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(xù)低溫天氣的時(shí)空變化特征王紀(jì)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(duì)均勻的49個(gè)臺(tái)站1957-2008年12月-翌年2月的逐日氣溫資料,以最長連續(xù)低溫日數(shù)及其強(qiáng)度為指標(biāo),采用線性趨勢(shì)分析、小波分析等方法研究了河南省連續(xù)低溫天氣的時(shí)空變化特征,結(jié)果表明:多年平均的冬季連續(xù)低溫日數(shù)全省為15.6d。低溫日數(shù)的年際變化特征明顯,1984年全省平均低溫日數(shù)達(dá)34.2天,為歷年最長;而1965 年,連續(xù)低溫日數(shù)僅6.5d,為全省平均歷年最短的年份。連續(xù)低溫日數(shù)不同地區(qū)存在差異:在1977年,靈寶連續(xù)低溫日數(shù)高達(dá)56d,固始48d,為歷年來連續(xù)低溫日數(shù)持續(xù)較長的時(shí)段;1965、1991、1995和2007年分別在靈寶、許昌、尉氏、襄城、淮陽、沈丘、永城等地連續(xù)低溫日數(shù)僅為4d。在年代際的變化中,低溫日數(shù)呈現(xiàn)略縮短的趨勢(shì),在6-12a的尺度上存在有顯著的振蕩周期。低溫強(qiáng)度在空間上也存在差異,大值區(qū)主要分布在豫東和豫東南地區(qū),豫西和豫西南一帶相對(duì)較小。連續(xù)低溫的強(qiáng)度年際變化明顯,且隨時(shí)間有減弱的趨勢(shì),在1964年低溫強(qiáng)度有最大值,1995年有最小值。關(guān)鍵詞:連續(xù)低溫日數(shù);低溫強(qiáng)度;河南省;時(shí)空變化;小波分析.中團(tuán)分類號(hào): P468.0*21文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):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(dāng)前引言糧食安全核心區(qū)建設(shè)的大背景下,對(duì)河南省的低溫冬季低溫是地區(qū)氣候的重要指標(biāo),冬季低溫的研究尤顯迫切。衛(wèi)秀英等[4)以4個(gè)不同抗寒類型強(qiáng)弱與城市冬季采暖、輸水管道防凍等關(guān)系密切,對(duì)冬小麥為材料,對(duì)黃淮地區(qū)越冬期、拔節(jié)期、孕穗期冬季設(shè)施及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的整體規(guī)劃和布局,以及果樹、和抽穗期4個(gè)時(shí)期的抗寒生理指標(biāo)進(jìn)行了研究。除冬小麥等安全越冬密切相關(guān),對(duì)越冬作物的引種有冬小麥外,淮南油菜、設(shè)施農(nóng)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(duì)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(yùn)用了一個(gè)具體閾值來定越來越大。如2008年初中國南方地區(qū)發(fā)生了歷史義低溫。由于低溫持續(xù)8數(shù)對(duì)農(nóng)作物、人們?nèi)粘Ｉ币姷牡蜏赜暄┍鶅鰹?zāi)害,影響范圍廣,持續(xù)時(shí)間產(chǎn)、生活、交通運(yùn)輸、電力等有諸多影響,因此,本文長,強(qiáng)度大,受災(zāi)人口達(dá)1億多人,直接經(jīng)濟(jì)損失兩擬考慮對(duì)氣候標(biāo)準(zhǔn)值提出新的指標(biāo)，即連續(xù)低溫日千多億元1-21。近幾年,北方冬季極端低溫天氣也數(shù)及其強(qiáng)度,用來分析河南省低溫的時(shí)空分布特征。頻繁出現(xiàn),給交通、生活等帶來不便3-4i。低溫凍害是作物生長期內(nèi)出現(xiàn)一個(gè)或多個(gè)低溫資料與方法天氣過程,使作物生長發(fā)育和產(chǎn)量遭受不良影響,導(dǎo)1.1資料致嚴(yán)重減產(chǎn)或品質(zhì)降低的氣象災(zāi)害。國內(nèi)對(duì)低溫冷害的研究較多,研究內(nèi)容涉及評(píng)價(jià)指標(biāo)、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(guī)律、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與區(qū)劃、對(duì)策以及對(duì)農(nóng)業(yè)的危害相對(duì)均勻的49個(gè)氣象臺(tái)站12月一翌年2月的逐日氣機(jī)制、影響規(guī)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(qū)的低1.2方法溫冷害時(shí)空分布規(guī)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(xiàng)目:中國氣象局氣候變化專項(xiàng)( CSP2011-1);國家自然科學(xué)基金(51079131)資助CNMHG作者簡介:王紀(jì)軍(1970-),男.河南偃師人,高級(jí)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)稱為小.(hk = 1,2,3,.. ,49)第i年(i= 1,2,3,..,51)第j日波系數(shù)。(j = 1,2,3,.. ,90)的氣溫值。按照世界氣象組織規(guī)2結(jié)果與分析定,將每站1971- 2000年逐日的平均值作為氣候值,計(jì)算逐站逐年逐日的距平值。2.1連續(xù)低溫日數(shù)的時(shí)空變化特征把最長連續(xù)日氣溫為負(fù)距平的日數(shù)定義為年最經(jīng)計(jì)算，每站每年的連續(xù)低溫日數(shù)是不同的。長連續(xù)低溫日數(shù)LT*,把連續(xù)低溫日期間的平均距河南省連續(xù)低溫日數(shù)年平均為15.6d。不同地區(qū)略平定義為連續(xù)低溫強(qiáng)度,簡稱低溫強(qiáng)度。有差異:最短的為4 d,占總樣本的0.3% ,出現(xiàn)在小波分析[15]是- - 種信號(hào)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、濮陽和永城;最長的為56 d,僅出現(xiàn)1次;有表征信號(hào)局部特征的能力,可以對(duì)信號(hào)進(jìn)行多尺次大值為固始的48 d。低溫日數(shù)持續(xù)時(shí)間多在6~度細(xì)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(shù)的率之間的關(guān)系。8. 24%和8. 08%。小波函數(shù)的定義為,設(shè)φ(t)為一平方可積函各站51a中連續(xù)低溫日數(shù)的平均值和最大值數(shù),即φ(t)∈L'(R),若其傅立葉變換ψ(w)滿足容分布見圖1。由圖1a可見,全省各地連續(xù)低溫日數(shù)許條件:均在14d以上,最大值出現(xiàn)在太康,為17.4d。豫Cφ =ψ(w)dw<∞北的北部、中東部的部分地區(qū)、南陽、信陽、三門峽的局部地區(qū)平均連續(xù)低溫日數(shù)大于16d,太康、安陽在則φ(t)稱為一個(gè)基本小波或小波母函數(shù)。將小波函17 d以上。全省各地連續(xù)低溫日最大的區(qū)域主要數(shù)φ(I)進(jìn)行伸縮和平移,得到連續(xù)小波:在周口,而永城、寶豐、孟縣、鄭州等地相對(duì)較短。由o.,() =一(二)a,l∈R, a> 0.圖1b可見,全省各站點(diǎn)最長的連續(xù)低溫日數(shù)也有很大差別。49個(gè)站平均為37.7d,其中以35 ~39 d居對(duì)于任意函數(shù)f(t)∈L'(R) 的連續(xù)小波變換為多,連續(xù)低溫37 d的占40%。最長的達(dá)56 d,出現(xiàn)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) 歷年最長圉1冬季連續(xù)低溫 日數(shù)的空間分布統(tǒng)計(jì)結(jié)果(圖2)表明,低溫日數(shù)的變化總體呈1972、1963 .1964、1983和2007年數(shù)值較大,即在這略減小的趨勢(shì),不同年份存在波動(dòng)。在1964 .1984、幾年全省不同地區(qū)持續(xù)低溫8數(shù)的空間變率較大。2008年,全省平均持續(xù)低溫日數(shù)都在30d以上,其對(duì)連續(xù)中國煤化工結(jié)果顯示,在20中1984年為34.2 d。在標(biāo)準(zhǔn)差的歷年變化中，世紀(jì)60年YHCNMHG數(shù)稍低,在1965第4期王紀(jì)軍等:河南省冬季連續(xù)低溫天氣的時(shí)空變化特征.3年達(dá)到最低,僅為6.5 d;70 年代顯著增加并達(dá)峰際變化中，呈增加一減弱一增加的趨勢(shì)。其標(biāo)準(zhǔn)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。說明在全省平均低溫8數(shù)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(xù)低溫日數(shù)持續(xù)時(shí)間及標(biāo)準(zhǔn)差由小波變化結(jié)果可以看到(圖3),在6~12 a2.2連續(xù)低溫強(qiáng)度的時(shí)空變化特征時(shí)間尺度上,周期振蕩非常顯著,年最長連續(xù)低溫日由連續(xù)低溫強(qiáng)度的空間分布(圖4)可以看到，數(shù)經(jīng)歷了少-→多-→少- +多4個(gè)循環(huán)交替,且2008年低溫強(qiáng)度的大值區(qū)主要分布在豫東和豫東南地區(qū)，后等值線未閉合,說明未來一段時(shí)間年最長連續(xù)低其次在中北部和豫南的部分地區(qū)。在其標(biāo)準(zhǔn)差的空溫日數(shù)將繼續(xù)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(qiáng)度年際變化較明顯。歷年各于最長連續(xù)低溫日數(shù)偏多的時(shí)期。站低溫強(qiáng)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(qū)強(qiáng)度較大,低溫強(qiáng)度歷史最大值出現(xiàn)在1969年的伊川,強(qiáng)度為-8.0 C,在.16-豫東北、中東部和豫西山區(qū)的部分地區(qū)低溫強(qiáng)度8略小。1957- 2008年的51 a間,低溫強(qiáng)度呈現(xiàn)略減弱的變化趨勢(shì),其中在20世紀(jì)60年代中后期,連續(xù)低溫強(qiáng)度較大,尤其在1964年,全省范圍的低溫強(qiáng)度都在-4.5 C以下,且省內(nèi)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(xù)低溫強(qiáng)度呈波動(dòng)變化,省內(nèi)不同站點(diǎn)間的差圖31957- -2008年全 省平均連續(xù)低溫日數(shù)異也變小(圖5),1995年出現(xiàn)了最小值。持續(xù)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(qiáng)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(qiáng)度及標(biāo)準(zhǔn)差冷害預(yù)報(bào)應(yīng)用研究[J].應(yīng)用氣象學(xué)報(bào)，2003,14(5):616 - 625.3結(jié)論與討論.[8]汪秀清馬樹慶,襲祝香,等.東北區(qū)夏季低溫冷害的長期預(yù)報(bào)方法研究[J].災(zāi)害學(xué),2005 ,20(1):36 -39.(1)冬季河南省各地出現(xiàn)最長連續(xù)低溫的時(shí)間[9]李祎君,王春乙.基于多種預(yù)測(cè)模型的玉米低溫冷害預(yù)測(cè)集成模多年平均在14d以上,但不同地區(qū)存在明顯的空間型[J].災(zāi)害學(xué),2006,21(4):2-7.變異性。在1957-2008年的51a間,連續(xù)低溫出現(xiàn)的[10]矯江,許顯濱,孟英.黑龍江省水稻低溫冷害及對(duì)策研究[J].中次數(shù)隨時(shí)間有減少的趨勢(shì)。在6~12 a、2~4 a的時(shí)國農(nóng)業(yè)氣象,2004 ,25(2) :26 -28.間尺度上,全省平均的連續(xù)低溫日數(shù)存在顯著的周[11]馬樹慶,襲祝香,王琪.中國東北地區(qū)玉米低溫冷害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估研究[J].自然災(zāi)害學(xué)報(bào),2003 ,12(3):137-141.期振蕩。(2)冬季河南省連續(xù)低溫的強(qiáng)度存在明顯的年[12]崔錦,李輯,張愛忠，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(qiáng)度呈現(xiàn)略減弱的變化趨勢(shì)。在低溫[13]王艷秋,邢俊江,張麗娟,等.黑龍江省旱澇低溫指標(biāo)及其氣候強(qiáng)度強(qiáng)的年份,各地區(qū)間差異也顯著。同時(shí)低溫強(qiáng)應(yīng)用[J].自然災(zāi)害學(xué)報(bào),2008 ,17(S5);142 - 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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