闽东近44a寒潮气候特征分析*

黄文霖 张翔宇 王伟伟



闽东近44a寒潮气候特征分析*

黄文霖 张翔宇 王伟伟

宁德市气象局

利用闽东9个气象观测站1971～2014年的逐日最低气温资料,分析近44a闽东寒潮频次的空间分布、寒潮气候特征及环流特征。结果表明，闽东寒潮活动时空差异较大，西北部开始早、结束晚，东南部开始晚、结束早；寒潮频次在冬季最多，秋季次之，春季再次；秋季寒潮略呈减少趋势，春季寒潮略呈增加趋势；M-K检验表明，寒潮频次未发生明显突变；在11月、12月、1月、3月寒潮活动偏强年和无寒潮过程年，环流特征存在显著的差异；前期菲律宾附近海区、日本以东洋面、澳大利亚东部海区、鄂霍茨克海、渤海和东海、澳大利亚西北部海区海温异常的变化，对预报闽东不同季节寒潮频次异常有一定的前兆意义。

闽东 寒潮 气候特征 环流特征 海温

闽东位于福建东北部沿海，其西部、北部内陆有4个高海拔山区县，沿海与内陆气候差异显著[1]。寒潮是闽东冬半年主要的气象灾害，近五十多年福建出现寒潮最早和最迟的站点均在闽东[2]。寒潮爆发时往往带来强降温和大风，常给农业生产、交通运输等带来严重影响。近年来，不少学者对我国不同区域的寒潮气候特征及可能原因进行了研究[3-10]，对福建寒潮气候特征的研究较少[2,11]，目前尚无对闽东在福建寒潮新标准下的气候特征研究。本文分析了闽东寒潮的气候特征、环流特征及海洋背景，为寒潮天气的趋势预报和服务提供参考依据。

1 资料与方法

1.1 资料

（1）闽东9个气象观测站（福鼎、霞浦、福安、宁德、寿宁、周宁、柘荣、屏南、古田）逐日最低气温资料；（2）NCEP/NCAR再分析2.5°× 2.5°月平均500hPa高度场资料；（3） NOAA 扩展重构全球2.0°×2.0°逐月海温资料；所用气温和500hPa高度场资料年限为1971～2014年，海温资料年限为1970～2014年。

1.2 寒潮标准与方法

根据《福建省天气预报技术手册》，寒潮定义：“24h日最低气温降温≥8.0℃或48h日最低气温下降≥10.0℃或过程降温幅度（72h～120h日最低气温最大降温幅度）≥12.0℃，且日最低气温内陆地区在5℃以下，沿海地区在6℃以下的冷空气过程（沿海县市为福鼎、霞浦、宁德；其余为内陆县市）”。9个气象站中，若有1站或1站以上出现寒潮，则定义为1次单站寒潮天气过程；若≥1/3的站点出现寒潮，则为一次区域性寒潮过程；若≥2/3的站点出现寒潮，则为一次全区性寒潮过程；因一次冷空气过程造成的闽东不同代表站影响日不同的寒潮，作为一次寒潮处理。

采用线性倾向估计方法分析寒潮频次的年际变化趋势，采用Mann-Kendall法（以下简称M-K检验方法）进行寒潮频次的突变分析，利用合成分析法分析闽东发生寒潮的环流背景，利用相关分析法分析寒潮频次与前期、同期海温的相关性。

2 寒潮的空间分布特征

根据寒潮标准计算闽东各站单站寒潮频次，结果表明，寒潮发生次数的地区差异明显，呈现出西北向东南方向递减的形势。出现最多的是寿宁（162次），最少为宁德（16次），即出现最多的次数是最少的10.1倍。根据寒潮过程次数的多少，可将闽东划分为3个影响区：(1) 多寒潮区，包括高海拔山区的寿宁、周宁、屏南和柘荣，平均每年出现寒潮3.23～3.68次；(2) 次多寒潮区，包括福安、福鼎和古田，平均每年出现寒潮1.43～2.23次；(3) 少寒潮区，包括沿海的宁德和霞浦，平均每年出现寒潮仅0.36～0.82次。

3 寒潮的气候特征

3.1 月际分布特征

闽东海拔差异显著，寒潮开始期和结束期地域差异较大：西北部开始早、结束晚；东南部开始晚、结束早。最早出现寒潮的站点是寿宁县，出现于10月10日（1981年）；周宁县和屏南县次之，均为10月21日（1984年）；宁德的寒潮开始期最晚，为11月14日（1979年）。寒潮结束最晚的站点是周宁县，出现在5月4日（1987年）；其次为寿宁县，最晚结束期出现在5月3日（1981年）；宁德的寒潮结束期最早，为3月5日（1989年）。

从图1可见，对单站寒潮而言，12月最多，占总数的23.9%；其次为11月，占19.6％；1月、3月、2月依次次之，分别占总数的16.9%、15.3%、14.1%（这5个月约占总数的89.8%，为寒潮发生的主要时段）；4月、10月、5月发生数量较少，4月、10月占总数均为4.7%，5月仅占0.8%。

图1 闽东各月寒潮频次分布

统计表明，44a来，全区性和区域性寒潮共发生113次，平均每年2.6次。从各月分布看，区域性寒潮12月最多，共发生29次，占总数的25.7%；11月次之，占总数的23.0%；5月没有出现过，10月和4月发生最少。44a来，全区性寒潮共29次，年均0.7次；同样是12月最多，共出现10次，占总数的34.5%；11月次之，占27.6%；1月、3月依次次之。与单站寒潮和区域性寒潮不同的是，在主要寒潮发生时段的2月份，无全区性寒潮发生。

季节分布上，对单站寒潮而言，主要发生在冬季（12月～2月），占全年的54.9%；其次是秋季（10月～11月），占全年24.3%；再次为春季（3月～5月），占全年20.8%。区域性寒潮和全区性寒潮的季节分布同单站寒潮一致。

3.2 年际及年代际变化

从图2a可以看出，闽东各年单站寒潮频次差异明显，最多为11次，最少仅2次；不同季节寒潮频次年际差异明显，冬季寒潮最多达8次，最少为0次，而秋季和春季寒潮最多均达5次，最少均为0次。近44a年寒潮和冬季寒潮频次的气候变化倾向率很小；春季寒潮呈略增加趋势，气候变化倾向率为0.12次/10a；秋季寒潮呈略减少趋势，气候变化倾向率为-0.16次/10a。

利用9a滑动平均对年寒潮和各季节寒潮频次进行处理（图2），可以看出年寒潮频次的变化较为平缓，20世纪70年代中期至90年代末呈小幅波动减少趋势，20世纪90年代末至21世纪00年代中期小幅增加；冬季寒潮20世纪70年代末至80年代末逐渐减少，20世纪90年代初至21世纪00年代中期变化平缓；春季寒潮在20世纪70年代中期至21世纪00年代中期变化平缓，之后略增加；秋季寒潮频次在20世纪70年代中期至80年代初期呈增加趋势，20世纪80年代初期至90年代末逐渐减少，2000年至2008年逐渐增加，2008年至今呈减少趋势。

图2 闽东寒潮频次的逐年变化

（黑色虚线为寒潮频次，黑实线为线性趋势，棕色虚线为九年滑动平均线）

图3为闽东近44a来年寒潮频次的M-K检验曲线，可见UF与UB曲线在1975年、1977年、1979年、1982年左右存在交点, 且交点位于两条临界直线之间, 但在这4个交点之后曲线UF都没有超出临界直线，因此1971～2014年闽东年寒潮频次序列不存在明显突变。对闽东各季节寒潮频次序列进行Mann- Kendall突变分析，结果显示均未发生突变（图略）。

图3 闽东年寒潮频次的M-K统计量

4 寒潮偏强和无寒潮典型年份的主要环流特征

根据上述分析，闽东寒潮主要发生在11月至次年3月之间，这5个月中只有2月无全区性寒潮，因此分别对11月、12月、1月、3月进行大气环流合成分析。选取各月区域性寒潮总站次在多年序列中排前5位的年份以及全市9个气象站均达到寒潮标准的年份作为各月寒潮活动偏强年份（1月由于有3个年份总站次均为8，故取6年分析）；将寒潮发生次数为0的年份定义为各月无寒潮发生的年份（见表1）。

表1 闽东各月寒潮偏强和无寒潮发生年份

由图4可见，闽东11月、12月、1月、3月寒潮偏强和无寒潮年份500 hPa高度距平场的分布明显不同。11月寒潮偏强年份贝加尔湖以北的亚洲大部地区为负距平，负距平中心为-20gpm，表明东亚大槽偏强，利于冷空气爆发；而在无寒潮过程时，贝加尔湖以北的西伯利亚地区为正距平，日本附近有-10gpm的负距平中心，较强寒潮活动时弱，表明东亚大槽较常年偏弱且位置偏东。

12月寒潮偏强年份在俄罗斯中部、45°N以南的亚洲大部为负距平区，负距平中心达45gpm，表明东亚大槽较强，引导槽后的冷空气向南扩散，造成闽东的强寒潮活动；在12月无寒潮过程时，贝加尔湖附近存在25gpm的正距平中心，在新疆西方和日本分别存在20gpm的负距平中心，与强寒潮活动时期相比减弱,范围也明显缩小。

1月寒潮偏强年份在40°～135°E，45°～70°N 的大范围区域为负距平，新地岛以南低值中心达-35gpm,在中国东北负距平也达-20gpm，表明中高纬度多低槽、低涡系统活动，有利于北方冷空气南下；在无寒潮过程年，贝加尔湖以北为正距平区，贝加尔湖以南的亚洲大陆和西太平洋为负距平，负距平值较强寒潮活动时弱，且位置偏东。

3月寒潮偏强年份在俄罗斯和中国的中东部、北冰洋为负距平区，在中国东北有-25gpm的负距平中心，在北冰洋负距平最大值达75gpm，表明东亚大槽强度强；在无寒潮过程年，俄罗斯中南部和中国东北为正距平，在西太平洋存在较强的负距平区，东亚大槽虽然较强，但位置偏东。

图4 闽东11月(a,b)、12月(c,d)、1月(e,f)、3月(g,h)寒潮偏强年（a,c,e,g）和无寒潮年（b,d,f,h）500hPa高度距平场（单位：gpm）

5 各季寒潮频次与海温异常的联系

为了解前期、同期海温与闽东寒潮频次的关系，用各季节单站寒潮频次序列分别与前期、同期各季节海温做相关分析，海温资料分别将每年3～5月、6～8月、9～11月、12月至次年2月三个月海温的平均值作为该年春季、夏季、秋季、冬季的海温值。

由图5a～图5b可见,与闽东秋季寒潮频次相关系数较大的海区主要在太平洋：（1）菲律宾附近海区，前期秋季、冬季、夏季和同期秋季存在显著负相关区；（2）在日本以东洋面，前期春季和夏季相关系数＜-0.3，其中前期夏季相关性更好、相关区较大；（3）澳大利亚东部海区，前期四季和同期秋季均有显著负相关区。由此可见，菲律宾附近海区、日本以东洋面、澳大利亚东部海区的海温异常变化超前于寒潮频次的异常变化，对预报闽东秋季寒潮频次异常有一定的前兆意义。

与闽东冬季寒潮频次相关系数较大的海区同样主要在太平洋和赤道印度洋（图5c～图5d）：（1）鄂霍茨克海，前期冬季和春季均有显著负相关区；（2）渤海和东海海区，前期夏季和秋季均存在显著负相关区；（3）澳大利亚西北部海区，前期夏季和秋季均存在显著负相关区。可见这三个海区是影响闽东寒潮的关键区域，当其海温偏低时，冬季寒潮频次可能偏多。

闽东春季寒潮频次与同期春季海温场相关系数较大的海区主要在北印度洋、马达加斯加附近海区和低纬大西洋，均存在大面积显著正相关区（图5e）。在鄂霍茨克海，前期春季和夏季均存在显著正相关区；在澳大利亚东部海区，前期夏季、秋季和冬季均有显著正相关区，其中前期夏季位置较北、相关区面积较大（图5f）。可见前期鄂霍茨克海和澳大利亚东部海区的海温偏高时，闽东春季寒潮可能偏多。

图5 闽东寒潮频次与海温相关系数分布

(阴影区表示通过0.05信度的显著性检验，其它季节图略）

6 结论

(1)闽东寒潮呈明显的西北向东南方向递减的区域分布，从而将闽东划分为多寒潮区、次多寒潮区和少寒潮区。寒潮开始和结束期空间差异较大，其中西北部开始早、结束晚，东南部开始晚、结束早。

(2)闽东寒潮发生在10月至次年5月，其中12月最多，2月无全区性寒潮发生。单站寒潮、区域性寒潮和全区性寒潮的季节分布一致，均为冬季最多，秋季次之，春季再次。

(3)近44a年寒潮和冬季寒潮频次的气候变化倾向率很小；秋季寒潮略呈减少趋势，春季寒潮略呈增加趋势。Mann-Kendall突变检验表明，近44a来寒潮频次没有发生明显突变。

(4)通过11月、12月、1月、3月强（无）寒潮年500hPa环流距平场的对比分析可知，寒潮偏强年份东亚大槽偏强或中高纬度多低槽、低涡系统活动，引导北方冷空气南下，导致闽东寒潮活动强烈；无寒潮过程年份，东亚大槽较弱或位置偏东，强冷空气很难南下影响到闽东。

(5)海温异常通过遥相关影响大气环流异常，从而影响寒潮发生。本研究发现前期菲律宾附近海区、日本以东洋面、澳大利亚东部海区海温偏低时，闽东秋季寒潮频次可能偏多；前期鄂霍茨克海、渤海和东海、澳大利亚西北部海区海温偏低时，闽东冬季寒潮可能偏多；前期鄂霍茨克海和澳大利亚东部海区海温偏高时，闽东春季寒潮可能偏多。如何进一步通过海温变化预测闽东寒潮天气有待进一步研究。

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福建省气象局研究生基层专项（2015G03）资助。