摘要:
利用新疆塔城地区北部5个气象观测站1960年~2019年逐年、月、日气温资料，从中筛选出符合条件的24 h寒潮、强寒潮、特强寒潮天气频数，运用合成分析、回归分析等方法，研究了塔城地区北部寒潮天气的气候统计特征及变化特征，结果表明：近60a塔城地区北部24 h寒潮频数最多，强寒潮次之，特强寒潮最少；寒潮均以11月出现最多，9月、5月或10月最少；寒潮均以冬季出现最多，秋季次之，春季最少；寒潮基本以1960年代或1970年代出现最多，1980年代、21世纪初年或10年代最少；24 h寒潮频数以0.56次/10a的速率显著减少，托里24 h寒潮、强寒潮频数分别以0.36次/10a、0.08次/10a的速率显著减少，特强寒潮频数以0.01次/10a的速率显著增加；塔城地区北部寒潮天气的发生与三面环山向西开口的喇叭状盆地地形有密切关系。
Abstract:
Based on 5 meteorological observatory temperature data from 1960 to 2019 in northern Tacheng area, Xinjiang, by screening cold wave, strong cold wave and strong cold wave weather in 24 h, using the method of synthetic analysis and regression analysis the climate statistical features and changes of cold wave weather were analyzed, the results show that cold wave frequency was the most, secondly strong cold wave, extreme cold wave was the least in northern Tacheng area nearly 60a. The cold wave occurred most frequently in November and least frequently in September, May or October. The cold wave occurred from most to least was winter, autumn and spring. The most cold waves occurred in the 1960s or 1970s, while the least occurred in the 1980s and 2001~2010. The cold wave frequency was decreasing significantly at a rate of 0.56 times/10a, especially cold wave frequency and strong cold wave frequency were decreasing significantly at a rate of 0.36 times/10a and 0.08 times/10a in Toli, and extreme cold wave frequency was increasing significantly at a rate of 0.01 times/10a. The cold wave weather was closely related to the terrain, such as the trumpet shaped basin opening to the west, surrounded by mountains on three sides.
1. 引言
寒潮是冬半年来自极地或寒带的寒冷空气大规模向中、低纬度的侵袭活动，常造成剧烈降温，有时伴有大风、暴雪、低温冷害等灾害性天气，是冬春季影响我国北方地区农牧业生产、林果安全越冬、交通运输以及公众出行等的常见灾害性天气之一。国内众多学者对寒潮天气进行了诸多研究，王遵亚、康志明、钱维宏、朴春兰 [1] [2] [3] [4] 利用各项气象资料，研究了中国寒潮的时空变特征、活动特征、可能原因及其与冬季增暖的关系。新疆西北部寒潮天气发生频率高、影响范围广，秋冬春季受寒潮影响严重，新疆的气象工作者对寒潮进行了各种研究，张俊兰等 [5] 利用20场北疆典型寒潮天气过程的高空、地面和数值预报产品资料，对北疆寒潮天气进行了环流分型和区域分型，毛炜峄等 [6] 研究了近65a乌鲁木齐寒潮频数和强度的气候变化特征，白松竹 [7] 利用多种资料分析了新疆北部阿勒泰地区寒潮天气过程强降温及强降雪成因，文献 [7] - [12] 利用多项资料对新疆北部地区、阿勒泰地区、博州地区强寒潮天气特征及成因、寒潮天气过程强降温及强降雪成因进行了诊断分析，得出一些对预报工作有指导意义的结论。
塔城地区位于新疆西北部，属于大陆性干旱和半干旱气候区，辖区内共分布有7个气象观测站，境内地形复杂，四季气候差异较大，结合实际业务需求，将塔城地区划分为塔城地区北部(包括：塔城、额敏、裕民、托里、赛尔谷地(简称“和丰”))、地区南部(包括：乌苏、沙湾)，地区北部夏季炎热短促，冬季寒冷漫长，积雪深厚，每年春秋冬季多寒潮天气，给农牧业生产、公路交通运输、公众出行、城市运行造成较大影响。本文重点分析塔城地区北部寒潮天气的气候变化特征，以期为提高寒潮预报预警准确率提供技术支撑。
2. 资料和方法
2.1. 寒潮标准
寒潮标准根据国家标准(GB/T 21987-2008)中相关规定 [13]，本文仅讨论和分析日平均气温24小时内降幅≥8℃，且日最低气温≤4℃的寒潮；某地日平均气温24小时内降幅≥10℃，且日最低气温<2℃的强寒潮；某地的日平均气温24小时内降幅≥12℃，某地日平均气温24小时内降幅≥12℃，且日最低气温<0℃的特强寒潮。
2.2. 资料和方法
利用塔城地区北部5个气象观测站1960年~2019年逐年、月、日气温资料，按照24小时寒潮标准定义，以寒潮频数作为定量表征指标，统计分析了近60a塔城地区北部及5站24 h寒潮、强寒潮、特强寒潮频数的年、季、月气候统计特征及变化特征；以3~5月为春季，9~11月为秋季，12月~次年2月为冬季。
采用线性趋势法，对寒潮天气频数时间序列进行变化特征分析，采用F检验方法对频数进行显著性检验，统一以显著性水平达到0.05作为通过检验的标准。
3. 寒潮统计特征
3.1. 寒潮频数
从图1可以看出，近60a塔城地区北部各类寒潮天气频数为755次，其中24 h寒潮最多达496次，其次为强寒潮206次，特强寒潮最少为153次；除额敏以24 h寒潮最多，其次为特强寒潮，最少为强寒潮外，其余4站均以24 h寒潮频数最多，其次为强寒潮，最少为特强寒潮，其中托里24 h寒潮最多，达125次，其后依次为塔城110次，额敏100次，裕民87次，和丰73次；24 h强寒潮频数仍以托里最多，达53次，其后依次为塔城、裕民46次，额敏42次，和丰19次；24 h特强寒潮频数以额敏最多，达47次，其后依次为塔城42次，托里31次、裕民26次，和丰7次。
Figure 1. Frequency of cold wave in northern Tacheng area in recent 60a
图1. 近60a年塔城地区北部寒潮天气频数
3.2. 寒潮最大降温率
从表1可以看出，塔城地区北部5站24 h寒潮、强寒潮最大降温率均分别为9.9℃、11.9℃(或11.7℃)，而24 h特强寒潮差异较大，其中额敏降温率最大，达22.9℃，出现于1960年11月18~19日，最低气温−33.1℃，其次为塔城降温率21.5℃ (1960年11月18~19日)，最低气温−30.6℃，托里降温率20.1℃ (1960年11月17~18日)，最低气温−29.5℃，居第三，裕民降温率19.3℃ (1960年11月18~19日)，最低气温−25.8℃，和丰降温率15.2℃ (1960年11月18~19日)，最低气温−26.2℃。
Table 1. The maximum cooling rate of cold wave in northern Tacheng area in recent 60a
表1. 近60a年塔城地区北部寒潮最大降温率
4. 寒潮频数变化特征
4.1. 寒潮频数月际分布
从表2可以看出，塔城地区北部24 h寒潮频数月际分布表现为：11月最多，其后依次为2月、1月、12月、10月、3月、4月、9月、5月，最少为8月，仅1次；强寒潮频数以11月最多，其后依次为12月、1月、2月、10月、4月、3月、9月和5月最少；特强寒潮频数以11月最多，其后依次为1月、12月、2月、4月、3月、9月和10月最少；就站点而言，24 h寒潮基本以11月、12月或10月最多，5月、9月、8月最少仅1次，强寒潮基本以11月、12月、1月或10月最多，4月、5月、9月、3月最少仅1次，特强寒潮基本以11月、1月最多，9月、3月、2月、8月最少仅1次。在统计中发现塔城地区北部海拔最高的托里、和丰(海拔高度分别为1077.7米、1293.0米)，于8月末出现过寒潮和特强寒潮天气，托里于1996年8月29日~30日出现一次寒潮天气，24 h降温15.5℃，日最低气温2.5℃，和丰于1996年8月29日~30日出现一次特强寒潮天气，24 h降温13.1℃，日最低气温−0.7℃，其他测站均未出现过。由于8月寒潮出现极少，故仅做统计，不对其做具体分析。
Table 2. Monthly distribution of cold wave frequency in northern Tacheng area in recent 60a
表2. 近60a年塔城地区北部寒潮频数月际分布
4.2. 寒潮频数季节分布
从表3可以看出，塔城地区北部24 h寒潮冬季频数最多，达221次，占总频数的44%，秋季次之，达175次，占总频数的36%，春季最少，为99次，占总频数的20%；强寒潮冬季频数最多，达99次，占总次数的50%，秋季次之，达72次，占总频数的32%，春季最少，为35次，占总频数的18%；特强寒潮冬季频数最多，达82次，占总频数的55%，秋季次之，达47次，占总频数的30%，春季最少，为22次，占总频数的14%；就站点分布而言，冬季塔城、裕民、托里、和丰均表现为24h寒潮频数 > 强寒潮 > 特强寒潮，仅额敏表现为24 h寒潮频数 > 特强寒潮 > 强寒潮，秋季、春季塔城、裕民、额敏、和丰均表现为24 h寒潮频数 > 强寒潮 > 特强寒潮，仅托里表现为24 h寒潮频数 > 特强寒潮 > 强寒潮。
塔城地区北部24 h寒潮、强寒潮、特强寒潮频数均以冬季最多，秋季次之，春季最少，冬季仅额敏表现为24 h寒潮频数 > 特强寒潮 > 强寒潮，秋季、春季仅托里表现为24 h寒潮频数 > 特强寒潮 > 强寒潮。
Table 3. Seasonal distribution of cold wave frequency in northern Tacheng area in recent 60a
表3. 近60a年塔城地区北部寒潮频数季节分布
4.3. 寒潮频数年代际分布
从图2(a)~(c)可以看出，塔城地区北部24 h寒潮频数年代际分布为：1960年代最多，1970年代次之，21世纪10年代居第三，1990年代居第四，最少为1980年代和21世纪初年；强寒潮以1970年代最多，1990年代次之，1960年代居第三，21世纪10年代居第四，21世纪10年代居第五，1980年代最少；特强寒潮以1960年代最多，1980年代次之，1990年代和21世纪初年居第三，1970年代居第四，21世纪10年代最少。
就站点而言，5站24 h寒潮、强寒潮在1960、1070、1980年代均呈“多–少–少”、“少–多–少”的分布，之后出现多或少的差异，5站24 h特强寒潮频数在1960、1970年代均呈“多–少”，21世纪10年代均呈“少”的分布，其他年代呈多或少的差异。
(a) 
(b) 
(c)
Figure 2. Decadal distribution of cold wave frequency in northern Tacheng area in recent 60a. (a) 24 h cold wave; (b) 24 h strong cold wave; (c) 24 h extreme cold wave
图2. 近60a年塔城地区北部区寒潮频数年代际分布。(a) 24 h寒潮；(b) 24 h强寒潮；(c) 24 h特强寒潮
4.4. 寒潮频数线性变化趋势
从表4可以看出，塔城地区北部24 h寒潮、强寒潮、特强寒潮频数均呈减少趋势，尤以24 h寒潮频数减小最明显，以0.31次/10 a的速率显著减少(通过了0.05的显著性水平检验)；就站点而言，塔城、额敏24 h寒潮均呈不显著减少趋势(未通过了显著性水平检验，下同)，和丰呈不显著增加趋势，仅托里以0.36次/10a的速率显著减少(通过了0.001的显著性水平检验)；裕民、额敏、和丰24 h强寒潮呈不显著增加趋势，塔城呈不显著减少趋势，仅托里以0.08次/10a的速率显著减少(通过了0.001的显著性水平检验)；除托里24 h特强寒潮以0.01次/10a的速率显著增加(通过了0.001的显著性水平检验)外，其余各站均呈不显著减少趋势。
Table 4. The linear trend of cold wave frequency in northern Tacheng area in recent 60a (unit: times/10a)
表4. 近60a年塔城地区北部区寒潮频数线性倾向率(单位：次/10a)
注：*通过0.05的显著性检验；***通过0.001的显著性检验；−未通过检验。
5. 小结
1) 近60a塔城地区北部24 h寒潮频数最多，强寒潮天气次之，特强寒潮最少。
2) 塔城地区北部24 h寒潮、强寒潮最大降温率均分别为9.9℃、11.9℃，而24h特强寒潮差异较大，其中额敏降温率最大，达22.9℃，其后依次为塔城(21.5℃)、托里(20.1℃)、裕民(19.3℃)。
3) 塔城地区北部寒潮频数均以11月出现最多，9月、5月或10月最少。
4) 塔城地区北部寒潮频数以冬季最多，秋季次之，春季最少，冬季仅额敏表现为24 h寒潮频数 > 特强寒潮 > 强寒潮，秋季、春季仅托里表现为24 h寒潮频数 > 特强寒潮 > 强寒潮。
5) 塔城地区北部寒潮频数基本以1960年代或1970年代出现最多，1980年代、21世纪初年或10年代最少。
6) 塔城地区北部寒潮频数均呈减少趋势，其中24 h寒潮频数以以0.31次/10a的速率显著减少，5站中仅托里24 h寒潮、强寒潮分别以0.36次/10a、0.08次/10a的速率显著减少，特强寒潮以0.01次/10a的速率显著增加。
7) 塔城地区北部寒潮天气的发生与三面环山向西开口的喇叭状盆地地形有密切关系。
基金项目
中亚大气科学研究基金项目“塔城地区北部暴风雪天气对公路交通影响及预报”(caas201717)资助。
NOTES
*通讯作者。