1981—2020年贵州省降雪时空分布特征

2022-12-18刘芷含孟庆怡李腹广

气象与减灾研究 2022年3期

王芬，刘芷含，孟庆怡，李腹广，管玥

1.黔西南州气象局，贵州兴义 5624002.南京信息工程大学，江苏南京 210044

0 引言

降雪是我国冬半年降水的主要形式，国内对降雪的研究已取得诸多成果(丁一汇等，2008；赵春雨等，2010；段长春等，2011；陈新玉等，2018；阎访和孙婧怡，2020)，如诊断分析、影响系统、动力机制及气候态特征等，给出了很多有意义的结论。孙秀忠等(2010)分析了我国降雪的时空分布、演变特征和长期气候趋势，认为南方降雪地区集中，西南地区降雪呈减少趋势。刘玉莲等(2012)分析了中国25°N以北范围内降雪量、降雪日数、雪带分布和各强度降雪的气候学特征，认为贵州中北部属于偶尔降雪带，且小雪居多。宋丹等(2008)、曾维等(2012)认为北脊南槽型、横槽南支型等是造成贵州降雪的主要环流形式，南支波动是造成强降雪的基础条件，冷空气南下及滇黔准静止锋的维持是降雪天气发生的重要原因。杜小玲等(2014)认为，地面上稳定持久的准静止锋、副热带南支锋区活跃，再加上强大、稳定、持久的阻塞形势是2011年贵州低温雨雪冰冻天气发生的重要影响系统。

贵州位于青藏高原东南侧斜坡上，属于亚热带湿润季风气候，下垫面97%为复杂山地，冬季最主要的灾害性天气之一为冻雨或雪，有关冻雨和雪的预报一直是当地冬季预报的难点和重点。孙秀忠等(2010)研究表明，纯雪在贵州出现的次数比北方少很多，若降雪强度大或伴随冻雨、低温等天气现象相继出现，往往会造成很大的自然灾害，如2008、2011年初的南方低温雨雪过程对电力、农业、交通及人民群众生活造成了严重影响，因此对贵州降雪天气的研究十分必要。

以往对贵州降雪的研究大多集中在个例分析或主要环流形式上(罗喜平等，2017；王芬等，2021)，对其气候态的特征研究极少。文中利用1981—2020年贵州省县级台站资料，分析降雪日数、积雪日数及最大积雪深度的基本气候特征，研究降雪初始日期、终止日期在贵州出现的规律，探讨降雪日数与海拔、纬度的关系，以期全面了解贵州降雪的气候态特征，为当地的降雪预报提供参考。

1 资料与方法

文中所使用的资料来源于贵州省气象信息中心数据库中的县级台站的降雪资料，包括降雪日数、降雪起止时间、积雪日数、积雪深度及降雪初始日期、终止日期等。选取1981—2020年日值资料连续无缺测的台站共82站(图1)，均为国家基准气候站或基本气象站，占贵州县级台站总数的97.6%。考虑到台站位置的变动对降雪的影响没有风和温度敏感，文中未对迁站造成的资料非均一性进行检验和订正。参考前人的研究方案(孙秀忠等，2010；刘玉莲等，2012)，以当年7月1日至次年6月30日为降雪年度，建立年降雪矩阵序列，例如2010年降雪年为2010年7月1日至2011年6月30日。由于雪和雨夹雪不易区分，所以文中把雨夹雪视为雪来研究分析。

图1 贵州省82个台站位置及海拔高度(单位：km)

所用的方法包括线性拟合、滑动平均、相关系数、M-K突变检验、Morlet小波分析等(黄嘉佑等，2004；魏凤英等，2013)。其中，M-K突变检验根据ua值来确定临界值，相关系数采用t分布的密度函数进行检验，信度水设为α=0.05。

2 降雪日数的基本特征

2.1 空间分布

分析1981—2020年贵州平均降雪日数的空间分布(图2a)可知，降雪日数在1—23 d之间，整体呈现西北多、南少的特征，年降雪区域平均为8.9 d，大值中心集中在贵州省西北部的威宁、大方、水城、毕节一带，平均为19—23 d，最多的为威宁23 d，最少的为望谟1 d。12月降雪的空间分布(图2b)与全年的特征较为一致(空间相关系数为0.99)，最多仍为威宁5 d，此时贵州南部边缘册亨、望谟、罗甸、荔波基本未出现降雪，全省区域平均为1.7 d。1月降雪日数区域平均为4.1 d，与全年降雪的空间相关系数为0.97，除西北部的降雪高值区外，还分别在遵义的西北部(习水)及铜仁市的东南部(大方)出现高值中心，大方最多为7.8 d,其次为习水7.7 d(图2c)。2月降雪日数空间分布(图2d)与全年的特征较一致(空间相关系数为0.99)，仍为西北多、南少，全省平均为2.4 d，最多的为习水、大方、威宁及毕节(5 d),南部的册亨、望谟、罗甸基本无降雪。

图2 1981—2020年贵州省降雪日数(单位：d)的空间分布(a.全年累计,b.12月,c.1月,d.2月)

2.2 年际、年代际及逐月变化

分析1981—2020年贵州降雪日数的年际变化(图3a)可知，降雪日数呈现减少趋势，平均每10 a减少1.6 d，1983年最多达20 d，其次为2008年的18 d，最少的为2019年3 d。通过M-K检验发现，贵州降雪日数整体偏少，2012年为贵州降雪日数减少的突变点。通过小波分析发现降雪日数在1990—1996、2005—2010年时间段内具有准3—4 a的周期变化，但整体1981—2020年贵州降雪日数周期特征并不明显(图3b)。10 a滑动平均的变化趋势表明，1980年代初期至2000年代初期呈现波动变化，之后迅速下降，2020年代末期达到最低。分析降雪日数的逐月分布(图3c)可知，贵州降雪基本从11月开始出现，随后逐步增加，1月达到峰值(4.1 d)，次年3月结束，共持续5个月，主要降雪集中在冬季，平均8.2 d，占全年的92%。

2.3 日变化

分析降雪的日变化(图4)可知，贵州降雪开始时间在08—09时、20—21时、09—10时三个时次最多，08—09时开始出现降雪的概率(28.8%)最高，其次为20—21时(17.3%)，第三为09—10时。分析最高占比的空间分布(图略)可知，08—09时开始出现降雪的站点数量比其他时次多，贵州80个县市中的65个县市降雪开始时间集中在08—09时，出现比率平均为48.3%，15个县集中在20—21时，大部份地区比率均在30.0%以下，平均为20.2%。

图3 1981—2020年贵州省降雪日数的年际变化(a)、小波分析(b)和逐月变化(c)

图4 1981—2020年贵州省降雪开始时间在各时间段的占比

在贵州的一次降雪天气过程中，常会出现间歇现象，往往有几次开始、停止共同组成一次降雪天气过程。分析发现，在一次降雪天气过程中，仅发生1次降雪的占48.1%，2次的占25.8%，3次的占13.3%，5次及以上的占6.8%(图略)。

2.4 降雪连续日数

统计1981—2020年贵州降雪连续日数发现，每次降雪仅为1 d的占全部降雪过程的32.8%，2 d的占30.6%，连续3 d的占15.1%。分析降雪连续日数空间分布(图5)可知，降雪只持续1 d的集中在贵州南部、铜仁西部及遵义西部边缘。降雪只持续2 d的集中在黔西南、黔南及安顺交界处，持续3 d及以上的集中在贵州中北部。

3 降雪初始和终止日期的平均状态

统计1981—2020年降雪初始日期及终止日期(表1)在各月发生的概率(其中概率少于1%的不记)发现，贵州省降雪的平均初始日期最早在11月，最晚在2月，集中在12、1月，分别占总数的56.1%、28.5%。降雪的平均终止日期最早在12月，最晚4月，主要集中在2、3月，其中2月占比(43.5%)最高。

分析降雪的平均初始、终止日期空间分布(图6)发现，初始日期集中在12、1月，其中贵州中北部一线多为12月，约占全省总站数的79.3%，贵州南部多为1月，约占全省总站数的19.5%，平均初始日期最早的为威宁11月22日，最晚的为望谟1月20日。贵州大部平均终止日期集中在2月，约占全省总站数的84.1%，贵州南部边缘为1月，约占全省总站数的6.1%，平均终止日期最晚的为威宁3月30日，最早的为罗甸1月23日。分析降雪初、终日间隔日数(图略)可知，贵州中北部雪期更长，从开始到结束约为60—129 d，而南部大部为40 d以下，全省平均为54 d，其中初、终日间隔日数最长的为威宁，平均降雪初始日期为11月22日，终止日期为3月30日，初终日之差为129 d。

图5 1981—2020年贵州省降雪持续1 d(a)、持续2 d(b)、持续3 d及以上(c)的占全部降雪过程的比例(单位：%)

表1 1981—2020年贵州省降雪初始和终止日期在各月出现的概率

4 降雪日数与海拔、纬度的关系

分析降雪日数与海拔高度、纬度的关系(图7)可知，随着海拔高度增加贵州平均降雪日数表现为增加的趋势，大约海拔每升高100 m，降雪日数增加2.3 d，二者的相关系数为0.45。随着纬度升高贵州降雪日数表现为增加趋势，大约纬度每增加1°，平均降雪日数增加11.4 d，二者的相关系数为0.41。以上分析表明，贵州的海拔高度、纬度与降雪日数为正相关关系，且均通过了信度0.05的显著性检验，表明地理位置对贵州降雪日数影响较为显著。

5 结论

利用1981—2020年贵州省县级台站资料，分析降雪日数、积雪日数及最大积雪深度的基本气候特征，研究降雪初始日期、终止日期在贵州出现的规律，探讨海拔、纬度与降雪日数的关系，得到:

1) 贵州降雪日数整体呈现西北多、南少的特征，区域平均为8.9 d，大值中心集中在贵州西北部；1981—2020年贵州降雪日数整体偏少，且逐渐减少，平均每10 a减少1.6 d，2012年为突变点；在1990—1996、2005—2010年两个时间段上存在准3—4 a的周期变化；降雪从11月开始出现，持续到次年3月，主要集中在冬季，占全年的92%，其中1月降雪日数最多；降雪开始时间在08—10时、20—21时最多，分别占28.8%、17.3%；贵州降雪多间歇，仅持续1 d的占48.1%，连续2 d的降雪占25.8%；降雪日数仅1 d的占比最高，大值区集中在贵州南部、铜仁西部及遵义西部边缘，持续3 d及以上的主要集中在贵州中北部。

2) 贵州降雪平均初始日期最早出现在11月，集中在12月和1月，分别占56.1%及28.5%，终止日期最早在12月，最晚在4月，主要集中在2、3月，其中2月占比最高(43.5%)。贵州中北部一线的初始日期多为12月，约占总站数的79.3%，贵州南部多为1月，约占19.5%。贵州大部地区平均终止日期集中在2月，约占总站数的84.1%，贵州南部边缘为1月，约占6.1%。贵州中北部雪期更长，从开始到结束间隔为60—129 d，而南部大部为40 d以下，全省平均为54 d。