1981—2020年貴州省降雪時空分布特征

王 芬 ， 劉芷含 ， 孟慶怡 ， 李腹廣 ， 管 玥

1.黔西南州氣象局， 貴州 興義 5624002.南京信息工程大學， 江蘇 南京 210044

0 引 言

降雪是我國冬半年降水的主要形式，國內對降雪的研究已取得諸多成果(丁一匯等，2008；趙春雨等，2010；段長春等，2011；陳新玉等，2018；閻訪和孫婧怡，2020)，如診斷分析、影響系統、動力機制及氣候態特征等，給出了很多有意義的結論。孫秀忠等(2010)分析了我國降雪的時空分布、演變特征和長期氣候趨勢，認為南方降雪地區集中，西南地區降雪呈減少趨勢。劉玉蓮等(2012)分析了中國25°N以北范圍內降雪量、降雪日數、雪帶分布和各強度降雪的氣候學特征，認為貴州中北部屬于偶爾降雪帶，且小雪居多。宋丹等(2008)、曾維等(2012)認為北脊南槽型、橫槽南支型等是造成貴州降雪的主要環流形式，南支波動是造成強降雪的基礎條件，冷空氣南下及滇黔準靜止鋒的維持是降雪天氣發生的重要原因。杜小玲等(2014)認為，地面上穩定持久的準靜止鋒、副熱帶南支鋒區活躍，再加上強大、穩定、持久的阻塞形勢是2011年貴州低溫雨雪冰凍天氣發生的重要影響系統。

貴州位于青藏高原東南側斜坡上，屬于亞熱帶濕潤季風氣候，下墊面97%為復雜山地，冬季最主要的災害性天氣之一為凍雨或雪，有關凍雨和雪的預報一直是當地冬季預報的難點和重點。孫秀忠等(2010)研究表明，純雪在貴州出現的次數比北方少很多，若降雪強度大或伴隨凍雨、低溫等天氣現象相繼出現，往往會造成很大的自然災害，如2008、2011年初的南方低溫雨雪過程對電力、農業、交通及人民群眾生活造成了嚴重影響，因此對貴州降雪天氣的研究十分必要。

以往對貴州降雪的研究大多集中在個例分析或主要環流形式上(羅喜平等，2017；王芬等，2021)，對其氣候態的特征研究極少。文中利用1981—2020年貴州省縣級臺站資料，分析降雪日數、積雪日數及最大積雪深度的基本氣候特征，研究降雪初始日期、終止日期在貴州出現的規律，探討降雪日數與海拔、緯度的關系，以期全面了解貴州降雪的氣候態特征，為當地的降雪預報提供參考。

1 資料與方法

文中所使用的資料來源于貴州省氣象信息中心數據庫中的縣級臺站的降雪資料，包括降雪日數、降雪起止時間、積雪日數、積雪深度及降雪初始日期、終止日期等。選取1981—2020年日值資料連續無缺測的臺站共82站(圖1)，均為國家基準氣候站或基本氣象站，占貴州縣級臺站總數的97.6%?？紤]到臺站位置的變動對降雪的影響沒有風和溫度敏感，文中未對遷站造成的資料非均一性進行檢驗和訂正。參考前人的研究方案(孫秀忠等，2010；劉玉蓮等，2012)，以當年7月1日至次年6月30日為降雪年度，建立年降雪矩陣序列，例如2010年降雪年為2010年7月1日至2011年6月30日。由于雪和雨夾雪不易區分，所以文中把雨夾雪視為雪來研究分析。

圖1 貴州省82個臺站位置及海拔高度(單位：km)

所用的方法包括線性擬合、滑動平均、相關系數、M-K突變檢驗、Morlet小波分析等(黃嘉佑等，2004；魏鳳英等，2013)。其中，M-K突變檢驗根據ua值來確定臨界值，相關系數采用t分布的密度函數進行檢驗，信度水設為α=0.05。

2 降雪日數的基本特征

2.1 空間分布

分析1981—2020年貴州平均降雪日數的空間分布(圖2a)可知，降雪日數在1—23 d之間，整體呈現西北多、南少的特征，年降雪區域平均為8.9 d，大值中心集中在貴州省西北部的威寧、大方、水城、畢節一帶，平均為19—23 d，最多的為威寧23 d，最少的為望謨1 d。12月降雪的空間分布(圖2b)與全年的特征較為一致(空間相關系數為0.99)，最多仍為威寧5 d，此時貴州南部邊緣冊亨、望謨、羅甸、荔波基本未出現降雪，全省區域平均為1.7 d。1月降雪日數區域平均為4.1 d，與全年降雪的空間相關系數為0.97，除西北部的降雪高值區外，還分別在遵義的西北部(習水)及銅仁市的東南部(大方)出現高值中心，大方最多為7.8 d,其次為習水7.7 d(圖2c)。2月降雪日數空間分布(圖2d)與全年的特征較一致(空間相關系數為0.99)，仍為西北多、南少，全省平均為2.4 d，最多的為習水、大方、威寧及畢節(5 d),南部的冊亨、望謨、羅甸基本無降雪。

圖2 1981—2020年貴州省降雪日數(單位：d)的空間分布(a.全年累計,b.12月,c.1月,d.2月)

2.2 年際、年代際及逐月變化

分析1981—2020年貴州降雪日數的年際變化(圖3a)可知，降雪日數呈現減少趨勢，平均每10 a減少1.6 d，1983年最多達20 d，其次為2008年的18 d，最少的為2019年3 d。通過M-K檢驗發現，貴州降雪日數整體偏少，2012年為貴州降雪日數減少的突變點。通過小波分析發現降雪日數在1990—1996、2005—2010年時間段內具有準3—4 a的周期變化，但整體1981—2020年貴州降雪日數周期特征并不明顯(圖3b)。10 a滑動平均的變化趨勢表明，1980年代初期至2000年代初期呈現波動變化，之后迅速下降，2020年代末期達到最低。分析降雪日數的逐月分布(圖3c)可知，貴州降雪基本從11月開始出現，隨后逐步增加，1月達到峰值(4.1 d)，次年3月結束，共持續5個月，主要降雪集中在冬季，平均8.2 d，占全年的92%。

2.3 日變化

分析降雪的日變化(圖4)可知，貴州降雪開始時間在08—09時、20—21時、09—10時三個時次最多，08—09時開始出現降雪的概率(28.8%)最高，其次為20—21時(17.3%)，第三為09—10時。分析最高占比的空間分布(圖略)可知，08—09時開始出現降雪的站點數量比其他時次多，貴州80個縣市中的65個縣市降雪開始時間集中在08—09時，出現比率平均為48.3%，15個縣集中在20—21時，大部份地區比率均在30.0%以下，平均為20.2%。

圖3 1981—2020年貴州省降雪日數的年際變化(a)、小波分析(b)和逐月變化(c)

圖4 1981—2020年貴州省降雪開始時間在各時間段的占比

在貴州的一次降雪天氣過程中，常會出現間歇現象，往往有幾次開始、停止共同組成一次降雪天氣過程。分析發現，在一次降雪天氣過程中，僅發生1次降雪的占48.1%，2次的占25.8%，3次的占13.3%，5次及以上的占6.8%(圖略)。

2.4 降雪連續日數

統計1981—2020年貴州降雪連續日數發現，每次降雪僅為1 d的占全部降雪過程的32.8%，2 d的占30.6%，連續3 d的占15.1%。分析降雪連續日數空間分布(圖5)可知，降雪只持續1 d的集中在貴州南部、銅仁西部及遵義西部邊緣。降雪只持續2 d的集中在黔西南、黔南及安順交界處，持續3 d及以上的集中在貴州中北部。

3 降雪初始和終止日期的平均狀態

統計1981—2020年降雪初始日期及終止日期(表1)在各月發生的概率(其中概率少于1%的不記)發現，貴州省降雪的平均初始日期最早在11月，最晚在2月，集中在12、1月，分別占總數的56.1%、28.5%。降雪的平均終止日期最早在12月，最晚4月，主要集中在2、3月，其中2月占比(43.5%)最高。

分析降雪的平均初始、終止日期空間分布(圖6)發現，初始日期集中在12、1月，其中貴州中北部一線多為12月，約占全省總站數的79.3%，貴州南部多為1月，約占全省總站數的19.5%，平均初始日期最早的為威寧11月22日，最晚的為望謨1月20日。貴州大部平均終止日期集中在2月，約占全省總站數的84.1%，貴州南部邊緣為1月，約占全省總站數的6.1%，平均終止日期最晚的為威寧3月30日，最早的為羅甸1月23日。分析降雪初、終日間隔日數(圖略)可知，貴州中北部雪期更長，從開始到結束約為60—129 d，而南部大部為40 d以下，全省平均為54 d，其中初、終日間隔日數最長的為威寧，平均降雪初始日期為11月22日，終止日期為3月30日，初終日之差為129 d。

圖5 1981—2020年貴州省降雪持續1 d(a)、持續2 d(b)、持續3 d及以上(c)的占全部降雪過程的比例(單位：%)

表1 1981—2020年貴州省降雪初始和終止日期在各月出現的概率

4 降雪日數與海拔、緯度的關系

分析降雪日數與海拔高度、緯度的關系(圖7)可知，隨著海拔高度增加貴州平均降雪日數表現為增加的趨勢，大約海拔每升高100 m，降雪日數增加2.3 d，二者的相關系數為0.45。隨著緯度升高貴州降雪日數表現為增加趨勢，大約緯度每增加1°，平均降雪日數增加11.4 d，二者的相關系數為0.41。以上分析表明，貴州的海拔高度、緯度與降雪日數為正相關關系，且均通過了信度0.05的顯著性檢驗，表明地理位置對貴州降雪日數影響較為顯著。

5 結 論

利用1981—2020年貴州省縣級臺站資料，分析降雪日數、積雪日數及最大積雪深度的基本氣候特征，研究降雪初始日期、終止日期在貴州出現的規律，探討海拔、緯度與降雪日數的關系，得到:

1) 貴州降雪日數整體呈現西北多、南少的特征，區域平均為8.9 d，大值中心集中在貴州西北部；1981—2020年貴州降雪日數整體偏少，且逐漸減少，平均每10 a減少1.6 d，2012年為突變點；在1990—1996、2005—2010年兩個時間段上存在準3—4 a的周期變化；降雪從11月開始出現，持續到次年3月，主要集中在冬季，占全年的92%，其中1月降雪日數最多；降雪開始時間在08—10時、20—21時最多，分別占28.8%、17.3%；貴州降雪多間歇，僅持續1 d的占48.1%，連續2 d的降雪占25.8%；降雪日數僅1 d的占比最高，大值區集中在貴州南部、銅仁西部及遵義西部邊緣，持續3 d及以上的主要集中在貴州中北部。

2) 貴州降雪平均初始日期最早出現在11月，集中在12月和1月，分別占56.1%及28.5%，終止日期最早在12月，最晚在4月，主要集中在2、3月，其中2月占比最高(43.5%)。貴州中北部一線的初始日期多為12月，約占總站數的79.3%，貴州南部多為1月，約占19.5%。貴州大部地區平均終止日期集中在2月，約占總站數的84.1%，貴州南部邊緣為1月，約占6.1%。貴州中北部雪期更長，從開始到結束間隔為60—129 d，而南部大部為40 d以下，全省平均為54 d。

圖6 1981—2020年貴州省降雪的平均初始日期(a)及終止日期(b)分布

圖7 1981—2020年貴州省降雪日數與海拔高度(a)及緯度(b)的散點圖

3) 貴州省降雪日數與海拔高度、緯度均為顯著正相關，平均降雪日數隨海拔高度、緯度的升高而增加，大約海拔每升高100 m，降雪日數增加2.3 d，緯度每增加1°，降雪日數增加11.4 d。