1960—2019年佛岡縣低溫的氣候變化特征

吳志純，陳焯堅，余秀娟，馮梓雅，黃永基

（1.佛岡縣氣象局，廣東佛岡 511600；2.清遠市氣象局，廣東清遠 511510）

在全球氣候變暖的背景下，雖然低溫天氣影響期在縮短，但罕見的極端天氣氣候事件發(fā)生頻率的增長百分比卻在增大［1］，如2008年南方特大雪災、2016年世紀寒潮，給人民生命財產(chǎn)帶來巨大損失，也給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、交通運輸、電力輸送等造成極為嚴重的影響，許多學者對此做了多方面的研究［2-5］；也有不少氣象工作者對本地的低溫進行分析，總結(jié)出當?shù)氐牡蜏貧夂蛱卣鳎?-18］，對本地低溫的預報有很好的指導意義。胡端英等［8］根據(jù)云浮市1965—2010年的低溫霜凍資料，總結(jié)出一些低溫霜凍預報指標和技巧；杜小松等［11］通過龍門縣1980—2008年冬季低溫天氣資料，將低溫天氣型分為3種形勢，再根據(jù)不同的天氣型預報判據(jù)建立模型做出定量的低溫天氣預報；林俊杰等［14］分析連山縣近50年低溫、霜凍資料，總結(jié)其變化特征，提出適用本地農(nóng)作物預防低溫霜凍的合理措施。

佛岡縣位于廣東省中北部，氣候適宜，本地種植蔬果種類繁多，如柑橘、香蕉、荔枝、石硤龍眼等本地特色農(nóng)產(chǎn)品，這些作物性喜溫暖而怕低溫，但佛岡低溫日數(shù)年際變化差異大，最多達35 d，最少僅1 d。為有針對性地做好當?shù)胤N植業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)等農(nóng)業(yè)氣象保障服務，降低極端性低溫雨雪天氣對交通、電力等方面造成的不利影響，因此研究佛岡縣的低溫氣候特征，對提高低溫預報的準確率和防災減災措施的提前部署，減少經(jīng)濟損失有重要的意義。

1 資料與方法

本研究使用1960—2019年佛岡國家基本觀測站逐年的最低氣溫資料，分析佛岡縣低溫情況。根據(jù)《廣東省天氣預報技術(shù)手冊》的定義：在冷空氣影響下，廣東省最低氣溫出現(xiàn)5℃或以下，稱為低溫［15］。本研究低溫期是指每年佛岡低溫初日開始，直至終日的天數(shù)［13］；與之對應，當年11月至次年3月底出現(xiàn)低溫的日數(shù)，則為該年的低溫日數(shù)。

本研究主要采用線性回歸、多項式曲線擬合、Mann-Kendall突變分析、Morlet小波分析等［16］方法，對1960—2019年佛岡縣低溫日數(shù)、低溫初終日和低溫期進行分析。

2 佛岡縣低溫的年際變化特征

2.1 低溫日數(shù)

1960—2019年佛岡縣低溫天氣出現(xiàn)在11月至次年的3月，主要集中在12月至次年2月，其中1月份出現(xiàn)的次數(shù)最多，占低溫總?cè)諗?shù)的42.7%；11月份出現(xiàn)的次數(shù)最少，僅占1.6%。1960—2019年佛岡縣共有926 d出現(xiàn)低溫，平均低溫日數(shù)為15.4 d；最多低溫日數(shù)為35 d，出現(xiàn)在1975年；最少低溫日數(shù)為1 d，出現(xiàn)在2000和2016年。從圖1可以看出，近60年來佛岡縣低溫日數(shù)呈明顯減少趨勢，平均每年減少0.257 3 d，趨勢系數(shù)為-0.491 2，通過a＝0.001顯著性水平檢驗，說明低溫日數(shù)減少趨勢顯著。從4次多項式擬合曲線可看出，低溫日數(shù)在1960年代至1980年代中期為偏多期，1980年代后期之后為偏少期。

圖1 佛岡縣1960—2019年低溫日數(shù)的變化

2.2 低溫初日和終日

由于佛岡縣低溫最早出現(xiàn)在11月份，為方便統(tǒng)計，以11月1日為起點計算低溫初日和終日。

1960—2019年佛岡縣低溫初日最早出現(xiàn)于11月19日（1971和1983年），最晚出現(xiàn)于1月23日（1975年），平均低溫初日為12月14日，2000和2016年并無低溫初日出現(xiàn)。從圖2可看出，1960—2019年佛岡縣低溫初日呈推遲趨勢，平均每年推遲0.204 6 d，趨勢系數(shù)為0.273 9，通過a＝0.05顯著性水平檢驗，說明低溫初日推遲趨勢顯著。

圖2 佛岡縣1960—2019年低溫初日和終日的變化

1960—2019年佛岡縣低溫終日最早結(jié)束于1月13日（2003年），最晚結(jié)束于3月20日（1976年），平均低溫終日為2月18日。從圖2可以看出，1960—2019年佛岡縣低溫終日呈提前趨勢，平均每年提前0.175 1 d，趨勢系數(shù)為0.191 8，未通過a＝0.05顯著性水平檢驗，說明低溫終日提前趨勢不明顯。

2.3 低溫期

1960—2019年佛岡縣低溫期最長為118 d（1975年），最短為1 d（2000和2016年），平均低溫期為65 d。低溫期有36年高于平均值，有3年（1971、1975和1983年）超過100 d。從圖3可看出，1960—2019年佛岡縣低溫期呈減少趨勢，即低溫期縮短，平均每年減少0.498 2 d，趨勢系數(shù)為0.328 2，通過a＝0.05顯著性水平檢驗，說明低溫期減少趨勢明顯。主要原因是低溫初日推遲、終日提前。從4次多項式擬合曲線可看出，低溫期在1960年代至1980年代中期為偏多期，1980年代后期之后為偏少期。

圖3 佛岡縣1960—2019年低溫期變化曲線

2.4 低溫日數(shù)和低溫期的突變

本研究利用M-K檢驗方法對1960—2019年佛岡縣低溫日數(shù)和低溫期進行突變檢驗。當UF（k）值大于零時說明序列為上升趨勢，小于零時則說明為下降趨勢。U±0.05表示顯著性水平a＝0.05的對應臨界值為±1.96。如果UF（k）和UB（k）兩條曲線出現(xiàn)交點且在臨界線之間時，說明該點對應的時刻是突變開始的時間。

由圖4a可看出，近60年佛岡縣低溫日數(shù)UF（k）曲線在1970年代之后小于0，呈減少趨勢，且在1990年代之后超過臨界值，說明1990年代之后低溫日數(shù)的減少趨勢顯著。UF（k）和UB（k）兩條曲線在1981和1983年有交點，交點均在臨界值之間，且1990年代之后UF（k）曲線超過臨界值，說明低溫日數(shù)在1983年開始發(fā)生突變。

圖4 佛岡縣1960—2019年低溫日數(shù)（a）和低溫期（b）突變分析

由圖4b可看出，近60年佛岡縣低溫期UF（k）曲線在1960年代至1970年代前期呈增多趨勢，其余時間段呈減少趨勢，1990年代后期至2000年代超過臨界值，說明這段期間低溫期減少趨勢顯著。UF（k）和UB（k）兩條曲線在1986年有交點，交點在臨界值之間，且2000年代之后UF（k）曲線超過臨界值，說明低溫期在1986年開始發(fā)生突發(fā)。

2.5 低溫日數(shù)和低溫期的周期

Morlet小波具有多時間尺度分析的特征，本研究通過Morlet小波系數(shù)實部，分析近60年來佛岡縣低溫日數(shù)和低溫期周期變化，當小波系數(shù)實部大于0時對應偏多期，小于0時對應偏少期。

從圖5a可看出，近60年來佛岡縣低溫日數(shù)存在5～8、11～14年，準18和準30年的周期振蕩，其中11～14年和準30年的周期振蕩最強。11～14年的周期振蕩出現(xiàn)在1960年代至2000年代中期；準30年的周期振蕩存在于整個時間序列，且最為明顯，呈3次偏多到偏少的交替變化過程，由此推測每30年低溫日數(shù)將從偏多趨勢轉(zhuǎn)為偏少趨勢。

圖5 佛岡縣1960—2019年低溫日數(shù)（a）和低溫期（b）Morlet小波系數(shù)實部

從圖5b可看出，近60年來佛岡縣低溫期存在5～8年，準20和準30年的振蕩周期，其中5～8年和準30年的周期振蕩存在于整個時間序列；準20年的周期振蕩最強是2000年代以后。5～8年的年際周期振蕩說明每隔5～8年低溫期呈小幅的偏少趨勢轉(zhuǎn)為偏多趨勢。低溫期準30年的周期振蕩與低溫日數(shù)有較好的一致性，亦可推測出每30年低溫期也將從偏多趨勢轉(zhuǎn)為偏少趨勢。

3 結(jié)論

1）佛岡縣低溫主要集中在12月至次年2月，其中1月份出現(xiàn)的次數(shù)最多。

2）近60年佛岡縣低溫日數(shù)和低溫期呈明顯減少趨勢，其中低溫日數(shù)在1990年代之后減少趨勢顯著，低溫期則在1990年代后期至2000年代減少趨勢顯著。低溫日數(shù)和低溫期在1980年代中期發(fā)生減少突變，在1960年代至1980年代中期為偏多期，1980年代后期之后為偏少期。

3）低溫初日呈明顯推遲趨勢，低溫終日呈提前趨勢，但不明顯，總體表現(xiàn)為低溫期縮短。

4）近60年佛岡縣低溫日數(shù)和低溫期均存在5～8年和準30年的周期振蕩，呈多尺度振蕩的特點。由于低溫日數(shù)和低溫期在準30年的周期振蕩里有較好的一致性，可推測出每30年佛岡縣低溫天氣將由偏多趨勢轉(zhuǎn)為偏少趨勢。