近60 a阿勒泰地区不同等级降温日气候特征

博尔楠，红都子，特列克

（1.阿勒泰地区气象局，新疆 阿勒泰 836500；2.布尔津县气象局，新疆 布尔津 836600；3.泽普县气象局，新疆 泽普 844800）

近60 a阿勒泰地区不同等级降温日气候特征

博尔楠1，红都子2，特列克3

（1.阿勒泰地区气象局，新疆 阿勒泰 836500；2.布尔津县气象局，新疆 布尔津 836600；3.泽普县气象局，新疆 泽普 844800）

利用阿勒泰地区7个气象站自建站至2014年12月31日的逐日气温资料，以日最低气温及其降温幅度为指标，整理出阿勒泰地区近60 a降温日数据库，按降温幅度将降温日分为寒潮、强降温、较强降温、中等强度降温和弱降温5个等级，分析了全地区各站不同等级降温日数的气候特征。结果表明：（1）阿勒泰地区寒潮日数和强降温日数在地区偏东、偏北多，向偏西偏南逐步递减，其它等级降温日数在河谷平原多，向西、向东逐步递减。寒潮、强降温和中等强度降温日数的EOF分解第一模态方差贡献率较大，全地区呈较好的一致性，较强降温和弱降温日数的EOF分解主要模态分别有3个和5个。（2）阿勒泰地区寒潮日数在冬季12月最多，强降温日数在秋季9月最多，较强降温日数主要集中在夏季6—8月，中等强度和弱降温日数在各季分布较平均。（3）近60 a来，阿勒泰地区各站的年寒潮和强降温日数呈明显减少趋势，年较强降温日数呈明显增多趋势，年中等强度降温日数没有明显的线性变化趋势，年弱降温日数呈地区西部减少、中、东部增多的趋势，且东部增多趋势较显著。

降温日；气候特征；阿勒泰地区

阿勒泰地区位于新疆北部，寒潮是影响当地的主要灾害性天气，最主要的表现为剧烈降温并伴有大风和雨雪天气，可造成人畜伤亡、电线积冰和通信中断等事件。在阿勒泰地区，晚秋的寒潮容易引起早霜冻，晚春的寒潮又能引起晚霜冻，使农作物遭受伤害，导致减产，寒潮引起的大风还能使成熟农作物的籽粒刮落，造成减产。同时对牧业转场造成较大的损失，给社会生产和人们生活带来较大的危害。自20世纪50年代气象学家就对寒潮进行了研究探索[1-2]，分析侵袭中国冷空气的源地和路径，指出东亚寒潮可以分为三大类型。20世纪80年代，气象工作者进行大量的研究工作，仇永炎等[3-5]分析了发生寒潮天气的物理过程，并对3～7 d时间尺度上的寒潮进行了预报；丑纪范利用数值模式对寒潮的中期预报进行了数值模拟。20世纪80年代，我国的寒潮中期预报研究取得进展[6]，北方多个省区几乎都有寒潮预报研究[7-10]。2000年以来，各级冷空气天气过程分析及预报研究仍然是预报员持续关注的重点和难点[11-17]，尤其是在我国西北地区，针对区域寒潮过程演变、形成机理等有大量成果[18-21]。李锋[22]等分析北极地区近30 a环流变化，研究其对中国强冷空气事件的影响，结果表明，由于极区和近极区环流系统的改变，造成近30 a中国强冷空气事件的爆发特性发生年代际变化。近年来的研究表明[23-24]中国气温变暖以冬季和西北、华北、东北地区最明显。

本文将降温日按照《冷空气等级》（GB/ T20482—2006）规定分成5级别[25]（表1），依次从最强的寒潮到弱降温，对阿勒泰地区不同等级降温日数的时空分布、周期变化进行分析，提高对阿勒泰地区冷空气活动基本规律的认识，为当地灾害防御提供技术支持。

1 资料与方法

1.1 资料来源

选取阿勒泰地区7个气象站的日最低气温资料，资料长度从各站自建站以来到2014年12月31日。选取当年1月1日—12月31日为一个年度。3—5月为春季，6—8月为夏季，9—11月为秋季，12月—翌年2月为冬季。6站的资料时段为1960年1月1日—2014年12月31日，富蕴站资料为1962年1月1日—2014年12月31日。

1.2 各强度冷空气划分标准及计算方法

《冷空气等级》（GB/T20482—2006）中给出了单站5级冷空气活动级别，分别是：Ⅰ级（弱）、Ⅱ级（中等强度）、Ⅲ级（较强）、Ⅳ级（强）和Ⅴ级（寒潮）等级。本文中对降温日的定义借鉴了毛炜峄等人的研究结果[25]，具体定义见表1。对每一个降温日进行等级识别，每个降温日分级结果具有唯一性。

表1 不同等级降温日标准

采用线性趋势分析，相关分析，M—K突变检验，小波分析，EOF分析等对阿勒泰地区各站不同级别降温日数的时空变化特征进行分析。

2 各级降温日的气候特征

2.1 各级降温日的空间分布

根据上述降温日定义，统计了阿勒泰地区各站自建站以来至2014年12月31日的5个等级降温日数（表2）。年平均寒潮日数以北部沿山一带的青河、富蕴、阿勒泰和哈巴河站最多，分别为24.7、24.3、20.9 d和19.6 d，其次为位于河谷平原的福海和布尔津站，分别为17.5 d和17.1 d，最少的为吉木乃站，16.2 d。寒潮日数最多的青河站和最少的吉木乃站平均每年相差8.5 d。年平均强降温日数以偏北偏东的青河、阿勒泰和富蕴较多，分别为9.1、8.9 d和8.5 d，西部、南部的吉木乃、哈巴河、福海和布尔津较少，分别为8.2、7.9、6.9 d和6.7 d。年平均寒潮日数与强降温日数的空间分布特征相似，均呈地区东北多、西南少。

年平均较强降温日数以吉木乃、阿勒泰和福海较多，分别为1.8、1.7、1.1 d，哈巴河、布尔津和富蕴较少，分别为0.9、0.8、0.7 d，青河最少，仅0.1 d。阿勒泰地区的较强降温日数少，这是由于发生24或48 h最低气温降温幅度大于或等于8℃的冷空气多发生在冬、春、秋3个季节，而上述3个季节最低气温很少出现大于8℃。

表2 阿勒泰地区各站各级冷空气年平均降温日数

年平均中等强度降温日数以位于河谷平原的布尔津、福海和偏北的阿勒泰站较多，分别为16.9、16.7、16.7 d，西部的吉木乃和哈巴河较少，分别为16.6、15.6 d，东部的青河和富蕴最少，分别为14.6、14.5 d。年平均弱降温日数以河谷平原的布尔津和福海较多，分别为132.3、130.9 d，西部、北部的哈巴河、吉木乃和阿勒泰站其次，分别为127.2、125.0、125.9 d，东部的富蕴和青河站较少，分别为122.9、120.7 d。年平均中等降温日数与弱降温日数的空间分布较为相似，河谷平原多、北部东部少。

由此可知，阿勒泰地区的年平均寒潮和强降温日数的空间分布呈现出偏东、偏北多，西南少，而中等强度和弱降温日数则呈现出河谷平原多，西部、东部少的分布特征。

2.2 各级降温日数的主要空间分布型

对近60 a来阿勒泰地区各站不同等级降温日数进行EOF分析，选取了所有方差贡献率大于5%的模态。由图1可见，年寒潮、强和中等强度降温日数的第一模态方差贡献率分别为97.66%、92.76%和96.31%，寒潮和强降温日数空间分布主要分布模态表现为偏北、偏东较多，偏西、偏南较少，中等强度降温日数空间分布主要模态表现为西部中部较多，东部较少。

年较强降温日数（图2）前三个模态方差贡献率分别为73.05%、11.23%和5.11%，方差贡献占总方差的89.39%。从第一模态可以看出全地区为一致的正值，大值中心位于吉木乃和阿勒泰站。第二模态表现为中部阿勒泰、福海、东部富蕴与西部三县、东部青河站呈反相关关系。第三模态表现为西部哈巴河、吉木乃、北部阿勒泰站与其余各地呈反相关。

图1 各级冷空气日数序列EOF第一模态

年弱降温日数（图3）前5个模态方差贡献率分别为53.94%、15.59%、9.78%、7.23%和5.70%，方差贡献占总方差贡献的92.24%。第一模态表现为全地区为一致的正值，大值中心位于偏东偏北的青河、富蕴和阿勒泰站。第二模态表现为偏西偏南日数偏多（少）时，偏北偏东偏少（多）。第三模态表现为哈巴河、中部阿勒泰、福海日数偏多（少）时，西部布尔津、吉木乃、东部富蕴、青河偏少（多）。第四模态表现为阿勒泰、富蕴站日数偏多（少）时，其他各站均偏少（多）。第五模态表现为自西向东为哈巴河、布尔津、阿勒泰和富蕴站日数偏多（少）时，吉木乃、福海、青河偏少（多）。

2.3 单站各级降温日数的月、季分布

图2 较强冷空气日数序列EOF第二、三模态

图3 弱冷空气日数序列EOF第二、三、四、五模态

由图4可见，阿勒泰地区各站普遍表现出12月的寒潮日数比例最高，占16%～20%，其次为11月和2月，分别占13%～17%和12%～18%。阿勒泰地区7个测站均在夏季6月和8月出现过寒潮日，青河站历史上6—8月共出现过30个寒潮日，其中最典型的为1961年7月14—15日发生的寒潮，是阿勒泰地区唯一一次出现在7月的寒潮日。从季节分布来看，全地区寒潮日数在冬季最多，占全年的37%～ 57%，其次为秋季，占24%～36%，春季占17%～27%。阿勒泰地区地处新疆最北部，冬季受冷空气侵袭次数多，降温日容易达到寒潮级别。全地区各站的强降温日数普遍在9月比例最大，占10%～16%,其次为10月和12月，分别占10%～14%和10%～13%。季节分布在秋季最多，占全年的34%～40%，其次为冬季和春季，分别占全年的25%～31%和25%～32%。较强降温日数在7月出现最多，占33%～48%，其次为6月和8月，分别占16%～28%和14%～48%。在夏季最多，占全年的84%～100%，其中青河站的较强冷空气日数均出现在夏季。中等强度降温日数在9月和10月比例最大，占10%～14%，其次为5月，占9%～ 10%。在秋季最多，占全年的28%～37%，其次为春季，占全年的23%～28%，各季节比例较为接近。弱降温日数在7月与8月比例最大，占10%～11%，且各月所占比例较为接近，时间分布较为均匀。在夏季最多，占30%～32%，其次为秋季，占24%～26%，各季节的比例较为接近。

图4 阿勒泰地区各站各级别冷空气日数月际分布

3 各级降温日数变化趋势

3.1 线性变化趋势与突变

近60 a来，阿勒泰地区各站寒潮日数呈明显减少趋势，其中除阿勒泰站以外，其余各站的线性变化趋势均通过了95%的显著性水平检验（表3）。各站寒潮日数M-K检验结果显示，哈巴河站在1973年发生由多到少的突变（图5），自20世纪60年代开始减少，80年代中后期减少非常明显。福海站寒潮日数在1988年发生由多到少的突变，在20世纪80年代初期开始减少，90年代之后减少显著。其余各站的寒潮日数均无明显突变年份。

表3 阿勒泰地区各站各级冷空气日数指数趋势系数

图5 寒潮日数Mann-Kendall检验

吉木乃站近60 a的强降温日数以每0.25 d/10 a的速率增多，其余各站均在减少。福海、布尔津和青河站的线性趋势相关系数通过了95%的显著性检验。强降温日数的M-K检验结果显示，青河站（图5）强降温日数在1982年或者1988年出现有多到少的突变。

近60 a来，各站的较强降温日数均为增多趋势，其中哈巴河、吉木乃、富蕴和青河站的线性趋势通过了99%显著性检验。吉木乃、福海、阿勒泰和富蕴站的中等强度降温日数均呈减少趋势，哈巴河、布尔津和青河的呈增多趋势，但各站的线性变化趋势均未通过95%显著性检验。近60 a来，西部吉木乃和布尔津的弱降温日数呈减少趋势，其余各站均呈增多趋势，吉木乃站的减少趋势通过了99%显著性检验，福海和青河站的线性增多趋势通过了95%显著性检验。

通过上述分析可知，近60 a来，各站的寒潮和强降温日数均呈较明显的减少趋势，弱降温、较强降温日数呈较明显增多趋势，中等强度降温日数的线性变化趋势不明显。

3.2 各级降温日数周期分析

小波分析结果（图6）表明，阿勒泰地区的寒潮日数存在10～13 a的显著周期，强降温日数存在25～40 a的显著周期，较强降温日数存在23～33 a的显著周期，中等强度降温日数存在15～35 a的显著周期，弱降温日数存在25～45 a显著周期。

4 结论

（1）阿勒泰地区寒潮日数年平均值在16.2～24.7 d，强降温日数在6.7～9.1 d，较强降温日数在0.1～1.8 d，中等强度降温日数在14.5～16.9 d，弱降温日数在120.7～132.3 d。寒潮和强降温日数的空间分布呈地区偏东偏北多、偏西偏南少的特征，较强、中等强度和弱降温日数的空间分布呈河谷平原多，地区偏西、偏东少。

（2）在阿勒泰地区，年寒潮、强降温和中等强度降温日数的EOF分解第一模态的方差贡献率均在92%以上，均呈较好的一致性。较强降温和弱降温日数的模态分别有3个和5个。

（3）阿勒泰地区寒潮日数冬季在12月最多，其次为11月和2月；全地区7个站均在夏季（6—8月）出现过寒潮。强降温日数在秋季9月出现最多，其次为10月和12月。较强降温日数主要集中在夏季6—8月；中等强度和弱降温日数各季出现频率较为接近。

图6 阿勒泰地区各级冷空气日数小波变换实部

（4）近60 a年来，阿勒泰地区各站的年寒潮和强降温日数呈明显减少的线性趋势；年较强降温日数呈明显增多趋势；年中等强度降温日数的线性趋势不明显；年弱降温日数在地区西部减少、东部显著增多。

（5）阿勒泰地区的各级降温日数均存在着明显的年代际周期，但是不同等级降温日数的主要周期有差异。

[1] 李宪之.东亚寒潮侵袭的研究[M] .中国近代科学论著选刊—气象学（1919—1949）．北京：科学出版社，1955，35-117．

[2] 陶诗言.东亚冬季冷空气活动的研究[Z] .//中央气象局编，短期预报手册．1957．

[3] 仇永炎，王为德.寒潮中期预报研究进展[J] .气象科技，1983（3）：9-15．

[4] 仇永炎，朱亚芬.关于寒潮中期过程的正压能量学的统计研究[C] .寒潮中期预报文集编委会.全国寒潮中期预报文集．北京：北京大学出版社，1984：41-51．

[5] 丑纪范.寒潮中期数值预报的多时刻模式[C] //寒潮中期预报文集编委会．全国寒潮中期预报文集．北京：北京大学出版社，1984：142-151．

[6] 仇永炎，刘景秀.寒潮中期预报研究成果简介[J] .气象学报，1985，43（2）：253．

[7] 徐羹慧.寒潮中期预报方案[J] .气象，1985，11（2）：6-10．

[8] 余鹤书，李晓东，张芬馥，等.寒潮中期过程的天气—统计特征及其预报模型[J] .气象，1987，13（10）：33-36．

[9] 张家宝，苏起元，孙沈清，等.新疆短期天气预报指导手册[M] .乌鲁木齐：新疆人民出版社，1986，184-217．

[10] 樊明，冯军，尚学军.“2001．4．19”寒潮天气形成过程分析[J] .气象，2002，28（3）：54-57．

[11] 王锡稳，孙兰东，张新荣.甘肃春季第一场罕见强霜冻、冻害天气的分析[J] .干旱气象，2005，23（4）：7-11．

[12] 王丽，韦惠红，金琪，等.湖北省一次罕见寒潮天气过程气温陡降分析[J] .气象，2006，32（9）：71-76．

[13] 周翠芳，张广平，杨海山.宁夏冬季寒潮天气过程对比分析[J] .干旱气象，2009，27（2）：142-147．

[14] 张林梅，庄小翠，胡磊.新疆阿勒泰地区一次强寒潮天气过程分析[J] .干旱气象，2010，28（1）：71-75．

[15] 肉孜·阿基，李如琦，唐冶.2011年初北疆强寒潮过程诊断分析[J] .沙漠与绿洲气象，2013，7（3）：7-12．

[16] 孙玉莲，任余龙，韦伯龙，等.甘肃临夏地区2次沙尘寒潮天气成因对比[J] .干旱气象，2013，31（1）：150-156．

[17] 赵玉广，何丽华，张南，等.河北省寒潮天气形势分析及预报[J] .干旱气象，2012，30（1）：94-99.

[18] 顾润源，孙永刚，韩经纬，等.内蒙古自治区天气预报手册[M] .北京：气象出版社，2012：460-475.

[19] 陶健红，王宝鉴，王隧缠，等.甘肃省短期天气预报员手册[M] .北京：气象出版社，2012：193-207.

[20] 冯建民，胡文东，陈楠，等.宁夏天气预报手册[M] .北京：气象出版社，2012：103-135.

[21] 张俊兰，牟欢，谢葭颖.北疆寒潮天气分析及预报[J] .沙漠与绿洲气象，2015，9（6）：11-18.

[22] 李锋，矫梅燕，丁一汇，等.北极区近30年环流的变化及对中国强冷事件的影响[J] .高原气象，2006，25（2）：209-217．

[23] 屠其璞，邓自旺，周晓兰，等.中国气温异常的区域特征研究[J] .气象学报，2005，58（3）：288-296．

[24] 汪宏字，龚强，孙风华，等.东北和华北东部气温异常特征及其成因的初步分析[J] .高原气象，2005，24（6）：1024-1033．

[25] 毛炜峄，白素琴，陈鹏翔.1951—2015年乌鲁木齐市降温过程频数及强度气候特征[J] .气象，2016，42（11）：1374-1386．

[26] 郑玉萍，宫恒瑞.乌鲁木齐市寒潮气候特征分析[J] .沙漠与绿洲气象，2015，9（6）：56-61．

[27] 吕新生，万瑜，尹冰霞，等.新疆北部一次强寒潮天气特征及成因[J] .干旱气象，2017，35（1）：82-90．

[28] 毛炜峄，陈颖.1951—2015年乌鲁木齐市寒潮过程频数及强度气候特征[J] .干旱气象，2016，34（3）：403-411．

[29] 牟欢，于碧馨，张俊兰.新疆“4·23”强寒潮降温特征分析[J] .沙漠与绿洲气象，2016，10（3）：59-65．

Climatological Characteristics of Temperature Decreasing Days at Different Levels in Altay Region during the Recent 60 Years

Bo’ernan1，Hongduzi2，Telieke3
（1.Altay Meteorological Bureau，Altay 836500，China；2.Meteorological Bureau of Buerjin County，Buerjin 836600，China；3.Meteorological Bureau of Zepu County，Zepu 844800，China）

In this paper,daily temperature data from 7 meteorological observatories in the Altay Region till 31st December 2014 was used to analyze the climatological characteristics of different levels of the cooling days in the entire region.The cooling days were divided into 5 levels,which were cold wave,strong cold air,relatively strong cold air,moderate cold air and slight cold air. Daily minimum temperature and the corresponding temperature reduction amplitude were the two indicators in building up a database of the cooling days during the recent 60 years.The results showed that the number of cold wave days and strong cold air days had a decreasing trend from the east and the north to the west and the south,while the other 3 levels had a decreasing trend from the valley plain to its west and east.The variance of the 1st mode EOF analysis of cold wave,strong cold air and moderate cold air had great contributions and it maintained in good consistency in the entire region.However,the EOF analysis of relatively strong cold air and slight cold air had 3 and 5 main modes,respectively.Moreover,the cold wave days occurred the most frequently in winter,the strong cold air days occurred the mostly in autumn and the relatively strong cold air days happened the most frequently in summer.Comparatively,the numbers of moderate cold air days and slight cold air days distributed homogeneously among the 4 seasons.During the recent 60 years,the annual cold wave days and strong cold air days in the Altay Region had a significant reduction while the annual relatively cold air days revealed a great increase.The annual moderate cold air days did not have obvious difference in these decades.Interestingly,there was a decreasing trend for slight cold air days in the west while an increasing trend in the middle and the east.

temperature-decreasing days；climatological characteristics；Altay region

P461

B

1002-0799（2017）01-0041-09

10.12057/j.issn.1002-0799.2017.01.006

2016-02-22

中央级公益性科研院所基本科研业务费专项资金项目（IDM201502）。

博尔楠（1987-），男（哈萨克族），助理工程师，从事短期预报和短期气候预测的相关研究工作。E-mail：burlen_928@126.com

博尔楠，红都子，特列克.近60 a阿勒泰地区不同等级降温日气候特征[J] .沙漠与绿洲气象，2017，11（1）：41-49.