1981—2010年貴陽冬季凍雨日數時空分布變化特征

黃世芹，李 揚，王 珺，倪 雷，肖 麗

(貴州省貴陽市氣象局，貴州 貴陽 550000)

1981—2010年貴陽冬季凍雨日數時空分布變化特征

黃世芹，李 揚，王 珺，倪 雷，肖 麗

(貴州省貴陽市氣象局，貴州 貴陽 550000)

該文利用1981—2010年貴州冬季的日降水資料以及凍雨資料分析了近30 a發生凍雨天氣日數的統計特征。研究表明：無論是各年凍雨發生頻次還是30 a總頻次，開陽地區都為最多，在趨勢檢驗中，開陽和烏當地區雖有明顯的減少趨勢，但并未通過95%信度檢驗，只有貴陽有顯著增多的趨勢，空間分布呈由貴陽向外發散逐漸減少趨勢。根據各月的統計特征表明，各地區凍雨主要發生在1、2月，并且開陽在各月相對其他地區發生凍雨概率最大，花溪最小。總體來看，在全市凍雨發生頻次無明顯增多或減少趨勢，凍雨發生頻次的主周期為4 a，第二顯著周期為12 a，各級凍雨頻次的空間分布均呈由東北向西南減少的趨勢。

時空變化;趨勢分析;等級劃分

1 引言

凍雨天氣是貴州冬季常見的災害性天氣，它給道路交通安全帶來了嚴重的威脅，同時也給人們生命財產安全和經濟發展帶來了很大的負面影響，如2008年初我國南方出現大范圍持續“低溫雨雪災害”天氣造成了嚴重的災害［1－2］。目前，對于貴州凍雨的研究已有許多［3－6］，陶詩言等［7］指出，穩定的異常環流形勢控制下，靜止鋒鋒生導致了連續不斷形成降水過程。同時大量暖濕空氣抬升，使得逆溫層覆蓋，導致嚴重的持續性凍雨天氣。以上均是對貴州凍雨的研究，然而對貴陽地區時空分布規律的研究并不多，貴陽是貴州最大城市兼經濟、金融、文化、教育、交通和集散等中心，對于貴州的經濟發展和交通樞紐都具有重要作用，因此研究貴陽凍雨發生的天氣背景及規律具有重要的現實意義。本文在前人對貴州凍雨研究的基礎上［4－6］，通過貴陽8站的凍雨資料研究了貴陽各地區的時空分布變化特征。

2 資料與方法

本研究使用的資料是1961—2010年冬季(11月－次年3月)貴陽8站日降水資料以及是否出現雨凇資料。這8個觀測站因始建年份不同，考慮到本文將著眼于凝凍的長期趨勢以及單個持續過程的統計特征，因此以建站最晚的白云站作為起始年(即1981年)選取資料。采用Mann－Kendall檢驗、小波分析以及克里格插值等方法對這8個站的凍雨日數進行統計特征的分析。

3 貴陽地區凍雨日數變化

3.1 貴陽地區凍雨日數年際變化

從貴陽8個測站的各年冬季凍雨日數變化可以看出(圖略)，開陽地區的凍雨日數較各年其他站點都為最多，其次為修文，冬季凍雨發生頻數較少的地區為花溪和烏當。利用 Mann－Kendall［8］方法(利用 Yue和 Wang［9］所使用的有效樣本數(Effective Sample Size，ESS)來對MK檢驗中的統計量進行改進)對各站近30 a冬季凍雨日數變化的趨勢進行檢驗，結果表明，近30 a息烽、修文、清鎮、花溪的凍雨日數均有下降的趨勢，白云的凍雨日數有上升的趨勢，但均不明顯，未通過95%的信度檢驗;開陽、烏當的凍雨日數雖然有明顯的下降趨勢，但是未通過95%的信度檢驗(圖略);貴陽的凍雨日數有顯著的上升趨勢，并且通過了95%的信度檢驗(圖1)。貴陽各地區凍雨發生日數的年際變化趨勢各不相同，圖2顯示出貴陽地區凍雨發生日數變化趨勢的空間分布，其中黑色三角形表示通過95%信度檢驗的站點，黑色圓點為未通過檢驗的站點。從凍雨頻次變化趨勢的空間分布來看，貴陽的東北和西南部發生凍雨天氣的日數減少的趨勢最大，由這兩端向中間凍雨天氣發生頻次逐漸增多，而只有在貴陽市區的凍雨日數呈增長趨勢。

3.2 貴陽地區凍雨日數年代際變化

根據以上貴陽各地區冬季凍雨年際變化的分析統計，從各地區年代際變化來看(圖3)，20世紀90年代中期為凍雨發生頻次的轉折點，開陽在各個年代發生的凍雨日數依然為最多，花溪相對最少。從80年代到90年代中期，只有白云地區的凍雨日數有微弱的增多，其他地區的凍雨日數均減少，90年代中期開始到21世紀初，貴陽所有地區凍雨日數均有增多，貴陽市區的凍雨日數的增長趨勢最明顯，在90年代末發生凍雨天氣的日數超過大部分地區。

3.3 貴陽各地區凍雨日數月際特征以及總日數的空間分布

通過近30 a貴陽各地區冬季各月發生凍雨天氣日數的百分比的對比分析得出(表1)，其各地凍雨發生總比例都在75%以上，說明凍雨天氣主要發生在1、2月。貴陽1月各地區相比其它月發生凍雨天氣的機率最高，2月次之。根據各月凍雨概率分布規律可知，11、12月各地區分布相差不大，而時間段為1－3月，開陽相對其他地區而言，在1－2月發生凍雨的概率并不是最高，但是3月仍然保持8%的概率。

根據貴陽各地區在各月發生凍雨所占比例顯示可知(表2)，開陽在各月發生凍雨天氣的比率最高。11月時，開陽發生凍雨比率最高，其次是貴陽，烏當和息烽比率最低;12—次年2月，開陽比率最高，修文次之，花溪最低;3月，開陽比率最高，修文次之，息烽最低。從各地區近30 a凍雨總日數來看，開陽也是發生凍雨天氣最多的地區，花溪為凍雨日數最少的地區，開陽凍雨日數相當于花溪的4.6倍(表略)。由凍雨總日數的空間分布來看(圖4)，貴陽地區呈東北高西南低，南北最少的分布。

圖3 貴陽8個測站1981—2010年各年代冬季凍雨日數

表1 1981—2010年貴陽各地區冬季各月凍雨日數百分比

表2 1981—2010年冬季貴陽各地區凍雨日數在各月的百分比

圖4 貴陽市1981—2010年冬季凍雨總天數空間分布

以上分析表明開陽地區凍雨總日數最多，相對本地而言，各月凍雨分布概率并不都是最高，但是持續時間長，各月發生凍雨天數多，其他各地區的凍雨天氣主要集中發生在1－2月，3月份凍雨基本很少發生，因此開陽地區是貴陽受凍雨影響最大的地區。

4 貴陽地區凍雨頻次的周期特征

將貴陽8個站點的凍雨日數進行區域平均，從凍雨日數的年際變化和趨勢可以得出(圖5)，貴陽地區在1983年和2007年冬季凍雨日數最多，均超過25 d，發生的凍雨天氣最為嚴重。近30 a貴陽地區冬季發生凍雨日數的年平均值為10 d左右，20世紀80年代超過平均值的有4 a共75 d，90年代有3a共36 d，20世紀初有2 a共48 d，從各年代發生嚴重凍雨的年份來看是減少的，但凍雨日數是90年代最少，從凍雨的總趨勢來看，有微弱的減少趨勢，但并不明顯。由此得知80年代貴陽地區凍雨發生的日數最多，且振幅較大，90年代凍雨日數最少，年際變化較平穩，20世紀初凍雨日數年際變化較大，即振幅較大。

圖5 貴陽1981—2010年冬季凍雨日數的時間序列及趨勢

將貴陽各站點的凍雨日數按照區域平均取其均值，運用morlet小波分析對貴陽凍雨發生的頻次進行展開，得到小波系數的實部(圖6a)，圖中正值反映了序列的增多趨勢，負值反映了減少趨勢，零線對應凍雨頻次的突變點從圖6a可看出，在過去的30 a中凍雨發生頻次具有3～5 a和11～13 a 2個顯著的振蕩周期，其中以3～5 a最強。進一步對小波進行方差分析(圖3b)可以得出：在1981—2010年整個時間域內，貴陽凍雨頻次變化以4 a和12 a周期振蕩最強，說明貴陽汛期凍雨頻次變化的年際和年代際特征比較明顯，其中第一顯著周期為4 a，第二顯著周期為12 a。通過以上分析表明，貴陽凍雨天氣年際振蕩特征非常明顯，且目前貴陽凍雨天氣正處于相對高發期。

圖6 貴陽冬季發生凍雨頻次的小波系數實部

5 貴陽凍雨等級劃分及時空分布

參考中國氣象局發布的《中華人民共和國氣象行業標準——凍雨等級》中對區域性凍雨的分級標準，根據凍雨的持續時間，將凍雨劃分為以下4個等級：輕級凍雨(1級)：1～3 d;

中級凍雨(2級)：4～6 d;

重級凍雨(3級)：7～11 d;

特重級凍雨(4級)：12 d以上。

按照以上等級將近30 a貴陽地區各站冬季凍雨發生的頻次進行了統計分析(表3)，結果表明開陽各級凍雨的頻次均最多，重級和特重級凍雨造成的凝凍災害極為嚴重，開陽地區的重級和特重級凍雨頻次相對其他地區非常明顯，息烽未發生過重級凍雨，而開陽地區的重級凍雨發生頻次高達14次，是修文2倍之多，清鎮的3倍之多，貴陽和花溪的14倍，白云地區近4倍，烏當的7倍。開陽重級凍雨發生的頻次為大部分地區的4倍，是白云和花溪的8倍。

表3 貴陽8個測站1981—2010年各站不同凍雨等級發生的頻次

根據凍雨等級劃分，貴陽地區各等級凍雨頻次的空間分布進行分析(圖7)，結果表明輕級凍雨頻次的分布型呈東北至西南逐漸減少的趨勢，貴陽南部和北部最少，中級凍雨頻次的空間分布呈由東北向西南逐漸減少的趨勢，重級凍雨頻次呈東北至西南逐漸減少的趨勢，貴陽南部和北部最少，特重級凍雨頻次的空間分布呈東北至西南逐漸減少的趨勢。

圖7 貴陽地區近30 a冬季各等級凍雨發生頻次空間分布

5 小結

本文基于日降水資料以及凍雨資料對1981—2010年冬季貴陽8個測站的凍雨日數的變化特征進行了分析。研究表明：

①貴陽各地區凍雨日數的年際變化中，開陽各年的凍雨日數均為最多，花溪和烏當各年的凍雨日數相對最少，通過分析各地區的凍雨日數的趨勢檢驗得知，只有貴陽地區凍雨日數顯著增加。年代際變化中，20世紀90年代之前，各地區的凍雨日數呈減少趨勢，90年代之后貴陽凍雨日數增加最快。

②通過分析各地區凍雨日數的月季分布和凍雨總日數分布，結果表明，相對本地區各月凍雨發生概率而言，貴陽各地區的凍雨主要集中發生在1－2月，花溪在1月發生凍雨概率最高，開陽在2月發生凍雨概率最高，其中開陽地區凍雨總日數最多，相對其他地區各月凍雨頻次所占比率最大，并且持續時間最長，因此開陽地區是貴陽受凍雨影響最大的地區。

③通過計算區域平均得出貴陽的年際變化表明，貴陽近30 a的凍雨發生日數并無明顯的增減趨勢，通過小波分析得出貴陽凍雨天氣年際振蕩特征非常明顯，且目前貴陽凍雨天氣正處于相對高發期。

④根據凍雨級別劃分得出的空間分布顯示，基本都呈東北向西南逐漸減少的趨勢。

［1］宗志平，馬杰.2008年初凍雨強度變化以及與逆溫層特征之間的關系［J］. 氣象，2011，37(2)：156－160.

［2］楊貴名，孔期，等.2008年初“低溫雨雪冰凍”災害天氣的持續性原因分析［J］.氣象學報，2008，66(5)：836 －440.

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［7］陶詩言，衛捷.2008年1月我國南方嚴重冰雪災害過程分析［J］. 氣候與環境研究，2008，13(4)：337－350.

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［9］Yue，S，and C Wang，The Mann － Kendall test modified by effective sample size to detect trend in serially correlated hydrological series.Water Resources Management，2004：18，201 －218.

P468.0+2

B

1003－6598(2012)05－0019－04

2012－04－25

黃世芹(1977—)，女，工程師，主要從事短期天氣預報分析研究工作。

貴陽市科技項目“貴陽市凝凍監測預警系統研究”(筑科合同［2011103］)資助。