贵州省寒潮的气候特征及空间分布成因浅析

许 丹，罗喜平

(1.贵州省气候中心，贵州 贵阳 550002；2.贵州省气象台，贵州 贵阳 550002)

贵州省寒潮的气候特征及空间分布成因浅析

许 丹1，罗喜平2

(1.贵州省气候中心，贵州 贵阳 550002；2.贵州省气象台，贵州 贵阳 550002)

按照国标寒潮标准，用贵州省84个气象站1961—2015年逐日平均温度和最低温度，采用统计分析方法，研究了贵州省寒潮的时空分布与变化特征，并对其空间分布特征进行了原因探讨。结果表明：寒潮出现特征是冬季最多、秋季最少，3月最多5月最少。近55 a贵州寒潮天气过程呈微弱减少趋势，在年代际尺度上存在准13 a的周期振荡，在年际尺度上存在准3 a和7～8 a的周期振荡。海拔是影响寒潮空间分布的重要因子，但滇黔准静止锋和西南热低压等天气系统也是导致贵州西部、西南部的寒潮次数高于东北部的重要原因。

寒潮;时空分布;变化特征;成因分析

1 引言

寒潮是影响我国冬半年的主要灾害性天气，贵州地处低纬高原，寒潮的发生对作物的产量和品质有直接影响。贵州对寒潮的研究主要是从天气学的角度进行分析得到的一些预报指标[1]，姚正兰[2]、张艳梅[3]对贵州寒潮的气候特征做过一些分析，但使用的寒潮标准是贵州省气象局的业务规定[4]，文中分析的站点偏少。2008年中华人民共和国寒潮国家标准[5]颁布，因此，有必要根据寒潮国家标准利用最新的资料，对贵州寒潮进行统计并分析其长期变化趋势，在此基础上初步讨论造成寒潮空间分布的可能原因。

2 资料与方法

2.1 资料

采用贵州省84个气象观测站点1961年1月— 2015年12月逐日平均温度和最低温度。

2.2 方法

寒潮标准：使某地日最低(或日平均)气温24 h内降温幅度≥8 ℃，或48 h内降温幅度≥10 ℃，或72 h内降温幅度≥12 ℃，而且使该地日最低气温≤4 ℃的冷空气活动。

寒潮天气过程的标准为：达单站寒潮标准的站数超过15站(根据贵州省重大灾害天气预报考核办法)。这里要说明的是，在一次寒潮过程中，可能24 h、48 h、72 h均能达到寒潮标准，只按起始日期最早的那次统计。

主要运用统计法对贵州寒潮的变化特征进行分析讨论。

3 单站寒潮的气候特征及变化

3.1 空间分布

根据寒潮标准，逐年查找出符合标准的过程和站次，统计得出:1961—2015年全省共出现寒潮7 118站次，年平均1.54次/站，其中24 h寒潮发生755站次，48 h寒潮发生3 046站次，72 h寒潮发生3 317站次，所占比例分别为10.6%、42.8%和46.6%，说明贵州寒潮多因持续降温导致，贵州地处低纬高原，受云贵静止锋影响，冷空气影响是一个渐进过程，就全省平均而言，10次寒潮中仅有1次属于24 h寒潮。

从1961—2015年贵州省24 h、48 h和72 h达到寒潮标准的比例看(图1a～1c)，24 h所占比例威宁最大为28.9%，其余各站大部地区均不到10%，南部低热河谷和赤水、金沙未出现过寒潮；48 h所占比例赤水最多为66.7%，榕江最少为25%，其余大部地区在30%～50%之间；72 h所占比例在省的北部、东南部和西南部占到50%以上，也就是说这些地区一半以上寒潮是72 h达到寒潮标准的。

图1 贵州24 h(a)、48 h(b)和72 h(c)单站寒潮比例Fig.1 24 h(a)、48 h (b) and 72 h(c) cold wave frequency of each station in Guizhou

图2为1961—2015年贵州单站寒潮的年均发生频次，可以看到，寒潮的区域性差异明显，出现最多的是威宁(多年总次数为291次)，最少的是赤水(多年总次数仅为3次)，最多和最少的测站相差53倍。贵州寒潮的年平均次数分布与地形走向一致，贵州地势西部高东部低，中部向北向南倾斜，乌蒙山、苗岭中段是寒潮出现最多的地区，寒潮出现西多东少、中部多南北少的分布特征。根据寒潮年均次数的多少，可将贵州寒潮划分为3个影响区:威宁、丹寨、雷山平均每年出现3次以上，为多寒潮区；南部低热河谷和北部地区，寒潮平均每年出现不到1次，为少寒潮区；其余地区为次多寒潮区，寒潮平均每年出现1～3次。贵州多寒潮区与次多寒潮区主要分布在27.5°N以南、南部边缘以北的广大地区。

图2 贵州多年平均(1961—2015年)单站寒潮频次Fig.2 Mean cold wave frequency of each station in Guizhou averaged from 1961 to 2015S

3.2 月季变化

如图3所示，从月分布上看，6—9月55a中均未出现过寒潮，每年10月—次年5月为贵州寒潮季，主要出现在1—3月占总次数的74.5%，其中3月出现寒潮的次数最多，占总次数的30.3%，2月、1月次之，分别占26.2%和18.0%，5月和10月出现寒潮的次数相对较少。季节分布上，寒潮活动主要出现在冬季，占全年总数的55.5%；其次是春季，占年总数的36.4%；秋季仅占8.1%。以上分析与张艳梅等[4]的分析结论有一定差异，尤其是季节分布的差异明显，张艳梅的分析指出寒潮活动主要出现在春季，而本文是冬季，说明使用的标准不同，寒潮的时间分布略有差异，分析原因，主要是由于两种标准中最低气温的要求不一致，标准[3]在春秋季节日最低气温仅要求8 ℃以下，更容易达到寒潮。

图 3 贵州寒潮、寒潮过程月、季频率分布Fig.3 Monthly and seasonly frequencies of cold wave and cold wave process in Guizhou

3.2 单站寒潮气候趋势变化空间分布

近55a来，除威宁、盘县、万山、从江、都匀外，贵州大部地区的寒潮次数呈弱减少趋势(图略)，与贵州气温呈上升趋势有一定的关系。省之东北部、西北部、西南部及中部局部地区通过0.1的显著性水平检验，其余大部地区未通过0.1显著性检验。

4 寒潮天气过程的气候特征及变化

经统计，近55 a来贵州寒潮天气过程共出现145次，平均每年2.6次，远低于全国和北方寒潮发生的次数[6]。

4.1 月季分布

如图3所示，贵州寒潮天气过程月、季频率分布与贵州寒潮月、季频率分布相似，2、3月份出现的寒潮天气过程明显多于其他月份，3月份出现42次，占总次数的28.8%，2月出现40次，占总次数的27.4%，4月最少，仅出现9次；5—10月未出现过寒潮天气过程。各季节的分布冬季最多，占总次数的58.2%，春季次之，占总次数的34.9%，秋季最少，仅占6.9%。

4.2 年际及年代际变化

图4 1961—2015年寒潮天气过程时间序列及其线性趋势Fig.4 Time series of cold wave process and linear trends

从图4可以明显看出：寒潮天气过程年际变化明显，年均频次为2.6次左右，各年之间差异大，最多者达7次，最少者一次也没有，标准差为1.58次。如果以标准化总次数超过1倍标准差来定义偏强寒潮年，1962、1966、2011、2010、1993、1980和1967年共7 a为偏强寒潮年。

寒潮过程年代际变化也很显著，20世纪60年代偏多，70年代为一过渡时期，寒潮开始减少，80年代中期显著减少，90年代有所增加，进入21世纪，寒潮增多，但近5 a有所减少。从长期变化来看，寒潮过程在近55 a出现了减少趋势，其线性趋势系数为-0.006 7次/a，未通过信度检验。事实上，寒潮在春季、秋季和冬季均呈减少趋势，但均未通过显著性检验。在全球气候变暖的大背景下，贵州寒潮与中国寒潮变化[6]是一致的，呈减弱趋势，但不及北方显著。

4.3 每30 a、10 a寒潮频次变化

图5为寒潮过程每30 a、10 a频次图，如图所示，寒潮频次3个30 a气候平均值差别不大，1971—2000年最小为2.3次，1961—1990年和1981—2010年持平为2.6次。从每10a频次变化看， 20世纪60年代最多为3.4次，80年代最少为2.2次，21世纪最初的10 a为3次，仅次于60年代，近5 a有所减少为2.4次。春季、秋季和冬季寒潮每10a频次和年寒潮频次变化基本一致，不同的是春季寒潮在近5 a略有增加。

图5 每30 a、10 a及气候变暖前后寒潮天气过程频次Fig.5 Cold wave process frequencies of per 30a 、 10a 、 before and after warming in Guizhou

4.4 周期变化及突变分析

图6为贵州寒潮天气过程的小波变换模值和实部图，由图可见，在年代际尺度上存在准13 a的周期振荡,在20世纪60—90年代表现最为明显；在年际尺度上,3 a左右的周期振荡在20世纪60—70年代初表现最为明显，7～8 a的周期振荡在20世纪70年代中后期—90年代中期表现最为明显，90年代中期以来这种振荡依然存在但有所减弱，近10 a来3 a尺度的变化最为明显。目前无论从大尺度还是小尺度变化来看均处于寒潮较少期。

图6 贵州寒潮天气过程的小波变换模值(a)和实部图(b)Fig.6 Modulus(a) and Real part(b) of wavelet transform in Guizhou from 1961 to 2015

图7为贵州近55 a来年寒潮天气过程序列的M-K突变检验曲线，UF曲线和UB曲线没有交点，表明在信度0.05的显著水平下，贵州近55 a来寒潮天气过程没有发生突变。

图7 贵州近55 a寒潮天气过程序列的M-K突变检验曲线Fig.7 The climate mutation curve of cold wave in Guizhou from 1961 to 2015

4.5 气候变暖前后寒潮频次变化

贵州年平均气温变化有明显的转折，20世纪90年代中期是贵州冷暖趋势的转折点，90年代中期以后气温的升温趋势加剧。如图5所示，在贵州变暖前后，寒潮天气过程频次在年、冬季基本持平，春季略有增加，秋季略有减少。如表1所示，变暖后偏强年出现频率略有减少，秋季减少最为明显，冬季基本无变化，春季略有增加。由此也可看出，虽然近55 a来寒潮总体呈微弱的减少趋势，但寒潮的影响并未减轻，特别是在全球变暖的背景下，更应引起重视。

表1 气候变暖前后贵州寒潮过程偏强年出现次数及频率(%)Tab.1 Frequency and arisen probability of strong cold wave years before and after warming in Guizhou(%)

5 寒潮空间分布特征的原因探讨

5.1 海拔高度

图8为贵州寒潮次数与海拔高度的散点图，从图可知，寒潮出现次数与海拔高度密切相关。各台站出现寒潮次数(Y)随海拔高度(H)变化有显著的线性关系，每上升100 m增加0.14次，其关系方程为:

Y=0.001 4H+0.265 3

相关系数r=0.705 3，信度>0.01。通常海拔越高气温越低，当冷空气入侵影响时，气温下降越快越显著。威宁海拔全省最高，年均寒潮次数最多为5.3次/a。万山海拔844.3 m，比临近站点高500 m左右，是个突兀的山形，因此寒潮次数比江口和铜仁多3倍。像独山、黎平、晴隆等站比临近站点高也是同样的原因。值得注意的是，并不是所有台站寒潮次数与海拔高度的变化都符合上述垂直分布特征，比如雷山海拔840 m，寒潮年均为3.2次，而水城海拔1 811.7 m，寒潮年均为2.7次，雷山海拔比水城低将近1 000 m，但雷山年均寒潮次数却比水城高，说明海拔高度是影响寒潮分布的重要因子，但不是唯一因子。

图8 平均寒潮频次与站点海拔高度的散点图Fig.8 Scatter plot of mean cold wave frequency versus altitude

5.2 滇黔准静止锋

滇黔准静止锋也称昆明准静止锋、西南准静止锋，早在20世纪40年代已被中国学者所发现。这是在东亚冷空气爆发并向南扩展时，受云贵高原地形阻挡形成的一种独特的锋面系统。在青藏高原大地形、低纬高原和横断山脉的作用下，滇黔准静止锋沿地形呈准南北走向，具有东西摆动和跳跃式西进的独特活动规律[8]。在冬半年，静止锋是影响贵州的主要系统，杜正静[9]按静止锋所处位置分为4种类型。当Ⅲ、Ⅳ型静止锋出现时，贵州西部经常处于锋前暖气团控制下，天气晴好、气温升高，一旦有冷空气补充，静止锋加强西进，贵州西部地区天气突变，带来剧烈降温、较强降雨等转折性天气。贵州西部地区的寒潮天气多与滇黔准静止锋增强西进有关，也是贵州西部寒潮次数多于东部的原因之一。

5.3 西南热低压

西南热低压[10]是春季影响西南地区的一个重要天气系统，是出现在我国青藏高原东南侧的云、贵、川三省附近的一个闭合暖低压，热低压是导致西南地区春季高温天气的主要天气系统。3、4月是热低压出现频率最高的月份，有些年份早在2月就开始影响贵州，一般维持2～5 d，西南热低压的主要初生源地在云南。在热低压生成发展阶段，受热低压控制，全省各地天气晴好，日照较强，气温升高很快，省之西部和西南部地区白天常伴有偏南大风。一旦北方有冷空气南下，地面热低压中心位置南退到贵州省的西南部，此时西南部仍受热低压控制并维持晴好天气，随着冷空气继续南侵，热低压填塞，出现剧烈转折性天气，由于前期温度高，降温幅度容易达到寒潮标准，因而西南部的寒潮频率高于东北部。3、4月是热低压出现频率最高的月份，4月寒潮出现频率较3月低得多，可能是因为4月温度升高，虽降温幅度大，但最低温度降到4 ℃的可能性较3月小。2月寒潮频率较3月小，是因为2月温度低，最低温度易达到标准，但降温幅度不容易达到。

综上所述，海拔高度是影响寒潮空间分布的重要因子。另外，天气系统滇黔准静止锋和西南热低压也是导致贵州西部、西南部的寒潮次数高于东北部的重要原因。例如，威宁寒潮次数最多，一是由于海拔高，二是由于云贵静止锋、西南热低压的存在。

6 结论

①贵州寒潮发生原因主要是持续降温，24h寒潮、48h寒潮和72h寒潮所占比例分别为10.6%、42.8%和46.6%。

②贵州寒潮的地区差异明显，出现最多的是威宁，最少的是赤水，最多和最少的测站相差近70倍；寒潮多发于冬春季，以3月最多。近55a，大部地区的寒潮频次呈弱减少趋势。

③近55a，贵州寒潮天气过程共发生145次，平均每年2.6次，以20世纪60年代最多，80年代最少，21世纪初有增加趋势，但近5a略有减少。年寒潮天气过程总体上呈减少趋势，冬春秋三季均呈减少趋势。

④海拔是影响贵州寒潮空间分布的重要因子。此外，滇黔准静止锋和西南热低压等天气系统也是导致贵州西部、西南部的寒潮次数高于东北部的重要原因。

[1] 丁慰群，李炎生，赵恕，等.贵州省短期天气预报指导手册[M].贵州省气象局，1987.

[2] 姚正兰.遵义市寒潮天气过程统计分析[J].贵州气象，2000，1，10-13.

[3] 张艳梅，张普宇,等.贵州高原寒潮灾害的气候特征分析[J].中国农业气象，2010，31(1)，153-154.

[4] 贵州省气象局业务处.气象服务文件汇编[M].贵阳：贵州省气象局，1999:57-58.

[5] 中华人民共和国国家标准GB/T2 198—2008.

[6] 王遵娅，丁一汇.近53年中国寒潮的变化特征及其可能原因.大气科学，2006，30(6)，1068-1076.

[7] 吴战平，严小冬,等.贵州气候变化影响评估.北京：气象出版社，2016.

[8] 索渺清，丁一汇.昆明准静止锋的发现和研究[J].气象科技进展，2016，6(3)，6-16.

[9] 杜正静.滇黔准静止锋对贵州地区天气的影响.南京信息工程大学学报，2007.

[10] 杨静，汪超，雷云，等.春季西南热低压的发生发展与结构特征.气象，2013，39(2):146-155.

ClimaticCharacteristicsofColdWaveandCausesAnalysisofSpatialDistributioninGuizhouProvince

XU Dan1, LUO Xiping2

(1.Guizhou Climate Center，Guiyang 550002，China; 2. Guizhou Meteorological Observatory，Guiyang 550002，China)

According to the national standard of cold wave，using the daily mean temperature and minimum temperature data from 84 meteorological stations of Guizhou Province from 1961 to 2016, using statistical analysis , the spatial temporal features and variation characteristics of the cold waves were analyzed, and the possible causes for spatial features are shallowly discussed. The results indicate: the cold wave activities are distinctly different in Guizhou different regions. The frequencies of the cold waves in season and month are uniformity, winter is most and autumn is least, March is most and May is least. In the recent 55 years, cold waves in Guizhou decreased weakly. There are 13 years of periodic oscillations at the interdecadal scale and 3 years periodic at the oscillations scale. Altitude is the iImportant impact factor for the distribution of Guizhou cold wave frequency. But the Dian-Qian quasi-stationary front and southwest heat low weather system are also important reasons , it lead to the cold wave number in west and southwest is higher than in the northeast.

cold wave; temporal-spatial distribution; variation characteristics; cause analysis

1003-6598(2017)05-0008-06

2017-06-26

许丹(1969—)，女，副高，主要从事气候变化研究工作，E-mail:xudan69@163.com。

贵州省气象局开放基金KF[2010]03号：贵州气候变化事实研究；(CMAGJ2013Z13)中国气象局气象关键技术集成与应用重点项目。

P425.5+4

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