三明市冰凍天氣氣候特征分析

阮兆蘭，沈永生，鄧殷鴻，王慶鋒，張東福

(1. 福建省建寧縣氣象局，福建 建寧 354500;2. 福建省三明市氣象局，福建 三明 365000;3. 福建省清流縣氣象局，福建 清流 365300)

1 引言

三明市地處閩西北，其西北部地區(qū)冬季經(jīng)常會受到雨雪冰凍天氣侵襲，對建筑、電力、農(nóng)業(yè)、林業(yè)和交通等行業(yè)會產(chǎn)生不同程度影響。在冰凍天氣影響下，少量的降水或適宜的濕度會產(chǎn)生雨凇、霧凇，附著在電線上會造成電線的斷裂，給電力和通信帶來危險。雨雪天氣易造成道路結(jié)冰，路面濕滑易危及交通安全。2008年1月25日—2月5日受冷暖空氣共同影響，三明市出現(xiàn)低溫陰雨(雪)天氣，西北部出現(xiàn)嚴(yán)重的冰凍天氣，受災(zāi)人口39.42 萬人，直接經(jīng)濟(jì)損失21.35 億元，其中災(zāi)情最重的建寧縣直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)10.43 億元。

近年來對冰凍天氣的研究較多，主要集中在冰凍災(zāi)害對林業(yè)、通訊、電力、交通、農(nóng)業(yè)等的影響分析［1－5］，冰凍災(zāi)害的天氣形勢分析和成因研究［6－7］，冰凍天氣的數(shù)值研究和對冰凍天氣中的雨凇、霧凇的研究等。由于冰凍天氣具有很強(qiáng)的區(qū)域性，不同區(qū)域的時空分布及氣候特征有明顯的差異，針對三明區(qū)域冰凍天氣的分析仍處空白，因此該文利用三明市1960—2010年51 a 的冰凍天氣記錄和歷史氣象資料，著重分析三明市冰凍天氣時空分布及氣候特征，對產(chǎn)生冰凍天氣的天氣型進(jìn)行分析，為三明市今后冰凍天氣的預(yù)測預(yù)報提供理論依據(jù)。

2 資料來源及方法

2.1 資料來源

該文以三明市11個測站所觀察的雨凇天氣現(xiàn)象作為研究對象，統(tǒng)計時間從1960—2010年統(tǒng)計51 a。

2.2 指標(biāo)計算

為了研究三明地區(qū)冰凍的時空分布規(guī)律，分別選用多年平均冰凍日數(shù)作為冰凍頻率指標(biāo)，平均持續(xù)冰凍日數(shù)作為冰凍強(qiáng)度指標(biāo)［2］。多年平均冰凍日數(shù)是指各站點平均每年冰凍出現(xiàn)的日數(shù)，冰凍出現(xiàn)的日數(shù)越多，造成災(zāi)害的可能性越大，平均持續(xù)冰凍日數(shù)是指各站點平均每次冰凍持續(xù)的日數(shù)，冰凍持續(xù)時間越長，它造成災(zāi)害的可能性越大，計算公式為

式(1)中:p 為冰凍頻率(即多年平均冰凍日數(shù))，單位:d/a;xi為冰凍日數(shù)，單位:d;a 為統(tǒng)計年數(shù)。式(2)中:q 為冰凍強(qiáng)度(即平均持續(xù)冰凍日數(shù))單位:d/次;n 為統(tǒng)計年份內(nèi)的冰凍發(fā)生次數(shù)，將連續(xù)的有冰凍出現(xiàn)的日數(shù)歸為一次冰凍過程，單位:次。

3 冰凍天氣氣候特征

3.1 冰凍天氣的時間分布特征

三明市冰凍天氣出現(xiàn)的年份有32 a，占統(tǒng)計年份的62%，約1.5 a 發(fā)生一次。發(fā)生時間全部集中在11月—次年2月，其中2月最多占51.9%，其次是1月26.5%，12月為20.8%，11月最少，僅為0.8%。從冰凍頻率和強(qiáng)度上看，1月和2月均高于11月和12月，1月下旬至2月這一時段同時也是影響三明市的暖濕空氣逐漸開始增強(qiáng)的階段(表1)。

表1 三明市1960—2010年(11—2月)冰凍天氣逐月出現(xiàn)日數(shù)、頻率及強(qiáng)度

3.2 冰凍天氣的空間分布特征

三明市冰凍天氣集中在西北部，東南部除高海拔山區(qū)外，無冰凍天氣，中心位于建寧縣，出現(xiàn)頻率為40.4%，其次是寧化、清流、泰寧，分別為23.5%、20.0%和14.2%，再次是明溪和將樂，分別為1.2%和0.8%。從冰凍頻率和強(qiáng)度上看，建寧是三明市冰凍的重災(zāi)區(qū)，其冰凍頻率及強(qiáng)度都明顯多于其它縣市，這與其位于三明市西北端的獨特地理位置密切相關(guān)(表2)。

3.3 冰凍天氣年際變化及線性變化趨勢

從整體趨勢來看，1960—2010年三明市的冰凍日數(shù)平均值為0.85 d、5 站次，年平均冰凍日數(shù)及站次表現(xiàn)為顯著地減少趨勢，通過線性回歸得出趨勢方程y=－0.101 8 x + 207.09，通過趨勢方程可以發(fā)現(xiàn)三明區(qū)域冰凍天氣的氣候傾向減少率約為1.0 d/10 a。近30 a 來(1981—2010年)，有21 a 在平均值以下(圖1)。

表2 三明各縣(市)1960—2010年冰凍天氣出現(xiàn)日數(shù)、頻率及強(qiáng)度

圖1 三明各縣(市)1960—2010年冰凍天氣日數(shù)年際變化

3.4 冰凍天氣與氣溫的關(guān)系

冰凍天氣受氣溫影響較大。通過對51 a 來260站次冰凍日數(shù)的日平均氣溫、日最低氣溫和日最高氣溫統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)有利于冰凍發(fā)生的日平均氣溫集中在－1～2℃，0℃左右最適宜冰凍生成冰凍持續(xù)，冰凍持續(xù)時間長短與日最高氣溫關(guān)系密切，日最高氣溫接近日平均氣溫，即晝夜溫差大，冰凍時間越長。

4 冰凍天氣分型

冰凍天氣時，阻塞高壓穩(wěn)定維持，強(qiáng)度強(qiáng)、位置偏北，同時西太平洋副高處于偏強(qiáng)階段，20～25°N的南支槽活躍，為冷暖空氣的交匯提供了充分條件。

該文依據(jù)500 hPa 烏拉爾山槽脊和南支槽的活躍程度可將三明市冰凍天氣分為3 種類型:北脊南槽型、烏拉爾山脊型、橫槽南支型。

表3 冰凍持續(xù)日數(shù)與冰凍期間氣溫的關(guān)系

4.1 北脊南槽型

在所有過程中有19個，約占總過程數(shù)的54%。此類型的特點:歐亞地區(qū)在500 hPa 高度場上為兩槽一脊型，烏拉爾山為脊區(qū)，其以東有一寬廣低槽。我國長江以北處脊前偏西北氣流影響，南方受南支槽前西南氣流控制。500 hPa 風(fēng)場上，福建處于自孟加拉灣和南海、東海及越赤道的暖濕氣流輸送帶上。地面氣壓場上，蒙古至我國華北、中東部地區(qū)為正距平。高緯度的寒冷空氣在西北氣流的引導(dǎo)下沿東北路徑侵入，形成大范圍的低溫雨雪天氣，暖濕西南氣流與低層不斷南下的冷空氣在南方相互作用，影響三明市西北部，“上暖下冷”的配置有利于三明市西北部維持多雨雪和冰凍天氣。圖2a為具有該型典型特征的2008年1月27日08 時500 hPa 形勢圖。

圖2 冰凍天氣過程3 種天氣型典型個例圖

4.2 烏拉爾山脊型

在所有過程中有10個，約占總過程數(shù)的27%。有一南北向的高壓脊位于西西伯利亞到貝加爾湖之間，里海以東的槽不斷加深東移，南支槽逐漸東移，并與高壓脊東側(cè)的槽疊加，在東北加強(qiáng)發(fā)展成低渦，形成東亞大槽，使得西西伯利亞到貝加爾湖的高壓脊經(jīng)向度加大，脊前西北氣流明顯。貝加爾湖至鄂霍次克海有一明顯的低槽，東北地區(qū)有冷平流。冷高壓從西北、北路入侵我國，并帶來大風(fēng)、降溫。圖2b 為具有該型典型特征的2008年12月24日08 時500 hPa 形勢圖。

4.3 橫槽南支型

在所有過程中有7個，約占總過程數(shù)的19%。比例略少，但維持時間長。在500 hPa 上，位于歐亞中高緯地區(qū)的脊線呈東北—西南走向，橫槽位于50°N 附近，槽內(nèi)冷空氣堆積，橫槽南部我國西北方地區(qū)上空盛行偏西氣流。有一支很深的南支槽位于青藏高原南側(cè)。地面西伯利亞高壓異常強(qiáng)大，為大規(guī)模冷空氣南下提供了有利條件。橫槽轉(zhuǎn)豎將引導(dǎo)中亞地區(qū)上空大范圍的冷空氣南下，帶來雨雪冰凍天氣。圖1c 為具有該型典型特征的2010年2月12日20 時500 hPa 形勢圖。

5 結(jié)論

三明市冰凍天氣發(fā)生時間全部集中在11月—次年2月，其中2月最多占51.9%，其次是1月26.5%，12月為20.8%，11月最少僅為0.8%。從冰凍頻率和強(qiáng)度上看，1月和2月均高于11月和12月。三明市冰凍天氣分布全部集中在西北部，東南部無冰凍天氣(除高海拔山區(qū))，中心位于建寧，出現(xiàn)頻率為40.4%。從冰凍頻率和強(qiáng)度上看，建寧是三明市冰凍的重災(zāi)區(qū)，其冰凍頻率及強(qiáng)度都明顯多于其它縣市。51 s 來三明市平均冰凍日數(shù)及站次表現(xiàn)為顯著地減少趨勢，其氣候傾向減少率為1.0 d/(10 a)。依據(jù)500 hPa 烏拉爾山槽脊和南支槽的活躍程度可將三明市冰凍天氣分為3 種類型，分別為:北脊南槽型、烏拉爾山脊型、橫槽南支型，所占比重依次為:54%、27%、19%。

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