岳高峰++馬旭潔++馬春英

摘要 使用甘肅省臨夏回族自治州的6個(gè)國(guó)家級(jí)地面自動(dòng)氣象觀測(cè)站1961—2010共50年氣象觀測(cè)資料，利用數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析、趨勢(shì)分析法、Mann-Kendall突變檢驗(yàn)法和Morlet小波分析方法，對(duì)臨夏州50年寒潮天氣發(fā)生的氣候變化和時(shí)空分布進(jìn)行分析和研究，發(fā)現(xiàn)寒潮天氣發(fā)生的周期和規(guī)律性。結(jié)果表明：春季的4—5月和秋冬季的10—11月是臨夏州寒潮天氣多發(fā)的2個(gè)時(shí)段；寒潮天氣平均降溫幅度最大的月份為5月，幅度最小為1月；不同類型和強(qiáng)度寒潮天氣的年、月變率差異大；50年寒潮天氣發(fā)生規(guī)律呈現(xiàn)出先增后減趨勢(shì)，與近年氣候變暖趨勢(shì)相一致；Mann-Kendall突變檢驗(yàn)法顯示，臨夏州50年來(lái)寒潮天氣發(fā)生頻次沒(méi)有產(chǎn)生突變；寒潮天氣發(fā)生頻次存在18～22年、9～11年和2～4年周期振蕩規(guī)律。

關(guān)鍵詞 寒潮；氣候特征；周期規(guī)律；農(nóng)業(yè)；甘肅臨夏；1961—2010年

中圖分類號(hào) P425.5+4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1007-5739（2016）20-0225-02

寒潮天氣過(guò)程是一種大規(guī)模的強(qiáng)冷空氣活動(dòng)過(guò)程，主要特點(diǎn)是出現(xiàn)劇烈降溫和大風(fēng)[1]。寒潮過(guò)程是我國(guó)春季、秋冬季常見(jiàn)的一種嚴(yán)重氣象災(zāi)害天氣。北方的冷空氣大規(guī)模地向南侵襲，造成大范圍急劇降溫和偏北大風(fēng)的天氣過(guò)程。寒潮天氣的主要特點(diǎn)是劇烈降溫和大風(fēng)，有時(shí)還伴有雨、雪、雨凇和霜凍等，寒潮給工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人們的生活帶來(lái)很大影響，能導(dǎo)致灌港封凍、交通中斷、牲畜越冬困難和早春晚秋作物受凍，尤其是對(duì)農(nóng)業(yè)的影響更為嚴(yán)重和明顯[1-2]。關(guān)于寒潮天氣，許多學(xué)者做了大量的研究工作，趙其庚[3]和席世平等[4]利用等熵位渦守恒性更強(qiáng)、持續(xù)時(shí)間更長(zhǎng)這一特點(diǎn)追蹤寒潮天氣過(guò)程，更好地分析寒潮天氣發(fā)展規(guī)律，更準(zhǔn)確預(yù)測(cè)其發(fā)展趨勢(shì)。林愛(ài)蘭等[5]根據(jù)寒潮天氣過(guò)程的影響范圍和危害程度，定義了寒潮強(qiáng)度指數(shù)來(lái)綜合衡量寒潮天氣的強(qiáng)度。趙俊榮[6]利用數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品對(duì)寒潮暴風(fēng)雪天氣過(guò)程進(jìn)行了檢驗(yàn)。魏風(fēng)英等學(xué)者對(duì)我國(guó)寒潮天氣進(jìn)行了深入的研究，分析研究了寒潮天氣形成的機(jī)制和原理，并標(biāo)出了寒潮天氣關(guān)鍵區(qū)，確定了影響我國(guó)的4條寒潮移動(dòng)路線，分析了寒潮天氣演變的規(guī)律[7-10]。

本文利用臨夏州6個(gè)國(guó)家氣象觀測(cè)站的日平均氣溫和最低氣溫資料，對(duì)臨夏州50年的寒潮天氣的氣候特征進(jìn)行分析，分析寒潮天氣對(duì)農(nóng)業(yè)的影響和危害，掌握寒潮天氣過(guò)程發(fā)生的規(guī)律和周期，做好寒潮天氣的監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)預(yù)警和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)保護(hù)，為農(nóng)業(yè)防災(zāi)減災(zāi)決策提供參考依據(jù)。

1 資料與方法

1.1 區(qū)域概況

臨夏回族自治州（簡(jiǎn)稱臨夏州，下同）位于甘肅省的中南部，地理坐標(biāo)介于34°57′～36°12′N，102°41′～103°40′E之間，總面積為81.67萬(wàn)hm2。臨夏州地處青藏高原和黃土高原的過(guò)渡地帶，大部分地方屬溫帶半干旱氣候，其中西南部山區(qū)為高寒陰濕，東北部為干旱地區(qū)[11]。臨夏州為典型的農(nóng)業(yè)區(qū)，主要以種植旱作農(nóng)業(yè)為主，主要糧食作物有小麥、玉米、馬鈴薯、油菜和蠶豆等。受特殊的地形和氣候影響，臨夏州是一個(gè)氣象災(zāi)害高頻發(fā)地區(qū)，寒潮天氣一年中均可發(fā)生，春秋季更頻繁。

1.2 資料來(lái)源

所用數(shù)據(jù)來(lái)源于臨夏州所轄的臨夏市、永靖縣、東鄉(xiāng)縣、廣河縣、和政縣和康樂(lè)縣共6個(gè)國(guó)家自動(dòng)氣象觀測(cè)站1961—2010年間的常規(guī)氣象觀測(cè)資料，從中挑選出日平均氣溫和日最低氣溫資料，剔除異常值并進(jìn)行插值處理，確保資料的準(zhǔn)確率和可靠性。根據(jù)中國(guó)氣象局第16號(hào)令《氣象災(zāi)害預(yù)警信號(hào)發(fā)布與傳播辦法》[12]中規(guī)定，將寒潮天氣定義為四級(jí)（一般）、三級(jí)（較重）、二級(jí)（嚴(yán)重）和一級(jí)（特別嚴(yán)重）。令Tave代表日平均氣溫、Tmin代表日最低氣溫，并規(guī)定寒潮量級(jí)：四級(jí)，48 h內(nèi)Tave下降8 ℃以上，Tmin≤4 ℃；三級(jí)，24 h內(nèi)Tave下降10 ℃以上，Tmin≤4 ℃；二級(jí)，24 h內(nèi)Tave下降12 ℃以上，Tmin≤0 ℃；一級(jí)，24 h內(nèi)Tave下降16 ℃以上，Tmin≤0 ℃。

1.3 寒潮強(qiáng)度指數(shù)定義

一次寒潮天氣過(guò)程的強(qiáng)度由日最低氣溫降溫幅度、日最低氣溫值、影響范圍和影響持續(xù)時(shí)間綜合決定。借鑒于林愛(ài)蘭等[5]關(guān)于寒潮強(qiáng)度的計(jì)算，定義臨夏州寒潮天氣過(guò)程強(qiáng)度指數(shù)KZ，其計(jì)算公式為：

KZ=KF-KD+KS

式中：KZ為寒潮天氣過(guò)程綜合強(qiáng)度指數(shù)，KF為寒潮天氣過(guò)程最低氣溫降溫幅度指數(shù)，KD為寒潮天氣過(guò)程最低氣溫指數(shù)，KS為寒潮天氣過(guò)程影響范圍和持續(xù)時(shí)間指數(shù)。經(jīng)過(guò)計(jì)算，用KZ來(lái)綜合衡量寒潮天氣過(guò)程的強(qiáng)度，KZ值越大表明寒潮強(qiáng)度越高，KZ值越小表明寒潮強(qiáng)度越低。

1.4 統(tǒng)計(jì)與分析方法

使用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法、線性趨勢(shì)法、Mann-Kendall突變檢驗(yàn)法和Morlet小波分析方法，對(duì)臨夏州1961—2010年50年間寒潮天氣過(guò)程時(shí)空間分布、寒潮天氣過(guò)程年發(fā)生頻次進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析；使用Morlet小波分析方法對(duì)寒潮天氣過(guò)程的進(jìn)行趨勢(shì)進(jìn)行分析，找出寒潮天氣發(fā)生的周期性和規(guī)律性。

2 結(jié)果與分析

2.1 寒潮天氣時(shí)空分布特征

2.1.1 寒潮天氣空間分布特征。50年來(lái)，臨夏州寒潮天氣過(guò)程空間分布從西南方的康樂(lè)縣至東北方的永靖縣依次減少。其中中南部的和政縣和偏南部的康樂(lè)縣為2個(gè)寒潮天氣多發(fā)區(qū)。全州50年間寒潮發(fā)生頻次平均為6.7次/年，和政縣最高，為7.1次/年，康樂(lè)縣次高，為6.9次/年，而北部的永靖縣最少，為4.8次/年。臨夏州寒潮天氣多發(fā)于2個(gè)時(shí)段，春季的4—5月是寒潮的高發(fā)時(shí)段，秋冬季的10—11月是寒潮天氣次高發(fā)時(shí)段。春季寒潮天氣平均降溫幅度最大的月份為5月，秋季寒潮天氣降溫幅度最大為10月。

2.1.2 寒潮天氣時(shí)間分布特征。

（1）寒潮天氣年際和年代際變化特征。50年間，臨夏州寒潮天氣發(fā)生頻次呈現(xiàn)出先增加后減少的趨勢(shì)。寒潮天氣發(fā)生次數(shù)最多的是1976年，為9次；其次是1986年，為8次；最少的年份為1998年，寒潮天氣平均發(fā)生次數(shù)為2次。1961—1970年霜凍頻次呈波動(dòng)增加趨勢(shì)，但不顯著；1971—1980霜凍頻次呈現(xiàn)出顯著的增長(zhǎng)趨勢(shì)；1981—1990霜凍頻次同樣呈現(xiàn)出增長(zhǎng)趨勢(shì)；而在1991—2010年又呈現(xiàn)出減少趨勢(shì)，近年寒潮天氣發(fā)生的頻次在減少，這也與全球氣候變暖的趨勢(shì)相一致。

（2）寒潮天氣月際變化特征。從月際變化來(lái)看，寒潮天氣發(fā)生次數(shù)最的月份是5月，其次是10月，而1月為最少。50年間臨夏州共發(fā)生寒潮天氣過(guò)程335次，5月共發(fā)生寒潮天氣128次，占全部寒潮天氣發(fā)生頻次的38.2%；10月共發(fā)生寒潮天氣107次，占全部寒潮天氣發(fā)生頻次的31.9%；其余月份共100次，占全部寒潮天氣發(fā)生頻次的29.9%。從寒潮天氣變化強(qiáng)度來(lái)看，5月和10月出現(xiàn)強(qiáng)寒潮次數(shù)分別為最多和次最多，且強(qiáng)度變化也是最大。

（3）寒潮強(qiáng)度KZ指數(shù)變化特征。KZ指數(shù)月變化顯示，5月、10月寒潮指數(shù)均為正值，分別為0.62、0.49，說(shuō)明5月和10月寒潮發(fā)生強(qiáng)度呈增強(qiáng)的趨勢(shì)，其余月份的KZ指數(shù)均為負(fù)值，說(shuō)明寒潮發(fā)生強(qiáng)度呈減弱的趨勢(shì)。KZ指數(shù)年代際變化顯示，50年間臨夏州寒潮強(qiáng)度指數(shù)呈下降趨勢(shì)，以0.34/10年的趨勢(shì)下降（通過(guò)0.01顯著性水平檢驗(yàn)）。

2.1.3 寒潮天氣Mann-Kendall突變檢驗(yàn)。在臨夏州50年寒潮天氣發(fā)生頻次序列的Mann-Kendall突變檢驗(yàn)圖上，曲線UF顯示，1961—1972年寒潮天氣發(fā)生頻次在波動(dòng)上升，但不顯著；1972—1988年寒潮天氣發(fā)生頻次上升非常顯著；1989—2010年寒潮天氣發(fā)生頻次又處于減少的趨勢(shì)，1988年成為了轉(zhuǎn)折點(diǎn)。UF和UB曲線在1977年和2002年存在明顯交點(diǎn)，但始終沒(méi)有超過(guò)UF的信度線（0.05顯著水平），說(shuō)明臨夏州50年來(lái)寒潮天氣發(fā)生頻次沒(méi)有產(chǎn)生突變。

2.1.4 寒潮天氣周期振蕩變化。通過(guò)用Morlet小波變換（使用復(fù)小波變換，可以有效避免出現(xiàn)虛假振蕩），得小波方差圖，顯示寒潮天氣發(fā)生頻次存在18～22年、9～11年和2～4年周期振蕩規(guī)律。小波系數(shù)圖顯示，18～22年周期振蕩非常顯著，9～11年較顯著，2～4年周期振蕩不明顯；18～22年周期振蕩在50年間整個(gè)時(shí)段存在；9～11年在1975年后有規(guī)律性周期振蕩；而2～4年周期振蕩在20世紀(jì)80年代后期開(kāi)始存在，之前時(shí)間段不明顯。9～11年周期振蕩在2010年小波系數(shù)正值等值線并沒(méi)閉合并正處于中心，預(yù)計(jì)在之后的4～5年臨夏州寒潮天氣年發(fā)生率存在增長(zhǎng)趨勢(shì)的可能。

2.2 寒潮天氣對(duì)農(nóng)業(yè)的影響

寒潮天氣常伴隨著強(qiáng)降溫、雨雪、大風(fēng)天氣。南下東移的冷空氣降溫可以達(dá)到10 ℃甚至20 ℃以上。寒潮天氣對(duì)農(nóng)業(yè)的危害和影響非常大，臨夏州春季4—5月正值玉米、春小麥幼苗生長(zhǎng)期，也是當(dāng)?shù)卦缢掷?、大接杏、啤特果等特色林果的現(xiàn)蕾和開(kāi)花時(shí)段，而此時(shí)出現(xiàn)的寒潮和強(qiáng)降溫天氣對(duì)作物和林果的影響是巨大的，如果伴隨出現(xiàn)強(qiáng)霜凍則更是毀滅性的打擊。

不同地區(qū)不同種類的農(nóng)作物耐寒的生理學(xué)溫度也都有一定的限度，如北方春小麥、豆類和油料作物屬耐寒作物，可以承受-10～-7 ℃的低溫，蘿卜可耐-6 ℃的低溫，白菜可耐-4 ℃的低溫，而玉米、馬鈴薯只能耐-3～-2 ℃的低溫。而且，各種植物不同生長(zhǎng)發(fā)育期階段的耐寒能力也不同。對(duì)于大多數(shù)植物來(lái)說(shuō)，當(dāng)溫度降到0 ℃左右時(shí)，就會(huì)明顯受害。臨夏州歷史上幾乎每次寒潮天氣過(guò)程都會(huì)造成大面積的農(nóng)作物和林果樹受害，災(zāi)害程度會(huì)因冷空氣入侵范圍不同而有較大差異。寒潮天氣過(guò)境后，氣溫驟然下降，降溫可持續(xù)1 d至數(shù)天；而低洼的地區(qū)由于冷空氣堆積，降溫幅度大而且持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)；較高的塬地雖然降溫幅度小，但可以出現(xiàn)冰凍和霜凍現(xiàn)象。如在1976年4月18日，由于寒潮天氣暴發(fā)，臨夏市日最低氣溫降至-12.2 ℃，全州其余地方也出現(xiàn)極端最低氣溫和霜凍現(xiàn)象，致使當(dāng)年農(nóng)林牧業(yè)生產(chǎn)遭受重大損失。

2.3 寒潮天氣農(nóng)業(yè)防御對(duì)策

一是露天增溫法，利用一切條件提高近地面層溫度，如布設(shè)煙堆、安裝鼓風(fēng)機(jī)等，打亂逆溫層，對(duì)近地層有顯著增溫效果，其中熏煙一般能提高近地層溫度1～2 ℃。二是植被覆蓋法，利用覆蓋物保護(hù)植物體的地上部或地下怕凍部位，減少地面長(zhǎng)波輻射，防御寒風(fēng)侵襲，從而起到防寒作用。覆蓋有水平和垂直覆蓋2種，其中有直接覆蓋在作物上或果樹上的，有搭棚覆蓋的，還有采用包扎式的。風(fēng)障對(duì)防御凍害也有較好效果，可以根據(jù)實(shí)際情況采用不同類型和不同傾角的風(fēng)障設(shè)計(jì)。三是噴灑藥劑法，主要用于果樹防凍。噴化學(xué)藥劑防御凍害是利用生長(zhǎng)激素控制果樹生長(zhǎng)規(guī)律，增強(qiáng)抗凍能力?；瘜W(xué)方法防御凍害是一種應(yīng)急措施，必須注意收聽(tīng)收看當(dāng)?shù)靥鞖忸A(yù)報(bào)，在寒潮降溫開(kāi)始前適時(shí)噴灑化藥劑才能起到好的效果。

3 結(jié)論與討論

利用臨夏州的6個(gè)國(guó)家自動(dòng)氣象觀測(cè)站1961—2010年間的常規(guī)氣象觀測(cè)資料，從中挑選出日平均氣溫和日最低氣溫資料，使用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法、線性趨勢(shì)法、Mann-Kendall突變檢驗(yàn)法和Morlet小波分析方法，對(duì)臨夏州50年寒潮天氣發(fā)生的氣候變化和時(shí)空分布進(jìn)行分析和研究。定義臨夏州寒潮天氣過(guò)程強(qiáng)度指數(shù)和寒潮等級(jí)。臨夏州寒潮天氣多發(fā)于春季的4—5月和秋冬季的10—11月。1961—2010年間，臨夏州寒潮天氣發(fā)生頻次呈現(xiàn)出先增加后減少趨勢(shì)。50年間臨夏州寒潮強(qiáng)度指數(shù)呈0.34/10年的趨勢(shì)下降（通過(guò)0.01顯著性水平檢驗(yàn)）。Mann-Kendall突變檢驗(yàn)顯示，臨夏州50年來(lái)寒潮天氣發(fā)生頻次沒(méi)有產(chǎn)生突變。小波分析顯示，臨夏州寒潮天氣發(fā)生頻次存在18～22年、9～11年和2～4年周期振蕩規(guī)律。寒潮天氣常伴隨10 ℃以上的強(qiáng)降溫和大風(fēng)天氣，對(duì)農(nóng)業(yè)的危害和影響非常大。

4 參考文獻(xiàn)

[1] 朱乾根，林錦瑞，壽紹文，等.天氣學(xué)原理與方法[M].北京：氣象出版社，2000：266-268.

[2] LI X Y，XIE N，SHI J A，et al.Analysis of a cold wave weather process in Chengdu in March 2010[J].Meteomlogical and Environmental Research，2011，2（6）：1-5.

[3] 趙其庚.侵入青藏高原冷空氣過(guò)程的等熵位渦分析[J].氣象，1990，16（6）：9-14.

[4] 席世平，壽紹文，范學(xué)峰.一次區(qū)域暴雪過(guò)程中的等熵位渦分析[J].河南氣象，2006（4）：17-19.

[5] 林愛(ài)蘭，吳尚森.近40多年廣東省的寒潮活動(dòng)[J].熱帶氣象學(xué)報(bào)，1998，14（4）：337-347.

[6] 趙俊榮.寒潮暴風(fēng)雪天氣過(guò)程中數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品的檢驗(yàn)分析[J].新疆氣象，2002（4）：12-14.

[7] 魏風(fēng)英.氣候變暖背景下我國(guó)寒潮災(zāi)害的變化特征[J].自然科學(xué)進(jìn)展，2008，18（3）：289-295.

[8] 劉婕，徐小波.全球氣候變暖背景下大連地區(qū)寒潮活動(dòng)的氣候變化[J].大連海事大學(xué)學(xué)報(bào)，2007，33（1）：154-160.

[9] 高振榮，劉曉云，田慶明，等.甘肅河西地區(qū)一次強(qiáng)寒潮天氣個(gè)例診斷分析[J].干旱氣象，2009，27（1）：34-39.

[10] 周翠芳，張廣平，楊海山，等.寧夏冬季寒潮天氣過(guò)程對(duì)比分析[J].干旱氣象，2009，27（2）：142-147.

[11] 尹憲志.臨夏氣象[M].北京：氣象出版社，2011：3-5.

[12] 中國(guó)氣象局.氣象災(zāi)害預(yù)警信號(hào)發(fā)布與傳播辦法[EB/OL].（2007-06-12）[2012-08-03].http：//www.cma.gov.cn/2011zwxx/2011zflfg/2011zgfx wj/201208/t20120803_180761.html.