吳志純,陳焯堅,余秀娟,馮梓雅,黃永基
(1.佛岡縣氣象局,廣東佛岡 511600;2.清遠市氣象局,廣東清遠 511510)
在全球氣候變暖的背景下,雖然低溫天氣影響期在縮短,但罕見的極端天氣氣候事件發生頻率的增長百分比卻在增大[1],如2008年南方特大雪災、2016年世紀寒潮,給人民生命財產帶來巨大損失,也給農業生產、交通運輸、電力輸送等造成極為嚴重的影響,許多學者對此做了多方面的研究[2-5];也有不少氣象工作者對本地的低溫進行分析,總結出當地的低溫氣候特征[6-18],對本地低溫的預報有很好的指導意義。胡端英等[8]根據云浮市1965—2010年的低溫霜凍資料,總結出一些低溫霜凍預報指標和技巧;杜小松等[11]通過龍門縣1980—2008年冬季低溫天氣資料,將低溫天氣型分為3種形勢,再根據不同的天氣型預報判據建立模型做出定量的低溫天氣預報;林俊杰等[14]分析連山縣近50年低溫、霜凍資料,總結其變化特征,提出適用本地農作物預防低溫霜凍的合理措施。
佛岡縣位于廣東省中北部,氣候適宜,本地種植蔬果種類繁多,如柑橘、香蕉、荔枝、石硤龍眼等本地特色農產品,這些作物性喜溫暖而怕低溫,但佛岡低溫日數年際變化差異大,最多達35 d,最少僅1 d。為有針對性地做好當地種植業、養殖業等農業氣象保障服務,降低極端性低溫雨雪天氣對交通、電力等方面造成的不利影響,因此研究佛岡縣的低溫氣候特征,對提高低溫預報的準確率和防災減災措施的提前部署,減少經濟損失有重要的意義。
本研究使用1960—2019年佛岡國家基本觀測站逐年的最低氣溫資料,分析佛岡縣低溫情況。根據《廣東省天氣預報技術手冊》的定義:在冷空氣影響下,廣東省最低氣溫出現5℃或以下,稱為低溫[15]。本研究低溫期是指每年佛岡低溫初日開始,直至終日的天數[13];與之對應,當年11月至次年3月底出現低溫的日數,則為該年的低溫日數。
本研究主要采用線性回歸、多項式曲線擬合、Mann-Kendall突變分析、Morlet小波分析等[16]方法,對1960—2019年佛岡縣低溫日數、低溫初終日和低溫期進行分析。
1960—2019年佛岡縣低溫天氣出現在11月至次年的3月,主要集中在12月至次年2月,其中1月份出現的次數最多,占低溫總日數的42.7%;11月份出現的次數最少,僅占1.6%。1960—2019年佛岡縣共有926 d出現低溫,平均低溫日數為15.4 d;最多低溫日數為35 d,出現在1975年;最少低溫日數為1 d,出現在2000和2016年。從圖1可以看出,近60年來佛岡縣低溫日數呈明顯減少趨勢,平均每年減少0.257 3 d,趨勢系數為-0.491 2,通過a=0.001顯著性水平檢驗,說明低溫日數減少趨勢顯著。從4次多項式擬合曲線可看出,低溫日數在1960年代至1980年代中期為偏多期,1980年代后期之后為偏少期。
圖1 佛岡縣1960—2019年低溫日數的變化
由于佛岡縣低溫最早出現在11月份,為方便統計,以11月1日為起點計算低溫初日和終日。
1960—2019年佛岡縣低溫初日最早出現于11月19日(1971和1983年),最晚出現于1月23日(1975年),平均低溫初日為12月14日,2000和2016年并無低溫初日出現。從圖2可看出,1960—2019年佛岡縣低溫初日呈推遲趨勢,平均每年推遲0.204 6 d,趨勢系數為0.273 9,通過a=0.05顯著性水平檢驗,說明低溫初日推遲趨勢顯著。
圖2 佛岡縣1960—2019年低溫初日和終日的變化
1960—2019年佛岡縣低溫終日最早結束于1月13日(2003年),最晚結束于3月20日(1976年),平均低溫終日為2月18日。從圖2可以看出,1960—2019年佛岡縣低溫終日呈提前趨勢,平均每年提前0.175 1 d,趨勢系數為0.191 8,未通過a=0.05顯著性水平檢驗,說明低溫終日提前趨勢不明顯。
1960—2019年佛岡縣低溫期最長為118 d(1975年),最短為1 d(2000和2016年),平均低溫期為65 d。低溫期有36年高于平均值,有3年(1971、1975和1983年)超過100 d。從圖3可看出,1960—2019年佛岡縣低溫期呈減少趨勢,即低溫期縮短,平均每年減少0.498 2 d,趨勢系數為0.328 2,通過a=0.05顯著性水平檢驗,說明低溫期減少趨勢明顯。主要原因是低溫初日推遲、終日提前。從4次多項式擬合曲線可看出,低溫期在1960年代至1980年代中期為偏多期,1980年代后期之后為偏少期。
圖3 佛岡縣1960—2019年低溫期變化曲線
本研究利用M-K檢驗方法對1960—2019年佛岡縣低溫日數和低溫期進行突變檢驗。當UF(k)值大于零時說明序列為上升趨勢,小于零時則說明為下降趨勢。U±0.05表示顯著性水平a=0.05的對應臨界值為±1.96。如果UF(k)和UB(k)兩條曲線出現交點且在臨界線之間時,說明該點對應的時刻是突變開始的時間。
由圖4a可看出,近60年佛岡縣低溫日數UF(k)曲線在1970年代之后小于0,呈減少趨勢,且在1990年代之后超過臨界值,說明1990年代之后低溫日數的減少趨勢顯著。UF(k)和UB(k)兩條曲線在1981和1983年有交點,交點均在臨界值之間,且1990年代之后UF(k)曲線超過臨界值,說明低溫日數在1983年開始發生突變。
圖4 佛岡縣1960—2019年低溫日數(a)和低溫期(b)突變分析
由圖4b可看出,近60年佛岡縣低溫期UF(k)曲線在1960年代至1970年代前期呈增多趨勢,其余時間段呈減少趨勢,1990年代后期至2000年代超過臨界值,說明這段期間低溫期減少趨勢顯著。UF(k)和UB(k)兩條曲線在1986年有交點,交點在臨界值之間,且2000年代之后UF(k)曲線超過臨界值,說明低溫期在1986年開始發生突發。
Morlet小波具有多時間尺度分析的特征,本研究通過Morlet小波系數實部,分析近60年來佛岡縣低溫日數和低溫期周期變化,當小波系數實部大于0時對應偏多期,小于0時對應偏少期。
從圖5a可看出,近60年來佛岡縣低溫日數存在5~8、11~14年,準18和準30年的周期振蕩,其中11~14年和準30年的周期振蕩最強。11~14年的周期振蕩出現在1960年代至2000年代中期;準30年的周期振蕩存在于整個時間序列,且最為明顯,呈3次偏多到偏少的交替變化過程,由此推測每30年低溫日數將從偏多趨勢轉為偏少趨勢。
圖5 佛岡縣1960—2019年低溫日數(a)和低溫期(b)Morlet小波系數實部
從圖5b可看出,近60年來佛岡縣低溫期存在5~8年,準20和準30年的振蕩周期,其中5~8年和準30年的周期振蕩存在于整個時間序列;準20年的周期振蕩最強是2000年代以后。5~8年的年際周期振蕩說明每隔5~8年低溫期呈小幅的偏少趨勢轉為偏多趨勢。低溫期準30年的周期振蕩與低溫日數有較好的一致性,亦可推測出每30年低溫期也將從偏多趨勢轉為偏少趨勢。
1)佛岡縣低溫主要集中在12月至次年2月,其中1月份出現的次數最多。
2)近60年佛岡縣低溫日數和低溫期呈明顯減少趨勢,其中低溫日數在1990年代之后減少趨勢顯著,低溫期則在1990年代后期至2000年代減少趨勢顯著。低溫日數和低溫期在1980年代中期發生減少突變,在1960年代至1980年代中期為偏多期,1980年代后期之后為偏少期。
3)低溫初日呈明顯推遲趨勢,低溫終日呈提前趨勢,但不明顯,總體表現為低溫期縮短。
4)近60年佛岡縣低溫日數和低溫期均存在5~8年和準30年的周期振蕩,呈多尺度振蕩的特點。由于低溫日數和低溫期在準30年的周期振蕩里有較好的一致性,可推測出每30年佛岡縣低溫天氣將由偏多趨勢轉為偏少趨勢。