吴瑕

摘要 基于1951—2020年包头国家基本气象站逐日气候要素和天气现象资料，分析了该区域秋冬季多种高影响天气气候事件的发生强度和频率。结果表明：过去70年间，最大冻土深度以4.05 d/10 a的趋势显著下降，降雪日数、积雪日数、最大积雪深度、低温日数以及冰雹日数变化趋势总体平稳，略有下降，平均地面温度则以0.46 d/10 a的趋势缓慢上升。积雪日数和低温日数1月最多，降雪日數和冰雹日数分别是2月和9月最多。高影响天气气候事件发生的强度和频率可能会在全球气候变暖的背景下增加，因此，制定更多缓解与适应气候变化的策略是重中之重。

关键词 秋冬季;高影响天气事件;趋势

中图分类号：P467 文献标识码：B 文章编号：2095–3305（2022）04–0082–03

随着社会和国民经济的不断发展，全球范围内因自然灾害遭受的损失越来越大，社会公众也越来越关注各种天气事件对生产、生活及交通方面的影响。高影响天气气候事件被定义为可能造成严重灾害并且对社会产生重大影响的异常气候或天气现象，相比于气候平均态的变化，高影响天气气候事件更易对社会经济和生命财产造成灾难性的后果[1-2]。国内外许多学者都开展了关于高影响天气发生发展特征的研究，翟盘茂等[3]发现长江中下游地区强降水事件发生频率在气候变暖背景下更频繁，东北华北地区干旱趋势在20世纪末期至21世纪初期间明显上升。吕勇平[4]通过研究2010年广州亚运会期间同期气象气候条件得出，影响开幕式的高影响天气是强降水与强冷空气。左同连[5]分析了气象灾害对航班延误、损失与安全等方面造成的影响，从而建立了评估模型。史军等[6]指出了1959—2010年长江三角洲的雷暴、大风、低温、降雪与大雾日数均明显减少，而暴雨与高温日数没有显著变化;雷暴、低温、降雪与大雾日数发生了减少突变，而暴雨与高温日数发生了增多突变。

包头市地处中国华北地区，主要是温带大陆性季风气候，易出现各种极端天气，从而对农牧业造成严重影响[7]。本研究选用包头国家基本气象站1951—2020年的历史资料，统计分析了降雪日数、积雪日数、最大积雪深度、低温日数、地面温度变化、地温的垂直分布、冻土的冻结与融化规律、最大冻土深度以及冰雹日数的变化特征，以期为包头市应对灾害性天气提供科学依据。

1 高影响天气变化特征

1.1 降雪、积雪日数

当气象观测站四周被雪（包括冰粒、米雪、霰）覆盖超过能见面积50%时，气象上称为积雪，该日则称之为一个积雪日[8]。1951—2020年包头国家基本气象站累年平均降雪日数为19.0 d，年际变化在1 d（2013年）～37 d（2020年）之间，降雪日数以0.24 d/10 a的速率减少。

降雪主要发生在1—3月和11—12月，分别为3.4、3.9、3.5、2.8、3.4 d。年平均积雪日数为22.7 d，历年积雪日数在3 d（1965年）～55 d（1964年、1967年）之间变化，以平均每10 a减少0.09 d的趋势下降。积雪月均日数表现出显著的季节变化趋势，冬季发生次数最多，春季次之。1月日数最多为7.8 d，2月次之，为5.9 d。

建站至今（1951—2020年），包头国家基本气象站最大积雪深度为21 cm，出现在1957年4月10日。年际变化趋势总体平稳，略有下降，以平均每10 a减少0.007 d的趋势下降。

1.2 低温日数

根据《内蒙古地区极端高温、低温和降雨标准》（DB15/T 933—2015），日最低气温小于或等于-25℃被定义为“低温日”。包头国家基本气象站累年平均低温日数为2.0 d，1971年出现低温日数最多，为17 d。此外，共计35年未发生低温天气，低温日数呈下降趋势。低温天气主要发生在1—2月和12月，分别为1.1、0.4、0.5 d。

1.3 冻融

地温作为冻土区域各类建筑物地基基础设计的重要参数之一，对合理选择施工期、基础埋深和基础断面以及保障建筑物稳定具有重大意义。因此，在矿区建设中，对建筑物的设计和施工必须准确掌握冻土的发生发展规律，并考虑其对工程的影响。

1.3.1 地面温度变化 图1为包头国家基本气象站地面温度年际变化图。该站自1961年开始连续地温观测记录，近60年（1961—2020年）包头地区地面年平均温度最高为11.8℃，最低为7.7℃，呈波动性上升趋势。

由包头国家基本气象站多年地面平均温度统计资料（表1）可知：近60年、近30年和近10年年平均地面温度分别为9.9、10.7和11.1℃。包头国家基本气象站地面温度的年变化规律为：月最低地面温度均出现在1月，月最高地面温度均出现在7月，升温均以4、5月最快，降温则以10月、11月最剧烈。

1.3.2 地温的垂直分布 包头国家基本气象站自1980年开始有深层地温（160 cm）连续观测资料，表2统计了近41年（1980—2020年）来包头国家基本气象站不同深度地温值，该站不同深度地温年变化见图2。

冬季因气温急剧下降，地表不断从土壤更深层汲取热量，造成地温由浅层向深层呈上升趋势，包头国家基本气象站1月0、40、80和160 cm的平均地温分别为-11.0、-5.4、-1.7和3.9℃;夏季则正好相反，地表升温后，不断向更深层传送热量，造成地温由浅层向深层呈下降趋势，7月0、40、80和160 cm平均地温分别为29.2、24.6、21.7和16.9℃。

包头国家基本气象站地温最低月与最高月的出现时间均表现为随深度的增加而逐渐滞后，0 cm、40 cm最低月与最高月出现的时间与气温相仿，最低月为1月，最高月为7月;80、160 cm地温最低月与最高月分别出现在2月和8月。地温的年较差随深度的增加而减小，0、40、80和160 cm地温的年较差分别为40.2、30.0、23.8和16.3℃。这是因为地表是散热降温和吸热增温的直接作用面，土壤的保温作用越往深层则越强，在达到一定深度后，还可能出现恒温层。

1.3.3 冻土的冻结与融化规律 冻土是指在0℃以下，含有水分的土壤发生冻结的现象，主要分为多年冻土、季节冻土和短时冻土，亦分别称之为永久冻土、半月至数月冻土和数小时/数日以至半月冻土[9]。多年观测表明，包头国家基本气象站属季节性冻土地带。通常每年10月开始出现冻土，随着气温下降则冻土深度加深，至翌年2—3月冻土深度达到最大，4—5月冻土逐渐消失。该区域土壤冻结最早出现日期为9月27日（1982年），最晚出现日期为11月14日（1971年）;土壤冻结化通最早出现日期为3月10日（1990年），最晚出现日期为4月30日（1983年）。

1.3.4 最大冻土深度 该站自1954年开始有完整的记录，1954—2020年间最大冻土深度最大值为175 cm，出现在1957年3月15日，最小值为86 cm，出现在2002年2月9日。年平均最大冻土深度为124.3 cm，其年际变化正以4.05 d/10 a的速率显著减少。

1.4 冰雹日数

冰雹定义为坚硬的锥状、球状或不规则形状的固态降水，直径可达几毫米至几十毫米，常与雷暴一起出现。根据其发生条件、降雹强度和发展过程可划分为冷锋降雹、飑线降雹和气团性降雹3种[10]。

包头国家基本气象站（1970—2020年）冰雹的年平均日数为2.0 d，有55年发生了冰雹天气;冰雹天气主要发生在5—9月，占全年的86.2%。

2 防御建议

2.1 降雪/积雪的防御建议

健全雨雪冰冻灾害应急防御机制，明确各单位责任分工，检查外露设备与线路是否被积雪覆盖或结冰，及时处理覆雪、结冰，避免造成安全隐患或生产停工。社会公众应及时转移室外易倒塌受损的物件，避免造成人员伤亡和财产损失。

2.2 低温灾害的防御建议

低温天气会降低人的体感温度，造成冻伤，也易让户外工作人员感染呼吸道疾病。应重点关注气象部门发布的低温灾害预警信号，针对突发低温事件，及时协调工作计划，编制维护方案，减少其对公众生产生活的直接危害。户外施工人员应根据各区域低温持续时间，在受低温灾害严重的区域，选用韧性、塑性较好的材料。

2.3 冻融的防御建议

施工人员应充分考虑建筑区域气候特征和冻土的冻结与融化规律，选择耐性好的基础材料，以减少冻害造成的损失。包头市地区冻土期一般在9月下旬—翌年的5月，户外工作人员应尽量避免在此期间施工。如若实在避不开，需提前制定防冻措施，并严格按照冬季施工规划进行作業，确保基础地基在施工期间和施工完成后均不受冻。

包头市地区最大冻土深度在1957年出现历年最大值，达175 cm，因此该区域地面建筑物的地下结构的基础埋深不得少于175 cm。此外，燃气管道、供/排水管道的管线覆土深度也必须严格按照冻土深度进行设计。

研究表明，当土壤温度低于0℃时，电阻率会随温度的下降而显著增高，当温度在-20℃左右时，电阻率可达到106 Ω·m[11]。因此，将接地体埋入土壤中时，其深度不得少于0.5 m。冻土深度和厚度会因地质岩性、植被坡向、地理位置、水分状况等条件略有差异，户外工作人员应根据实际勘探结果进行设计、施工。

2.4 冰雹的防御建议

冰雹从高空急速落下，冲击力较大，可能会损坏建筑，破坏通信设施，严重时还可能造成人员伤亡。人们应及时关注气象部门发布的冰雹天气预报预警信息，社会公众在冰雹天气高发期应做到尽量避免外出。已经发生冰雹天气时，户外工作人员应及时转移易倒塌受损材料，并停止作业，避免被冰雹或建筑材料误伤。

3 结论

以包头国家基本气象站近70年地面观测资料为基础，分析了该区域秋冬季发生频率较高的高影响天气的气候特征，分析结果有利于增强社会公众防灾减灾的意识，并及时采取防范措施，主要结论如下：

（1）近70年该站平均地面温度以0.46 d/10 a的趋势缓慢上升，而降雪日数、积雪日数、低温日数、冰雹日数、最大积雪深度和最大冻土深度均呈下降趋势;该站最大积雪深度为21 cm，出现在1957年4月10日。

（2）近60年该站地面年平均温度呈波动性上升趋势，月最低地面温度均出现在1月，月最高地面温度均出现在7月，升温均以4、5月为最快，降温则以10月、11月最剧烈;冬季地温由浅层向深层呈上升趋势，夏季则相反;地温最低月与最高月的出现时间均表现为随深度的增加而逐渐滞后，地温的年较差随深度的增加而减小。

（3）包头国家基本气象站属季节性冻土地带，该区域土壤冻结最早出现日期为1982年9月27日，最晚出现日期为1971年11月14日;土壤冻结化通最早日期为1990年3月10日，最晚日期为1983年4月30日;年最大冻土深度最大值和最小值分别为1957年3月15日的175 cm和2002年2月9日的86 cm。

（4）社会公众应及时关注气象部门发布的强对流天气灾害预报预警信息，相关部门需要提前规划好应对极端天气的防御措施，并不断加大宣传力度，加强市民对极端天气的认识和重视，增强防护意识，从而减少灾害性天气造成的损失。

参考文献

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[2] 赵琳娜，马清云，杨贵名，等.2008年初我国低温雨雪冰冻对重点行业的影响及致灾成因分析[J].气候与环境研究， 2008，13（4）：556-566.

[3] 翟盘茂，刘静.气候变暖背景下的极端天气气候事件与防灾减灾[J].中国工程科学，2012，14（9）：55-63，84.

[4] 吕勇平.亚运会期间广州同期历史气候特点及高影响天气[J].广东气象，2010， 32（4）：4-5，9.

[5] 左同連.南京禄口国际机场气象灾害风险评估方法初探[J].中国战略新兴产业，2017（20）：126，128..

[6] 史军，陈伯民，穆海振，等.长江三角洲高影响天气演变特征及成因分析[J].高原气象，2015，34（1）：173-182..

[7] 王跃勤.2015包头春季气候对农牧业生产的影响[J].中国农业信息，2015（15）： 103.

[8] 朱乾根，林锦瑞，寿绍文，等.天气学原理与方法[M].北京：气象出版社，2007.

[9] 徐学祖.冻土分类现状及建议[J].冰川冻土，1994（3）：193-201.

[10] 洪延超.冰雹形成机制和催化防雹机制研究[J].气象学报，1999，57（1）：31-45.

[11] 何金良，曾嵘，陈水明.输电线路雷电防护技术研究（三）：防护措施[J].高电压技术，2009，35（12）：2917-2923.

责任编辑：黄艳飞

Characteristics of Autumn and Winter High-influence Weather Variation in Baotou

WU Xia （Baotou Meteorological Observatory， Baotou， Inner Mongolia 014030）

Abstract Based on the daily climatic elements and weather phenomenon data of Baotou National Basic Meteorological Station from 1951 to 2020， this paper analyzed the occurrence intensity and frequency of various autumn-winter high- influence weather and climate events in this region. The results showed that the maximum frozen soil depth had decreased significantly with a trend of 4.05 days/10 years in the past 70 years. On one hand， the change of snowfall days， snow days， maximum snow depth， low temperature days and hail days were generally stable， with a slight decrease. On the other hand， the average ground temperature rose slowly at a trend of 0.46 days/10 years. The snow days and low temperature days were the most in January， while the snowfall days and hail days were the most in February and September， respectively. The intensity and frequency of high-influence weather and climate events may increase in the context of global warming， so developing more mitigation and adaptation strategies remains a top priority.

Key words Autumn-winter; High-influ-ence weather and climate events; Trends