博爾楠，紅都子，特列克

（1.阿勒泰地區(qū)氣象局，新疆 阿勒泰 836500；2.布爾津縣氣象局，新疆 布爾津 836600；3.澤普縣氣象局，新疆 澤普 844800）

近60 a阿勒泰地區(qū)不同等級(jí)降溫日氣候特征

博爾楠1，紅都子2，特列克3

（1.阿勒泰地區(qū)氣象局，新疆 阿勒泰 836500；2.布爾津縣氣象局，新疆 布爾津 836600；3.澤普縣氣象局，新疆 澤普 844800）

利用阿勒泰地區(qū)7個(gè)氣象站自建站至2014年12月31日的逐日氣溫資料，以日最低氣溫及其降溫幅度為指標(biāo)，整理出阿勒泰地區(qū)近60 a降溫日數(shù)據(jù)庫(kù)，按降溫幅度將降溫日分為寒潮、強(qiáng)降溫、較強(qiáng)降溫、中等強(qiáng)度降溫和弱降溫5個(gè)等級(jí)，分析了全地區(qū)各站不同等級(jí)降溫日數(shù)的氣候特征。結(jié)果表明：（1）阿勒泰地區(qū)寒潮日數(shù)和強(qiáng)降溫日數(shù)在地區(qū)偏東、偏北多，向偏西偏南逐步遞減，其它等級(jí)降溫日數(shù)在河谷平原多，向西、向東逐步遞減。寒潮、強(qiáng)降溫和中等強(qiáng)度降溫日數(shù)的EOF分解第一模態(tài)方差貢獻(xiàn)率較大，全地區(qū)呈較好的一致性，較強(qiáng)降溫和弱降溫日數(shù)的EOF分解主要模態(tài)分別有3個(gè)和5個(gè)。（2）阿勒泰地區(qū)寒潮日數(shù)在冬季12月最多，強(qiáng)降溫日數(shù)在秋季9月最多，較強(qiáng)降溫日數(shù)主要集中在夏季6—8月，中等強(qiáng)度和弱降溫日數(shù)在各季分布較平均。（3）近60 a來(lái)，阿勒泰地區(qū)各站的年寒潮和強(qiáng)降溫日數(shù)呈明顯減少趨勢(shì)，年較強(qiáng)降溫日數(shù)呈明顯增多趨勢(shì)，年中等強(qiáng)度降溫日數(shù)沒(méi)有明顯的線性變化趨勢(shì)，年弱降溫日數(shù)呈地區(qū)西部減少、中、東部增多的趨勢(shì)，且東部增多趨勢(shì)較顯著。

降溫日；氣候特征；阿勒泰地區(qū)

阿勒泰地區(qū)位于新疆北部，寒潮是影響當(dāng)?shù)氐闹饕獮?zāi)害性天氣，最主要的表現(xiàn)為劇烈降溫并伴有大風(fēng)和雨雪天氣，可造成人畜傷亡、電線積冰和通信中斷等事件。在阿勒泰地區(qū)，晚秋的寒潮容易引起早霜凍，晚春的寒潮又能引起晚霜凍，使農(nóng)作物遭受傷害，導(dǎo)致減產(chǎn)，寒潮引起的大風(fēng)還能使成熟農(nóng)作物的籽粒刮落，造成減產(chǎn)。同時(shí)對(duì)牧業(yè)轉(zhuǎn)場(chǎng)造成較大的損失，給社會(huì)生產(chǎn)和人們生活帶來(lái)較大的危害。自20世紀(jì)50年代氣象學(xué)家就對(duì)寒潮進(jìn)行了研究探索[1-2]，分析侵襲中國(guó)冷空氣的源地和路徑，指出東亞寒潮可以分為三大類型。20世紀(jì)80年代，氣象工作者進(jìn)行大量的研究工作，仇永炎等[3-5]分析了發(fā)生寒潮天氣的物理過(guò)程，并對(duì)3～7 d時(shí)間尺度上的寒潮進(jìn)行了預(yù)報(bào)；丑紀(jì)范利用數(shù)值模式對(duì)寒潮的中期預(yù)報(bào)進(jìn)行了數(shù)值模擬。20世紀(jì)80年代，我國(guó)的寒潮中期預(yù)報(bào)研究取得進(jìn)展[6]，北方多個(gè)省區(qū)幾乎都有寒潮預(yù)報(bào)研究[7-10]。2000年以來(lái)，各級(jí)冷空氣天氣過(guò)程分析及預(yù)報(bào)研究仍然是預(yù)報(bào)員持續(xù)關(guān)注的重點(diǎn)和難點(diǎn)[11-17]，尤其是在我國(guó)西北地區(qū)，針對(duì)區(qū)域寒潮過(guò)程演變、形成機(jī)理等有大量成果[18-21]。李鋒[22]等分析北極地區(qū)近30 a環(huán)流變化，研究其對(duì)中國(guó)強(qiáng)冷空氣事件的影響，結(jié)果表明，由于極區(qū)和近極區(qū)環(huán)流系統(tǒng)的改變，造成近30 a中國(guó)強(qiáng)冷空氣事件的爆發(fā)特性發(fā)生年代際變化。近年來(lái)的研究表明[23-24]中國(guó)氣溫變暖以冬季和西北、華北、東北地區(qū)最明顯。

本文將降溫日按照《冷空氣等級(jí)》（GB/ T20482—2006）規(guī)定分成5級(jí)別[25]（表1），依次從最強(qiáng)的寒潮到弱降溫，對(duì)阿勒泰地區(qū)不同等級(jí)降溫日數(shù)的時(shí)空分布、周期變化進(jìn)行分析，提高對(duì)阿勒泰地區(qū)冷空氣活動(dòng)基本規(guī)律的認(rèn)識(shí)，為當(dāng)?shù)貫?zāi)害防御提供技術(shù)支持。

1 資料與方法

1.1 資料來(lái)源

選取阿勒泰地區(qū)7個(gè)氣象站的日最低氣溫資料，資料長(zhǎng)度從各站自建站以來(lái)到2014年12月31日。選取當(dāng)年1月1日—12月31日為一個(gè)年度。3—5月為春季，6—8月為夏季，9—11月為秋季，12月—翌年2月為冬季。6站的資料時(shí)段為1960年1月1日—2014年12月31日，富蘊(yùn)站資料為1962年1月1日—2014年12月31日。

1.2 各強(qiáng)度冷空氣劃分標(biāo)準(zhǔn)及計(jì)算方法

《冷空氣等級(jí)》（GB/T20482—2006）中給出了單站5級(jí)冷空氣活動(dòng)級(jí)別，分別是：Ⅰ級(jí)（弱）、Ⅱ級(jí)（中等強(qiáng)度）、Ⅲ級(jí)（較強(qiáng)）、Ⅳ級(jí)（強(qiáng)）和Ⅴ級(jí)（寒潮）等級(jí)。本文中對(duì)降溫日的定義借鑒了毛煒嶧等人的研究結(jié)果[25]，具體定義見表1。對(duì)每一個(gè)降溫日進(jìn)行等級(jí)識(shí)別，每個(gè)降溫日分級(jí)結(jié)果具有唯一性。

表1 不同等級(jí)降溫日標(biāo)準(zhǔn)

采用線性趨勢(shì)分析，相關(guān)分析，M—K突變檢驗(yàn)，小波分析，EOF分析等對(duì)阿勒泰地區(qū)各站不同級(jí)別降溫日數(shù)的時(shí)空變化特征進(jìn)行分析。

2 各級(jí)降溫日的氣候特征

2.1 各級(jí)降溫日的空間分布

根據(jù)上述降溫日定義，統(tǒng)計(jì)了阿勒泰地區(qū)各站自建站以來(lái)至2014年12月31日的5個(gè)等級(jí)降溫日數(shù)（表2）。年平均寒潮日數(shù)以北部沿山一帶的青河、富蘊(yùn)、阿勒泰和哈巴河站最多，分別為24.7、24.3、20.9 d和19.6 d，其次為位于河谷平原的福海和布爾津站，分別為17.5 d和17.1 d，最少的為吉木乃站，16.2 d。寒潮日數(shù)最多的青河站和最少的吉木乃站平均每年相差8.5 d。年平均強(qiáng)降溫日數(shù)以偏北偏東的青河、阿勒泰和富蘊(yùn)較多，分別為9.1、8.9 d和8.5 d，西部、南部的吉木乃、哈巴河、福海和布爾津較少，分別為8.2、7.9、6.9 d和6.7 d。年平均寒潮日數(shù)與強(qiáng)降溫日數(shù)的空間分布特征相似，均呈地區(qū)東北多、西南少。

年平均較強(qiáng)降溫日數(shù)以吉木乃、阿勒泰和福海較多，分別為1.8、1.7、1.1 d，哈巴河、布爾津和富蘊(yùn)較少，分別為0.9、0.8、0.7 d，青河最少，僅0.1 d。阿勒泰地區(qū)的較強(qiáng)降溫日數(shù)少，這是由于發(fā)生24或48 h最低氣溫降溫幅度大于或等于8℃的冷空氣多發(fā)生在冬、春、秋3個(gè)季節(jié)，而上述3個(gè)季節(jié)最低氣溫很少出現(xiàn)大于8℃。

表2 阿勒泰地區(qū)各站各級(jí)冷空氣年平均降溫日數(shù)

年平均中等強(qiáng)度降溫日數(shù)以位于河谷平原的布爾津、福海和偏北的阿勒泰站較多，分別為16.9、16.7、16.7 d，西部的吉木乃和哈巴河較少，分別為16.6、15.6 d，東部的青河和富蘊(yùn)最少，分別為14.6、14.5 d。年平均弱降溫日數(shù)以河谷平原的布爾津和福海較多，分別為132.3、130.9 d，西部、北部的哈巴河、吉木乃和阿勒泰站其次，分別為127.2、125.0、125.9 d，東部的富蘊(yùn)和青河站較少，分別為122.9、120.7 d。年平均中等降溫日數(shù)與弱降溫日數(shù)的空間分布較為相似，河谷平原多、北部東部少。

由此可知，阿勒泰地區(qū)的年平均寒潮和強(qiáng)降溫日數(shù)的空間分布呈現(xiàn)出偏東、偏北多，西南少，而中等強(qiáng)度和弱降溫日數(shù)則呈現(xiàn)出河谷平原多，西部、東部少的分布特征。

2.2 各級(jí)降溫日數(shù)的主要空間分布型

對(duì)近60 a來(lái)阿勒泰地區(qū)各站不同等級(jí)降溫日數(shù)進(jìn)行EOF分析，選取了所有方差貢獻(xiàn)率大于5%的模態(tài)。由圖1可見，年寒潮、強(qiáng)和中等強(qiáng)度降溫日數(shù)的第一模態(tài)方差貢獻(xiàn)率分別為97.66%、92.76%和96.31%，寒潮和強(qiáng)降溫日數(shù)空間分布主要分布模態(tài)表現(xiàn)為偏北、偏東較多，偏西、偏南較少，中等強(qiáng)度降溫日數(shù)空間分布主要模態(tài)表現(xiàn)為西部中部較多，東部較少。

年較強(qiáng)降溫日數(shù)（圖2）前三個(gè)模態(tài)方差貢獻(xiàn)率分別為73.05%、11.23%和5.11%，方差貢獻(xiàn)占總方差的89.39%。從第一模態(tài)可以看出全地區(qū)為一致的正值，大值中心位于吉木乃和阿勒泰站。第二模態(tài)表現(xiàn)為中部阿勒泰、福海、東部富蘊(yùn)與西部三縣、東部青河站呈反相關(guān)關(guān)系。第三模態(tài)表現(xiàn)為西部哈巴河、吉木乃、北部阿勒泰站與其余各地呈反相關(guān)。

圖1 各級(jí)冷空氣日數(shù)序列EOF第一模態(tài)

年弱降溫日數(shù)（圖3）前5個(gè)模態(tài)方差貢獻(xiàn)率分別為53.94%、15.59%、9.78%、7.23%和5.70%，方差貢獻(xiàn)占總方差貢獻(xiàn)的92.24%。第一模態(tài)表現(xiàn)為全地區(qū)為一致的正值，大值中心位于偏東偏北的青河、富蘊(yùn)和阿勒泰站。第二模態(tài)表現(xiàn)為偏西偏南日數(shù)偏多（少）時(shí)，偏北偏東偏少（多）。第三模態(tài)表現(xiàn)為哈巴河、中部阿勒泰、福海日數(shù)偏多（少）時(shí)，西部布爾津、吉木乃、東部富蘊(yùn)、青河偏少（多）。第四模態(tài)表現(xiàn)為阿勒泰、富蘊(yùn)站日數(shù)偏多（少）時(shí)，其他各站均偏少（多）。第五模態(tài)表現(xiàn)為自西向東為哈巴河、布爾津、阿勒泰和富蘊(yùn)站日數(shù)偏多（少）時(shí)，吉木乃、福海、青河偏少（多）。

2.3 單站各級(jí)降溫日數(shù)的月、季分布

圖2 較強(qiáng)冷空氣日數(shù)序列EOF第二、三模態(tài)

圖3 弱冷空氣日數(shù)序列EOF第二、三、四、五模態(tài)

由圖4可見，阿勒泰地區(qū)各站普遍表現(xiàn)出12月的寒潮日數(shù)比例最高，占16%～20%，其次為11月和2月，分別占13%～17%和12%～18%。阿勒泰地區(qū)7個(gè)測(cè)站均在夏季6月和8月出現(xiàn)過(guò)寒潮日，青河站歷史上6—8月共出現(xiàn)過(guò)30個(gè)寒潮日，其中最典型的為1961年7月14—15日發(fā)生的寒潮，是阿勒泰地區(qū)唯一一次出現(xiàn)在7月的寒潮日。從季節(jié)分布來(lái)看，全地區(qū)寒潮日數(shù)在冬季最多，占全年的37%～ 57%，其次為秋季，占24%～36%，春季占17%～27%。阿勒泰地區(qū)地處新疆最北部，冬季受冷空氣侵襲次數(shù)多，降溫日容易達(dá)到寒潮級(jí)別。全地區(qū)各站的強(qiáng)降溫日數(shù)普遍在9月比例最大，占10%～16%,其次為10月和12月，分別占10%～14%和10%～13%。季節(jié)分布在秋季最多，占全年的34%～40%，其次為冬季和春季，分別占全年的25%～31%和25%～32%。較強(qiáng)降溫日數(shù)在7月出現(xiàn)最多，占33%～48%，其次為6月和8月，分別占16%～28%和14%～48%。在夏季最多，占全年的84%～100%，其中青河站的較強(qiáng)冷空氣日數(shù)均出現(xiàn)在夏季。中等強(qiáng)度降溫日數(shù)在9月和10月比例最大，占10%～14%，其次為5月，占9%～ 10%。在秋季最多，占全年的28%～37%，其次為春季，占全年的23%～28%，各季節(jié)比例較為接近。弱降溫日數(shù)在7月與8月比例最大，占10%～11%，且各月所占比例較為接近，時(shí)間分布較為均勻。在夏季最多，占30%～32%，其次為秋季，占24%～26%，各季節(jié)的比例較為接近。

圖4 阿勒泰地區(qū)各站各級(jí)別冷空氣日數(shù)月際分布

3 各級(jí)降溫日數(shù)變化趨勢(shì)

3.1 線性變化趨勢(shì)與突變

近60 a來(lái)，阿勒泰地區(qū)各站寒潮日數(shù)呈明顯減少趨勢(shì)，其中除阿勒泰站以外，其余各站的線性變化趨勢(shì)均通過(guò)了95%的顯著性水平檢驗(yàn)（表3）。各站寒潮日數(shù)M-K檢驗(yàn)結(jié)果顯示，哈巴河站在1973年發(fā)生由多到少的突變（圖5），自20世紀(jì)60年代開始減少，80年代中后期減少非常明顯。福海站寒潮日數(shù)在1988年發(fā)生由多到少的突變，在20世紀(jì)80年代初期開始減少，90年代之后減少顯著。其余各站的寒潮日數(shù)均無(wú)明顯突變年份。

表3 阿勒泰地區(qū)各站各級(jí)冷空氣日數(shù)指數(shù)趨勢(shì)系數(shù)

圖5 寒潮日數(shù)Mann-Kendall檢驗(yàn)

吉木乃站近60 a的強(qiáng)降溫日數(shù)以每0.25 d/10 a的速率增多，其余各站均在減少。福海、布爾津和青河站的線性趨勢(shì)相關(guān)系數(shù)通過(guò)了95%的顯著性檢驗(yàn)。強(qiáng)降溫日數(shù)的M-K檢驗(yàn)結(jié)果顯示，青河站（圖5）強(qiáng)降溫日數(shù)在1982年或者1988年出現(xiàn)有多到少的突變。

近60 a來(lái)，各站的較強(qiáng)降溫日數(shù)均為增多趨勢(shì)，其中哈巴河、吉木乃、富蘊(yùn)和青河站的線性趨勢(shì)通過(guò)了99%顯著性檢驗(yàn)。吉木乃、福海、阿勒泰和富蘊(yùn)站的中等強(qiáng)度降溫日數(shù)均呈減少趨勢(shì)，哈巴河、布爾津和青河的呈增多趨勢(shì)，但各站的線性變化趨勢(shì)均未通過(guò)95%顯著性檢驗(yàn)。近60 a來(lái)，西部吉木乃和布爾津的弱降溫日數(shù)呈減少趨勢(shì)，其余各站均呈增多趨勢(shì)，吉木乃站的減少趨勢(shì)通過(guò)了99%顯著性檢驗(yàn)，福海和青河站的線性增多趨勢(shì)通過(guò)了95%顯著性檢驗(yàn)。

通過(guò)上述分析可知，近60 a來(lái)，各站的寒潮和強(qiáng)降溫日數(shù)均呈較明顯的減少趨勢(shì)，弱降溫、較強(qiáng)降溫日數(shù)呈較明顯增多趨勢(shì)，中等強(qiáng)度降溫日數(shù)的線性變化趨勢(shì)不明顯。

3.2 各級(jí)降溫日數(shù)周期分析

小波分析結(jié)果（圖6）表明，阿勒泰地區(qū)的寒潮日數(shù)存在10～13 a的顯著周期，強(qiáng)降溫日數(shù)存在25～40 a的顯著周期，較強(qiáng)降溫日數(shù)存在23～33 a的顯著周期，中等強(qiáng)度降溫日數(shù)存在15～35 a的顯著周期，弱降溫日數(shù)存在25～45 a顯著周期。

4 結(jié)論

（1）阿勒泰地區(qū)寒潮日數(shù)年平均值在16.2～24.7 d，強(qiáng)降溫日數(shù)在6.7～9.1 d，較強(qiáng)降溫日數(shù)在0.1～1.8 d，中等強(qiáng)度降溫日數(shù)在14.5～16.9 d，弱降溫日數(shù)在120.7～132.3 d。寒潮和強(qiáng)降溫日數(shù)的空間分布呈地區(qū)偏東偏北多、偏西偏南少的特征，較強(qiáng)、中等強(qiáng)度和弱降溫日數(shù)的空間分布呈河谷平原多，地區(qū)偏西、偏東少。

（2）在阿勒泰地區(qū)，年寒潮、強(qiáng)降溫和中等強(qiáng)度降溫日數(shù)的EOF分解第一模態(tài)的方差貢獻(xiàn)率均在92%以上，均呈較好的一致性。較強(qiáng)降溫和弱降溫日數(shù)的模態(tài)分別有3個(gè)和5個(gè)。

（3）阿勒泰地區(qū)寒潮日數(shù)冬季在12月最多，其次為11月和2月；全地區(qū)7個(gè)站均在夏季（6—8月）出現(xiàn)過(guò)寒潮。強(qiáng)降溫日數(shù)在秋季9月出現(xiàn)最多，其次為10月和12月。較強(qiáng)降溫日數(shù)主要集中在夏季6—8月；中等強(qiáng)度和弱降溫日數(shù)各季出現(xiàn)頻率較為接近。

圖6 阿勒泰地區(qū)各級(jí)冷空氣日數(shù)小波變換實(shí)部

（4）近60 a年來(lái)，阿勒泰地區(qū)各站的年寒潮和強(qiáng)降溫日數(shù)呈明顯減少的線性趨勢(shì)；年較強(qiáng)降溫日數(shù)呈明顯增多趨勢(shì)；年中等強(qiáng)度降溫日數(shù)的線性趨勢(shì)不明顯；年弱降溫日數(shù)在地區(qū)西部減少、東部顯著增多。

（5）阿勒泰地區(qū)的各級(jí)降溫日數(shù)均存在著明顯的年代際周期，但是不同等級(jí)降溫日數(shù)的主要周期有差異。

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Climatological Characteristics of Temperature Decreasing Days at Different Levels in Altay Region during the Recent 60 Years

Bo’ernan1，Hongduzi2，Telieke3
（1.Altay Meteorological Bureau，Altay 836500，China；2.Meteorological Bureau of Buerjin County，Buerjin 836600，China；3.Meteorological Bureau of Zepu County，Zepu 844800，China）

In this paper,daily temperature data from 7 meteorological observatories in the Altay Region till 31st December 2014 was used to analyze the climatological characteristics of different levels of the cooling days in the entire region.The cooling days were divided into 5 levels,which were cold wave,strong cold air,relatively strong cold air,moderate cold air and slight cold air. Daily minimum temperature and the corresponding temperature reduction amplitude were the two indicators in building up a database of the cooling days during the recent 60 years.The results showed that the number of cold wave days and strong cold air days had a decreasing trend from the east and the north to the west and the south,while the other 3 levels had a decreasing trend from the valley plain to its west and east.The variance of the 1st mode EOF analysis of cold wave,strong cold air and moderate cold air had great contributions and it maintained in good consistency in the entire region.However,the EOF analysis of relatively strong cold air and slight cold air had 3 and 5 main modes,respectively.Moreover,the cold wave days occurred the most frequently in winter,the strong cold air days occurred the mostly in autumn and the relatively strong cold air days happened the most frequently in summer.Comparatively,the numbers of moderate cold air days and slight cold air days distributed homogeneously among the 4 seasons.During the recent 60 years,the annual cold wave days and strong cold air days in the Altay Region had a significant reduction while the annual relatively cold air days revealed a great increase.The annual moderate cold air days did not have obvious difference in these decades.Interestingly,there was a decreasing trend for slight cold air days in the west while an increasing trend in the middle and the east.

temperature-decreasing days；climatological characteristics；Altay region

P461

B

1002-0799（2017）01-0041-09

10.12057/j.issn.1002-0799.2017.01.006

2016-02-22

中央級(jí)公益性科研院所基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金項(xiàng)目（IDM201502）。

博爾楠（1987-），男（哈薩克族），助理工程師，從事短期預(yù)報(bào)和短期氣候預(yù)測(cè)的相關(guān)研究工作。E-mail：burlen_928@126.com

博爾楠，紅都子，特列克.近60 a阿勒泰地區(qū)不同等級(jí)降溫日氣候特征[J] .沙漠與綠洲氣象，2017，11（1）：41-49.