近56 a三穗县大雾天气气候特征分析

2015-04-05周继先

中低纬山地气象 2015年5期

关键词：时间尺度历年大雾

聂云，周继先

(1.贵州省黔东南自治州气象局，贵州凯里 556000；2.贵州省思南县气象局，贵州思南 565100)

近56 a三穗县大雾天气气候特征分析

聂云1，周继先2

(1.贵州省黔东南自治州气象局，贵州凯里 556000；2.贵州省思南县气象局，贵州思南 565100)

利用1958—2013年三穗气象站逐日大雾观测资料，运用统计学方法、线性倾向估计法、小波分析法以及MK检验等对三穗县近56 a大雾天气气候特征进行分析。分析表明：三穗大雾天气频发，各月都有出现；呈现中间多，两头少，在8月达到峰值。大雾活动季节变化显著，主要出现在盛夏到初冬之间，春季最少。历年大雾日数的线性趋势明显，主要呈下降趋势；其年代际分布特征表现出明显的阶段性变化，变化呈正弦曲线型。小波分析三穗年大雾日数存在准3 a、准6 a和准12 a的显著周期震荡。MK检验分析表明，三穗历年大雾时间序列在1996年发生增多突变， 2010年发生减少突变；特别是2010年以来，大雾天气出现次数呈历史最低值，三穗进入大雾天气少发期。

大雾；气候特征；小波分析；MK检验；三穗

1 引言

近年来，气象工作者对大雾天气进行了大量的研究。林建等[1]对我国大雾的时空分布特征及其发生的环流形势进行了研究；罗喜平等[2]对贵州区域性辐射大雾特征与形成条件的研究中指出，贵州区域性辐射大雾多出现在贵州省中东部较低处；龙先菊等[3]对黔东南大雾气候特征的分析中指出，黔东南州大雾主要分布在其中部，其中三穗县年雾日数最多。三穗作为贵州的东出口，素有“黔东要塞”和“千里苗疆门户”之称；由于三穗大雾频发，影响范围广，大雾天气已成为影响三穗人民日常生活主要的灾害性天气之一。然而对三穗本地大雾天气特征的研究较少，本文利用三穗1958—2013年地面气象观测资料，分析近56a三穗县大雾天气气候特征，找出三穗大雾天气的变化规律，进而对三穗交通运输建设和人们日常活动进行科学指导，同时也为三穗大雾天气的预警预报提供科学依据。

2 资料与方法

三穗气象站为国家基准气候站，自1958年建站以来，曾发生过站址迁移，运用窦新英[4]研究方法对迁站前后两站点资料进行对比分析，结果表明两站点的资料无显著差异，观测资料具有较好的代表性、准确性和比较性。

本文运用1958—2013年三穗气象站逐日大雾观测资料，建立大雾日数的月、季、年时间序列。利用统计学方法计算分析三穗县近56a月、季、年大雾日数的分布特征；采用线性倾向估计方法拟合大雾天气的长期变化趋势；通过Morlet小波分析法和MK突变检验法分析三穗大雾天气的周期震荡及突变特征。

3 大雾天气的时间分布特征

3.1 大雾日数的月际分布及季节变化

图1为三穗历年各月出现大雾平均次数图。从图1中可清晰看出，三穗各月均有大雾出现，大雾的逐月变化曲线中间高，两头低；其中历年月平均雾日数最大值出现在8月，占全年的13.8%；9月次之，占全年的10.8%；1—4月相对较少，月平均大雾天数为3～4 d，其中2月份是全年中出现大雾日数最少的月份，仅占全年的4.6%。总体而言，平均大雾日数1—4月维持在4 d左右，5—8月呈递增趋势，在8月份达到峰值，9月份开始降低，到12月时，大雾月平均天数只有5.6 d。

图1 三穗历年各月出现大雾的平均次数图

由表1可以看出，三穗大雾天气季节变化明显，大雾天气主要出现在夏秋时节，其发生频率均在30%以上；冬季次之，春季最少。结合图1可知，三穗大雾天气频发，主要出现在盛夏到初冬之间，大雾月平均次数都在6 d以上(含6 d)。

表1 三穗县四季大雾出现频率分布情况

3.2 大雾日数的年(代)际变化

从图2分析，近56 a三穗县大雾天气存在着明显的年际变化特征；运用一元线性回归方程拟合大雾日数的年际变化，计算得出大雾日数的年变化倾向率为-2.93 d/10 a(n=56，r=0.34)，通过了α=0.01显著性水平检验[5]；表明年大雾日数总体呈明显下降趋势。结合表2分析，近56 a三穗共出现大雾3 645 d，年平均大雾日数65.1 d，其中1965年出现大雾天气92 d，为历年最多；2012年出现大雾天气31 d，是历史大雾日数最少年。

分析图2，并结合三穗56 a间各年代大雾日数分布特征表(表2)分析，1958—1970年代末，为大雾天气活跃期，存在明显的正距平，这22 a中有17 a大雾日数在65 d以上，高于历年平均值，而年大雾日数历史最大值出现在1965年(92 d)；1980年代初—1990年代初曲线呈下降趋势，为大雾日数偏少阶段，此时段年大雾日数均低于平均值，最少出现在1988年(43 d)；1990年代中期—2000年代初期，曲线有明显上升趋势，转为大雾天气相对活跃期，期间只有2 a大雾日数低于平均值，最多年大雾日数出现在2001(82 d)；2000年代中期以后曲线下降趋势非常显著，特别是2010年以来，大雾年平均日数仅为42 d，其中年大雾日数历史最小值出现在2012年(31 d)，是三穗近56 a来大雾天气的少发阶段。分析表明，三穗年大雾日数具有明显的阶段性变化特征，主要呈正弦曲线型变化，2010年以来，三穗进入大雾天气少发期。

图2 三穗大雾日数年际变化趋势线图

表2 三穗56 a间各年代大雾日数分布特征

4 大雾天气的震荡周期分析

图3为三穗县近56 a年大雾日数时间序列小波变换图，图中清楚的显示出近56 a三穗年大雾日数在不同时间尺度上的震荡周期及震荡强弱，在不同的时间尺度下，年大雾日数的变化结构亦不相同。在大尺度(16 a以上)上，年大雾日数经历多—少—多—少—多的交替变换，在1985年以前，存在明显的20a周期震荡；在较大尺度8～16 a上，年大雾日数的周期震荡非常明显，经历了多—少—多—少—多—少—多—少—多的循环交替，中心周期为12 a左右；在4～8 a的时间尺度上，经历了多—少的循环交替，周期中心为6 a左右；在4 a及以下的时间尺度上，中心周期为3 a左右，其正负相位的交替变换更加频繁。

图3 三穗1958—2013年年大雾日数小波变换图

运用小波变换图(图1)已分析出三穗历年大雾日数存在着几个不同时间尺度的周期震荡，为找出近56 a三穗年大雾日数时间序列变化起主要作用的周期，对该序列进行了小波方差检验[6]，并作出小波方差时间变化图(图4)，分析小波方差图可得出能量随时间尺度的分布状况以及时间序列中各尺度扰动的相对强度，其中方差峰值处所对应的时间尺度就是年大雾日数时间序列变化的主要周期。

图4 三穗1958—2013年年大雾日数小波方差图

由图4可以看出，三穗年大雾日数存在3个明显的峰值，分别对应3 a、6 a和12 a时间尺度；其中时间尺度6 a所对应的方差值最大，说明准6 a周期震荡最强，准3a为第2个震荡周期，准12 a为第3个震荡周期。综上所述，三穗年大雾日数存在准3 a、准6 a和准12 a周期震荡，其中准6 a周期震荡最强。

5 大雾天气的突变特征分析

气候突变是指在较短时期内由一种相对稳定的气候状态到另一种气候状态的急剧变化，它表现为气候变化的不连续性。本文采用Mann-Kendal法对三穗年大雾日数进行突变检验，图5为三穗历年大雾日数序列的MK检验结果。

图5 三穗1958—2013年年大雾日数MK检验图

图5中直线为α=0.05的显著性检验值±1.96，由UF曲线可见，20世纪60年代中期以前，三穗年大雾日数呈上升趋势，其中1958—1962年和1964—1965年为增多趋势显著时段；1960年代后期—1970年代中期，UF曲线和UB曲线有3个交点，表明此时段年大雾天气以波动变化为主；1970年代后期—1990年代初期，三穗年大雾出现次数呈明显下降趋势；1990年代中期—21世纪初期，大雾出现次数增多趋势明显，UF和UB曲线在1995—1996年之间出现交点后，UF曲线向正方向变化，由此确定1996年为年大雾天气增多突变点；2000年代中期以后，在2009—2010年之间，UF和UB曲线再次出现交点，之后UF曲线向负方向变化，可确定2010年为三穗大雾天气减少性突变的起始年，在突变点之后，特别是近3 a，三穗大雾天气出现次数显著减少，其中2012年出现大雾日数31d，是历年大雾日数极端最低值。