影响红河州的昆明准静止锋时空分布特征

2022-05-10周秀美

云南地理环境研究 2022年1期

周秀美，苗蓉，钱媛

(红河州气象局，云南蒙自 661199)

0 引言

红河州位于云南省东部，101.8°E～104.3°E、22.43°N～24.75°N之间，昆明准静止锋全年都可能出现，往往与切变线、南支槽、西南暖湿气流等配合，带来降温、雨雪冰冻、暴雨、雷暴、冰雹等天气，尤其低温雨雪冰冻天气影响较大，2008年、2011年、2013年、2016年受低温雨雪冰冻天气影响，红河州直接经济损失达35亿余元。

作为西南地区的重要天气系统，很多专家学者对昆明准静止锋的时空分布特征进行了研究。杜正静等[1]将2001年1月的滇黔准静止锋按位置分为4种类型，并统计分析了各类型2001～2003年的时空分布特征[2]。段旭等[3]分析发现冬季昆明准静止锋平均位于103.5°E～104°E，通常位于四川宜宾、贵州兴仁和云南广南一带。段旭、许美玲等[4，5]发现准静止锋全年都可出现，许美玲、张精华等[5，6]分别统计了1982～2008年、1970～2009年昆明准静止锋的活动特征，发现昆明准静止锋出现天数的年际变化呈下降趋势。陶云[7]等分析了1961～2014年昆明准静止锋的年代际变化，指出昆明准静止锋近50 年总趋势为增加，在 2002 年存在突变，准静止锋频数由偏少期转为了偏多期。

当准静止锋影响红河州时，哪些地区出现频率更高，准静止锋的月、季、年分布特征如何，是否具有周期、突变特征，尚未有人做过研究。参照上述方法，笔者对影响红河州的准静止锋时空分布特征进行分析，为预报服务提供参考。

1 资料与分析方法

采用MICAPS 1980～2018年地面、高空、卫星云图资料，以主观定锋为主，并结合采用ec的ERA-Interim资料计算的锋生函数，来判定锋面，若锋生初期无明显锋生作用，则剔除红河州由于大部分县市海拔在1 300 m左右，因此主要采用850 hPa的锋生函数来判别。在得到影响红河州的昆明准静止锋日数的基础上，分析其时空分布特征，用Mann-Kendall法进行突变检验，并进一步结合滑动t-检验法进行验证，用Morlet小波方法，分析准静止锋变化的周期特征。锋生函数的计算，参照段旭等[8]的方法，选用相当位温θe代入锋生函数公式，二维(等压面)锋生函数表达式为：

(1)

2 时间分布特征

2.1 年际变化特征

红河州39年来共有3 652天受准静止锋影响，平均每年93.6天，1980～1985年准静止锋影响日数较多，1986～1997年较少，1998～2008年增多，2008以后稍减少。总体而言，准静止锋对红河州的影响日数有增加的趋势(图1)。采用Mann-Kendall进行趋势检验，Z为1.11，没有通过90%的显著性检验。

图1 红河州逐年准静止锋影响日数变化曲线

2.2 月际、季节变化特征

逐月平均影响红河州的准静止锋天数见图2，红河州全年均有可能受准静止锋影响，1月最多，有14天左右；其次为12月，有12天左右；11月、2月、10月有9～11天；7月最少，不足1天；8月有2.5天；6月有3.7天；其余月份在6.5～8.3天。

图2 影响红河州准静止锋逐月平均天数(单位：d)

按季节来分，冬季36.4天、秋季28.2天、春季22天、夏季7.2天，冬季最多，超过三分之一的天数受准静止锋影响，夏季最少，平均每年一星期左右。

2.3 突变分析

采用Mann-Kendall法对1980到2018年影响红河州的准静止锋日数进行突变检验(取0.05的显著性水平)，分别绘制了UF、UB曲线(图3)，1980～1999年准静止锋日数有减少的趋势，1999年至2018年有增加的趋势，其中1990年至1993年减少趋势明显，通过了0.05显著性检验，2006年至2008年增加趋势明显，通过了0.05的显著性检验。根据UF和UB曲线交点的位置，影响红河州的准静止锋日数在1995年存在突变。

图3 1980～2018年影响红河州的准静止锋日数M-K判别曲线图

根据魏凤英对Mann-Kendall法的分析说明，超过临界线的范围确定为出现突变的时间区域，进一步结合滑动t检验法进行验证，判段是否具有突变特征。取0.01的显著性水平，检验中两子序列的长度分别取5年和10年。取5年时，在1981～1982年、1992～1994年、1999～2000年、2003～2005年有突变特征；取10年时，在1984～1991年、1997～1999年有突变特征。结合M-K判别曲线可以看出，滑动t检验的突变时间点与M-K突变区域存在重合的年份。根据以上分析，基本可以判定影响红河州的准静止锋日数存在突变的特征。

2.4 周期分析

对逐年准静止锋日数进行小波分析后绘制小波系数实部图(图4a)，小波系数实部等值线图能反映不同时间尺度的周期变化及其在时间域中的分布，进而能判断在不同时间尺度上，准静止锋影响日数的未来变化趋势，其中，横坐标为时间(年份)，纵坐标为时间尺度，图中的等值曲线为小波系数实部值。实部值为正时，代表影响日数为偏多期，在图中用实线绘出，为负时，表示偏少期，用虚线绘出。可以看到准静止锋演化过程中存在着3～5年、8～13年、15～25年以及20～25年的周期变化规律。

小波系数的模值是不同时间尺度变化周期所对应的能量密度在时间域中分布的反映，系数模值愈大，表明其所对应时段或尺度的周期性就愈强。从图4b可以看出，15～25年以及27～32年的时间尺度模值最大，说明这两个周期变化最明显。

小波系数的模方可以分析出不同周期的震荡能量。由图4c看出，28～32年时间尺度的能量最强，且有全域性；24～28年次之，周期变化主要在2000年以后。9～13年时间尺度能量虽然较弱，但周期分布比较明显，占据了1980～2009年30年的研究时域。

a.红河州逐年准静止锋日数小波系数实部等值线图

小波方差图能反映波动能量随尺度的分布情况，可用来确定演化过程中存在的主周期。准静止锋日数变化的小波方差图中(图4d)存在5个较为明显的峰值，它们依次对应着32年、23年、11年、7年和4年的时间尺度。其中，最大峰值对应着32年的时间尺度，说明32年左右的周期震荡最强，为第一主周期；23年时间尺度对应着第二峰值，为第二主周期，第三、第四、第五峰值分别对应着11年、7年和4年的时间尺度，它们依次为第三、第四和第五主周期。

根据小波方差检验的结果，绘制各主周期小波系数图(图5)。图5a显示，在32年特征时间尺度上，准静止锋日数变化的平均周期为25年左右，大约经历了2个周期的多—少转换期；在23年特征时间尺度上(图5b)，准静止锋日数的平均变化周期为14年左右，大约经历了2个半周期的多—少变化；在11年特征时间尺度上，准静止锋日数的平均变化周期为8年左右，大约经历了5个周期的多—少变化；在7年特征时间尺度上，准静止锋日数平均变化周期为4年左右，大约经历了8个周期的多—少变化；在4年特征时间尺度上，准静止锋日数平均变化周期为3年左右，大约经历了13个周期的多—少变化。

a. 32年

3 空间分布特征

从红河州13县市平均每年受准静止锋影响的日数(图6)来看，受影响最多的为东北部的泸西县，每年有104天，其次为屏边县、弥勒市、河口县，每年90～93.7天，而开远市、金平县、蒙自县、元阳县、红河县每年有70.3～76.4天，建水县、个旧市、绿春县、石屏县不足70天。

图6 各县市年平均准静止锋影响日数(单位：d)

之所以出现这样的分布特征，主要是由于影响红河州的冷空气最先影响到东北部、东部边缘的泸西县、屏边县、弥勒市、河口县等地，势力稍强一些的影响到开远市、蒙自市、金平县等地，更强的冷空气才能一步西进、南下，影响中部以西的个旧市、建水县、石屏县、绿春县等地区，元阳县、红河县虽然位置偏西偏南，但由于冷空气由河谷地区灌入后久久不散，受影响日数也较多。