1981—2010年贵阳冬季冻雨日数时空分布变化特征

黄世芹，李 扬，王 珺，倪 雷，肖 丽

(贵州省贵阳市气象局，贵州 贵阳 550000)

1981—2010年贵阳冬季冻雨日数时空分布变化特征

黄世芹，李 扬，王 珺，倪 雷，肖 丽

(贵州省贵阳市气象局，贵州 贵阳 550000)

该文利用1981—2010年贵州冬季的日降水资料以及冻雨资料分析了近30 a发生冻雨天气日数的统计特征。研究表明：无论是各年冻雨发生频次还是30 a总频次，开阳地区都为最多，在趋势检验中，开阳和乌当地区虽有明显的减少趋势，但并未通过95%信度检验，只有贵阳有显著增多的趋势，空间分布呈由贵阳向外发散逐渐减少趋势。根据各月的统计特征表明，各地区冻雨主要发生在1、2月，并且开阳在各月相对其他地区发生冻雨概率最大，花溪最小。总体来看，在全市冻雨发生频次无明显增多或减少趋势，冻雨发生频次的主周期为4 a，第二显著周期为12 a，各级冻雨频次的空间分布均呈由东北向西南减少的趋势。

时空变化;趋势分析;等级划分

1 引言

冻雨天气是贵州冬季常见的灾害性天气，它给道路交通安全带来了严重的威胁，同时也给人们生命财产安全和经济发展带来了很大的负面影响，如2008年初我国南方出现大范围持续“低温雨雪灾害”天气造成了严重的灾害［1－2］。目前，对于贵州冻雨的研究已有许多［3－6］，陶诗言等［7］指出，稳定的异常环流形势控制下，静止锋锋生导致了连续不断形成降水过程。同时大量暖湿空气抬升，使得逆温层覆盖，导致严重的持续性冻雨天气。以上均是对贵州冻雨的研究，然而对贵阳地区时空分布规律的研究并不多，贵阳是贵州最大城市兼经济、金融、文化、教育、交通和集散等中心，对于贵州的经济发展和交通枢纽都具有重要作用，因此研究贵阳冻雨发生的天气背景及规律具有重要的现实意义。本文在前人对贵州冻雨研究的基础上［4－6］，通过贵阳8站的冻雨资料研究了贵阳各地区的时空分布变化特征。

2 资料与方法

本研究使用的资料是1961—2010年冬季(11月－次年3月)贵阳8站日降水资料以及是否出现雨凇资料。这8个观测站因始建年份不同，考虑到本文将着眼于凝冻的长期趋势以及单个持续过程的统计特征，因此以建站最晚的白云站作为起始年(即1981年)选取资料。采用Mann－Kendall检验、小波分析以及克里格插值等方法对这8个站的冻雨日数进行统计特征的分析。

3 贵阳地区冻雨日数变化

3.1 贵阳地区冻雨日数年际变化

从贵阳8个测站的各年冬季冻雨日数变化可以看出(图略)，开阳地区的冻雨日数较各年其他站点都为最多，其次为修文，冬季冻雨发生频数较少的地区为花溪和乌当。利用 Mann－Kendall［8］方法(利用 Yue和 Wang［9］所使用的有效样本数(Effective Sample Size，ESS)来对MK检验中的统计量进行改进)对各站近30 a冬季冻雨日数变化的趋势进行检验，结果表明，近30 a息烽、修文、清镇、花溪的冻雨日数均有下降的趋势，白云的冻雨日数有上升的趋势，但均不明显，未通过95%的信度检验;开阳、乌当的冻雨日数虽然有明显的下降趋势，但是未通过95%的信度检验(图略);贵阳的冻雨日数有显著的上升趋势，并且通过了95%的信度检验(图1)。贵阳各地区冻雨发生日数的年际变化趋势各不相同，图2显示出贵阳地区冻雨发生日数变化趋势的空间分布，其中黑色三角形表示通过95%信度检验的站点，黑色圆点为未通过检验的站点。从冻雨频次变化趋势的空间分布来看，贵阳的东北和西南部发生冻雨天气的日数减少的趋势最大，由这两端向中间冻雨天气发生频次逐渐增多，而只有在贵阳市区的冻雨日数呈增长趋势。

3.2 贵阳地区冻雨日数年代际变化

根据以上贵阳各地区冬季冻雨年际变化的分析统计，从各地区年代际变化来看(图3)，20世纪90年代中期为冻雨发生频次的转折点，开阳在各个年代发生的冻雨日数依然为最多，花溪相对最少。从80年代到90年代中期，只有白云地区的冻雨日数有微弱的增多，其他地区的冻雨日数均减少，90年代中期开始到21世纪初，贵阳所有地区冻雨日数均有增多，贵阳市区的冻雨日数的增长趋势最明显，在90年代末发生冻雨天气的日数超过大部分地区。

3.3 贵阳各地区冻雨日数月际特征以及总日数的空间分布

通过近30 a贵阳各地区冬季各月发生冻雨天气日数的百分比的对比分析得出(表1)，其各地冻雨发生总比例都在75%以上，说明冻雨天气主要发生在1、2月。贵阳1月各地区相比其它月发生冻雨天气的机率最高，2月次之。根据各月冻雨概率分布规律可知，11、12月各地区分布相差不大，而时间段为1－3月，开阳相对其他地区而言，在1－2月发生冻雨的概率并不是最高，但是3月仍然保持8%的概率。

根据贵阳各地区在各月发生冻雨所占比例显示可知(表2)，开阳在各月发生冻雨天气的比率最高。11月时，开阳发生冻雨比率最高，其次是贵阳，乌当和息烽比率最低;12—次年2月，开阳比率最高，修文次之，花溪最低;3月，开阳比率最高，修文次之，息烽最低。从各地区近30 a冻雨总日数来看，开阳也是发生冻雨天气最多的地区，花溪为冻雨日数最少的地区，开阳冻雨日数相当于花溪的4.6倍(表略)。由冻雨总日数的空间分布来看(图4)，贵阳地区呈东北高西南低，南北最少的分布。

图3 贵阳8个测站1981—2010年各年代冬季冻雨日数

表1 1981—2010年贵阳各地区冬季各月冻雨日数百分比

表2 1981—2010年冬季贵阳各地区冻雨日数在各月的百分比

图4 贵阳市1981—2010年冬季冻雨总天数空间分布

以上分析表明开阳地区冻雨总日数最多，相对本地而言，各月冻雨分布概率并不都是最高，但是持续时间长，各月发生冻雨天数多，其他各地区的冻雨天气主要集中发生在1－2月，3月份冻雨基本很少发生，因此开阳地区是贵阳受冻雨影响最大的地区。

4 贵阳地区冻雨频次的周期特征

将贵阳8个站点的冻雨日数进行区域平均，从冻雨日数的年际变化和趋势可以得出(图5)，贵阳地区在1983年和2007年冬季冻雨日数最多，均超过25 d，发生的冻雨天气最为严重。近30 a贵阳地区冬季发生冻雨日数的年平均值为10 d左右，20世纪80年代超过平均值的有4 a共75 d，90年代有3a共36 d，20世纪初有2 a共48 d，从各年代发生严重冻雨的年份来看是减少的，但冻雨日数是90年代最少，从冻雨的总趋势来看，有微弱的减少趋势，但并不明显。由此得知80年代贵阳地区冻雨发生的日数最多，且振幅较大，90年代冻雨日数最少，年际变化较平稳，20世纪初冻雨日数年际变化较大，即振幅较大。

图5 贵阳1981—2010年冬季冻雨日数的时间序列及趋势

将贵阳各站点的冻雨日数按照区域平均取其均值，运用morlet小波分析对贵阳冻雨发生的频次进行展开，得到小波系数的实部(图6a)，图中正值反映了序列的增多趋势，负值反映了减少趋势，零线对应冻雨频次的突变点从图6a可看出，在过去的30 a中冻雨发生频次具有3～5 a和11～13 a 2个显著的振荡周期，其中以3～5 a最强。进一步对小波进行方差分析(图3b)可以得出：在1981—2010年整个时间域内，贵阳冻雨频次变化以4 a和12 a周期振荡最强，说明贵阳汛期冻雨频次变化的年际和年代际特征比较明显，其中第一显著周期为4 a，第二显著周期为12 a。通过以上分析表明，贵阳冻雨天气年际振荡特征非常明显，且目前贵阳冻雨天气正处于相对高发期。

图6 贵阳冬季发生冻雨频次的小波系数实部

5 贵阳冻雨等级划分及时空分布

参考中国气象局发布的《中华人民共和国气象行业标准——冻雨等级》中对区域性冻雨的分级标准，根据冻雨的持续时间，将冻雨划分为以下4个等级：轻级冻雨(1级)：1～3 d;

中级冻雨(2级)：4～6 d;

重级冻雨(3级)：7～11 d;

特重级冻雨(4级)：12 d以上。

按照以上等级将近30 a贵阳地区各站冬季冻雨发生的频次进行了统计分析(表3)，结果表明开阳各级冻雨的频次均最多，重级和特重级冻雨造成的凝冻灾害极为严重，开阳地区的重级和特重级冻雨频次相对其他地区非常明显，息烽未发生过重级冻雨，而开阳地区的重级冻雨发生频次高达14次，是修文2倍之多，清镇的3倍之多，贵阳和花溪的14倍，白云地区近4倍，乌当的7倍。开阳重级冻雨发生的频次为大部分地区的4倍，是白云和花溪的8倍。

表3 贵阳8个测站1981—2010年各站不同冻雨等级发生的频次

根据冻雨等级划分，贵阳地区各等级冻雨频次的空间分布进行分析(图7)，结果表明轻级冻雨频次的分布型呈东北至西南逐渐减少的趋势，贵阳南部和北部最少，中级冻雨频次的空间分布呈由东北向西南逐渐减少的趋势，重级冻雨频次呈东北至西南逐渐减少的趋势，贵阳南部和北部最少，特重级冻雨频次的空间分布呈东北至西南逐渐减少的趋势。

图7 贵阳地区近30 a冬季各等级冻雨发生频次空间分布

5 小结

本文基于日降水资料以及冻雨资料对1981—2010年冬季贵阳8个测站的冻雨日数的变化特征进行了分析。研究表明：

①贵阳各地区冻雨日数的年际变化中，开阳各年的冻雨日数均为最多，花溪和乌当各年的冻雨日数相对最少，通过分析各地区的冻雨日数的趋势检验得知，只有贵阳地区冻雨日数显著增加。年代际变化中，20世纪90年代之前，各地区的冻雨日数呈减少趋势，90年代之后贵阳冻雨日数增加最快。

②通过分析各地区冻雨日数的月季分布和冻雨总日数分布，结果表明，相对本地区各月冻雨发生概率而言，贵阳各地区的冻雨主要集中发生在1－2月，花溪在1月发生冻雨概率最高，开阳在2月发生冻雨概率最高，其中开阳地区冻雨总日数最多，相对其他地区各月冻雨频次所占比率最大，并且持续时间最长，因此开阳地区是贵阳受冻雨影响最大的地区。

③通过计算区域平均得出贵阳的年际变化表明，贵阳近30 a的冻雨发生日数并无明显的增减趋势，通过小波分析得出贵阳冻雨天气年际振荡特征非常明显，且目前贵阳冻雨天气正处于相对高发期。

④根据冻雨级别划分得出的空间分布显示，基本都呈东北向西南逐渐减少的趋势。

［1］宗志平，马杰.2008年初冻雨强度变化以及与逆温层特征之间的关系［J］. 气象，2011，37(2)：156－160.

［2］杨贵名，孔期，等.2008年初“低温雨雪冰冻”灾害天气的持续性原因分析［J］.气象学报，2008，66(5)：836 －440.

［3］杜晓玲，彭芳，等.贵州冻雨频发地带分布特征及成因分析［J］. 气象，2010，36(5)：92 －97.

［4］严小冬，吴战平，等.贵州冻雨时空分布变化特征及其影响因素浅析［J］.高原气象，2009，28(3)：694－701.

［5］叶茵，杜小玲，等.贵州冻雨时空分布及对应临近环流特征分析［J］.贵州气象，2007，31(6)：11 －25.

［6］张艳梅，顾欣，等.贵州高原西北部冻雨的时空变化特征［J］. 资源科学，2011，33(3)：477 －482.

［7］陶诗言，卫捷.2008年1月我国南方严重冰雪灾害过程分析［J］. 气候与环境研究，2008，13(4)：337－350.

［8］Kundzewicz，Z W，and A Robson(Eds.)(2002)，Detecting trend and other changes in hydrological data［M］，Rep.WCDMP－45，Rep.WMO－TD 1013，157 pp.，World Meteorol.Org.，Geneva，Switzerland.

［9］Yue，S，and C Wang，The Mann － Kendall test modified by effective sample size to detect trend in serially correlated hydrological series.Water Resources Management，2004：18，201 －218.

P468.0+2

B

1003－6598(2012)05－0019－04

2012－04－25

黄世芹(1977—)，女，工程师，主要从事短期天气预报分析研究工作。

贵阳市科技项目“贵阳市凝冻监测预警系统研究”(筑科合同［2011103］)资助。