我國寒冷天氣等級分布特征

(黑龍江省氣象臺，黑龍江哈爾濱 150030)

1 引言

冬季低溫寒冷是我國北方地區的典型天氣特征，氣候變暖背景下的極端低溫天氣氣候事件發生頻率也急劇上升，由此給人類社會帶來了巨大的經濟損失。中國學者對全國范圍內的極端低溫做了許多相關研究，如王岱[1]、王翠花[2]等對極端氣溫的空間變化進行了分區劃分，付冬雪[3]、劉雅星[4]、趙軍[5]等對冬季極端低溫時空變化特征進行分析，周秀杰[6]、朱紅蕊[7]等對近幾十年來黑龍江省與東北及全國氣溫變化特點分析。這些研究均表明不同地區極端氣溫的差異較大，有些地方極端氣溫或極端氣溫指數的變化在近些年呈升高趨勢，而一些地方呈下降趨勢，并且在同一地區的不同地方極端氣溫的變幅度也不同。

盡管眾多學者[8-12]對中國地區極端氣溫、極端氣候事件進行了大量研究，但都沒有對全國范圍的各地寒冷程度進行客觀劃分和討論。本文利用以2018年9 月發布的地方標準 《寒冷天氣等級》(DB23T 2170-2018)[13]中的分項評估指標計算方法為基礎，進行取值訂正，討論《寒冷天氣等級》劃分方法在全國范圍的適用情況。

2 全國氣溫分布特征分析

2.1 資料

利用國家氣象信息中心的1981-2010 年30 a 中國地面氣候標準值數據集資料，對全國2089 個站點氣溫資料進行統計、對比分析。

2.2 全國入冬、入春時間分布特征

按氣象學定義，連續5 d 日平均氣溫低于10 ℃，就算進入冬天，第1 天即為入冬之日。入春標準是連續5 d 日均氣溫超過10 ℃（圖略）。我國青藏高原大部、東北地區北部入冬早、入春晚，冬季持續時間長。

2.3 全國極端最低氣溫分布特征

圖1 30 a 全國極端最低氣溫分布圖（℃）

30 a 全國極端最低氣溫由北到南氣溫逐漸升高，南北梯度大，低于-40 ℃區域主要在黑龍江中北部、內蒙古東北部、吉林中東部、新疆北部及位于青藏高原東部的西藏東部和青海地區，長江流域及以南地區則高于-10 ℃(圖1)。

30 a 極端最低氣溫排序（表略），極端最低氣溫最低值-49.6 ℃出現在內蒙古圖里河，前30 位中黑龍江省有12 站、內蒙古9 站、吉林4 站、新疆2 站、西藏1 站，青海1 站、遼寧1 站，前100 位中黑龍江省有40 站、內蒙古21 站、吉林19 站、新疆12 站、西藏1 站，青海5 站、遼寧1 站、河北1 站，黑龍江省極端最低氣溫站數所占比重為最大。

2.3.1 全國日最低氣溫≤-15.0 ℃平均日數分布特征

30 a 全國日最低氣溫≤-15.0 ℃的平均日數分布南北方差別較明顯。以秦嶺-淮河為分界線，>80 d區域主要集中在黑龍江、內蒙古東部、青海、新疆北部，其中內蒙古東北部、黑龍江西北部和青藏高原東部地區甚至超過120 d，而南方每年日最低氣溫≤-15.0 ℃平均日數不足1 d（圖2）。

圖2 30 a 全國日最低氣溫≤-15.0 ℃平均日數分布圖（d）

30 a 日最低氣溫≤-15.0 ℃平均日數排序，第1位為內蒙古圖里河達152 d，黑龍江呼中站為148 d，排在第二位，與第一位僅差4 d。前30 位分布在黑龍江、內蒙古、青海、新疆四省，其中內蒙古13 站、黑龍江12 站、青海4 站、新疆1 站，主要集中在內蒙古東北部和黑龍江省西北部地區。

2.3.2 全國日最低氣溫≤-30.0 ℃的平均日數分布特征

30 a 全國日最低氣溫≤-30.0 ℃平均日數分布圖顯示（圖3），只有東部地區、青藏高原、新疆北部出現日最低氣溫≤-30.0 ℃的寒冷天氣，黑龍江西北部、內蒙古東北部甚至超過80 d，接近三個月之久，為全國日最低氣溫≤-30.0 ℃平均日數持續時間最長的地區。

圖3 30a 全國日最低氣溫取-30.0 ℃平均日數分布圖（d）

30 a 日最低氣溫≤-30.0 ℃平均日數排序，第1位仍為內蒙古圖里河達82.7 d，黑龍江呼中站以82.4 d 位居第二，與圖里河相差無幾。前30 位仍主要集中在黑龍江、內蒙古、青海、新疆四省，其中黑龍江16站、內蒙古11 站、青海1 站、新疆2 站。

2.3.3 全國日最低氣溫≤-40.0 ℃的平均日數分布特征

30 a 全國日最低氣溫≤-40.0 ℃平均日數僅出現在東北地區北部、新疆北部、青海南部、西藏北部。黑龍江呼中、內蒙古圖里河超過10 d(圖4)。

圖4 全國30 a 日最低氣溫取-40.0 ℃平均日數分布圖（d）

30 a 日最低氣溫≤-40.0 ℃平均日數排序，第1位為黑龍江呼中平均出現13.5 d。日最低氣溫≤-40.0 ℃平均日數在0.5 d 以上的前25 位仍主要集中在黑龍江、內蒙古、新疆，其中黑龍江11 站、內蒙古8站、新疆3 站、青海1 站、西藏1 站、吉林1 站。

3 寒冷天氣等級劃分方法在全國范圍適用研究

3.1 計算方法

以地方標準《寒冷天氣等級》[13]中的分項評估指標計算方法為基礎,對其中Tij變量進行取值訂正，Tij分別取10.0 ℃、0.0 ℃、-2.0 ℃、-5.0 ℃、-10.0 ℃、-15.0 ℃、-20.0 ℃、-25.0 ℃、-30.0 ℃、-35.0 ℃，Tij為30 a 日平均最低氣溫值，單位為攝氏度（℃），對全國2089 個站點進行寒冷天氣等級劃分。寒冷強度指標Item、持續時間指標Ilas、覆蓋范圍指標Icov仍按其公式計算，則得到寒冷天氣的綜合評估指標Icold，Icold值越大則表示該站點寒冷天氣強度強。

3.2 日平均最低氣溫取-15.0 ℃時寒冷天氣綜合評估指標計算

30 a 全國日平均最低氣溫取-15.0 ℃寒冷天氣綜合評估指標分布（圖5）顯示，從黃河中下游到川西高原為分界線，南部地區未出現滿足要求的寒冷程度，北部寒冷程度梯度大，Icold>2.0 范圍主要在黑龍江西北、內蒙古東北、青海西南部、新疆北部。

圖5 全國30 a 日平均最低氣溫≤-15.0 ℃寒冷天氣綜合評估指標分布

表1 日平均最低氣溫取-15.0 ℃寒冷天氣綜合評估指標（≥2.0）

3.3 日平均最低氣溫取-20.0 ℃時寒冷天氣綜合評估指標計算

30 a 全國日平均最低氣溫取-20.0 ℃寒冷天氣綜合評估指標分布（圖6）顯示，該級別的寒冷天氣主要出現在東北地區大部、新疆、青海、西藏。

圖6 30 a 全國日平均最低氣溫取-20.0 ℃寒冷天氣綜合評估指標分布圖

表2 滿足日平均最低氣溫取-20.0 ℃寒冷天氣綜合評估指標條件的站次對比

3.4 日平均最低氣溫取-30.0 ℃時寒冷天氣綜合評估指標計算

全國30 a 日平均最低氣溫取-30.0 ℃寒冷天氣綜合評估指標分布（圖7）顯示，該級別的寒冷天氣主要出現在東北地區北部、新疆。

圖7 全國30 a 日平均最低氣溫取-30.0 ℃寒冷天氣綜合評估指標分布

表3 日平均最低氣溫取-30.0 ℃寒冷天氣綜合評估指標

通過對各級別寒冷天氣綜合評估指標的計算，可進行不同站點及區域之間的寒冷程度比較。以日平均最低氣溫取-20.0 ℃時寒冷天氣綜合評估指標計算為例，該級別的寒冷天氣主要出現在東北地區大部、新疆、青海、西藏，其中最寒冷站點為黑龍江呼中站，從覆蓋范圍看黑龍江達到該級別的寒冷天氣站次占評估站次的98.67%，說明在該級別寒冷天氣評估中，黑龍江出現寒冷天氣范圍最廣，為全國最寒冷省份，吉林次之、青海第三、內蒙古居第四位。

以日平均最低氣溫取-30.0 ℃寒冷天氣綜合評估指標計算為例，該級別的寒冷天氣主要出現在東北地區北部、新疆。最寒冷站點仍出現在黑龍江呼中站。滿足該級別寒冷天氣等級條件的、能夠計算出寒冷天氣綜合評估指標的站點僅有14 個站點，主要分布在黑龍江、內蒙古、新疆，其中黑龍江6 站、內蒙古7 站、新疆1 站。再次說明在該級別中黑龍江北部、內蒙古東北部及新疆天山中部的巴音布魯克是全國最寒冷地區。

4 結論與討論

(1)30 a 全國極端最低氣溫由北到南氣溫逐漸升高，南北梯度大，黑龍江西北部、內蒙古東北部為全國日最低氣溫≤-30.0 ℃平均日數持續時間最長的地區。

(2)以地方標準《寒冷天氣等級》中的分項評估指標計算方法為基礎,對其中變量進行取值訂正，則可以得到不同級別下的寒冷天氣的綜合評估指標Icold，Icold值越大則表示該站點寒冷天氣強度強。寒冷天氣等級劃分計算方法可適用于表征全國范圍的寒冷程度。

(3)日平均最低氣溫取-20.0 ℃時，該級別的寒冷天氣主要出現在東北地區大部、新疆、青海、西藏，其中最寒冷站點為黑龍江呼中站，在該級別寒冷天氣評估中，黑龍江出現寒冷天氣范圍最廣，為全國最寒冷省份，吉林次之、青海第三、內蒙古居第四位。

(4)日平均最低氣溫取-30.0 ℃時，該級別的寒冷天氣主要出現在東北地區北部、新疆。最寒冷站點為黑龍江呼中站。該級別寒冷天氣主要分布在黑龍江、內蒙古、新疆，黑龍江北部、內蒙古東北部及新疆天山中部的巴音布魯克為全國最寒冷地區。