胡姍姍，熊 敏，熊世為，杜少棟

(滁州市氣象局，安徽 滁州 239000)

1952—2016年滁州地區(qū)冰凍積雪時空特征及影響因子分析

胡姍姍，熊 敏，熊世為，杜少棟

(滁州市氣象局，安徽 滁州 239000)

利用1952—2016年滁州地區(qū)7個國家基本站積雪、冰凍地面觀測資料，采用累積距平、相關(guān)分析、Mann-Kendall檢驗、小波分析等統(tǒng)計方法，分析了滁州地區(qū)積雪冰凍時空分布特征和長期變化特征。結(jié)果表明，1952—2016年滁州地區(qū)冰凍、積雪日數(shù)和積雪深度均呈現(xiàn)波動下降的趨勢，其中冰凍日數(shù)下降趨勢較為顯著，并在80年代末開始發(fā)生突變減少；積雪日數(shù)在90年代末期以前以增多趨勢為主，之后呈下降趨勢；冰凍日數(shù)呈緯向分布，在中東部呈舌狀分布；積雪日數(shù)呈西北多東南少分布，東部天長一帶積雪日數(shù)最少。日最低氣溫在-1 ℃左右、日最高氣溫在3～4 ℃、日平均風(fēng)速在2 m·s-1以下、日平均相對濕度在75%左右時，最有利于冰凍的發(fā)生；日平均氣溫和日平均地表溫度在1 ℃左右、日平均相對濕度80%左右、日降水量6 mm以下時，有利于滁州積雪天氣產(chǎn)生。

積雪； 冰凍； 累積距平； 趨勢檢驗

冰凍積雪災(zāi)害作為一種重要氣象災(zāi)害，對我國社會經(jīng)濟的影響越來越大，嚴(yán)重的冰凍災(zāi)害對建筑業(yè)、電力、農(nóng)業(yè)和交通運輸業(yè)等都會造成不同程度的影響。目前引起冰凍災(zāi)害的成因已引起氣象學(xué)者的廣泛關(guān)注，并進行了大量的研究分析[1-12]。王遵婭[13]詳細分析了中國冰凍日數(shù)的氣候及變化特征，發(fā)現(xiàn)雨淞主要出現(xiàn)在中國南方地區(qū)，而霧淞主要出現(xiàn)在中國北方地區(qū)，并在20世紀(jì)90年代初發(fā)生突變減少。王穎等[14]對中國南方地區(qū)冰凍災(zāi)害的時空分布特征進行分析，發(fā)現(xiàn)冰凍災(zāi)害發(fā)生頻率和冰凍災(zāi)害發(fā)生強度的空間分布均呈顯著緯度地帶性和垂直地帶性特征。溫華洋等[15]利用多元線性回歸和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)兩種方法，建立了安徽省3個不同區(qū)域電線積冰標(biāo)準(zhǔn)冰厚的氣象估算模型。張卉慧等[16]對2008年雨雪冰凍災(zāi)害期間在安徽潛山測得的降水粒子譜數(shù)據(jù)進行了分析。

滁州地處江淮分水嶺，屬亞熱帶季風(fēng)氣候，各類極端天氣事件頻繁發(fā)生，冰凍災(zāi)害也經(jīng)常發(fā)生，其中2008年中國南方低溫雨雪冰凍災(zāi)害對滁州造成嚴(yán)重的影響和重大損失，農(nóng)作物受災(zāi)面積達2 750 hm2，直接經(jīng)濟損失超過5 270萬元。目前對于滁州地區(qū)冰凍災(zāi)害的研究多集中于對冰凍暴雪天氣的過程總結(jié)及成因分析，針對滁州地區(qū)冰凍災(zāi)害的氣候研究尚未開展，本文對1952—2016年滁州冰凍災(zāi)害的時空分布特征及氣象影響因子進行深入和詳細的分析，以期為滁州地區(qū)積雪冰凍災(zāi)害的評估和防災(zāi)減災(zāi)服務(wù)提供有益參考。

1 資料與方法

采用1952—2016年滁州地區(qū)7個氣象觀測站結(jié)冰、積雪天氣現(xiàn)象觀測資料，以觀測記錄中某日觀測到結(jié)冰或積雪記為一個冰凍日或積雪日，其中結(jié)冰資料采用1952—2016年的數(shù)據(jù)，積雪資料采用1954—2016年的數(shù)據(jù)。利用線性傾向估計、相關(guān)分析、累積距平、Mann-Kendall檢驗和小波分析等統(tǒng)計方法分析滁州地區(qū)積雪冰凍災(zāi)害的時空分布特征、長期變化特征。

2 滁州積雪冰凍的分布特征

2.1 積雪冰凍的空間分布

1952—2016年滁州地區(qū)年平均冰凍日數(shù)為50～70 d。冰凍日數(shù)空間分布呈顯著的緯向性特征，由北向南呈現(xiàn)遞減趨勢，年平均冰凍日數(shù)最高值位于滁州北部鳳陽，達70 d，其次是來安、定遠和明光60～62 d，南部全椒最少，僅50 d。另外在垂直地帶性特征上，冰凍日數(shù)與各站海拔高度有關(guān)，在滁州中東部地區(qū)冰凍日數(shù)等值線呈舌狀分布(圖1)。

積雪日數(shù)較冰凍日數(shù)明顯偏少，1954—2016年滁州地區(qū)年平均積雪日數(shù)為6.8～9.6 d，總體呈西北多東南少的特點。積雪日數(shù)高值區(qū)位于北部定遠、鳳陽和明光，為8.9～9.6 d，其中定遠最高(9.6 d)，其次是滁州、來安、全椒7.6～8.6 d，東部天長最少，為6.8 d。滁州積雪日數(shù)的空間分布也具有明顯區(qū)域特征，自北向南逐漸減少。

圖1 1954—2016年滁州7站年平均冰凍日數(shù)空間分布和年平均積雪日數(shù)空間分布

2.2 積雪冰凍的時間分布

從1952—2016年滁州地區(qū)冰凍、積雪日數(shù)的月平均分布來看(圖2)，從10月至翌年4月均會出現(xiàn)冰凍天氣，主要集中在12月至翌年2月，冬季冰凍日數(shù)占全年的83%，其中1月冰凍天氣發(fā)生最多，占全年的31%，2月和12月次之，分別占全年的21%和24%。3—4月強冷空氣南下導(dǎo)致倒春寒天氣發(fā)生時以及10—11月冷空氣活動逐漸頻繁時也偶有冰凍天氣發(fā)生，共占全年的12%。而出現(xiàn)積雪的時段比冰凍更集中，滁州地區(qū)從11月至翌年3月都有可能出現(xiàn)積雪，其中12月和1月最多，共占全年的78%；其次是2、3月和11月，有降雪時積雪也偶有出現(xiàn)。

圖2 1954—2016年滁州月冰凍、積雪日數(shù)變化

3 滁州積雪冰凍災(zāi)害的時間變化特征

3.1 年際變化

1952—2016年滁州年平均冰凍日數(shù)58 d，年冰凍日數(shù)達到70 d及以上的共5 a，1969年最多，達87 d；年冰凍日數(shù)在40 d及以下的有4 a，其中1953年最少，僅有32 d。年平均積雪日數(shù)9 d，積雪日數(shù)達到20 d以上的有6 a，1969年最多為32 d，有2 a未出現(xiàn)積雪，分別是1975年和2007年。1975年雖然結(jié)冰日數(shù)最多，但未出現(xiàn)積雪，而2007年結(jié)冰日數(shù)最少，也未出現(xiàn)過積雪，可見二者的相關(guān)性并不明顯。

從圖3可以看出，1952—2016年滁州站逐年冰凍、積雪日數(shù)變化曲線均呈現(xiàn)波動下降的趨勢，冰凍日數(shù)減少幅度為1.4 d·10 a-1，積雪日數(shù)減少幅度為1.0 d·10 a-1。其中1974—1982年冰凍日數(shù)年際變化平緩，1965—1973年和2002—2013年冰凍日數(shù)年際變化較大，2014年后變化相對平穩(wěn)。而積雪日數(shù)除2000—2006年以及2009年以來變化平穩(wěn)外，其余時段年際變化較大。

圖3 1952—2016年滁州站年平均冰凍、積雪日數(shù)變化

1954—2016年滁州積雪深度也呈現(xiàn)出減小趨勢(圖4)，其中1955—1958年、1983—1988年、2006—2013年年際變化較大。2008年積雪深度最大，為47 cm，其次是1955年的43 cm以及1954年的42 cm。

圖4 1954—2016年滁州逐年最大積雪深度變化

3.2 年代際變化

由圖5可以看出，滁州冰凍日數(shù)呈明顯階段性變化，各個年代均有所不同。90年代中期以前滁州冰凍日數(shù)呈增多趨勢，之后則出現(xiàn)減少趨勢，冰凍日數(shù)偏多和偏少的轉(zhuǎn)折點出現(xiàn)在90年代中期。90年代末期以前滁州積雪日數(shù)呈現(xiàn)出多雪、少雪交替，但總體以相對較多為主，之后相對較少?？梢娫?0年代末期以前冰凍日數(shù)和積雪日數(shù)均偏多，二者呈正相關(guān)；90年代中期到末期冰凍日數(shù)偏少而積雪日數(shù)偏多，呈負相關(guān)；90年代末期以后二者均偏少，呈正相關(guān)。

虛線為11 a滑動平均圖5 1954—2016年滁州冰凍日數(shù)累積距平曲線和積雪日數(shù)累積距平曲線

3.3 變化趨勢及顯著性檢驗

從長期趨勢看，滁州地區(qū)冰凍日數(shù)呈減少趨勢，傾向率為-3.2 d·10 a-1，通過α=0.01的顯著性檢驗。從空間分布來看(圖6)，傾向率最小值位于滁州東部和南部的天長、明光、來安、全椒等地，呈減少的趨勢；最大值位于定遠、鳳陽和滁州，也呈減少趨勢。全市冰凍傾向率在-2.1～-5.6 d·10 a-1，相關(guān)系數(shù)全部通過α=0.05的顯著性檢驗，其中滁州、來安、全椒、天長、明光通過α=0.01的顯著性檢驗。積雪日數(shù)也呈緩慢減少趨勢，傾向率為-0.5 d·10 a-1，傾向率最小值位于北部鳳陽和南部全椒，其次是滁州、明光，最大值位于來安、天長和定遠。全市積雪傾向率為-0.3～-0.7 d·10 a-1，相關(guān)系數(shù)均未通過顯著性檢驗，變化趨勢不顯著。

由圖7可以看出，冰凍從80年代末以來有明顯減少的趨勢。90年代中期以來至2010年這種減少趨勢超過α=0.05的顯著性水平，表明從80年代末開始滁州地區(qū)冰凍日數(shù)在減少，至90年代中期以來減少十分顯著，這與前面分析結(jié)論一致，2010年后又有增長趨勢，2013年起趨于平穩(wěn)。積雪日數(shù)雖然UF統(tǒng)計量和UB統(tǒng)計量有多處相交，但均未通過α=0.05的顯著性檢驗，說明滁州地區(qū)積雪日數(shù)沒有發(fā)生明顯突變。

3.4 周期分析

對1954—2016年滁州地區(qū)冰凍日數(shù)時間序列采用小波變換法進行分析，由圖8可以看出，滁州地區(qū)冰凍日數(shù)存在明顯的年和年代變化，1990年后年變化的周期為2～3 a，表現(xiàn)較穩(wěn)定，準(zhǔn)16 a的周期信號近50 a來幾乎一直存在。積雪日數(shù)也存在3 a左右的年際變化周期，最強信號在20世紀(jì)60年代末到90年代初，周期信號準(zhǔn)15 a的年代際周期信號在20世紀(jì)80年代后更加顯著。

4 出現(xiàn)積雪冰凍的氣象因子分析

4.1 冰凍產(chǎn)生的氣象條件

氣溫、相對濕度和風(fēng)速等是產(chǎn)生冰凍災(zāi)害的重要氣象條件，對冰凍天氣的預(yù)測具有參考意義[17]。滁州地區(qū)10月至翌年4月均會出現(xiàn)冰凍天氣，統(tǒng)計分析該時段的冰凍日數(shù)與氣象要素的相關(guān)關(guān)系可知，冰凍日數(shù)與最高氣溫和最低氣溫、平均風(fēng)速均存在顯著的負相關(guān)關(guān)系，與相對濕度呈正相關(guān)，均通過了α=0.01的顯著性檢驗，其中冰凍日數(shù)與最低氣溫相關(guān)系數(shù)最高，為-0.51。

圖6 1954—2016年滁州冰凍趨勢和積雪趨勢

圖7 1954—2016年冰凍日數(shù)和積雪日數(shù)Mann-Kendall統(tǒng)計曲線

通過統(tǒng)計冰凍天氣發(fā)生時的氣象要素頻率百分比分布，來確定滁州地區(qū)出現(xiàn)冰凍天氣的有利氣象條件。可以看出，冰凍發(fā)生時，日最低氣溫主要集中在-5～1 ℃，日最高氣溫主要集中在1～5 ℃，最易引起冰凍發(fā)生的最低氣溫為-1 ℃左右，有19%以上的樣本發(fā)生冰凍災(zāi)害，2 ℃以上發(fā)生冰凍災(zāi)害的概率較小，日最高氣溫3～4 ℃易引起冰凍；冰凍發(fā)生時，風(fēng)速較小，平均風(fēng)速基本在5 m·s-1以下，最易引起發(fā)生冰凍災(zāi)害的平均風(fēng)速為2～3 m·s-1，可見靜小風(fēng)有利于冰凍天氣產(chǎn)生；冰凍發(fā)生時，相對濕度較大，主要集中在50%～80%，出現(xiàn)最多是在75%左右，當(dāng)相對濕度小于40%時發(fā)生冰凍災(zāi)害概率較小(圖9)。

圖8 1964—2016年滁州地區(qū)冰凍日數(shù)序列小波分析和積雪日數(shù)序列小波分析

4.2 積雪產(chǎn)生的氣象條件

影響積雪的氣象因子較多，除了氣溫、相對濕度外，還有降水量、地表氣溫等。研究發(fā)現(xiàn)，濕而冷的冬季最有利于積雪的形成，在暖濕和冷干兩種情況下，積雪變化由降雪量和氣溫兩者影響的大小來決定[18-20]。由圖10可以看出，積雪災(zāi)害發(fā)生時，日平均氣溫主要集中在-3～3 ℃，其中1 ℃左右產(chǎn)生積雪的概率最高；相對濕度主要集中在70%～90%，約占80%，低于50%則未出現(xiàn)積雪，可見濕度較大是積雪產(chǎn)生的必要條件；平均地表溫度主要集中在-2～2 ℃，日降水量主要集中在0～6 mm，約占75%左右。

圖9 1954—2016年滁州冰凍日的氣溫、風(fēng)速和相對濕度的頻率分布

圖10 近60 a滁州積雪日的溫度、相對濕度、地表溫度和日降水量的頻率分布

4 小結(jié)

1952—2016年滁州地區(qū)冰凍積雪日數(shù)空間分布的區(qū)域性特征較明顯，冰凍日數(shù)整體呈由北向南遞減的趨勢，冰凍日數(shù)的高值中心位于北部鳳陽，低值中心位于南部全椒。冰凍日數(shù)與各站海拔高度有關(guān)，在滁州中北部地區(qū)冰凍日數(shù)呈舌狀分布；積雪日數(shù)呈西北多東南少分布，高值區(qū)位于東北地區(qū)的定遠，低值區(qū)位于東部天長。近60 a來滁州地區(qū)冰凍災(zāi)害主要發(fā)生在12月至翌年2月，占全年總冰凍數(shù)的83%，其中1月發(fā)生最多，在周期特征上，冰凍日數(shù)存在準(zhǔn)10 a的周期信號，2～3 a的年際周期變化在1990年后顯著；積雪主要發(fā)生在11月至翌年3月，其中12月和1月出現(xiàn)最多，也存在3 a左右和準(zhǔn)15 a的周期信號。

1952—2016年滁州地區(qū)冰凍積雪日數(shù)均呈現(xiàn)波動下降的趨勢，減少幅度分別為2.20 a和0.5 d·10 a-1，其中冰凍日數(shù)在80年代末突然減少，尤其是90年代中期以來滁州冰凍日數(shù)顯著減少，冰凍日數(shù)減少趨勢明顯的地區(qū)在東部天長；積雪日數(shù)在90年代末期以前以增加趨勢為主，之后是相對減少，減少趨勢明顯的地區(qū)為北部鳳陽。滁州地區(qū)冰凍日數(shù)與最低氣溫和最高氣溫關(guān)系最密切，呈顯著負相關(guān)。當(dāng)日最低氣溫在-1 ℃左右，日最高氣溫3～4 ℃，日平均風(fēng)速≤2 m·s-1，日平均相對濕度為75%左右時，最有利于冰凍災(zāi)害的發(fā)生；當(dāng)日平均氣溫和日平均地表溫度在1 ℃左右，日平均相對濕度在80%，日降水量≤6 mm時，最有利于滁州積雪天氣產(chǎn)生。冰凍積雪的形成一定程度上受局地小氣候的影響較大。本文對冰凍天氣的分析是利用滁州地區(qū)國家氣象觀測站資料進行的，且為人工觀測，鄉(xiāng)鎮(zhèn)區(qū)域站因缺少觀測站資料，因此對滁州地區(qū)的冰凍積雪的分布更全面和精細化的分析，還有待今后進一步深入的研究。

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2017-09-30

安徽省氣象科技發(fā)展基金(KM201404)

胡姍姍(1983—)，女，安徽滁州人，工程師，從事天氣預(yù)報及相關(guān)研究工作，E-mail：husshanshan@126.com。

文獻著錄格式：胡姍姍，熊敏，熊世為，等. 1952—2016年滁州地區(qū)冰凍積雪時空特征及影響因子分析[J].浙江農(nóng)業(yè)科學(xué)，2017，58(12)：2129-2134.

10.16178/j.issn.0528-9017.20171215

P426.616

A

0528-9017(2017)12-2129-06

張 韻)