1960—2019年佛冈县低温的气候变化特征

吴志纯，陈焯坚，余秀娟，冯梓雅，黄永基

（1.佛冈县气象局，广东佛冈 511600；2.清远市气象局，广东清远 511510）

在全球气候变暖的背景下，虽然低温天气影响期在缩短，但罕见的极端天气气候事件发生频率的增长百分比却在增大［1］，如2008年南方特大雪灾、2016年世纪寒潮，给人民生命财产带来巨大损失，也给农业生产、交通运输、电力输送等造成极为严重的影响，许多学者对此做了多方面的研究［2-5］；也有不少气象工作者对本地的低温进行分析，总结出当地的低温气候特征［6-18］，对本地低温的预报有很好的指导意义。胡端英等［8］根据云浮市1965—2010年的低温霜冻资料，总结出一些低温霜冻预报指标和技巧；杜小松等［11］通过龙门县1980—2008年冬季低温天气资料，将低温天气型分为3种形势，再根据不同的天气型预报判据建立模型做出定量的低温天气预报；林俊杰等［14］分析连山县近50年低温、霜冻资料，总结其变化特征，提出适用本地农作物预防低温霜冻的合理措施。

佛冈县位于广东省中北部，气候适宜，本地种植蔬果种类繁多，如柑橘、香蕉、荔枝、石硖龙眼等本地特色农产品，这些作物性喜温暖而怕低温，但佛冈低温日数年际变化差异大，最多达35 d，最少仅1 d。为有针对性地做好当地种植业、养殖业等农业气象保障服务，降低极端性低温雨雪天气对交通、电力等方面造成的不利影响，因此研究佛冈县的低温气候特征，对提高低温预报的准确率和防灾减灾措施的提前部署，减少经济损失有重要的意义。

1 资料与方法

本研究使用1960—2019年佛冈国家基本观测站逐年的最低气温资料，分析佛冈县低温情况。根据《广东省天气预报技术手册》的定义：在冷空气影响下，广东省最低气温出现5℃或以下，称为低温［15］。本研究低温期是指每年佛冈低温初日开始，直至终日的天数［13］；与之对应，当年11月至次年3月底出现低温的日数，则为该年的低温日数。

本研究主要采用线性回归、多项式曲线拟合、Mann-Kendall突变分析、Morlet小波分析等［16］方法，对1960—2019年佛冈县低温日数、低温初终日和低温期进行分析。

2 佛冈县低温的年际变化特征

2.1 低温日数

1960—2019年佛冈县低温天气出现在11月至次年的3月，主要集中在12月至次年2月，其中1月份出现的次数最多，占低温总日数的42.7%；11月份出现的次数最少，仅占1.6%。1960—2019年佛冈县共有926 d出现低温，平均低温日数为15.4 d；最多低温日数为35 d，出现在1975年；最少低温日数为1 d，出现在2000和2016年。从图1可以看出，近60年来佛冈县低温日数呈明显减少趋势，平均每年减少0.257 3 d，趋势系数为-0.491 2，通过a＝0.001显著性水平检验，说明低温日数减少趋势显著。从4次多项式拟合曲线可看出，低温日数在1960年代至1980年代中期为偏多期，1980年代后期之后为偏少期。

图1 佛冈县1960—2019年低温日数的变化

2.2 低温初日和终日

由于佛冈县低温最早出现在11月份，为方便统计，以11月1日为起点计算低温初日和终日。

1960—2019年佛冈县低温初日最早出现于11月19日（1971和1983年），最晚出现于1月23日（1975年），平均低温初日为12月14日，2000和2016年并无低温初日出现。从图2可看出，1960—2019年佛冈县低温初日呈推迟趋势，平均每年推迟0.204 6 d，趋势系数为0.273 9，通过a＝0.05显著性水平检验，说明低温初日推迟趋势显著。

图2 佛冈县1960—2019年低温初日和终日的变化

1960—2019年佛冈县低温终日最早结束于1月13日（2003年），最晚结束于3月20日（1976年），平均低温终日为2月18日。从图2可以看出，1960—2019年佛冈县低温终日呈提前趋势，平均每年提前0.175 1 d，趋势系数为0.191 8，未通过a＝0.05显著性水平检验，说明低温终日提前趋势不明显。

2.3 低温期

1960—2019年佛冈县低温期最长为118 d（1975年），最短为1 d（2000和2016年），平均低温期为65 d。低温期有36年高于平均值，有3年（1971、1975和1983年）超过100 d。从图3可看出，1960—2019年佛冈县低温期呈减少趋势，即低温期缩短，平均每年减少0.498 2 d，趋势系数为0.328 2，通过a＝0.05显著性水平检验，说明低温期减少趋势明显。主要原因是低温初日推迟、终日提前。从4次多项式拟合曲线可看出，低温期在1960年代至1980年代中期为偏多期，1980年代后期之后为偏少期。

图3 佛冈县1960—2019年低温期变化曲线

2.4 低温日数和低温期的突变

本研究利用M-K检验方法对1960—2019年佛冈县低温日数和低温期进行突变检验。当UF（k）值大于零时说明序列为上升趋势，小于零时则说明为下降趋势。U±0.05表示显著性水平a＝0.05的对应临界值为±1.96。如果UF（k）和UB（k）两条曲线出现交点且在临界线之间时，说明该点对应的时刻是突变开始的时间。

由图4a可看出，近60年佛冈县低温日数UF（k）曲线在1970年代之后小于0，呈减少趋势，且在1990年代之后超过临界值，说明1990年代之后低温日数的减少趋势显著。UF（k）和UB（k）两条曲线在1981和1983年有交点，交点均在临界值之间，且1990年代之后UF（k）曲线超过临界值，说明低温日数在1983年开始发生突变。

图4 佛冈县1960—2019年低温日数（a）和低温期（b）突变分析

由图4b可看出，近60年佛冈县低温期UF（k）曲线在1960年代至1970年代前期呈增多趋势，其余时间段呈减少趋势，1990年代后期至2000年代超过临界值，说明这段期间低温期减少趋势显著。UF（k）和UB（k）两条曲线在1986年有交点，交点在临界值之间，且2000年代之后UF（k）曲线超过临界值，说明低温期在1986年开始发生突发。

2.5 低温日数和低温期的周期

Morlet小波具有多时间尺度分析的特征，本研究通过Morlet小波系数实部，分析近60年来佛冈县低温日数和低温期周期变化，当小波系数实部大于0时对应偏多期，小于0时对应偏少期。

从图5a可看出，近60年来佛冈县低温日数存在5～8、11～14年，准18和准30年的周期振荡，其中11～14年和准30年的周期振荡最强。11～14年的周期振荡出现在1960年代至2000年代中期；准30年的周期振荡存在于整个时间序列，且最为明显，呈3次偏多到偏少的交替变化过程，由此推测每30年低温日数将从偏多趋势转为偏少趋势。

图5 佛冈县1960—2019年低温日数（a）和低温期（b）Morlet小波系数实部

从图5b可看出，近60年来佛冈县低温期存在5～8年，准20和准30年的振荡周期，其中5～8年和准30年的周期振荡存在于整个时间序列；准20年的周期振荡最强是2000年代以后。5～8年的年际周期振荡说明每隔5～8年低温期呈小幅的偏少趋势转为偏多趋势。低温期准30年的周期振荡与低温日数有较好的一致性，亦可推测出每30年低温期也将从偏多趋势转为偏少趋势。

3 结论

1）佛冈县低温主要集中在12月至次年2月，其中1月份出现的次数最多。

2）近60年佛冈县低温日数和低温期呈明显减少趋势，其中低温日数在1990年代之后减少趋势显著，低温期则在1990年代后期至2000年代减少趋势显著。低温日数和低温期在1980年代中期发生减少突变，在1960年代至1980年代中期为偏多期，1980年代后期之后为偏少期。

3）低温初日呈明显推迟趋势，低温终日呈提前趋势，但不明显，总体表现为低温期缩短。

4）近60年佛冈县低温日数和低温期均存在5～8年和准30年的周期振荡，呈多尺度振荡的特点。由于低温日数和低温期在准30年的周期振荡里有较好的一致性，可推测出每30年佛冈县低温天气将由偏多趋势转为偏少趋势。