近四十多年来无锡寒潮天气变化特征分析

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1、近四十多年来无锡寒潮天气变化特征分析近四十多年来无锡寒潮天气变化特征分析摘要：利用无锡市 1959-2002 年共 44a 的逐日最低气温资料，分析了无锡寒潮发生的特点。 结论为：无锡寒潮的年发生次数有线性减少趋势；寒潮减少主要发生在 10 月、12 月、4 月。分 年代看，从 1960 到 1980 年代逐年代减少，但 1990 年代又增多。寒潮减少和降温幅度减小、最 低气温升高都有关系，其中最低气温高是主要原因。特征区域的 500hpa 高度场偏高是寒潮发生 次数减少的直接原因。最后，本文针对多寒潮年和少寒潮年，给出了 500hpa 典型距平场。关键词 无锡；寒潮；典型距平场 引言 IPC

2、C第三次报告（2001）不仅关注气温的变化，还重视气温变化引起的其它 现象的变化，如雪盖面积减少，中高纬地区河湖结冰期缩短等。同时，IPCC报告 中对极端事件的未来变化，也作了预测：预计霜冻天气和寒潮天气可能会越来越少。寒潮是我国冬半年的主要灾害性天气。在已经出版的中文核心期刊里，我国 学者对寒潮发生的短中期预报的较多，研究寒潮发生次数的长期变化较少。文献1研 究了我国寒潮的气候特点，指出195O年代影响我国的寒潮较多，平均每年度为5.4 次；1960年代次之，平均每年度为5.3次。197O年代寒潮比1960年代明显减少，平 均每年度为4.0次， 而198O年代更少， 平均每年度仅为3.7次，

3、出现建国以来寒潮 最小值。文献2利用广东省l1个代表站l95l1994年每日气温资料，分析了广东 省近44年来寒潮活动的气候特征。统计表明，自196O年代以后，广东寒潮的总次数 和中等强度以上寒潮的次数均有逐年代减少的趋势。文献3研究了长江中下游地 区寒潮与北半球500hpa高度场的关系。这些研究揭示了我国寒潮发生的基本事实，但是多是研究1990年代以前的情 况。无锡地处长江下游的长江三角洲，具有地理位置代表性；属于北亚热带湿润区， 冬半年受蒙古冷高压影响，多寒潮天气。寒潮发生的多少、发生的早晚对无锡地区 小麦等冬季农作物产量和品质有直接影响。那么无锡寒潮发生特点是什么？近半个 世纪以来，特别

4、是1990年代以来，无锡气温有明显的增暖趋势4，气温增暖对于寒 潮的发生有什么影响？本文研究了无锡寒潮的发生及其多年变化特点，并且研究了 形势场异常对于寒潮事件发生频率的影响。1 资料及处理方法资料及处理方法 本文所用资料为无锡市 1959-2002 年逐日最低气温。根据中国气象局预测减 灾司天气预报等级用语业务规定（试行） （2005 年）中关于寒潮预报的标准， “未来 48 小时内最低气温下降 8以上，最低气温4”来认定历年寒潮的发生 次数。而旧的寒潮标准为：24 小时内最大降温幅度达到 10或以上，最低气温在 5或以下。新标准和旧标准相比，降温过程延长到 48 小时，降温幅度减小，最低

5、气温略降低，评价降温只针对“最低气温” 。可见，新标准更注重最低气温的变化。 综合考虑，应用新标准认定的寒潮次数可能比旧标准略多。本文着重寒潮发生次数 的长期演变，用哪个标准对演变结论影响不大。 500 hPa 高度场为 NCEP/NCAR 提供的全球再分析 2.52.5逐月平均格点值， 时间长度为 19592002。 2 寒潮发生特点寒潮发生特点 2.1 寒潮发生的月、年、年代分布寒潮发生的月、年、年代分布 图 1 是 1959-2002 年无锡市寒潮发生的年、月分布图。从图中可以看到，1960-1970年代寒潮发生次数较多，1980-1990 年代较少。除冬季寒潮减少外，4 月和 10 月

6、发 生的寒潮也减少了。图 1 无锡 44 年寒潮发生次数的年、月分布 从月分布来看（图略） ，深秋和前冬即 11 月、12 月和 1 月发生次数最多， 占 68%。5-9 月没有发生过。这个结论和文献1所做的关于 11 月和 3-4 月寒潮最多 的结论有所不同。原因除了寒潮划分标准略有不同外，可能和春季 3-4 月冷空气活 动过程快、对苏南地区影响小有关。根据寒潮发生次数年变化曲线和趋势线来看（图略） ，寒潮年发生次数有线性 减少的趋势。从年代变化来看（表 1） ，从 1960 年代到 1980 年代，寒潮发生次数逐渐减少。 这个结论和文献1关于全国寒潮的研究和文献2关于广东省寒潮研究的结论完

7、全 一致。对于 1990 年代，文献1和文献2都没有研究。1990 年代气温高，但并不意 味着发生寒潮的次数少。无锡 1990 年代寒潮发生的次数与最冷的 1970 年代发生次 数差不多。原因是寒潮不仅意味着低温，还表明降温量比较大。1990 年代的气温 增暖，为冷空气影响后降温量达到寒潮标准做好了准备。表 1 各个年代寒潮发生次数的年平均1960 年代 1970 年代 1980 年代 1990 年代 寒潮发生次数年平均 /次 5.0 3.7 3.1 3.72.2 寒潮明显减少发生在哪个月份寒潮明显减少发生在哪个月份因为寒潮的年发生次数是线性减少的，为了更清楚地看到寒潮次数减少主要发 生在哪个

8、月份，计算了 10 月-次年 4 月各月寒潮发生次数的多年变化（图略） 。结 果如下：比较明显变少的是 10 月、12 月、4 月。而 2 月寒潮增加。 3 寒潮发生的两个条件研究寒潮发生的两个条件研究寒潮发生有两个必要条件，一是降温幅度要达到标准，二是最低气温要低到一定程度。为了了解无锡寒潮次数减少是哪个因素起主要作用，首先考虑不同降温幅度， 在这 44 年里的变化情况。其次具体考虑寒潮标准中“降温 8”和“最低气温 4 及以下”的历年发生次数。计算全年中 48 小时内最低气温下降的降温幅度分别为“3-6” 、 “7-9” 、 “10及以上”的降温过程的次数。图 4.8 是多年来 48 小时

9、内最低气温下降的降 温幅度分别为“3-6” 、 “7-9” 、 “10及以上”的降温过程的次数及其线性趋势。 可见，7-9和 10以上的降温过程次数是明显减少的，而 3-6的小幅度降温过程 次数变化不大，1990 年代后期起增加明显些。就是说，大幅降温发生次数明显减 少，小幅降温变化不大。应该说，这种变化既可能是区域性气候增暖包括城市化或 观测环境变化引起的，也可能和形势场上表现的冷空气活动特点有关。a：降温 3-6（3.0-6.9）b： 降温 7-9（7.0-9.9）c：降温 10及以上（10.0 及以 上）图 2 无锡市不同幅度的降温过程次数以下考虑日最低气温的分布特点。计算全年中日最低气

10、温在“5-9” 、 “0-5” 、 “0及以下”的发生次数。图 4.9 是无锡市 1959-2002 年日最低气温在“5-9” 、 “0-5” 、 “0及以下”的三个区域的分布次数。由图可见，最低气温在 5-9发 生的次数是增加的，特别是 1990 年代后期起增加明显。最低气温在 0-5的发生次 数略有增加，但是在 1990 年代后期起有减少。0以下的发生次数呈现明显的减少 趋势。a：日最低气温 5.0-9.9 b：最低气温 0.1-4.9 c：最低气温 0.0及以 下 图 3 无锡市 1959-2002 年日最低气温在不同范围的分布次数 具体到中国气象局“寒潮预报”的标准，多年来，48 小时

11、内最低气温下降 8及以上的逐年次数见图 4a；最低气温在 4及以下的逐年次数见图 4b。图 4a 降温 8及以上的逐年次数 图 4b 最低气温在 4及以下的逐年次数从图 4 可见，最低气温在 4及以下的逐年次数明显减少，其减少速度大于降 温 8及以上逐年次数的减少速度。可知，年度的寒潮发生次数减少，和冷空气降 温幅度变小、最低气温比较高这两个方面都有关系，但是最低气温比较高这个因素 起主要作用。 4 形势场特征形势场特征 4.1 降温幅度变小的形势场特征降温幅度变小的形势场特征 前文的研究表明，降温 7以上的冷空气过程次数明显变少。那么，在形势场 上有没有反映呢？本文利用文献4中对气温分析方法

12、，选取(20 N50 N，60 E150 E)作为特征区域，计算了逐年冬季 12 月-次年 2 月的 500hpa 平均高度场 距平，图略。 1970 年代以来，特征区域的高度场距平呈现线性增高的趋势，说明特征区 域高度场偏高，冷空气偏弱。冷空气对我国东部地区的影响减弱，降温幅度小。可 见，近年来降温幅度变小、最低气温偏高和大气环流形势有直接的关系。 4.2 寒潮发生多年和少年的典型形势场寒潮发生多年和少年的典型形势场以当年 10 月-次年 4 月作为冬半年，先研究冬半年平均气温和寒潮多少的关系。 计算 43 个冬半年逐年 7 个月月平均气温，再减去常年（1971-2000 年）的冬半年月 平

13、均气温，得到冬半年月平均气温距平。将气温距平在0.5 及以内的定为正常 冬，气温距平-0.5定为暖冬，气温距平-0.5定为冷冬。正常冬时，寒潮发生 次数平均为 3.9 次；暖冬时，寒潮发生次数平均为 3.2 次；冷冬时，寒潮发生次数 平均为 4.4 次。可见，平均来看，冷冬和暖冬的寒潮发生次数相差不大。冷冬寒潮 略多。 寒潮发生多少，不仅和气温的绝对数值有关，还和气温的变化有关。1967 年、 1973 年、1983 年冬半年，属于冷冬，但是寒潮却很少，属于少寒潮年。所以，仅 考虑冷暖冬季的环流特征还不够，有必要探究一下寒潮发生多年和少年的形势场的 特征，为寒潮预报打下基础。 逐年统计每个冬半

14、年寒潮的发生次数。如 1959 年 10 月-次年 4 月作为 1959 年 冬半年，那么 1959-2001 年 43 个冬半年，总计发生寒潮 166 次，最多 7 次，最少 0 次，年平均 3.9 次。把发生 6-7 次的作为多寒潮年，发生 0-2 次的作为少寒潮年，3-5 次作为正常 年份。见表 2。 表 2 多寒潮年、正常年和少寒潮年的定义多寒潮年 正常年 少寒潮年寒潮发生次数 6-7 次 3-5 次 0-2 次年数 10 年 22 年 11 年将多寒潮年的 10 月-次年 4 月的各月 500hpa 高度场的平均，减去 22 年正常年 高度场的平均，得到多寒潮年的 500hpa 距平

15、场。同样计算得到少寒潮年的 500hpa 距平场。图略。 在寒潮发生得多和少的年份，同期 500hpa 距平场有明显的不同。在发生得多 的年份，中高纬度高度场偏低，最大偏低 20 个位势米，表明冷空气比较强；同时 太平洋西北部地区偏高，最高偏高 15 个位势米，表明副热带高压强度较强。冷暖 系统都较强，南北温度梯度大，形成我国东部地区的冷暖交错，寒潮过程发生频繁。 但是在少寒潮年，中高纬度高度场略偏高，同时太平洋副高基本正常，表明中国东 部地区气温稳定少波动。 5 本文小结本文小结 本文在 40 多年来无锡气温增暖的背景下，研究了无锡寒潮的发生及其多年变 化特点，并且研究了气温增暖对于寒潮事件

16、的影响。得到的主要结论如下： 1从年发生次数看，寒潮有线性减少趋势。 2分年代看，1960 年代-1980 年代，寒潮发生次数逐渐减少；1990 年代寒潮 又略增多。 3从寒潮减少的月份看，冬季前后月份寒潮减少，而 2 月寒潮增多。4寒潮减少与降温幅度减小、最低气温增高两者都有关系，其中最低气温高 是主要原因。44 年来，7以上的大幅降温发生次数明显减少，日最低气温在 0 以下的日数也呈现明显的减少趋势。 5在寒潮发生得多的年份，500hpa 中高纬度高度场偏低，表明冷空气比较强； 同时太平洋西北部地区偏高，表明副热带高压强度较强。冷暖系统都较强，南北温 度梯度大，寒潮过程发生频繁。在少寒潮年，中高纬度高度场略偏