近64 a 阿勒泰市春季不同等级寒潮过程气候特征

博尔楠，赵江伟，红都孜，王 红，特列克

（1.中国气象局乌鲁木齐沙漠气象研究所，新疆 乌鲁木齐830002；2.阿勒泰地区气象局，新疆 阿勒泰836500）

寒潮通常会造成剧烈降温、大风，有时还伴有雨、雪或霜冻。新疆寒潮多发生在秋末、冬季和初春时节，对农业、牧业、交通和人民生活影响极大，春播关键期的寒潮危害更为严重。李宪之[1]早在1955 年就指出东亚寒潮可以分为三大类型。刘传凤[2]研究了影响中国大陆的冷空气源地和路径。丁一汇[3]和张培忠等[4]进一步研究指出侵袭中国的寒潮冷空气源地主要有3 个。大量有关寒潮主要源地、统计特征、天气系统及其成因、预报等研究，形成了比较系统和经典的寒潮理论[5-7]。全球变暖背景下，中国寒潮的发生频率和强度也出现了明显变化，寒潮频次减少，强度减弱[8]。进入新世纪以来，Chan 等[9]对东亚冬季风进行了全面总结，分析了寒潮形成的环流背景条件。陈豫英等[10]揭示了宁夏境内一场寒潮的影响系统配置、冷空气路径，高振荣等[11]得出高空急流在甘肃河西寒潮爆发的作用，赵玉广等[12]分析了河北的寒潮天气的形势特征和预报着眼点。新疆老一辈预报专家揭示了新疆寒潮的大尺度环流和演变特征[13]。近年来，关于新疆寒潮过程中伴随各类灾害性天气的环流成因也有不少研究成果，谭艳梅[14]分析了一次强寒潮过程中的锋生作用，庄晓翠等[15-17]分析了新疆寒潮天气及预报指标，李海燕等[18]总结了新疆一次超极地路径的寒潮天气特征，张林梅等[19]应用实况和T213 物理量场分析了2009 年2 月阿勒泰寒潮强降温及降水成因。新疆寒潮定量评价指标不够细致，精细化评估能力亟待增强。近年来，毛炜峄等[20，21]给出了细化的单站“降温过程”、“寒潮过程”定义，并分析了乌鲁木齐市降温过程、寒潮过程的频数及强度气候特征，段均泽等[22]对比分析了阿拉木图与乌鲁木齐寒潮气候特征，博尔楠等[23]初步分析了阿勒泰市春季降温过程气候特征。本文按照业务规范将寒潮过程分为一般、强和特强3 个等级，深入研究阿勒泰市春季各级寒潮过程基本规律，为寒潮季节定量评估提供支持。

1 资料与方法

1.1 资料

选取阿勒泰基准气候站1954—2016 年的春季（3—5 月）日最低气温资料，降温过程涉及24、48 和72 h 变温，为满足寒潮样本整理要求，资料时段为每年的2 月26 日—5 月31 日。根据《寒潮等级》（GB/T21987—2008）中的规定（表1），将寒潮过程分为一般、强和特强3 个等级。

表1 不同等级寒潮过程标准

1.2 研究方法

1.2.1 寒潮过程定义

根据细化后的单站寒潮降温过程定义[20，21]，给出了降温日、降温过程初日、降温过程终日、降温过程、降温持续日数、过程降温幅度、过程最大24、48、72 h 降温、过程最低气温、过程最低气温距平（表2）。

1.2.2 寒潮过程频数及强度统计

寒潮降温过程的初日与终日在同一月（旬）内，则记录该月（旬）出现1.0 次寒潮过程；若初日和终日在相邻的两个月（旬），则两个月（旬）分别记录出现0.5 次寒潮过程。结束日期在3 月上旬的寒潮过程，无论开始日期是否在3 月，均记为1.0 次春季（3月、3 月上旬）寒潮过程；开始日期在5 月下旬的寒潮过程，无论结束日期是否在5 月，同样均记为1.0次春季（5 月、5 月下旬）寒潮过程。

表2 降温过程相关概念及其定义

寒潮降温过程的初日与终日在同一月（旬）内，则此次寒潮过程强度特征指标计入该月（旬）内；若寒潮降温过程的初日和终日分别在两个相邻月（旬），则此次寒潮过程强度特征指标均计入这两个相邻的月（旬）内。

2 春季各级寒潮过程气候特征

2.1 春季寒潮过程频数和持续日数季节内分布特征

2.1.1 春季寒潮过程频数季节特征

1954—2017 年阿勒泰市春季（3—5 月）共出现寒潮过程226 次（表3），平均每年3.5 次，几乎与乌鲁木齐市全年寒潮过程频数（4.1 次）[20]相当。阿勒泰市纬度更高，寒潮频发。近64 a，阿勒泰市春季一般、强和特强寒潮过程频数分别为110 、76 和40次，平均每年出现1.7、1.2 和0.6 次，3 个等级的寒潮过程频数分别占48.7%、33.6%和17.7%。阿勒泰市春季寒潮多发，但是特强寒潮占比不高。

阿勒泰市春季一般寒潮过程频数在1955 和2004 年最多，均为5 次；强寒潮过程频数在1989 和2010 年最多，均为4 次；特强寒潮过程频数在1999年最多，为3 次。乌鲁木齐市一般、强和特强寒潮过程频数在最多年份分别达到5、4 和5 次[21]。1954—2017 年，阿勒泰市春季有10 a 没有出现一般寒潮，18 a 没有出现强寒潮，33 a 没有出现特强寒潮过程。不论是多年平均，还是极端偏多年，阿勒泰市春季一般和强寒潮过程频数基本上与乌鲁木齐市全年的相应等级寒潮过程频数相当。

2.1.2 寒潮过程频数月分布

由表3 可见，1954—2017 年，阿勒泰市3 月一般、强和特强寒潮过程频数分别为43.0、42.0 和31.5次，平均每年0.7、0.6 和0.5 次，分别占春季各级寒潮过程频数的38.8%、55.0%和77.3%；4 月3 个等级寒潮过程频数分别为40.5、20.5 和7.5 次，平均每年0.6、0.3 和0.1 次，分别占春季各级寒潮过程频数的37.0%、27.2%和20.0%；5 月3 个等级寒潮过程频数分别为26.5、13.5 和1 次，平均每年0.4、0.2 和0.01次，占春季各级寒潮过程频数的24.2%、17.9%和2.7%。阿勒泰市3、4 月一般寒潮过程频数接近，明显多于5 月；强和特强寒潮过程频数主要出现在3月。

表3 1954—2017 年阿勒泰市各级寒潮过程频数春季以及月际分布

1954—2017 年阿勒泰市春季一般和强寒潮过程频数均在3 月中旬最多，年平均分别为19 和18次，特强寒潮天气过程频数在3 月上旬最多，为15次。

2.1.3 寒潮过程持续日数特征

1954—2017 年，阿勒泰市春季一般、强和特强寒潮过程持续时间分别在1～7、1～6 和1～5 d，平均持续日数分别为2.0、2.3 和2.3 d；3 个等级的寒潮过程均以持续1～3 d 的为主，分别占各级寒潮过程频数的94.5%、90.8%和90%，均以持续2 d 的最多。随着寒潮强度增强，过程持续日数也越长（表4）。一般、强和特强寒潮过程持续时间，均是在3 月最短，4月次之，5 月最长。

表4 近64 a 阿勒泰市春季各级别寒潮不同持续日数频数分布

2.2 春季各级寒潮过程频数的年际、年代际分布

2.2.1 各级寒潮过程频数年际变化

1954—2017 年，阿勒泰市春季一般、强和特强寒潮过程频数分别以-0.10、- 0.05 和-0.005 次/10 a的速率递减，变化均不显著。3 月三种等级的寒潮过程频数均递减；4 月强寒潮过程频数递减，一般和特强寒潮过程频数递增，其中特强寒潮过程频数的线性趋势通过了0.01 的显著性检验；5 月一般和强寒潮过程频数均递减，其中一般寒潮频数的变化趋势通过了0.10 的显著性检验（图1）。

图1 1954—2017 年寒潮过程频数春季以及月际分布

2.2.2 各级寒潮过程频数年代际分布

将1954—2017 年分为7 个年代际时段，分析阿勒泰市春季3 个等级寒潮过程频数的年代际分布特征。由表5 可见，一般寒潮过程频数在21 世纪前10 a 最多，平均每年出现2.1 次；在2011—2017 年，平均每年1 次。强寒潮过程频数在20 世纪70 年代最多，平均每年1.8 次；在2011—2017 年，平均每年1.6 次。特强寒潮过程频数在20 世纪60 年代最多，平均每年0.9 次；在2011—2017 年，平均每年0.6次。

表5 1954—2017 年阿勒泰市春季各级寒潮过程频数年代际分布

2.3 春季各级寒潮过程不同降温幅度

2.3.1 寒潮过程降温幅度

由图2 可见，1954—2017 年，阿勒泰市春季共出现110 次一般寒潮过程，过程降温幅度平均值为-10.8 ℃，1976 年3 月4—10 日和1982 年4 月23—26 日最强，过程降温-15.2 ℃。3、4、5 月一般寒潮过程降温幅度平均值分别为-10.3、-10.9、-11.3 ℃；5 月下旬过程降温幅度最强，平均为-12.6 ℃。76 次强寒潮过程降温幅度平均值为-13.0 ℃，1958 年3月21—24 日最强，过程降温-22.1 ℃。3、4、5 月强寒潮过程降温幅度平均值分别为-13.1、-12.6、-13.1 ℃；3 月下旬过程降温幅度最强，平均为-14.3 ℃。40 次特强寒潮过程降温幅度平均值为-17.3 ℃，1977 年2月27 日—3 月1 日最强，过程降温-28.3 ℃。3、4、5月特强寒潮过程降温幅度平均值分别为-17.9、-15.3、-16.6 ℃；4 月上旬的过程降温幅度最强，平均为-19.0 ℃。阿勒泰市春季特强寒潮过程降温幅度月尺度上3 月最强，旬尺度上4 月上旬最强。

2.3.2 寒潮过程24 h 最大降温幅度

由图3a 可见，1954—2017 年阿勒泰市春季一般寒潮过程24 h 最大降温幅度平均值为-7.8 ℃，3、4、5 月分别为-7.9、-7.5、-8.0 ℃；5 月上旬过程24 h最大降温幅度最强，平均-8.6 ℃。强寒潮过程24 h最大降温幅度平均值为-9.0 ℃，3、4、5 月24 h 最大降温幅度分别为-9.3、-8.5、-8.6 ℃；3 月下旬过程24 h 最大降温幅度最强，平均-9.4 ℃。特强寒潮过程24 h 最大降温幅度平均值为-12.0 ℃，3 月、4 月、5 月分别为-12.2、-11.4 和-8.8 ℃；3 月上旬过程24 h最大降温幅度最强，平均-13.0 ℃。阿勒泰市春季特强寒潮过程最大24 h 降温幅度月尺度上3 月最强，旬尺度上3 月上旬最强。

图2 1954—2017 年各级寒潮过程降温幅度春季及月际分布

2.3.3 寒潮过程48 h 最大降温幅度

由图3b 可见，1954—2017 年，阿勒泰市春季持续日数在2 d 或以上的一般、强和特强寒潮过程频数分别为74、66 和34 次。74 次一般寒潮过程48 h最大降温幅度平均值为-10.7 ℃，3、4、5 月48 h 最大降温幅度平均值分别为-10.4、-10.7 和-10.9 ℃；5月上旬过程48 h 最大降温最强，平均-11.0 ℃。66次强寒潮过程48 h 最大降温幅度平均值为-12.4 ℃，3、4、5 月平均值分别-12.5、-12.1 和-12.3 ℃；3 月下旬过程48 h 最大降温最强，平均-13.0 ℃。34 次特强寒潮过程48 h 最大降温幅度平均值为-16.7 ℃，3、4、5月平均值分别为-17.3、-14.2 和-16.6 ℃；3 月上、中旬过程48 h 最大降温幅度最强，平均-17.8 ℃。阿勒泰市春季特强寒潮过程48 h 最大降温幅度月尺度上3 月最强，旬尺度上3 月上、中旬最强。

2.3.4 寒潮过程72 h 最大降温幅度

由图3c 可见，1954—2017 年，阿勒泰市春季持续日数在3 d 或以上的一般、强和特强寒潮过程频数分别为28 、21 和14 次。28 次一般寒潮过程72 h最大降温幅度平均值为-12.3 ℃，3、4、5 月分别为-12.6、-12.2 和-11.8 ℃；3 月中旬过程72 h 最大降温幅度最强，平均-13.4 ℃。21 次强寒潮过程72 h最大降温幅度平均值为-13.9 ℃，3、4、5 月72 h 最大降温幅度分别为-14.0、-13.9、-13.7 ℃；3月下旬过程72 h 最大降温幅度最强，平均为-15.5 ℃。14 次特强寒潮过程72 h 最大降温幅度平均值为-19.1 ℃，3、4月72 h 最大降温幅度分别为-19.3、-16.2 ℃，5 月未出现3 d 或以上的特强寒潮过程；3 月上旬过程72 h 最大降温幅度最强，平均-20.3 ℃。阿勒泰市春季特强寒潮过程72 h 最大降温幅度月尺度上3 月份最强，旬尺度上3 月上旬最强。

图3 1954—2017 年春季各级别寒潮过程最大24 h（a）、48 h（b）、72 h（c）降温幅度春季及月际分布

2.4 春季各级寒潮过程最低气温及其距平

2.4.1 寒潮过程最低气温

1954—2017 年，阿勒泰市春季一般、强和特强寒潮过程最低气温平均值分别为-7.8、-12.8、-20.3 ℃。3、4、5 月一般寒潮过程最低气温平均值分别为-14.1、-5.2、-1.4 ℃，3 月上旬最低，平均-18.1 ℃。一般、强和特强寒潮过程最低气温的平均值在月尺度上3 月最低，旬尺度上3 月上旬最低，3 种等级寒潮过程最低气温在月、旬分布上具有相同特征，随春季时间推移明显上升（图4）。

图4 1954—2017 年阿勒泰市各级别寒潮过程最低气温

2.4.2 寒潮过程最低气温距平

1954—2017 年，阿勒泰市春季一般、强和特强寒潮过程最低气温距平平均值分别为-5.7、-7.9、-10.5 ℃。110 次一般寒潮过程中，3、4、5 月过程最低气温距平平均值分别为-2.0、-7.2、-9.3 ℃；5 月上旬过程最低气温距平偏低幅度最强，平均为-9.5 ℃。76 次强寒潮过程中，3、4、5 月过程最低气温距平平均值分别为-8.0、-6.8、-8.7 ℃；3 月下旬过程最低气温距平偏低幅度最强，平均为-11.3 ℃。40 次特强寒潮过程中，3、4、5 月过程最低气温距平平均值分别为-10.6、-10.5、-9.6 ℃；3 月下旬过程最低气温距平偏低幅度最强，平均为-12.9 ℃（图5）。

阿勒泰市春季一般、强和特强寒潮过程最低气温距平为负值的百分率分别为80.0%、97.4%和97.5%。阿勒泰市春季三种等级的寒潮过程中，大多数寒潮过境后最低气温下降到多年平均值以下，但是也存在寒潮过境后，最低气温仍然会高于多年同期平均值的情况，即便是特强寒潮过程也有这种现象（图6）。

7 结论

（1）1954—2017 年春季（3—5 月）阿勒泰市共发生一般寒潮过程110 次，强寒潮过程76 次，特强寒潮过程40 次；平均每年春季分别发生1.7 次、1.2 次和0.6 次；3 种等级的寒潮过程频数分别占寒潮过程总频数的48.2%、33.3%和16.5%。阿勒泰市春季以一般和强寒潮过程为主。

（2）阿勒泰市春季一般、强和特强寒潮过程持续平均持续时间分别为2.0、2.3 和2.3 d，均以持续1～3 d 为主，其中又都以持续2 d 最多。随着寒潮强度增强，过程持续时间也越长。一般、强和特强寒潮均是在3 月出现次数最多，4 月次之，5 月最少，而持续时间分布规律则相反，均是在3 月最短，4 月次之，5月最长。

（3）64 a 来，阿勒泰市春季各级寒潮过程频数均呈线性减少趋势，变化不显著。3 和5 月各级寒潮过程频数均减少，但4 月特强寒潮过程频数显著增多。春季特强寒潮在20 世纪60 年代和21 世纪前10 a 最多。

图5 1954—2017 年阿勒泰市各级别寒潮过程最低气温距平月际分布

图6 1954—2017 年阿勒泰市各级别寒潮过程最低气温距平呈负值百分率

（4）1954—2017 年，阿勒泰市春季110 次一般寒潮过程降温幅度平均值为-10.8 ℃，76 次强寒潮过程降温幅度平均值为-13.0 ℃，40 次特强寒潮过程降温幅度平均值为-17.3 ℃。春季过程降温幅度最强一次特强寒潮过程发生在1977 年2 月27 日—3月1 日，降幅为-28.3 ℃。3、4、5 月特强寒潮过程降温幅度平均值分别为-17.9、-15.3、-16.6 ℃。

（5）阿勒泰市春季一般、强、特强寒潮过程24 h最大降温幅度平均值分别为-7.8、-9.0、-12.0 ℃，过程48 h 最大降温幅度平均值分别为-10.7、-12.4、-16.7 ℃，过程72 h 最大降温幅度平均值分别为-12.3、-13.9、-19.1 ℃。特强寒潮过程的24、48 和72 h 最大降温幅度均在3 月上旬最强，最大降温幅度平均值分别为-13.0、-17.8、-20.3 ℃。

（6）阿勒泰市春季一般、强和特强寒潮过程最低气温平均值分别为-7.8、-12.8、-20.3 ℃，过程最低气温距平平均值分别为-5.7、-7.9、-10.5 ℃。特强寒潮过程最低气温3 月上旬最低，平均-18.1 ℃，特强寒潮过程最低气温距平偏低幅度3 月下旬最强，平均-12.9 ℃。阿勒泰市春季特强寒潮过程中存在寒潮过境后最低气温仍然高于多年同期平均值的现象。