招伟文，梁华玲，吴　瑕

(1.广东省顺德区气象局，广东　佛山　528300；2.广东省南海区气象局，广东　佛山　528200；3．广东省韶关市气象局，广东　韶关　512000)



近56 a南海区低温的变化特征分析

招伟文1，梁华玲2，吴瑕3

(1.广东省顺德区气象局，广东佛山528300；2.广东省南海区气象局，广东佛山528200；3．广东省韶关市气象局，广东韶关512000)

该文采用统计分析方法、Mann-Kendall方法、Morlet小波函数等方法，对南海区1957—2012年南海区低温气候特征进行了统计，结果表明：南海区低温呈现终日提前、低温期缩短、年低温日数减少的趋势。南海区低温日数存在准24 a的大周期、准9 a和准3 a的周期变化，其中9 a周期是第1主周期;南海区极端最低气温1985年开始突变，1985年后呈现上升趋势。对低温日数异常年冬季500 hPa环流进行合成分析发现，南海区年低温日数偏多或少年份的亚欧地区，与冬季的500 hPa高度距平场大多数都有着反位相分布特征。

低温;变化特征;南海

1　引言

我国是气象灾害频发的国家，其中低温冻害是一种常见气象灾害，关系到季节推迟或提前，甚至是反常气候的重要标志，同时寒潮及寒冷预警信号的发布也与低温预报业务紧密相关，低温冷害更是农业气象灾害。在广东省，受寒潮和强冷空气影响，或受持续补充的冷空气影响，都会带来霜冻和较低的温度，进而造成一些热带或者副热带的植物以及禽畜和水产等遭到冻害，以致减产或死亡[1]。在冷空气影响下，广东省最低气温出现5 ℃或以下，称为低温。低温属于高影响灾害性天气，因此做好低温天气预报服务十分重要。

在全球变暖的背景下，全球变暖会导致高温、热浪等暖事件增多，寒潮等冷事件减少[2]，康志明[3]分析我国寒潮活动特征，结果表明1951—2006年期间我国寒潮强冷空气逐年的活动频次呈明显下降趋势，但也会出现阶段性异常情况，如2008年全国大范围低温雨雪冰冻天气，给交通、电力、农业及人们的生活带来了重大影响，直接经济损失超过1 500亿元[4]，冬季气温变化应给予重视，特别是低温气候变化特征研究就显得非常必要。

国内关于区域性低温变化的研究已有不少工作，陈敏[5]提出海南岛存在“相对的冬季”，海南岛异常特冷年主要发生在东西伯利亚极涡南落的年份里。刘燕等[6]研究表明广州气温在 1980年代中期以来呈显著上升趋势, 其中冬季最低气温增温最为显著，冬季低温日数明显减少，500 hPa 高度场的异常升高、冬季风和夏季风强度的减弱与广州气温的升高有直接的关系，李晓娟[7]进一步研究表明，广州年低温日数和 ENSO 事件有一定的对应关系，Elnino年当年冬季到次年春季广州气温以偏暖为主，Lanina年则大致相反。王翠花等[8]检测到我国日低温在近 50 a来发生了两次突变，其中第二次突变的变化趋势更加显著。周雅清等[9]认为最低气温变化趋势中城市热岛效应加强因素的影响明显，城市化对最低气温增温的贡献率达到52.6%。另外，王希娟[10]、王文[11]等还开展了低温的预报及检验工作。陈少勇[12]通过M-K检验指出近49 a中国西北地区年极端低温频率呈明显的减少趋势，且发现1985年有明显的突变现象，韩荣青[13]用Morlet小波分析1951—2007年我国低温冷害级别的周期，表明华南南部低温存在显著的2～5 a周期。

广东省江门、清远、开平等市县从事气象工作的人员，分别针对各自地区的低温气候进行了研究[14-17]。气候的地域差异造成了不同的变化状况，并且从低温周期、低温突变等角度进行针对性研究的尚不多见，因此，本文利用1957—2012年低温日数资料，初步探讨了南海区低温的变化特征，为南海低温的趋势预报提供参考。

2　资料和方法

本文的研究依据为：南海区国家气象观测站1957—2012年间记录的气温数据，500 hPa环流资料为NCEP第二套月平均再分析格点资料。

本文主要运用Excel统计和合成分析法，对南海低温天数、低温初日和终日、每年低温期出现的气温变化进行分析，利用GRADS软件绘制低温天数表现出异常年份中的环流特征。

对南海区极端最低气温进行M-K突变检验，其优点是不需要样本遵从一定的分布，也不受少数异常值的干扰，更适用于类型变量和顺序变量，目前是比较常用的趋势诊断方法[18]。。

目前小波分析已经在气候变化、气候周期分析领域的研究中得到了较为深入的应用[18-19]，本文试图通过Morlet小波函数对气温的周期变化展开研究。

3　南海区低温的变化特征

3.1低温日的月际分布

南海区1957—2012年共有274 d出现低温，年平均低温天为4.9 d，多在12—2月间发生，偶尔也会于11月或3月出现。

由每年月际分布可见，1月最多，共129 d，平均2.3 d，占47%，2月和12月次之，分别为1.37 d和1.12 d，分别占28%和23%，3月平均仅有0.05 d，约占1.1%，11月只出现过2 d，均数为0.04 d。

3.2初日和终日

南海区1957—2012年间的平均低温初日和终日年变化极大，低温初日于1975年出现得最早，为11月24日，而1968年则直到3月3日才出现初冻日，这些年的年平均低温初日和终日分别为1月4日和1月29日。

分析1957—2012年间南海每年的低温初终日线性变化情况如图1所示，可以看出该地区低温终日有提前趋势，相关系数r=-0.304 7，通过0.05显著性水平检验;低温初日有推后趋势，但并不十分明显(未能通过显著性检验)。

3.3低温期

低温期是每一年低温初日开始，直至终日结束的天数，如果当年没有低温则是0。由图1分析南海区1957—2012年间低温期的变化情况，可以看出南海区低温期每年都有变化，其中历史最久的低温期是1968年83 d，最短为0 d。60 d以上的有4 a，小于10 d的有27 a。

(纵坐标代表低温初、终日与11月1日之间相差的天数，中断位置代表当年不曾有低温)图1　1957—2012年南海区低温初日、终日变化Fig.1　Variation of beginning day and ending day of low temperature in Nanhai district from 1957 to 2012

同时，低温期的时间越来越短，该线性倾向值b=-0.544 8，相关系数r=-0.407 6，通过0.01的显著性检验。尤其在1980年代后期，低温期缩短明显(密集)。

3.4低温日数的年际与年代际变化特征

1957—2012年间南海区的低温日数如图3所示，由图可见年低温日数下降明显，线性倾向值b=-0.128 5，表现了这56 a以来，南海年低温日年减少率为0.128 5 d/a，相关系数r=-0.449，以0.001显著性水平检验(R0.001=0.421)，证明年低温日数有着十分明显朝着减少发展的趋势。

由图2可以看出，南海于1957—1985年间，前期的多低温情况明显，由1985年开始，低温日开始明显降低，该结果吻合全球1985年开始的气候增暖[20-21]，也与刘燕[6]的研究结果相一致。

同时还表现出低温日较大的年际变化情况，在一些年份中，未曾出现低温日，而有些年份则可以达到17 d，标准差为4.6 d，将距平绝对值大于标准差的年份定为明显偏多(少)的年份，则明显偏多年有8 a，明显偏少年有14 a，偏少年尤其在1980年代后期集中。另外对资料使用标准化处理也得出一样的结果。

(上图虚线代表年平均低温日数的1倍标准差，斜线代表线性趋势，曲线是4次多项式的拟合曲线)图2　南海地区1957—2012年间年低温日数距平Fig.2　Anomaly map of low temperature day number from 1957 to 2012 in Nanhai district

4　低温周期

通过小波分析法分析逐年低温日数(见图3)，显示：南海在低温日数演变过程中存在着准24 a的大周期、准9 a和准3 a内3类尺度周期变化的规律。可以发现准24 a尺度中多次出现多和少的交替准2次震荡；准9 a时间尺度上出现了准6次震荡。低温日小波方差图内有3处明显峰值(如图4所示)，其分别对应3 a、9 a及24 a时间尺度。其中最大峰值对应9 a时间尺度，9 a周期有着最强的震荡，是低温日变化的首个主周期。这与小波系数结果相符合。

图3　南海区低温日数小波系数Fig.3　Wavelet coefficient of low temperature day number in Nanhai district

图4　南海区低温日数小波方差Fig.4　Wavelet variance of low temperature day number in Nanhai district

5　低温日数异常年份的冬季环流特点

从上文可知，低温主要出现在12—次年2月，故对年低温日数显著偏多和显著偏少年份的冬季(12月—次年2月)500 hPa月平均高度距平场进行合成分析(图5)发现：年低温日数异常年份，亚欧地区的环流距平场基本呈现反位相分布。图5a，年低温日数显著偏多年，从伏尔加河经乌拉尔山、贝加尔湖直到东西伯利亚地区，巴尔喀什湖以北直到新地岛(40°～180°E，50°N以北)为正距平，对应的冷高压脊偏强，其南侧冷槽引导的南下冷空气势力偏强，西欧地区(0°～40°E)、我国大陆以及低纬度地区负距平，对应东亚大槽偏深，副高偏弱，影响南方的冷空气势力偏强，对应南海出现低温的日数偏多。相反，南海出现低温日数偏少。

a　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　b图5　南海区低温日数异常年的500 hPa高度距平合成图(a偏多年、b偏少年)Fig.5　500 hPa height anomaly composite map of low temperature day anomalous years in Nanhai district (a: more low temperature day years, b. less low temperature day years)

6　低温突变

用M-K检验[18-19]南海区1957—2012年南海区年最低气温序列的突变，图6由UF曲线可见，从20世纪80年代初开始，南海区最低气温呈上升趋势，且从90年代中后期开始这种增暖更为明显(超出1.96的临界值)，表明温度上升的趋势是显著的。从UF和UB交点情况看，其交于1985年，且只出现一个交叉点，该交叉点位于显著性检验水平范围内，才认为该交叉点对应的时间是突变点，也就是说1985年是突变点，即极端最低气温逐渐上升是由1985年开始突变的，与陈少勇[12]的研究结果相一致。

图6　56 a极端最低气温的Mann-Kendall突变曲线Fig.6　Mann-Kendal Abrupt Change Curve of extreme low temperature of 56 years

7　结论

①南海区年平均低温日数4.9 d，主要出现在12—2月；年平均低温初日为1月4日，终日为1月29日。

②低温终日提前趋势明显，初日推迟不明显；低温期缩短，尤其在1980年代后期，低温期缩短明显；年低温日数减少。

③南海在低温日数存在着准24 a的大周期、准9 a和准3 a的周期变化，9 a左右的周期震荡最强，为低温日数变化的第1主周期。

④对低温日数异常年景冬季500 hPa环流进行合成分析发现，南海区年低温日数明显偏多及偏少的年份中，亚欧地区冬季500 hPa高度距平场基本呈反位相分布。

⑤M-K检验表明，从20世纪80年代初开始，南海最低气温呈上升趋势，且从90年代中后期开始这种增暖趋势是显著的，同时突变点出现在1985年，即极端最低气温逐渐上升是由1985年开始突变的。

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Climate Characteristic Analysis and the Variations of Low-temperature in the Past 56 Years in Nanhai District

ZHAO Weiwen1，LIANG Hualing2，WU Xia3

(1. Meteorological Bureau of Shunde District，Foshan 528300,China；2. Meteorological Bureau of Nanhai District，Foshan 528200, China；3．Meteorological Bureau of Shaoguan City，Shaoguan 512000, China)

The statistical analysis method, Mann-Kendall and Morlet wavelet function and other methods were used to summarize the low temperature climate characteristics of Nanhai District from 1957 to 2012. The results show that，during the past 56 years，the low temperature days ends earlier and earlier，the low temperature duration has been shortening, and the annual number of low temperature days has been declining. Annual number variation of low temperature days has major cycles of 24, 9 and 3 years. The 9-year cycle is the first major cycle. Extreme minimum temperature in the Nanhai began to change drastically in 1985, since then it has been on the rise. By composite analysis on winter circulations at 500 hPa during anomalous years，the potential height anomaly fields at 500 hPa in the anomalous years with more low temperature days are found to be opposite in phase to that in the anomalous years with less low temperature days．

low temperature; features of climate variation; Nanhai

1003-6598(2016)01-0040-05

2015-02-05

招伟文(1988—)，男，助工，主要从事天气预报服务工作,E-mail:215236895@qq.com。

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