韶关市1965—2019 年高影响天气变化特征分析

郭永婷 ，李曹明

（1.韶关市气象局，广东 韶关 512000；2.仁化县气象局，广东 仁化 512300）

高影响天气事件是指高影响天气对社会、经济和环境产生重大影响的天气现象与事件[1].高影响天气事件的发生是小概率事件，但风险很高，尤其对市政、交通、电力、通讯等城市生命线和人民生活质量有直接影响[1-2].现有的国内研究成果针对高影响天气的发生发展特征做了分析，如席凯鹏等研究发现在霜冻发生年小麦穗粒数和经济系数显著降低并减产6.8%～8.2%[3]；何远发现低温天气对于水稻育苗的生长，特别是在幼苗时期具有重要的影响[4]；陈胜东等研究发现雷暴、闪电、降水、雾及结冰是瑞金机场高影响天气[5]；于芳健等研究了朝阳地区冰雹、短时暴雨和雷雨大风3 类高影响天气，发现3 类天气主要集中时段均为午后至傍晚，日变化特征明显[6]；彭京备等指出高温酷热天气影响人们日常生活，导致需水量和用电量增加，并会加重旱情发展，给农业生产带来很大危害[7]；还有其他学者也对高影响天气的风廓线雷达、影响因子建模等其他方面进行了深入研究[8-9].

笔者分析韶关市1965—2019 年国家气象站资料，筛选出本地高影响天气气候事件，并对各类高影响天气变化特征进行分析，供政府部门及农业、交通、电力等相关部门参考，为制定防灾对策和经济社会的可持续发展提供参考[10].

1 资料与方法

笔者选取广东省韶关市8 个国家气象站中1965—2019 年逐日最高气温、最低气温与降水量以及霜（冰）冻日数的数据，并对这8 个气象站的均值进行分析.霜（冰）冻日数指国家气象站观测员人工观测到站内有霜（冰）冻的日数；高温日数指日最高气温≥35 ℃的日数；低温日数指日最低气温≤5 ℃的日数；暴雨日数指日雨量≥50.0 mm 的日数；降雨日数指日雨量≥0.1 mm 的日数.

对于1965—2019 年韶关市5 类高影响天气，首先利用线性趋势法对高影响天气的年代际和年际变化趋势进行了分析[11]；然后利用Mann-Kendall 方法作突变检验[12]；最后应用Morlet 小波分析进行周期分析[13].

Morlet 小波由正玄和余弦波的振幅被高斯函数调节产生，是应用于数学和工程学科的强有力统计工具，在各种气象因子、水文过程、以及生态系统与大气之间的物质交换过程中可看作随时间有周期性变化的信号[14-15].

2 高影响天气演变特征

2.1 年代际变化

1965—2019 年韶关市霜（冰）冻日数、高温日数、低温日数、暴雨日数和降雨日数年代际变化见表1.霜（冰）冻日数除了在20 世纪70 年代有减少趋势之外，其他年代均处于增多趋势中，其中20 世纪80年代有显著增多的趋势.高温日数除了在20 世纪60 年代略有减少趋势之外，其他年代均处于增多趋势中，21 世纪00—10 年代呈显著增多的趋势.低温日数在20 世纪60 年代和21 世纪00 年代略有增多趋势，其他年代为减少趋势，其中21 世纪10 年代减少趋势显著；暴雨日数年代际变化不显著，除20 世纪90 和21 世纪10 年代略有增加趋势外，其余年代为减少趋势.降雨日数在20 世纪80 年代有显著增多的趋势；20 世纪60 年代有较明显的减少趋势；20 世纪70、20 世纪90 年代和21 世纪00—10 年代则变化不大.

表1 韶关市1965—2019 年各年代高影响天气日数倾向率和相关系数

2.2 年际变化

韶关市1965—2019 年多年平均霜（冰）冻日数为3.04 d，年霜（冰）冻日数以0.23 d/10a 的倾向率减少，趋势系数0.39 没有通过0.05 的显著性水平检验（见图2）.多年平均高温日数为25.97 d，年高温日数呈现增多趋势，以3.25 d/10a 的倾向率显著性增多，且趋势系数0.58 通过0.05 的显著性水平检验.多年平均低温日数为39.33 d，年低温日数呈现减少趋势，以2.2 d/10a 的倾向率减少，趋势系数0.36 没有通过0.05 的显著性水平检验.总体来看，韶关地区霜（冰）冻日数、低温日数在逐年减少，高温日数逐年快速增加，这与全球温室效应密切相关.

图2 韶关市1965—2019 年高影响天气日数年际变化及线性趋势

多年平均暴雨日数为5.29 d，年暴雨日数呈现增多趋势，以0.22 d/10a 的倾向率增多，趋势系数0.22没有通过0.05 的显著性水平检验.多年平均降雨日数为164.1 d，以3.17 d/10a 的倾向率减少，相关系数0.32 没有通过0.05 的显著性水平检验.从暴雨日和降雨日数变化来看，在降雨日数逐年减少的前提下，暴雨日数却有增加的趋势，说明韶关地区降水在总体减少的情况下，暴雨量级的极端性强降水事件趋于频发.综上，在全球增暖大背景下，大范围气候灾害和突发性强烈天气灾害有更为频发的可能.

2.3 月际变化

分析月际变化数据可知，1965—2019 年韶关市霜（冰）冻、低温天气都仅在1—3 月和11—12 月出现，其中霜（冰）冻日数1 月和12 月最多，均有0.9 d，低温日数1 月最多，达11 d（见图3）.高温日数仅出现在5—10 月，其中7 月最多，达10.6 d，8 月高温日数排第二，为9.3 d.暴雨和降雨日数全年各月均有出现，其中暴雨最多出现在5、6 月，均有1.2 d；而降雨日数全年各月均达到7 d 以上，其中3—6 月最频繁，均超过18 d.

图3 韶关市1965—2019 年高影响天气日数月际变化

从季节来看，霜（冰）冻和低温天气出现在冬季和春季，高温天气出现在夏季，与南方四季气温变化相符.雨天和暴雨天气全年均可出现，雨天在冬、春、夏季出现频率高，秋季出现频率低，与秋季干燥、天气稳定的气候特点相符，而暴雨在春、夏季较频发，与春、夏季弱冷空气和低纬度槽脊活跃等天气系统有关.

2.4 突变特征

对1965—2019 年韶关市霜（冰）冻日数、高温日数、低温日数、暴雨日数和降雨日数进行Mann-Kendall 突变分析（见图4）.图4 中实线代表UF 值，虚线代表UB 值，若UF 或UB 的值大于0，则表示日数变化趋势呈增加特征，反之表示呈减少特征；本文设定阈值水平为1.96，空心线为阈值线，当UF 或UB 超过临界直线变化趋势检验值，说明局部变化趋势显著；UF 和UB 曲线的焦点表示突变点.

韶关市霜（冰）冻日数（图4（a））UF 曲线在1970 年以后小于0，且1979 年以后UF 线曲线超过0.05趋势线，表明韶关市霜（冰）冻日数从20 世纪70 年代初期以后有减少趋势，且在20 世纪70 年代末至今，减少趋势十分显著；UF 与UB 交叉点位于1966、1967 年并处于临界线内，可判断韶关市年霜（冰）冻日数在1966、1967 年发生突变.

韶关市高温日数（图4（b））UF 曲线在1971—1980 年、1996—1997 年小于0，表明高温日数此时段内有减少趋势；1965—1971 年、1983—1996、2000 年至今UF 曲线大于0，表明高温日数这几个时段内有增多趋势.2009 年以后UF 线曲线超过0.05 趋势线，表明21 世纪00 年代末至今，韶关市高温日数呈显著增多趋势.UF 与UB 交叉点位于2006 年并处于临界线内，可判断韶关市年高温日数在2006 年发生突变.

韶关市低温日数（见图4（c））UF 曲线多小于0，仅在部分年份大于0 ，所以韶关市低温日数整体呈减少趋势.UF 曲线在1989 年以后稳定地小于0，表明低温日数20 世纪80 年代末以后呈减少趋势.UF 线在1998 年以后大致超过0.05 趋势线，表明20 世纪90 年代末低温日数呈显著性减少趋势；UF 与UB 交叉点位于1989 年并处于临界线内，可判断韶关市年低温日数在1989 年发生突变.

韶关市暴雨日数（图4（d））UF 曲线多大于0，仅在个别年份小于0 ，所以韶关市暴雨日数整体呈增多趋势.但UF 和UB 曲线多次出现交叉点，说明从暴雨日数长期变化来看，它们的增加趋势更多地表现出明显的渐变特征，而不是突变特征，这与伍红雨分析华南暴雨的气候特征及变化的结论一致[16].

韶关市降雨日数（图4（e））UF 曲线在1972—1987 年大于0，表明降雨日数在此时段内有增加趋势；1965—1970 年和1988 年至今UF 曲线小于0，表明降雨日数这几个时段内有减少趋势，且2007 年以后UF线曲线超过0.05 趋势线，表明21 世纪00 年代后期至今，韶关市降雨日数减少趋势十分显著. UF 与UB 交叉点位于1994 年并处于临界线内，可判断韶关市年降雨日数在1994 年发生突变.

图4 韶关市1965—2019 年高影响天气日数M-K 检验统计量

3 周期变化

通过Morlet 小波对霜（冰）冻日数、高温日数、低温日数、暴雨日数和降雨日数的气象因子分析发现，各要素周期震荡频率低，以周期短为主，其中霜（冰）冻日数1993 年前后存在1～4 年显著性周期震荡（见图5（a））；高温日数在2000 年前后、2010 年前后存在1～2 年较弱周期震荡（图5（b））；低温日数在1972 年前后、2019 年前后存在1～2 年显著性周期震荡（图5（c））；暴雨日数在20 世纪80 年代存在8～12年显著性周期震荡，2011 年后存在2～4 年周期震荡（图5（d））；降雨日数在20 世纪70 年代存在1～3 年显著性周期震荡，1995 年前后、2010 年前后分别存在4 年、1～2 年周期震荡（见图5（e））.

图5 韶关市1965—2019 年高影响天气日数连续小波变换功率谱

4 结论

随着时间推移，韶关整体气温呈现升高趋势，主要表现在霜（冰）冻日数和低温日数呈现下降趋势，高温日数呈现明显增多趋势；韶关暴雨及暴雨日数变化趋势总体平稳，但近几年突发性、极端性暴雨频发；霜（冰）冻日数、高温日数、低温日数、降雨日数分别在1966—1967 年、2006 年、1989 年、1994 年发生突变；通过Morlet 小波对霜（冰）冻日数、高温日数、低温日数、暴雨日数和降雨日数的气象因子分析发现，各要素周期震荡频率低，以周期短为主.