河南省冬季連續低溫天氣的時(shí)空變化特征

第36卷第4期氣象與環(huán)境科學(xué)Vol. 36 No.42013年11月Meteorological and Environmental SciencesNov. 2013河南省冬季連續低溫天氣的時(shí)空變化特征王紀軍'，潘攀'，胡彩虹2(1.河南省氣候中心,鄭州450003; 2.鄭州大學(xué)水利與環(huán)境學(xué)院,鄭州450001)摘要:利用河南省分布相對均勻的49個(gè)臺站1957-2008年12月-翌年2月的逐日氣溫資料,以最長(cháng)連續低溫日數及其強度為指標,采用線(xiàn)性趨勢分析、小波分析等方法研究了河南省連續低溫天氣的時(shí)空變化特征,結果表明:多年平均的冬季連續低溫日數全省為15.6d。低溫日數的年際變化特征明顯,1984年全省平均低溫日數達34.2天,為歷年最長(cháng);而1965 年,連續低溫日數僅6.5d,為全省平均歷年最短的年份。連續低溫日數不同地區存在差異:在1977年,靈寶連續低溫日數高達56d,固始48d,為歷年來(lái)連續低溫日數持續較長(cháng)的時(shí)段;1965、1991、1995和2007年分別在靈寶、許昌、尉氏、襄城、淮陽(yáng)、沈丘、永城等地連續低溫日數僅為4d。在年代際的變化中,低溫日數呈現略縮短的趨勢,在6-12a的尺度上存在有顯著(zhù)的振蕩周期。低溫強度在空間上也存在差異,大值區主要分布在豫東和豫東南地區,豫西和豫西南一帶相對較小。連續低溫的強度年際變化明顯,且隨時(shí)間有減弱的趨勢,在1964年低溫強度有最大值,1995年有最小值。關(guān)鍵詞:連續低溫日數;低溫強度;河南省;時(shí)空變化;小波分析.中團分類(lèi)號: P468.0*21文獻標識碼:A文章編號:1673 -7148(2013)04 -0001 -05要的糧食生產(chǎn)基地,小麥產(chǎn)量為全國的1/6,在當前引言糧食安全核心區建設的大背景下,對河南省的低溫冬季低溫是地區氣候的重要指標,冬季低溫的研究尤顯迫切。衛秀英等[4)以4個(gè)不同抗寒類(lèi)型強弱與城市冬季采暖、輸水管道防凍等關(guān)系密切,對冬小麥為材料,對黃淮地區越冬期、拔節期、孕穗期冬季設施及農業(yè)生產(chǎn)的整體規劃和布局,以及果樹(shù)、和抽穗期4個(gè)時(shí)期的抗寒生理指標進(jìn)行了研究。除冬小麥等安全越冬密切相關(guān),對越冬作物的引種有冬小麥外,淮南油菜、設施農業(yè)、大棚蔬菜等也會(huì )受參考和借鑒價(jià)值。在全球變暖的背景下,近幾年,極到低溫的影響。目前對冬季低溫的研究大多只是考端低溫、雨雪冰凍等極端冷事件發(fā)生較頻繁,損失也慮了極端低溫值,且大多運用了一個(gè)具體閾值來(lái)定越來(lái)越大。如2008年初中國南方地區發(fā)生了歷史義低溫。由于低溫持續8數對農作物、人們日常生罕見(jiàn)的低溫雨雪冰凍災害,影響范圍廣,持續時(shí)間產(chǎn)、生活、交通運輸、電力等有諸多影響,因此,本文長(cháng),強度大,受災人口達1億多人,直接經(jīng)濟損失兩擬考慮對氣候標準值提出新的指標，即連續低溫日千多億元1-21。近幾年,北方冬季極端低溫天氣也數及其強度,用來(lái)分析河南省低溫的時(shí)空分布特征。頻繁出現,給交通、生活等帶來(lái)不便3-4i。低溫凍害是作物生長(cháng)期內出現一個(gè)或多個(gè)低溫資料與方法天氣過(guò)程,使作物生長(cháng)發(fā)育和產(chǎn)量遭受不良影響,導1.1資料致嚴重減產(chǎn)或品質(zhì)降低的氣象災害。國內對低溫冷害的研究較多,研究?jì)热萆婕霸u價(jià)指標、發(fā)生原因及利用河南省氣候中心提供的1957-2008年分布分布規律、風(fēng)險評估與區劃、對策以及對農業(yè)的危害相對均勻的49個(gè)氣象臺站12月一翌年2月的逐日氣機制、影響規律等[5-8。中國的低溫凍害從地域上溫資料。分為北方低溫冷害和南方低溫冷害。東北地區的低1.2方法溫冷害時(shí)空分布規律研究較多9-13)。河南省是重將12月1日-翌年2月28日(閏年為29日)的收稿日期:2013 -05 -23;修訂日期:2013-07-11中國煤化工基金項目:中國氣象局氣候變化專(zhuān)項( CSP2011-1);國家自然科學(xué)基金(51079131)資助CNMHG作者簡(jiǎn)介:王紀軍(1970-),男.河南偃師人,高級工程師,博士,從事氣候變化研究工作。E-MYCH氣象與環(huán)境科學(xué)第36卷逐日氣溫進(jìn)行排列作為一個(gè)年序列,T"，表示第k站其中,a 是尺度因子,1為平移因子,W,(a,l)稱(chēng)為小.(hk = 1,2,3,.. ,49)第i年(i= 1,2,3,..,51)第j日波系數。(j = 1,2,3,.. ,90)的氣溫值。按照世界氣象組織規2結果與分析定,將每站1971- 2000年逐日的平均值作為氣候值,計算逐站逐年逐日的距平值。2.1連續低溫日數的時(shí)空變化特征把最長(cháng)連續日氣溫為負距平的日數定義為年最經(jīng)計算，每站每年的連續低溫日數是不同的。長(cháng)連續低溫日數LT*,把連續低溫日期間的平均距河南省連續低溫日數年平均為15.6d。不同地區略平定義為連續低溫強度,簡(jiǎn)稱(chēng)低溫強度。有差異:最短的為4 d,占總樣本的0.3% ,出現在小波分析[15]是- - 種信號的時(shí)間尺度(頻率)分1965、1991 .1995和2007年的靈寶、許昌、尉氏、襄析方法,具有多分辨率分析的特點(diǎn),在時(shí)頻兩域都具城、沈丘、濮陽(yáng)和永城;最長(cháng)的為56 d,僅出現1次;有表征信號局部特征的能力,可以對信號進(jìn)行多尺次大值為固始的48 d。低溫日數持續時(shí)間多在6~度細化分析,得到各個(gè)頻率隨時(shí)間的變化及不同頻22d,其中以8d、12d最多，分別占樣本總數的率之間的關(guān)系。8. 24%和8. 08%。小波函數的定義為,設φ(t)為一平方可積函各站51a中連續低溫日數的平均值和最大值數,即φ(t)∈L'(R),若其傅立葉變換ψ(w)滿(mǎn)足容分布見(jiàn)圖1。由圖1a可見(jiàn),全省各地連續低溫日數許條件:均在14d以上,最大值出現在太康,為17.4d。豫Cφ =ψ(w)dw<∞北的北部、中東部的部分地區、南陽(yáng)、信陽(yáng)、三門(mén)峽的局部地區平均連續低溫日數大于16d,太康、安陽(yáng)在則φ(t)稱(chēng)為一個(gè)基本小波或小波母函數。將小波函17 d以上。全省各地連續低溫日最大的區域主要數φ(I)進(jìn)行伸縮和平移,得到連續小波:在周口,而永城、寶豐、孟縣、鄭州等地相對較短。由o.,() =一(二)a,l∈R, a> 0.圖1b可見(jiàn),全省各站點(diǎn)最長(cháng)的連續低溫日數也有很大差別。49個(gè)站平均為37.7d,其中以35 ~39 d居對于任意函數f(t)∈L'(R) 的連續小波變換為多,連續低溫37 d的占40%。最長(cháng)的達56 d,出現Wwan= ()0.1)1 =于f(1)o(一二)du在1977年的靈寶;一般都在32 d以上。37°N37 r30363:343232744720南市13141511617ε310市121314115116 T17E(a)多年平均(b) 歷年最長(cháng)圉1冬季連續低溫 日數的空間分布統計結果(圖2)表明,低溫日數的變化總體呈1972、1963 .1964、1983和2007年數值較大,即在這略減小的趨勢,不同年份存在波動(dòng)。在1964 .1984、幾年全省不同地區持續低溫8數的空間變率較大。2008年,全省平均持續低溫日數都在30d以上,其對連續中國煤化工結果顯示,在20中1984年為34.2 d。在標準差的歷年變化中，世紀60年YHCNMHG數稍低,在1965第4期王紀軍等:河南省冬季連續低溫天氣的時(shí)空變化特征.3年達到最低,僅為6.5 d;70 年代顯著(zhù)增加并達峰際變化中，呈增加一減弱一增加的趨勢。其標準差值;80年代以后有所減少;90年代最少;而2000年也有相似的年代際變化。以后又有所增加。說(shuō)明在全省平均低溫8數的年代403020: 101958 1963 1968 1973 1978 1983 1988 1993 1998 2003 2008圖21957-2008年全省平均連續低溫日數持續時(shí)間及標準差由小波變化結果可以看到(圖3),在6~12 a2.2連續低溫強度的時(shí)空變化特征時(shí)間尺度上,周期振蕩非常顯著(zhù),年最長(cháng)連續低溫日由連續低溫強度的空間分布(圖4)可以看到，數經(jīng)歷了少-→多-→少- +多4個(gè)循環(huán)交替,且2008年低溫強度的大值區主要分布在豫東和豫東南地區，后等值線(xiàn)未閉合,說(shuō)明未來(lái)一段時(shí)間年最長(cháng)連續低其次在中北部和豫南的部分地區。在其標準差的空溫日數將繼續增加;在2 ~4 a時(shí)間尺度上,經(jīng)歷了間分布中(圖略),由東向西有所減弱,即在豫東和少- +多-→少- +多- +少- +多6個(gè)循環(huán)交替,目前正處豫東南的大部,低溫強度年際變化較明顯。歷年各于最長(cháng)連續低溫日數偏多的時(shí)期。站低溫強度的最大值空間如圖4b所示,在豫西北、32-豫東和中南部的局部地區強度較大,低溫強度歷史最大值出現在1969年的伊川,強度為-8.0 C,在.16-豫東北、中東部和豫西山區的部分地區低溫強度8略小。1957- 2008年的51 a間,低溫強度呈現略減弱的變化趨勢,其中在20世紀60年代中后期,連續低溫強度較大,尤其在1964年,全省范圍的低溫強度都在-4.5 C以下,且省內不同站點(diǎn)間差異也最大;隨1960 1965 1970 1975 1980 1985 1999 1995 2000 2005后,連續低溫強度呈波動(dòng)變化,省內不同站點(diǎn)間的差圖31957- -2008年全 省平均連續低溫日數異也變小(圖5),1995年出現了最小值。持續時(shí)間小波變換圖37°N37° Nj363534323.6-3.3 -3.031 110 11 112 - 113 14 115 116 117°E31101市 1i117°1(a)多年平均中國煤化工JYHCNMHG圖41957-2008年低溫強度的空間分布4氣象與環(huán)境科學(xué)第36卷1958 1963 1968 1973 1978 1983 1988 1993 19982003 2008-8圖51957-2008年全省平均低溫強度及標準差冷害預報應用研究[J].應用氣象學(xué)報，2003,14(5):616 - 625.3結論與討論.[8]汪秀清馬樹(shù)慶,襲祝香,等.東北區夏季低溫冷害的長(cháng)期預報方法研究[J].災害學(xué),2005 ,20(1):36 -39.(1)冬季河南省各地出現最長(cháng)連續低溫的時(shí)間[9]李祎君,王春乙.基于多種預測模型的玉米低溫冷害預測集成模多年平均在14d以上,但不同地區存在明顯的空間型[J].災害學(xué),2006,21(4):2-7.變異性。在1957-2008年的51a間,連續低溫出現的[10]矯江,許顯濱,孟英.黑龍江省水稻低溫冷害及對策研究[J].中次數隨時(shí)間有減少的趨勢。在6~12 a、2~4 a的時(shí)國農業(yè)氣象,2004 ,25(2) :26 -28.間尺度上,全省平均的連續低溫日數存在顯著(zhù)的周[11]馬樹(shù)慶,襲祝香,王琪.中國東北地區玉米低溫冷害風(fēng)險評估研究[J].自然災害學(xué)報,2003 ,12(3):137-141.期振蕩。(2)冬季河南省連續低溫的強度存在明顯的年[12]崔錦,李輯,張愛(ài)忠，等.東北夏季低溫的研究進(jìn)展[J].氣象，2007 ,33(4):3-9.際變化,低溫強度呈現略減弱的變化趨勢。在低溫[13]王艷秋,邢俊江,張麗娟,等.黑龍江省旱澇低溫指標及其氣候強度強的年份,各地區間差異也顯著(zhù)。同時(shí)低溫強應用[J].自然災害學(xué)報,2008 ,17(S5);142 - 146.[14]衛秀英,歐行奇,李新華,等.黃淮地區冬春季低溫脅迫對小麥度的空間分布不均。生理特性的影響[J].湖北農業(yè)科學(xué),2009 ,48(1):47 - 50;54.(3)在低溫日數的空間分布中,在豫北的北部、[15]許月卿,李雙成,蔡運龍.基于小波分析的河北平原降水變化規中東部和豫南的部分地區,平均連續低溫日數較長(cháng)。律研究[J].中國科學(xué)D輯,2004 ,34(12):1176 - 183.而在低溫強度的空間分布中,大值區主要在豫東和[16]藍俊倩,余健,王健疆.浙江2011 -01 - 20強降雪過(guò)程降雪帶豫東南一帶。南壓成因的診斷分析[J].氣象與環(huán)境科學(xué), 2011,34(4):52 -58.低溫8數和強度對不同地區的農業(yè)生產(chǎn)的影[17]李超,張慶云.冬季1月東北地區氣溫異常和前兆性信號[J].響,連續低溫天氣對人民的日常生活、出行、交通運科學(xué)通報,2012 ,57(31) :5467 -5472.輸的影響,低溫雨雪天氣對輸電線(xiàn)路等的影響，以及[18]韓麗娟,王梅，錢(qián)拴,等.2007/2008年度冬季氣候對農業(yè)生產(chǎn)的冬季低溫天氣形成的原因等[16-341,將在今后的研究影響[J].中國農業(yè)氣象,2008 ,29(2) :240 -241.中進(jìn)-步探討。[19]趙琳娜,馬清云，楊貴明.等.2008年初我國低溫雨雪冰凍對重點(diǎn)行業(yè)的影響及致災成因分析[J].氣候與環(huán)境研究,2008,13參考文獻(4) :556 - 566.[1]廖玉芳,吳賢云，杜東升,等.2008年湖南低溫雨雪冰凍天氣分析[20]李蘭,陳正洪,劉敏，等.2008年低溫雨雪冰凍對武漢城市公共交通的影響評估[J].長(cháng)江流域資源與環(huán)境, 2011,20(11):與數值模擬[J].自然災害學(xué)報,2011 ,20(2):169 -176.1400 - 1404.[2]邵勰,張祖強,陶麗.2007/2008年冬季中國南方低溫雨雪天氣期[21]袁祥林,王永順.遼寧省低溫雨雪冰凍天氣對交通的影響及防間大氣準雙周振蕩作用分析[J].氣象與環(huán)境科學(xué),2011 ,34(3):御對策[J].現代農業(yè)科技,2010(11) :298.[22]陳正洪,史瑞琴,李蘭.湖北省2008年初低溫雨雪冰凍災害特[3]許國宇.1951- 2009年冬季北京極端低溫事件變化分析[J].氣點(diǎn)及影響分析[J].長(cháng)江流域資源與環(huán)境, 2008, 17(4):象與環(huán)境科學(xué),2011 ,34(1):23 -26.639 -644.[4]李文亮,張麗娟,張冬有，等.黑龍江低溫冷害時(shí)空分布規律與發(fā)[23]王東海，柳崇健,劉英,等.2008年1月中國南方低溫雨雪冰凍生預測研究[J].干旱區資源與環(huán)境,2009 ,23(7):20 -24.天氣特征及其天氣動(dòng)力學(xué)成因的初步分析[J].氣象學(xué)報，[5]張養才,何維勛,李世奎.中國農業(yè)氣象災害[M].北京:氣象出2008 ,66(3) :405 -422.版社,1991.[24]顧雷,魏科黃榮輝2008年1月我國嚴重低溫雨雪冰凍災害與[6]襲祝香,馬樹(shù)慶,王琪.東北區低溫冷害風(fēng)險評估及區劃[J].自東亞季風(fēng)中國煤化工研究208.13(4);:然災害學(xué)報，2003 ,12(2) :98 - 102.405 - 408.MHCNMHG[7]劉布春,王石立,莊立偉,等.基于東北玉米區域動(dòng)力模型的低溫[25]楊貴明，孔期,毛冬艷 ,等2008年初“低溫雨雪冰凍”災害天氣第4期王紀軍等:河南省冬季連續低溫天氣的時(shí)空變化特征5的持續性原因分析[J].氣象學(xué)報,2008.66(5):836 - 849.析[J].暴雨災害,2009 .28(4):328 -332.[26]馬寧,李躍風(fēng),據建華2008年初中國南方低逛雨雪冰陳天氣的[31]丁一匯，王遵婭,宋亞芳,等.中國南方2008年!月罕見(jiàn)低溫雨季節內振蕩特征[J].高原氣象,2011 ,30(2):318-327.雪冰凍災害發(fā)生的原因及其與氣候變暖的關(guān)系[J].氣象學(xué)報，[27]陳偉,杜小惠,王德良，等.2008年初低溫雨雪、冰凍災害的成2008 ,66(5):808 - 825.因分析[J].氣象科學(xué),2008 ,28(增刊):84 -87. .[32]范一大,王磊,聶娟,等.我國低溫雨雪冰凍災害遙感監測評估[28]宗志平,馬杰2008年初凍雨強度變化以及與逆溫層特征之間技術(shù)一-研究 與應用[J].自然災害學(xué)報,2008 ,17(6):21 -25.的關(guān)系[J].氣象,2011 ,37(2):156 - 170.[33]張自銀,龔道溢,郭棟,等.我國南方冬季異常低溫和異常降水[29 ]張春艷,張耀存.2008年初持續性低溫雨雪冰凍事件的東亞高事件分析[J].地理學(xué)報,2008 ,63(9) :899 -912.空急流特征[J].熱帶氣象學(xué)報,2013 ,29(2) :306 -314.[34]宗志平,馬杰,張恒德,等.近幾十年來(lái)凍雨時(shí)空分布特征分析[30]李才媛，王海燕.郭英蓮.等.2009年初湖北省持續雨雪過(guò)程分[J].氣象,2013 ,39(7) :813 - 820.Spatial-temporal Change Characteristics of ContinuousLow Temperature Weather During Winter in Henan ProvinceWang Jijun'，Pan Pan' ，Hu Caihong2(1. Henan Provincial Climate Center, Zhengzhou 450003 , China;2. School of W ater Conservancy and Environment of Zhengzhou University , Zhengzhou 450001, China)Abstract: Using the diurnal temperature observation data from 49 stations in winter during Decem-ber to February in 1957 - 2008， and the index of maximum continuous low temperature days and itsstrength, we analyze the spatial-temporal change characteristics with the method of linear trend and wave-let analysis. The main results are as follows. The mean of the continuous low temperature days is 15. 6 ofHenan province during 1957- 2008 and its interannual variability is evident, it's longest in 1984 with34.2 d and shortest in 1965 with 6.5 d. The spatial distribution of continuous low temperature is hetero-geneity: Lingbao and Gushi have the longest continuous low temperature with 56 and 48 days separatelyin 1977; Lingbao, Xuchang, Weishi, Xiangcheng， Huaiyang, Shenqiu and Yongcheng et al have theshortest continuous low temperature with only 4 days separately in the years of 1965, 1991，1995 and2007. In decadal scale , low temperature days show ltte shorten tendency, and the period of 6- -12 yearsis significant. The low temperature strength is also diference in spatial, and the larger values are in theeast and southeast part and weaker values are in the west and southwest part. The interannual change ofcontinuous low temperature strength is obvious and has a decreasing trend. The low temperature strengthhas maximum value in the year 1964 and minimum value in the year 1995.Key words: continuous low temperature days; low temperature strength; Henan province ; spatial-temporal change; wavelet analysis中國煤化工MYHCNMHG