安庆市寒潮过程的气候特征分析

张 丽

(安徽省安庆市气象局，安徽 安庆 246003)

1 引言

寒潮天气过程是一种大规模的强冷空气向南爆发的天气过程[1]，在剧烈降温的同时有时还伴有大风、雨、雪、雨凇或霜冻和冻害等灾害性天气，对农业、牧业、交通、电力等造成巨大损失。多年来，很多气象学者已对寒潮天气进行了大量的分析研究[2-7]，包括寒潮的时空分布特征、冷空气源地、路径、影响的天气系统等。张培忠等[8]对影响中国的寒潮冷高压的活动进行了分析，发现冷高压有明显的年月季变化，寒潮冷高压主要出现在亚洲大陆中部,移动路径以自西向东为。朱红芳[9]等对安徽省近52 a的寒潮气候特征进行了分析，指出安徽寒潮发生频次北部多于南部，并且存在3个显著周期，寒潮发生频次呈现线性减少趋势。

20世纪80年代以来, 全球变暖问题引起广泛的关注。在全球气候变暖的大背景下，很多研究发现寒潮的发生频率和强度也出现了明显变化。刘婕等[10]分析了大连地区寒潮近45 a来的变化, 发现在气候变暖背景下大连地区寒潮活动具有减少的趋势，从1961—2005年, 寒潮频数减少为0.7次/10 a。白松竹[11]等分析了气候变暖背景下阿勒泰地区寒潮活动变化特征，指出近52 a来阿勒泰地区寒潮和强寒潮次数均表现为减少的趋势，冷季平均气温的距平指数与寒潮和强寒潮距平指数呈反位相，气候变暖是阿勒泰地区寒潮减少的重要气候背景。

安庆市地形复杂，山区、丘陵、平原共存，寒潮天气会导致农作物大面积受害，还会造成道路结冰、交通中断等灾害，是安庆市冬半年的主要灾害性天气之一。目前针对安庆市降雨的研究相对较多，针对寒潮气候特征分析的研究还没有开展。在全球变暖的背景下，对安庆市寒潮发生频率、年代际变化趋势等进行统计分析十分有必要，这对做好安庆市寒潮预报工作有重要意义。只有加强对寒潮天气过程的研究，掌握其发生发展规律，才能有效提高对重大灾害性天气的防御能力。

2 寒潮标准

寒潮的强度一般是用冷空气入侵后造成的降温幅度大小来表示。根据中华人民共和国国家标准GB/T 21987-2008的规定，一次寒潮过程是指冷空气使某地的日最低气温24 h内下降8 ℃或以上，或者48 h内气温连续下降10 ℃或以上，或者72 h内气温连续下降12 ℃或以上，且该地日最低气温下降到4 ℃或以下；强寒潮是冷空气使某地的日最低(或日平均)气温24 h下降10 ℃或以上，或者48 h内气温连续下降12 ℃或以上，或者72 h内气温连续下降14 ℃或以上，且使该地日最低气温下降到2 ℃或以下；特强寒潮是指使某地的日最低(或日平均)气温24 h下降12 ℃或以上，或者48 h内气温连续下降14 ℃或以上，或者72 h内气温连续下降16 ℃或以上且使该地日最低气温下降到2 ℃或以下。

区域寒潮要求一次寒潮过程中该区域内有≥30%的气象站满足寒潮标准；区域强寒潮要求一次寒潮过程中，该区域内≥40%的气象站满足寒潮条件，其中满足强寒潮标准的气象站≥30%，或满足特强寒潮标准的气象站≥20%。

3 资料来源、处理及统计

本文所使用的资料来自于安庆辖区内8个国家观测站逐日最低温度资料，时间为1960年10月1日—2016年5月30日，将每年的10月—次年5月定义为一个寒潮季，讨论了共56个寒潮季的寒潮特征及变化。

由于讨论的是安庆市范围内，范围比较小，所以文中将寒潮分为单站寒潮和区域性寒潮。安庆市共8个市县，当有3个或以上市县同时达到寒潮标准时，定义为一次区域性寒潮过程；在满足区域性寒潮标准的同时，如果有2个或以上市县达到强寒潮标准，则定义为一次区域性强寒潮过程；一次特强寒潮过程中有3个站或以上达到特强寒潮标准定义为一次特强寒潮过程。

4 寒潮的气候特征

4.1 单站寒潮的空间分布

安庆共8个市县，岳西、潜山西部、太湖中西部、宿松西北部为大别山区，安庆、望江处长江沿岸，最北部为桐城。由于地理位置和地形地貌的差异，安庆各市县寒潮出现的次数并不相同。

表1 安庆各个市县1960—2016年出现的寒潮、强寒潮和特强寒潮总次数(次)Tab.1 Total number of the cold wave,strong cold wave and especially strong cold wave in each county station of Anqing from 1961 to 2016

从表1可以看到，寒潮发生的空间特征是山区多，沿江少，北部多于南部。这说明寒潮的发生频次和地理位置及地形有着密切的关系。岳西地区大别山区，出现寒潮、强寒潮和特强寒潮的次数最多，桐城地处安庆最北部，寒潮、强寒潮和特强寒潮出现的次数仅少于岳西。冷空气南下时逐渐减弱，所以南部达到寒潮的几率小于北部。由于冷空气南下过程中受大别山脉的阻挡，使沿江地区达到寒潮标准的几率变小[1]。

4.2 单站寒潮、强寒潮、特强寒潮的时间变化及成因

4.2.1 单站寒潮、强寒潮、特强寒潮的年际变化及成因 单站寒潮、强寒潮的年际变幅都很大。从图1a可以看出，20世纪60年代为寒潮多发期，80年代末到90年代初及20世纪初期寒潮发生次数相对也较多。单站寒潮总次数出现最多的为1966年，出现了38次寒潮，最少的为1984年和2013年，这两年没有出现寒潮。从特强寒潮年代际发生频次来看(图略)，20世纪60年代出现8站/次，80年代和90年代分别出现10站/次，70年代没有特强寒潮发生，2010年以后至2016年5月之前发生了3站/次特强寒潮。

从单站寒潮总次数逐年线性变化趋势来看，有明显减少的趋势(通过0.05的信度检验)，线性趋势为-1.53次/10 a。图1b为强寒潮的逐年出现次数，可以看到单站强寒潮出现次数在10次/a或以上的有7 a，其中最多的为1969年出现了16站/次，其次为1966和2016年，为15/站次。强寒潮的线性变化趋势不明显。

图1 1960—2016年寒潮季单站寒潮(a)、强寒潮(b)总次数逐年分布图Fig.1 Annual distribution of cold wave and strong cold wave and especially strong cold wave of single-station in cold tide season from 1961 to 2016

4.2.2 单站寒潮、强寒潮、特强寒潮的月分布 安庆市单站寒潮发生的月份集中在当年的10月—次年的4月，岳西5月也有寒潮出现过，不过仅出现过1次。从各个月寒潮出现总站/次分布情况(图2a)来看，出现次数最多的为3月和11月，2月和12月次之，4月和10月出现寒潮次数少，5月最少。各个市县的寒潮出现次数月分布与总站/次月分布趋势基本相似。

造成寒潮频次在各个月分布不均的原因可能有如下几个方面：就日最低气温而言，4月和10月日最低气温下降到4 ℃以下的日数较少，所以即使降温幅度达到要求也不满足寒潮标准；3月和11月是秋冬或冬春转换季节，寒潮发生前受暖气团影响气温回升明显之后，强冷空气入侵南下，由于前期温度高，容易满足寒潮标准；而冬季寒潮范围大，低温较低，遇到强冷空气南下也比较容易达到寒潮标准。

从单站强寒潮出现总站/次数的月分布(图2b)来看，2月、3月和11月多于其它月份，10月最少。各个市县强寒潮月分布则与总站/次月分布有些差异(图3)，岳西2月、11月出现次数最多，其余市县3月份出现次数最多；次数最少的出现在1月或10月；其原因是1月份平均气温全年最低，日最低气温也低，降温幅度很难达到强寒潮标准，而10月份则是最低气温达不到标准。

单站特强寒潮从当年10月—次年4月均有可能发生，以11月发生次数最多，其次为3月，2月也达到了7站/次，其它月份明显减少(图2c)。特强寒潮对降温幅度及最低气温要求均较高，这就需要前期温度较高，3月和11月比较容易满足要求，所以发生次数多。

图2 1960—2016年安庆单站寒潮(a)、强寒潮(b)、特强寒潮(c)出现总站/次数月分布(注：图中只显示了有寒潮发生的月份，余同)Fig.2 The monthly total number of cold wave(a)and strong cold wave(b) and especially strong cold wave(c) in Anqing station from 1961 to 2016

图3 1960—2016年安庆各市县寒潮季各个月寒潮(a)、强寒潮(b)出现总次数Fig.3 The monthly total number of cold wave(a) and strong cold wave(b)in each county station of Anqing from 1961 to 2016

表2 安庆市单站寒潮季节分布及各市县寒潮季节分布(次)Tab.2 Season distribution of the cold wavein Anqing and each county station of Anqing

4.2.3 单站寒潮、强寒潮的季节分布 从表2可以看到，安庆单站寒潮发生总站/次数最多的为冬季，夏季最少，没有寒潮发生，春秋季节相差不大。各市县单站寒潮除了岳西县外，也是冬季出现次数最多，尤其是最北部的桐城市冬季寒潮次数与春秋两季差异最大；岳西寒潮次数秋季出现最多，但是春秋冬寒潮出现次数相差很小。

4.3 区域寒潮、强寒潮时间分布特征

4.3.1 年代际及年际分布 从年代际分布来看(图4)，寒潮和强寒潮的分布趋势是相同的，都是上世纪60年代最多，80年代最少。从变化趋势来看，都呈现出减少的趋势(通过0.05趋势检验)，尤其是区域寒潮减少的趋势更明显。

区域寒潮和强寒潮的年际变化特征为(图5)：区域寒潮次数明显少于单站寒潮次数，年分布不均，最多的有5次，分别为1966年和1969年，最少的年份寒潮季没有区域寒潮出现，这样的年份共15 a。区域强寒潮次数较少，其中出现强寒潮的寒潮季占总次数的43%，没有出现强寒潮的共32次，占57%，一个寒潮季出现2次强寒潮的共8次，占14%。

一次特强寒潮过程中有3个站或以上达到特强寒潮标准的过程共有4次(图略)，分别出现在1987年、1988年、1996年、2009年；其中以1987年影响范围最大，全市8各市县共6个达到了强寒潮标准，过程降温幅度也是最大的，24 h、48 h及72 h降温分别达15.6 ℃、20.1 ℃及20.8 ℃。

图4 安庆各个年代际区域寒潮(a)、强寒潮(b)次数变化图Fig.4 Interdecadal variation of the regional cold wave(a)and strong cold wave(b)frequency in Anqing

图5 1960—2016年安庆区域寒潮(a)、强寒潮(b)逐年变化曲线Fig.5 Curves of the annual number of regional cold wave (the left) and strong cold wave (the right) in Anqing from 1960 to 2016

图6 1960—2016年安庆区域寒潮(a)、强寒潮(b)月分布Fig.6 Monthly distribution of regional cold wave (the left) and strong cold wave (the right) in Anqing from 1960 to 2016

4.3.2 月分布 区域寒潮的发生月份从当年的10月—次年4月均有可能发生。安庆市区域寒潮发生最早的时间为10月下旬，最晚的结束日期在4月中旬。区域寒潮发生次数最多的月份为3月，其次为12月,10月最少。区域强寒潮也是3月出现最多，共出现9次，其次为2月，次数最少的为10月和12月，仅出现2次。通过对比可以看到，10月共有3次区域寒潮过程，其中—次达到了强寒潮标准，12月出现了17次区域寒潮，仅有2次达到强寒潮标准，这可能是因为12月最低气温本身就较低，所以降温幅度难达标。

4.4 寒潮初终日分析

对全市发生的每次寒潮过程的开始和结束时间进行统计，并制成了箱线图(图中每个长方框的上下底分别表示占样本总数25%、75%的寒潮发生的时间；方框中的细实线为中位数，即在此日期前后各有1/2的寒潮发生；方框底边延伸出的黑线端点分别表示寒潮最早、晚开始或结束的时间；空心圆点表示离群值，×号代表平均值。

由图7可以看到，全市寒潮开始日期75%以上出现在11月上中旬，寒潮结束日期在3月中旬—4月下旬。寒潮过程中50%以上发生在11月下旬—3月上旬。

寒潮的平均初日以岳西为最早，为12月7日，其次为桐城的12月20日，沿江地区的平均初日为1月上中旬，最晚的为望江的1月12日。寒潮的平均终日均为2月份，以岳西最晚，为2月27日，宿松最早，为2月5日。

单站寒潮发生和结束日期中，岳西发生最早，结束最晚，其余市县相差不大。岳西寒潮发生最早日期在10月中旬，最晚结束日期在5月上旬；其它市县寒潮最早发生日期均在10月下旬中后期，最晚结束日期在4月上旬或中旬前期。区域寒潮平均初终日分别为12月27日和2月23日。

从50%百分位线(即中位数)看，大部分市县寒潮发生时间和结束时间的中位数偏离了上下四分位数的中心位置，即分布有偏态性。

图7 1961—2016年安庆各个市县单站寒潮过程开始和结束时间统计图Fig.7 Box-whisker plot for the Beginning and Ending day of single station cold waves in Anqing during 1961 and 2016

5 气候变暖下寒潮发生趋势

为了研究安庆地区寒潮发生次数与气候变化的关系，本文统计了1960—2016年寒潮季所对应的冬季平均气温以及寒潮季(由于5月仅岳西出现过1次寒潮，所以文中取当年10月—次年4月平均气温代表寒潮季平均气温)平均气温。通过这二者和寒潮发生次数年际变化进行对比分析(图8、图9)，发现：冬季平均气温及寒潮季平均气温均呈现上升趋势，上升速率均为0.2 ℃/10 a；而寒潮次数呈现下降趋势，总的来说，随着气候变暖，寒潮次数相应减少，气候变暖是寒潮减少的重要气候背景。

图8 1960—2016年安庆区域寒潮发生次数与寒潮季所对应的冬季平均气温逐年变化图Fig.8 Time series of the winter temperature averaged over Anqing and the frequency of the regional cold waveduring the period from 1960to 2016

图9 1960—2016年安庆区域寒潮发生次数与当年10月—次年4月的平均气温的关系Fig.9 Time series of the averagetemperature between October to April the following year over Anqing and the frequency of the regional cold waveduring the period from 1960to 2016

6 结论与讨论

①单站寒潮发生次数与地形及地理位置有很大关系，山区岳西县最多，最北部的桐城寒潮发生次数仅次于山区岳西。

②单站寒潮年发生次数分布不均，总体呈现线性减少的趋势；强寒潮年变化的线性趋势不明显。

③单站寒潮发生总次数以3月和11月最多，也就是说秋冬转换及冬春转换期间易发寒潮天气过程。寒潮初日和终日也与地理位置和地形相关，岳西初日最早，终日最晚，桐城次之，其余地区略有差异，但相差不大。

④区域寒潮、强寒潮的年际和年代际变化大，随着气候变暖，均呈现出减少的趋势，尤其是区域寒潮减少的趋势更明显。因此气候变暖是全市寒潮频次发生变化的重要气候背景。

⑤区域寒潮从当年的10月—次年4月均有可能发生。最早发生的时间为10月下旬，最晚的结束日期在4月中旬。区域寒潮、强寒潮发生次数以3月最多，10月最少。但是10月强寒潮占寒潮次数的比例最高。

⑥特强寒潮主要发生在岳西及桐城，其余地区发生次数相对较少。

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