張 皓，金昭貴，張學(xué)彬，徐 曉，袁仕鋒

(貴州省清鎮(zhèn)市氣象局，貴州 清鎮(zhèn) 550014)

0 引言

近年來(lái)對(duì)氣候要素時(shí)空變化研究的不斷深入，張先恭[1]探討了我國(guó)氣溫的等級(jí)劃分，王紹武[2]在此基礎(chǔ)上針對(duì)中國(guó)近百年來(lái)的溫度序列開(kāi)展了進(jìn)一步的研究，丁一匯[3]則著重對(duì)氣溫的變化趨勢(shì)進(jìn)行了相應(yīng)的概述。屠其璞[4]分析了20世紀(jì)中國(guó)年平均氣溫變化。借助GIS、馬克威軟件，張翀[5]總結(jié)出中國(guó)近40 a來(lái)氣候變化的時(shí)空特征。隨著氣候變化日益深刻，眾多學(xué)者開(kāi)始跨領(lǐng)域關(guān)注氣候因子變化與土壤有機(jī)碳庫(kù)分子結(jié)構(gòu)特征的關(guān)系[6]，評(píng)估氣候變化對(duì)跨境水資源影響的適應(yīng)性[7]，開(kāi)展氣候變化對(duì)大氣污染影響分析[8]，可見(jiàn)社會(huì)、生物和環(huán)境的某些現(xiàn)象與氣候變化的綜合狀況有關(guān)。而氣團(tuán)分類(lèi)作為研究氣候變化的基礎(chǔ)手段，在上世紀(jì)80年代末至21世紀(jì)初短暫復(fù)興，張永強(qiáng)[9]提出了氣團(tuán)客觀分類(lèi)實(shí)施方案，李玉柱[10]對(duì)貴州氣團(tuán)分類(lèi)與氣象災(zāi)害相關(guān)性進(jìn)行了分析。目前來(lái)看，作為基礎(chǔ)研究的氣團(tuán)分類(lèi)依然具有實(shí)際價(jià)值，但是在2001年以后相關(guān)研究鮮見(jiàn)報(bào)道。本文運(yùn)用地理信息系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)方法對(duì)水熱變化進(jìn)行分區(qū)，并采用李玉柱的氣團(tuán)分類(lèi)方法分析清鎮(zhèn)市近10 a間氣團(tuán)活動(dòng)特征。

1 數(shù)據(jù)來(lái)源與研究方法

1.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

本文以2006—2015年，清鎮(zhèn)國(guó)家一般氣象觀測(cè)站、區(qū)域站(紅楓、站街、犁倭、流長(zhǎng)、新店、王莊、暗流、衛(wèi)城、麥格)數(shù)據(jù)為研究對(duì)象。選取國(guó)家站及區(qū)域站年數(shù)據(jù)(氣溫、降水)進(jìn)行水熱變化分區(qū)；選取國(guó)家站逐日數(shù)據(jù)(海平面氣壓、氣溫、相對(duì)濕度)進(jìn)行氣團(tuán)分類(lèi)。數(shù)據(jù)均來(lái)自貴州省氣象局信息中心。

1.2 研究方法

1.2.1 變化傾向率 運(yùn)用線性趨勢(shì)線分析氣象要素的變化趨勢(shì)，即利用氣象要素的時(shí)間序列[11]，以時(shí)間為自變量，要素為因變最，建立一元回歸方程。

1.2.2 水熱變化分區(qū) 運(yùn)用GS7.0，確定半方差函數(shù)模型、基臺(tái)值、塊金值、步長(zhǎng)。在ArcGIS10.0中將離散數(shù)據(jù)點(diǎn)按照經(jīng)緯度導(dǎo)入生成shp文件，調(diào)用Kriging工具箱將氣溫、降水變化傾向率柵格數(shù)據(jù)層繪制成圖，對(duì)區(qū)域化變量的未知樣點(diǎn)進(jìn)行無(wú)偏估值[12]。

1.2.3 氣團(tuán)分類(lèi) 貴州受東亞和南亞季風(fēng)的共同影響，形成冬干、夏濕，干濕季節(jié)較為分明的區(qū)域降水季節(jié)特征[14]。同時(shí)，特殊地貌和高海拔的地理現(xiàn)狀造就了貴州與同緯度季風(fēng)區(qū)相比氣壓相對(duì)較低的氣象背景。因此選擇了壓、溫、濕3個(gè)氣象因子的20時(shí)資料進(jìn)行分類(lèi)。分類(lèi)時(shí)，如果相對(duì)濕度≥75%定為較濕天氣型，小于75%為較干類(lèi)；溫度與前1 d相比，若升溫2 ℃為暖型類(lèi)天氣，降溫2 ℃為冷型天氣，如果升溫或降溫不到2 ℃，但其前1 d為暖型，則定該天為暖型,若前1 d為冷型則定該天為冷型；氣壓劃分則因季節(jié)而定：冬季以1 015 hPa為分界值，大于1 015 hPa為高壓類(lèi)，小于1 015 hPa為低壓類(lèi)，春、秋季以1 010 hPa，夏季以1 005 hPa為分界值。如此規(guī)定后，將各月、各季氣團(tuán)分為8類(lèi): 低壓冷干型(1類(lèi))、低壓冷濕型(2類(lèi))、低壓暖干型(3類(lèi)) 、低壓暖濕型(4類(lèi)) 、高壓冷干型(5類(lèi))、高壓冷濕型(6類(lèi))、高壓暖干型(7類(lèi))、高壓暖濕型(8類(lèi))[10]。

2 結(jié)果分析

2.1 水熱變化及類(lèi)型分布

運(yùn)用GS7.0，進(jìn)行半方差函數(shù)分析，得到各類(lèi)模型參數(shù)，如表1所示。通過(guò)對(duì)殘差和系數(shù)的綜合考慮，氣溫傾向率插值選取Gaussian模型，降水傾向率插值選取Spherical模型。

表1 半方差函數(shù)模型參數(shù)統(tǒng)計(jì)Tab.1 Parameter statistics of the semivariance function model

利用 ArcGIS對(duì)年平均降水、溫度傾向率進(jìn)行插值，依據(jù)降水、溫度傾向率的正負(fù)組合將水熱變化類(lèi)型劃分為4類(lèi)(表2)，得到近10 a水熱變化類(lèi)型圖。10 a間清鎮(zhèn)市平均降水的傾向率為13.36 mm/10 a，氣溫的傾向率為-0.38 ℃/10 a。城區(qū)、站街東南部、紅楓湖東北部、暗流東南部、衛(wèi)城北部增溫趨勢(shì)明顯，其他大部分地區(qū)均有一定程度降溫，城區(qū)北部邊緣變暖少雨區(qū)域有零星分布，麥格鄉(xiāng)10 a氣溫降低-0.862 ℃；2006—2015年，清鎮(zhèn)5—10月降水占全年總量的75.15%～84.72%，而西南低渦多發(fā)于5—10月是造成我國(guó)西南地區(qū)夏半年暴雨洪澇等氣象災(zāi)害的主要影響系統(tǒng)， 據(jù)統(tǒng)計(jì)2007年(68 次)和 2009年(72 次)為多發(fā)年[15]，同時(shí)中小尺度天氣系統(tǒng)多發(fā)，成為氣候趨勢(shì)多雨的主要誘因。流長(zhǎng)、衛(wèi)城、暗流等北部鄉(xiāng)鎮(zhèn)與南部鄉(xiāng)鎮(zhèn)相比降水減少，傾向率分別為：-10.96 mm/10 a、-2.78 mm/10 a、-10.48 mm/10 a，這一結(jié)果與短時(shí)強(qiáng)降水以及暴雨呈南多北少態(tài)勢(shì)密切相關(guān)，陳海鳳[16]通過(guò)分析得出：≥30 mm/h 短時(shí)強(qiáng)降水的頻率分布集中于清鎮(zhèn)南部；總體趨勢(shì)變冷與冷氣團(tuán)的頻繁襲擾密不可分，下文針對(duì)氣團(tuán)活動(dòng)特征進(jìn)行了詳細(xì)統(tǒng)計(jì)；而隨著城鎮(zhèn)化進(jìn)程的推進(jìn)，城區(qū)及暗流與衛(wèi)城交界部分地區(qū)，10 a來(lái)構(gòu)建筑物、交通設(shè)施的不斷興建，人群聚居，是氣候呈現(xiàn)變暖趨勢(shì)的最重要影響因素。

表2 水熱變化類(lèi)型劃分標(biāo)準(zhǔn)Tab.2 Standard for classification of types of hydrothermal changes

圖1 2006—2015年水熱變化類(lèi)型分區(qū)圖Fig.1 Partition map of hydrothermal change types from 2006 to 2015

2.2 氣團(tuán)活動(dòng)特征

10 a來(lái)以清鎮(zhèn)為代表的黔中地區(qū)，受高壓冷濕型氣團(tuán)(6類(lèi))影響最為頻繁，高壓暖干型氣團(tuán)(7類(lèi))、低壓暖干型氣團(tuán)(3類(lèi))、高壓暖濕型氣團(tuán)(8類(lèi))影響依次遞減，低壓冷濕型氣團(tuán)(2類(lèi))和低壓暖濕型氣團(tuán)(4類(lèi))相當(dāng)，低壓冷干型氣團(tuán)(1類(lèi))和高壓冷干型氣團(tuán)(5類(lèi))的影響較少。

冬半年高壓冷濕型氣團(tuán)(6類(lèi))在各月活動(dòng)最頻繁如表3所示，10月和1月頻率高達(dá)52.3%、51.0%，最低也達(dá)到了23.2%(3月)；高壓暖濕型氣團(tuán)(8類(lèi))與高壓暖干型氣團(tuán)(7類(lèi))頻率介于25.0%～43.0%之間，二者的活躍程度基本相當(dāng)；高壓型氣團(tuán)(5、6、7、8類(lèi))的整體頻率分布達(dá)到了52.3%～99.7%，表現(xiàn)最為突出的是12月。

夏半年4—8月2、3、4、6類(lèi)氣團(tuán)出現(xiàn)較多,6月最為明顯，頻率為36.3%～98.0%，各類(lèi)氣團(tuán)中低壓暖干型氣團(tuán)(3類(lèi))活動(dòng)穩(wěn)定，總體活躍性最強(qiáng)；9月高壓暖干型(7類(lèi))、高壓冷濕型(6類(lèi))、高壓暖濕型氣團(tuán)(8類(lèi))頻率分別達(dá)到了31.3%、27.0%和25.7%(表4)。

表3 冬半年氣團(tuán)活動(dòng)頻率(%)Tab.3 Air mass activity frequency in winter half year (%)

表4 夏半年氣團(tuán)活動(dòng)頻率(%)Tab.4 Air mass activity frequency in summer half year (%)

從各類(lèi)氣團(tuán)活動(dòng)頻率的逐月分布圖看，低壓冷干型氣團(tuán)(1類(lèi))7、8月頻率較高，多數(shù)因高空槽東移影響導(dǎo)致；5—8月低壓冷濕氣團(tuán)(2類(lèi))頻繁襲擾，主要受高空冷平流及中低層切變控制，該時(shí)段的累計(jì)頻率為76.8%；低壓暖干型氣團(tuán)(3類(lèi))帶來(lái)的天氣多受西南熱低壓或副熱帶高壓影響，主要出現(xiàn)在3—8月；低壓暖濕氣團(tuán)(4類(lèi))5—7月累計(jì)頻率為65.8%，主要是受副熱帶高壓邊緣西南氣流影響產(chǎn)生；高壓冷干氣團(tuán)(5類(lèi))屬于強(qiáng)冷空氣影響后冷高壓控制的氣團(tuán)，多為倒春寒、秋季降溫及冬季低溫誘因，4月頻率為12.0%，8月為15%，12月為14.8%；高壓冷濕型氣團(tuán)(6類(lèi))出現(xiàn)時(shí)一般溫度相對(duì)低、濕度偏大，很多情況下是由于地面冷空氣或靜止鋒影響所致，頻率分布呈“V”字形，以6月為最低點(diǎn)；1月(14.4%)和10(14.8%)月最高；在偏北氣流影響下，高壓暖干型氣團(tuán)(7類(lèi))在8月—次年4月較為活躍，多數(shù)為冷空氣過(guò)境后變性較深的氣團(tuán)，9月頻率最高達(dá)到17.4%；高壓暖濕氣團(tuán)(8類(lèi))的產(chǎn)生與貴州省從低層到高空受西南氣流影響密不可分，10—12月出現(xiàn)頻率為12%～16.5%。

圖2 氣團(tuán)月度頻率分布圖Fig.2 Air mass monthly frequency distribution diagram

3 結(jié)論與討論

①基于GIS的地統(tǒng)計(jì)分析表明，10 a間清鎮(zhèn)呈降溫增雨趨勢(shì)，這一結(jié)果與10 a逐日氣團(tuán)出現(xiàn)頻次密切相關(guān)，2006—2015年高壓冷濕型氣團(tuán)出現(xiàn)1 095次，占全部氣團(tuán)總數(shù)的29.98%，冷濕氣團(tuán)出現(xiàn)1 414次，占全部氣團(tuán)總數(shù)的38.72%。

②研究區(qū)域全年受高壓冷濕型氣團(tuán)影響最為頻繁，與1956— 1995年黔中氣團(tuán)活動(dòng)特征一致[10]。冬半年高壓型氣團(tuán)的整體頻率分布達(dá)到了52.3%～99.7%；夏半年4—8月2、3、4、6類(lèi)氣團(tuán)出現(xiàn)頻次較高，6月最為明顯頻率為36.3%～98.0%，各類(lèi)氣團(tuán)中低壓暖干型氣團(tuán)活動(dòng)穩(wěn)定，總體活躍性最強(qiáng)。

本文水熱變化總體趨勢(shì)與史培軍[17]研究結(jié)果不一致，可能的原因?yàn)椋貉芯糠秶?，結(jié)果不能完全反應(yīng)黔中乃至貴州整體狀況；區(qū)域站數(shù)據(jù)累計(jì)時(shí)段相對(duì)較短，造成了研究的局限性；隨著經(jīng)濟(jì)與社會(huì)發(fā)展，人為進(jìn)行的環(huán)境整治對(duì)氣候變化產(chǎn)生了一定影響。本文雖然存在不足，但是將氣團(tuán)分類(lèi)與GIS結(jié)合討論水熱條件變化很少見(jiàn)，研究結(jié)果對(duì)于了解黔中氣團(tuán)影響及氣候變化具有實(shí)際意義，筆者下一步將從空間廣度與時(shí)間的維度上進(jìn)行拓展，以期獲得貴州省數(shù)十年氣團(tuán)活動(dòng)及氣候變化的相關(guān)性研究成果。