的超前相關關系。

表3 長汀寒潮日的低溫與寧化站、瑞金站、贛州站超前相關系數

表4 2017年12月4日-9日長汀寒潮過程臨近站點的溫度

設TD汀、TD瑞、ΔT前分別為長汀的日低溫、瑞金前一日的日低溫和低溫差值，作長汀和瑞金的低溫差值可得：TD汀=T前D瑞+ΔT前。設ΔT24、ΔT48、ΔT過程分別為長汀未來24小時、48小時及過程(0～120h)的降溫幅度。

當ΔT24≥8℃，-11℃≤ΔT前≤-8℃，TD汀≤4℃時，即4℃-T前D瑞≤-8℃，4℃- T前D瑞≥-11℃，得出12℃≤T前D瑞≤15℃；

當ΔT48≥10℃，-8℃≤ΔT前≤-3℃，TD汀≤4℃時，即4℃-T前D瑞≤-3℃，4℃- T前D瑞≥-8℃，得出7℃≤T前D瑞≤12℃；

當ΔT過程≥12℃，-5℃≤ΔT前≤-1℃，TD汀≤4℃時，即4℃-T前D瑞≤-1℃，4℃- T前D瑞≥-5℃，得出5℃≤T前D瑞≤9℃。

考慮冷空氣的路徑影響，長汀多受中路冷空氣影響，經蒙古進入我國河套地區而后南下，再經湘贛影響福建。所以可以得出：當預報ΔT24≥8℃， 12℃≤T前D瑞≤15℃時；或預報ΔT48≥10℃， 7℃≤T前D瑞≤12℃時；或預報ΔT過程≥12℃， 5℃≤T前D瑞≤9℃時，長汀站易達到寒潮天氣標準。從表4可以看出，當長汀達到寒潮時，ΔT過程≥12℃，寧化站和瑞金站前一日的低溫均≤9℃。

預報指標個例應用：2018年12月26-30日，受冷空氣影響，預報此次過程降溫幅度可達到寒潮的低溫降溫幅度標準。實況是長汀站26日、30日的日最低氣溫分別是13.9℃和0.6℃，過程降溫幅度13.3℃，長汀站30日達到寒潮標準，指標站點瑞金站29日的日低溫為2.6℃。2.6℃≤9℃，與本文所得結論相同。

5 結論和討論

本文通過統計長汀站和長汀區域自動站的溫度數據，同時對比長汀站的低溫與贛州、瑞金、寧化低溫的相關關系，得出以下結論：

(1)近62年長汀寒潮平均每年發生2.2次，有9年沒有寒潮過程，其中1993年發生了5次寒潮過程，寒潮發生次數的變化趨勢小，以每年1～4次為主。

(2)當ΔT24≥8℃， 12℃≤T前D瑞≤15℃時，或ΔT48≥10℃， 7℃≤T前D瑞≤12℃時，或ΔT過程≥12℃， 5℃≤T前D瑞≤9℃時，長汀站易達到寒潮天氣標準。這個結論為縣氣象局的寒潮低溫訂正預報提供了思路。

綜上所述，長汀寒潮與冷空氣的強度及基礎氣溫相關，冷空氣強度越強，基礎氣溫越高，越容易達到寒潮標準；5℃≤T前D瑞≤15℃，長汀站易達到寒潮標準。對于其他臺站的寒潮天氣，同樣可以作溫度的超前相關關系，用指標站前一日的日低溫來預報某站點寒潮日的低溫。