江淮地区不同相态降水日数变化特征

江淮地区不同相态降水日数变化特征
王传辉;姚叶青;李刚;李进
【摘要】基于1960-2013年106个地面气象站观测数据,对江淮地区雨、雪、雨夹雪及冻雨4种相态降水日数气候特征、月际分布、年际变化、长期趋势以及各相态降水日数与纬度、海拔高度之间关系等方面进行探讨,结果表明:江淮地区全年降雨日数为各相态降水日数之最多,空间分布上呈南多北少的分布特点,雪日数空间分布与雨日数相反,为北多南少;雨夹雪和冻雨日数主要表现为纬向差异,东部沿海少于西部内陆;在近54a中,各相态降水日数区域平均值均呈减少趋势,其中雨、雪、雨夹雪减少趋势显著;从各站点降水日数变化趋势的空间分布看,虽然各相态降水日数普遍以减少趋势为主,但冻雨显著减少的站点最少;除降雨主要出现在3-8月,其他相态的降水出现较多的时段为11月至翌年3月;4种相态降水日数中,降雪和冻雨日数与海拔高度关系最为密切,呈显著正相关,其次为雨夹雪.
【期刊名称】《气象科技》
【年(卷),期】2018(046)004
【总页数】7页(P753-759)
【关键词】降水相态;江淮地区;年际变化;变化趋势
【作者】王传辉;姚叶青;李刚;李进
【作者单位】安徽省公共气象服务中心,合肥230031;安徽省公共气象服务中心,合肥230031;贵州省气象台,贵阳550002;中国长江电力股份有限公司,湖北,宜昌443002
【正文语种】中文
【中图分类】P467
引言
江淮地区地处东亚季风区，四季降水差异明显，夏季受季风影响降水量最多[1]。

冬半年(11月至翌年3月)在东亚冬季风作用下降水量相对偏少。

曾剑等[2]曾指出，东亚冬季风与中国南方冬季降水，尤其是1月和2月的降水存在一定关系，其中
显著影响区域位于淮河以南，正是本研究所指的江淮地区的部分区域。

雨、雪、雨夹雪以及冻雨是常见的4种降水相态。

在夏半年江淮地区基本以降雨
为主，冬半年江淮地区降水相态多样。

已有研究表明，华东地区冬季(12月至翌年2月)上述4种降水相态均可出现[3-4]，同时指出，雪、雨夹雪和冻雨日数与亚洲区极涡面积存在一定关系。

不同相态的降水对人们生产生活的影响差异明显，以
24 h累积降水量5 mm为例，如果相态是雨，只是小雨量级，对城市交通和社会生产等不会造成明显影响，但如果降水相态是雪，则达到大雪量级，对城市交通和社会生产等的影响就会比较严重；同样量级的降水，相态是冰粒或冻雨时，对城市交通和社会生产等方面的影响则可能是致命的[5-6]。

近年来随着中国大部地区平
均气温明显升高[7]，极端天气事件也呈增加趋势。

2008年初，我国南方出现了历史罕见的雨雪冰冻灾害天气事件，该次过程持续时间长、影响范围广、降水强度大，对湖北、安徽、江苏等江淮地区的省份影响很大[8]。

可见，不同相态的降水对生
产生活影响的方面不同，影响程度也存在差异。

以往关于江淮地区降水的研究主要集中在梅汛期的降雨及春雨方面[9-12]，对江淮地区其他相态降水的变化研究相对较少[4]，本研究从天气现象的观测数据出发，
对江淮地区的雨、雪、雨夹雪以及冻雨4种相态降水气候特征、月际分布、年际
变化、长期趋势以及各相态降水日数与纬度、海拔高度之间关系等方面进行探讨，以期对江淮地区各相态降水日数的分布与变化有初步认识。

1 资料与方法
利用国家气象信息中心提供的江淮地区106个观测数据完整的地面气象观测站观测数据(站点位置分布见图1)，根据1次/3 h 地面观测的天气现象，24 h内观测到1次及以上该天气现象记为1 d，选取1960—2013年共54a的资料。

本研究在降水量级上，不足0.1 mm的降水也算为1个降水日数，在以往的许多研究中将达到0.1 mm的降水记为1个降水日数，也有将日降水量达到1 mm记为1个有效降水日数，具体以什么数值为标准来统计降水日数需要根据研究目的来确定，这里做出说明。

由于雨夹雪和冰粒通常是降水由雨转雪的过渡相态，这两种相态难于区分，受观测员的主观影响较大，将这两种相态统一称为雨夹雪。

文中使用的方法主要为合成分析、趋势分析和相关分析，在趋势分析和相关分析中涉及到的显著性检验均为t检验。

图1 江淮地区106个地面气象观测站(+)位置分布
2 各相态降水日数气候特征
统计江淮地区各站1960—2013年出现雨、雪、雨夹雪以及冻雨日数的气候平均值，其空间分布如图2。

江淮地区年平均降雨日整体呈现南多北少的空间分布特征(图2a)，南北差异明显，大部分站点多在110～220 d之间。

沿淮河以北大部站点年平均降雨日数普遍小于150 d，江淮之间中南部到江南北部地区年平均降雨日数多处在150～200 d。

江南南部，包括湖南北部、江西北部以及浙江北部年平均降雨日数最高，在200 d以上。

吴昊旻等[13]在分析华东地区不同等级降水日数时空分布特征时指出，华东降水日数分布同样存在由南向北递减的特征，在具体数值上，其结果与本研究相比略小，这可能是由于两研究使用的观测资料存在差异
[14]，天气现象观测时微量降水记为降水，但在降雨量上却记为0，导致使用降水量数值来判别降水日数的数值偏小。

年平均降雪日数空间分布(图2b)，整体呈现出北多南少，内陆多沿海少的空间分
布特点，位于江淮地区西北部的河南、湖北北部及湖南西部等地在15 d以上，而江淮地区东南部和东部沿海多处在10 d上下。

在江淮地区中南部降雪日数普遍偏少，只有黄山光明顶站达40 d，为研究区域内最高，其次是庐山站，为33 d。

可见，海拔高度和地形等因素对降雪日数影响十分明显。

在以往的研究中[15]，使用不同长度和不同起止时间的资料分析得出光明顶年平均降雪日数为37.7 d，与本
文研究结论相似。

图2c给出了江淮地区各站年平均雨夹雪日数空间分布。

可见，雨夹雪日数与雨和雪相比明显偏少，大部地区平均每年为4～12 d，空间差异明显，多发区主要位于湖南北部、江西北部、浙江北部、湖北南部以及皖南山区等地。

在整个研究区域内，位于江西境内的庐山最高，达到25.6 d。

孙燕等[4]在分析华东地区雨夹雪天数时
也曾指出庐山站雨夹雪日数全区最高。

江淮地区各站年平均冻雨日数发生较少(图
2d)，东部沿海少于西部内陆，多处在0～4 d之间，其中黄山和庐山与周围存在
显著差异，分别为43.5 d和44.3 d，主要是这两个测站海拔较高，分别为1836
m和1165 m，在此高度上，很多情况下液态水处在过冷状态，容易导致冻雨的
发生[16]。

由于各相态降水日数气候平均值差别较大，使用变差系数来反映降水日数的年际差异程度，变差系数为标准差除以平均值。

降雨日数的变差系数空间分布整体呈现与降雨平均值相反的特征(图3a)，河南、安徽和江苏北部为降水日数变差系数最大
的区域，多处在12～15之间。

降雪日数变差系数整体比降雨偏大(图3b)，其大值区主要位于湖北东部、江西北部、浙江北部以及江苏的部分地区，这些地区最大值超过50。

雨夹雪日数的变差系数空间差异相对较小(图3c)，除江南南部和湖北西
部在80以上外，其他地区多处在40～80之间。

冻雨日数的变差系数空间差异明
显(图3d)，且变差系数数值明显比雨、雪日数的偏大。

这里需要说明的是，由于
冻雨日数较少，其发生具有一定的偶然性，在变差系数分析中统计的样本较少，其结果还有待更多样本的加入做进一步验证。

可见，在江淮地区各类型相态降水日数的变差系数与气候平均值基本相反，降水日数越多的地方变差系数越小，反之亦然。

同一降水相态中，降水日数多的区域比降水日数少的区域变差系数小。

图2 江淮地区年平均雨(a)、雪(b)、雨夹雪(c)和冻雨(d)日数(单位：d)
图3 江淮地区雨(a)、雪(b)、雨夹雪(c)和冻雨(d)日数变差系数(单位：0.01)
3 各相态降水日数季节、年际变化和变化趋势
3.1 各相态降水日数季节差异
江淮地区各相态降水日数气候特征差异明显，季节差异更是表现出不同的分布特点(图4)。

从各月雨日数的分布看(图4a)，在一年中各个月份均会出现降雨，其中3—8月降雨日数较多，尤以7月最多，达17.2 d，其次为6月，为17.1 d，每
年6—7月为江淮梅雨出现的时间，江淮地区多阴雨天气，同时雨量较大[11]。

冬季(12月至翌年2月)为降雪主要出现时间(图4b)，3月、4月以及11月在某些站点也会出现降雪，但一般出现在高海拔山区。

雨夹雪一般出现在每年的11月至翌年3月(图4c)(以下将此时段称之为冬半年)，其中1月份最多，这与降雪日数各月分布一致。

冻雨日数各月分布与雨夹雪相似(图4d)，主要出现在冬半年，1月最多，2月次之。

王遵娅[17]在分析中国冰冻日数气候及变化特征时曾指出，中国区域内冻雨主要出现在冬半年。

图4 江淮地区雨(a)、雪(b)、雨夹雪(c)和冻雨(d)日数各站平均月际分布
3.2 各相态降水日数年际变化
图5给出了江淮地区106个地面气象观测站观测到雨、雪、雨夹雪以及冻雨区域
平均的年际变化曲线，雨日区域多年平均为169.8 d，其中1970年最高，达
190.0 d，最低为143.5 d，发生在2013年(图5a)。

可见降雨日数年际差异明显，在1960—2013年间，降水日数以3.5 d/10a的速度减少(通过0.01显著性检验，本节中除特殊说明，变化趋势显著的均为通过0.01显著性检验)。

吴昊旻等[13]对华东地区降雨日数研究时发现，华东地区总雨日数也是减少的，同时指出这主要是由于小雨日数的减少所致。

区域平均降雪日数年际差异明显(图5b)，在1990年以前处于多发期，之后转为低值期，最高年出现在1974年，达28.3 d，出现最少
的年份为2007年，仅有3.5 d，最多年和最少年相差达8倍。

降雪日数在近54a
平均以1.0 d/10a的趋势显著减少。

雨夹雪作为雨雪之间的一种过渡相态，多发生在雨雪转换之间，一般持续时间较短。

在江淮地区年平均雨夹雪日数只有7.2 d(图5c)，从1960—2013年整体呈现显著减少趋势(通过0.05显著性检验)，最高年出现在1974年，为15.0 d，最少年出
现在2007年，仅有2.6 d。

冻雨日数的年际变化相对较小(图5d)，除1969年外，基本处在0-5 d，最小值出现在1963年只有0.5 d，1969年最多，为 7.8 d，在
近54 a中呈显著减少趋势。

3.3 各相态降水日数变化趋势
3.2节中分析了江淮地区4种降水相态区域平均日数年际变化，同时给出了区域平均的变化趋势，本节中涉及到变化趋势显著的均为通过0.05显著性检验。

下面分
析各相态降水年平均日数变化趋势的空间分布(图6)。

从降雨日数变化趋势空间分
布看(图6a)，除沿江及以南部分站点外，其他大部站点均呈现出显著减少趋势，
尤其是江北的大部分站点减少趋势大于3 d/10a，部分站点大于6 d/10a，减少趋势十分明显。

有研究在分析1958—2004年中国东部夏季降水日数年代际变化时
发现，除长江流域外，中国东部其他地区夏季总降水日数以减少趋势为主[18]。

通过图5a可以看出，降雨日数从2005年之后一直处在相对较低的水平。

在本研究涉及到的106个测站降雪日数变化趋势均呈减少趋势(图6b)，其中江南南部和
江淮之间北部到淮北大部站点减少趋势显著，这些区域大部分站点的减少趋势在0.6 d/10a以上，沿江地区减少趋势相对较小，多小于0.6 d/10a。

图5 江淮地区区域平均雨(a)、雪(b)、雨夹雪(c)和冻雨(d)日数年际变化
雨夹雪日数长期变化趋势存在一定的区域差异(图6c)，在河南北部、苏皖交界以及长江以南等地个别站点呈现出增加趋势，其他大部分站点为减少趋势，其中江北大部站点及江南部分站点减少趋势显著。

在研究区域内鄂豫皖交界及其附近大部站点冻雨日数表现为显著减少趋势(图6d)，其他地区增减趋势不显著，与王遵娅[17]的研究结论相似。

同时，王遵娅的研究还指出，冻雨日数的减少与亚洲极涡的面积和强度，乌拉尔山和贝加尔湖阻塞高压的强度及西太平洋副高的面积、强度和位置存在一定的关系。

图6 江淮地区雨(a)、雪(b)、雨夹雪(c)和冻雨(d)日数长期变化趋势(单位：
d/10a)(图中方框表示通过0.05显著性检验)
综上，分析的4种降水相态中，在1960—2013年间普遍以减少趋势为主，雨和雪两种降水相态日数减少趋势尤为显著，冻雨日数显著减少区域主要位于鄂豫皖交界及其附近地区。

4 各相态降水日数与纬度、海拔高度关系
在分析江淮地区各相态降水日数气候特征时发现，各降水相态，尤其是雪和冻雨日数等受纬度及海拔高度等因素影响明显。

表1给出各相态降水日数分别与纬度和海拔高度的相关系数及其偏相关系数。

本节给出相关系数显著的均为通过0.01显著性检验。

雨和雨夹雪日数与纬度之间无论是相关系数还是偏相关系数都为显著负值，表明雨、雨夹雪随纬度增大呈减少趋势，而降雪日数与纬度呈显著正相关，这与图2分析得到的结论相符。

从相关系数看，除雨日外，雪、雨夹雪和冻雨均与海拔高度呈显著正相关，各降水相态日数与海拔高度偏相关系数均高于对应的相关系数，其中雨日与海拔高度的偏相关系数也达到了0.3，为显著正相关。

可见，海
拔高度对各降水相态日数都有增多的作用，尤其是对雪、雨夹雪和冻雨的影响明显。

这主要是因为一般来说近地层的气温相对较高，雪、雨夹雪在下落过程中可能融化为雨，而高海拔地区气温相对较低有利于雪、雨夹雪的形成[3]。

同样，在高海拔
地区很多降水以过冷却的状态存在，易导致冻雨的发生[19]。

表1 江淮地区雨、雪、雨夹雪和冻雨年平均日数与纬度和海拔高度关系降水相态
雨雪雨夹雪冻雨纬度相关系数-0.94**0.26**-0.54**-0.06偏相关系数-
0.95**0.43**-0.64**-0.20*海拔高度相关系数0.030.89**0.44**0.81**偏相关系
数0.30**0.91**0.57**0.82**
注：*，**分别表示通过0.05、0.01显著性检验。

5 结论与讨论
本文从天气现象的观测数据出发，对江淮地区的雨、雪、雨夹雪以及冻雨4种相
态降水日数气候特征、月际分布、年际变化、长期趋势以及各相态降水日数与纬度和海拔高度之间的关系进行探讨。

(1)江淮地区年降雨日数为各相态降水日数最多，呈南多北少的空间分布特点，雪
日数空间分布与雨相反，为北多南少。

雨夹雪和冻雨主要为纬向差异，东部沿海少于西部内陆。

各相态降水日数越少的地区其变差系数越大。

(2)在近54a中，各相态降水日数区域平均值均呈减少趋势，其中雨、雪和雨夹雪
减少趋势显著。

从各站点降水日数变化趋势的空间分布看，虽然各相态降水普遍以减少趋势为主，但冻雨显著减少的站点最少。

(3)除降雨日数主要出现在3—8月，其他相态降水日数主要出现在11月到翌年3月，其中以1—2月最多。

(4)剔除纬度影响，海拔高度与4种降水相态日数呈显著正相关，其中与雪和冻雨
日数的关系最为密切。

在分析影响雪、雨夹雪以及冻雨日数的因子时主要从纬度和海拔高度的角度出发，
这些都可归纳为地理因素。

导致同一或多种降水相态出现的天气系统可能存在一定的共性特点[19-20]，本文并未涉及，有待进一步探讨。

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