摘要: 文章基于1992~2022年万山国家站及万山区各乡镇(街道)的冻雨日数与气象要素指标，分析冻雨的时空特征。结果表明：1992~2022年万山站冻雨日数呈显著的减少趋势，以2012年冻雨日数最多，为62 d，2017年与2021年冻雨日数最少，均为9 d。冻雨日数集中分布在每年的1月、2月与12月份，以1月份最多。万山区各年冬季冻雨强度存在较大差异，万山区冬季冻雨空间分布特征和时间演变规律主要受海拔高度、相对高度、迎风坡和背风坡、静止锋区、冷空气厚度和不同高度冷空气活动等因素的影响。
Abstract: Based on the freezing rain days and meteorological indicators of Wanshan National Station and towns (streets) in Wanshan district from 1992 to 2022, this paper analyzes the spatiotemporal characteristics of freezing rain. The results show that the number of freezing rain days at Wanshan Station showed a significant decrease from 1992 to 2022, with the highest number of freezing rain days in 2012, which was 62 days, and the lowest number of freezing rain days in 2017 and 2021, both of which were 9 days. The number of freezing rain days is concentrated in January, February, and December each year, with January being the most frequent. There are significant differences in the intensity of winter freezing rain in Wanshan District over different years. The spatial distribution characteristics and temporal evolution of winter freezing rain in Wanshan District are mainly influenced by factors such as altitude, relative height, windward and leeward slopes, stationary front zone, cold air thickness, and cold air activity at different heights.
1. 引言
万山位于贵州东北部铜仁市的东部，海拔高度为884.3米，海拔高度均超过全市其他9个国家观测，属于高地势观测站典型代表，其观测要素齐全，该站位于北方冷空气从东北路径入黔的主要通道上，基本每年都会出现不同程度的冻雨天气。冻雨作为万山站冬季最为常见的气象灾害之一，其地方性天气气候特征较为显著。尤其是2008年1月中旬至2月中旬，影响范围也扩大，在冬季防冻雨工作成为各级政府部门的重中之重，而冻雨是形成冻雨的主要原因。因此，开展万山冻雨的时空分布及探空温湿特征分析的研究，既可以为预报冻雨天气提供气象要素参考依据，同时也作为铜仁市较高海拔发生冻雨天气时的参考对象，为业务人员发布、更新、解除道路结冰预警时提供参考，具有重要的意义，为该类灾害天气的防灾减灾积累经验。
2. 研究区域概况
万山区属于贵州铜仁市，其东南靠近湖南芷江县，西南邻近新晃县与玉屏县，西靠岑巩县，北邻江口县与碧江区。全区总面积为842平方公里，地势表现出东低西高、中部隆起的特点。通过对万山区冻雨的时空分布及探空温湿特征分析，冻雨是冻雨灾害，其对电力、通讯、交通、农林畜牧业均都有重大不利影响，在冬季防冻雨工作成为各级政府部门的重中之重，因此，开展万山区冻雨天气过程研究及时空分布、探空温湿特征探讨，既可以为预报冻雨天气提供气象要素参考依据，同时也作为铜仁市较高海拔发生冻雨天气时的参考对象，为业务人员发布、更新、解除道路结冰预警时提供参考，具有重要的意义。
3. 研究方法
利用万山国家气象观测站近30年及区域自动气象站2011~2020年冬季地面观测的温度、降水资料，统计分析冻雨的气候特征，根据冻雨的定义，统计万山冻雨天气过程；利用数理统计方法，分析万山冻雨的时空分布特征[1]，绘制时空分布图。得出万山区冻雨的空间分布特征、时间演变规律规律[2]，为政府部门决策部署制定规划提供科学依据。冻雨属于我国西南地区冬季的气象灾害之一[3]，贵州省是全国冻雨出现最频繁的省份，约占总数的84%，根据冻雨发生时探空分析，初步研究了冻雨温湿结构特征和形成的物理机制类型[4]。开展冻雨的气候特征及频发成因研究[5]，可以为预报冻雨天气提供气象要素参考依据，同时也作为铜仁市较高海拔发生冻雨天气时的参考对象[6]，为业务人员发布、更新、解除道路结冰预警时提供参考，具有重要的意义。
4. 冻雨时空分布特征
4.1. 冻雨天气分布特征
Figure 1. Distribution of annual average rainfall in Wanshan district
图1. 万山区多年平均降雨量分布图
Figure 2. Distribution of annual average temperature in Wanshan district
图2. 万山区多年平均气温分布图
万山国家气象观测站为1992~2022年(30年)的观测数据，其余为区域自动气象站2011~2020年(10年)的观测数据。万山区地势西部开阔平缓地势高，东部山峦起伏沟壑纵横地势低，中部隆起，自中部向东、南、北三面倾斜。统计万山区各乡镇(街道)平均多年降水可得分布图(图1)。统计10 a万山区年冬季地面观测的温度，降水得出万山区各乡镇(街道)平均年气温(图2)在10.9~23.4℃之间，统计万山区各乡镇(街道)平均降水量在192.4~2350.8 mm之间，统计万山区国家气象观测站所处的万山镇2011~2022年(30 a)的年平均降水量为1450.2 mm，万山区国家气象观测站所处的万山镇2011~2022年(30 a)的年平均气温为14.0℃ (表1)。
Table 1. Average precipitation and annual average temperature of each township (Street) in Wanshan district from 2011 to 2022
表1. 万山区各乡镇(街道)2011~2022年平均降水量表及年平均气温
| 乡镇(街道) |
年平均降水量(mm) |
平均气温(℃) |
| 高楼坪 |
1171.5 |
14.3 |
| 黄道 |
1370.8 |
14.6 |
| 敖寨 |
1342.4 |
16.1 |
| 下溪 |
1274.6 |
16.3 |
| 鱼塘 |
1362.1 |
15.6 |
| 大坪 |
1468.9 |
15.4 |
| 谢桥 |
1476 |
18.1 |
| 茶店 |
1493.1 |
14.9 |
| 平均值 |
1369.9 |
15.7 |
4.2. 冻雨空间分布特征
统计30 a万山区国家站冻雨出现的日数共计310 d。针对各年份冻雨日数进行统计得出下图3。由下图3可见，2011~2020年在万山国家站的冻雨日数相对往年来说属于减少的趋势。在1992至2022年万山国家站冻雨日数大部分都位于综合年平均值之上，仅有2014年冻雨日数位于年平均值之下，为24 d。自2018年以来万山站冻雨日数大都位于年平均值以下。其中以2012年冻雨日数达到峰值，为63 d，2017年与2021年冻雨日数出现谷值，均为9 d，峰值与谷值之间的差异显著。
Figure 3. Time series diagram of freezing days at Wanshan Station in recent 30 years
图3. 近30 a万山站结冰日数时间序列图
4.3. 冻雨日数极值分布
相对万山冬季来说，目前冻雨的年极值最高依然出现在万山区国家站(万山镇)，整个万山区有2个站点是常年全区中冻雨地区总日数最高的站点，如万山镇和高楼坪乡。对于万山区的冻雨过程而言，有9个站点的日数极大值均出现在2012年冬季，相对来说是万山区冻雨过程影响范围比较大的一年。万山区冬季冻雨总日数极值所在的主要年份同样以2011，2012和2018年为主，其中2011年属于占比最多的年份；其次是平均日数同为2012年和2018年，大多分布在万山区东部、万山区南部(图4)。
Figure 4. Distribution of average frozen rain days in ten thousand mountains over the past 10 years
图4. 近10 a万山平均冻雨天数分布图
由此可以知道，在2011年、2012年、2013年、和2018年的冬季冻雨过程对万山影响最为明显，万山区分别有9个站点的单次冻雨过程持续日数和9个站点的冬季冻雨总日数极大值出现在上述年份之中。最后，从表2中还可发现，表明2012年冬季万山所受到的冻雨天气影响具有比较强的局地性。
统计10 a万山区各乡镇(街道)月冻雨次数(表3)，万山区冻雨主要出现时间在12~2月，3月~11月全区范围均没有出现过冻雨天气。12~2月冻雨日数占全年的100%。逐月的冻雨日数分布呈单峰正态分布，2月为峰值，占全年的40%，1月次之，占全年的30.1%。冻雨日数最多为万山镇310次，最少为谢桥街道办事处3次。全年各月中，4~11月各乡镇(街道)均未出现过冻雨，均出现在12~2月份。
Table 2. Statistics of the duration of the single process and maximum number of winter freezing days in Wanshan
表2. 万山区单次冻雨过程最长持续日数和冬季冻雨日数极大值出现年份及站数的统计分析
| 单次冻雨过程最长持续日数 |
冬季冻雨日数极大值 |
| 排序 |
年份 |
站数 |
日数/d |
排序 |
年份 |
站数 |
日数/d |
| 1 |
2011 |
1 |
46 |
1 |
2011 |
1 |
29 |
| 2 |
2012 |
1 |
62 |
2 |
2012 |
1 |
24 |
| 3 |
2018 |
1 |
47 |
3 |
2018 |
1 |
22 |
| 4 |
2013 |
1 |
28 |
4 |
2013 |
1 |
10 |
Table 3. Statistics of freezing rain days in towns (streets) of Wanshan district
表3. 万山区乡镇(街道)冻雨日数统计
| 乡镇 |
统计年份 |
1月 |
2月 |
3月 |
4月 |
5月 |
6月 |
7月 |
8月 |
9月 |
10月 |
11月 |
12月 |
合计 |
| 高楼坪 |
2011~2020 |
10 |
10 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
6 |
26 |
| 黄道 |
2011~2020 |
5 |
8 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
6 |
19 |
| 敖寨 |
2011~2020 |
5 |
6 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
5 |
16 |
| 下溪 |
2011~2020 |
5 |
8 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
5 |
18 |
| 鱼塘 |
2011~2020 |
8 |
7 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
4 |
19 |
| 大坪 |
2011~2020 |
8 |
4 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
6 |
18 |
| 谢桥 |
2011~2020 |
2 |
3 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
5 |
| 茶店 |
2011~2020 |
9 |
8 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
4 |
22 |
| 万山镇 |
2011~2020 |
110 |
120 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
80 |
310 |
4.4. 万山国家站及各乡镇(街道)极端温度特征
根据表4知万山区极端最低温度最大值为万山镇−7.9℃。极端最低温度最小值为谢桥街道办事处−3.8℃ (表4)。全区8个乡镇(街道)中有6个镇的最高极端气温出现在1月，其他2个乡镇(街道)的极端气温分别出现在12月和2月。
Table 4. Extreme temperature situation of each township (Street) in Wanshan district
表4. 万山区各乡镇(街道)极端最低温度情况表
| 乡镇(街道) |
极端最低温度(℃) |
出现时间 |
| 万山镇 |
−7.9 |
2018.12.30 |
| 黄道 |
−6.4 |
2018.01.29 |
| 敖寨 |
−5.7 |
2012.01.25 |
| 下溪 |
−4.4 |
2011.01.12 |
| 鱼塘 |
−5.6 |
2014.02.14 |
| 大坪 |
−6.5 |
2018.01.29 |
| 谢桥 |
−3.8 |
2011.01.12 |
| 茶店 |
−5.9 |
2012.01.25 |
5. 结语
本文通过分析万山国家站1992~2022年及万山区各乡镇2011~2020年的冻雨日数、温度、降水等气象要素指标，对时空特征进行了分析，得出以下结论：1) 在统计年份中万山区国家站冻雨日数有比较显著的减少趋势，以2012年冻雨日数最多，为62 d，2017年与2021年冻雨日数最少，均为9 d。冻雨日数集中分布在每年的1月、2月与12月份，以1月份最多；2) 冻雨空间分布不均，主要集中在万山区东部海拔高度较高的地区。3) 万山区冬季冻雨空间分布特征和时间演变规律主要受海拔高度、相对高度、迎风坡和背风坡、静止锋区、冷空气厚度和不同高度冷空气活动等因素的影响。4) 1992~2022年铜仁市万山区国家站凝冻发生时平均气温与降水量的波动变化较为明显，不同的年份气温整体呈减少趋势。
NOTES
*第一作者。
#通讯作者。