克拉玛依低温日的气候特征分析

克拉玛依低温日的气候特征分析

克拉玛依低温日的气候特征分析

摘要:本文利用1961年到2010 年克拉玛依气象站日最低气温资料, 分析克拉玛依低温日的气候特征和变化。结果表明: 克拉玛依各年代低温日数及过程次数20世纪60年代到90年代呈减少趋势，2000年代有所增多。克拉玛依低温日存在2-3年的显著周期，并以1986年为突变点，1986年后有显著减少的趋势。

关键词: 克拉玛依；低温日；气候特征

中图分类号： P462文献标识码：A文章编号：

低温天气对各行各业及人们日常生活都有影响。低温天气使工作时手脚打滑，或冻伤，跌跤摔伤，影响工作效率，也很容易造成交通事故，人身安全受到威胁。持续低温，常常导致水管线，暖气管线冻裂，造成生活用水和取暖的困难。突然降温和长时期低温，使发病率增高，多消耗能源。

克拉玛依地处准葛尔盆地西北缘，由于大部分地区地势低，冬季冷空气易堆积，造成持续低温天气。而克拉玛依是我国重要的石油工业基地，≤-25℃的低温严寒天气滴水成冰，严重威胁着采油、输油、供水、交通、钻井、修井以及人民生活的取暖。≤-30℃的特冷天气使原油生产更加困难，取暖、采油、输油都要消耗大量的原油和原煤，低产低能井关闭，大量的野外工作停止。骤然的降温和长期持续低温将给生产造成极大的危害，也很容易把人、畜冻伤冻死。如2011年克拉玛依持续17天最低气温在-25℃以下，造成多个锅炉房锅炉管网冻裂，最严重的是小拐136团场，持续停暖一周以上，对人们的生活和日常工作影响极大。本文通过分析1961―2010年克拉玛依低温天气的气候特征及变化，为更好地做好地方气象服务、做到趋利避害提供参考。

1 资料的选取及低温的定义

选取克拉玛依气象站1961―2010年（以4月到次年的3月为当

年作统计）每日最低气温资料，日最低气温（Tn）Tn≤-25℃为1个低温日。将克拉玛依低温日分为2个等级，定义-30℃＜Tn≤-25℃为一般性低温，Tn≤-30℃为强低温。另定义，连续3天以上（含3天）Tn≤-25℃一个持续低温过程(以下简称为过程)。跨月的过程，各月占低温日数相等的计在后一月份，各月占日数不相等的，计在占多数低温日的月份。为了分析持续低温过程的分布特点，将持续时间分为4个等级：3～5d、6～7d、8～10d以及?10d。

2 克拉玛依低温天气的气候特点

1961～2010年克拉玛依共出现448个低温日，平均每年出现

9.0d，其中一般性低温7.3天、强低温1.7天，分别占总次数的81%和19%。最多的年份是1966年39d，最少是0d（1962年、1969年、1972年、1978年、1981-1982年、1989年、1991年、1994年、1996年、1998年、2002-2003年、2006年和2008年）。低温日最早出现在11月25日（1987年），最晚结束在3月4日（1988年）。50a间持续低温过程共出现54次，平均每年1.1次。过程次数各年差异明显，最少的0次，最多5次。过程最早出现在1987年11月25-29日，最晚结束在1988年2月26-3月4日。低温日和低温过程出现最早和最晚均出现在1987年冬季。而且11月和3月出现低温日数在克拉玛依历史气象记录里只有这一次。这也算是个特例。

2.1低温天气的年（代）际变化

从图1可见，克拉玛依各年低温日数变化波动很大，总体呈现减少的趋势。60年代初期到60年代末期、70年代中期到80年代中期为明显的低温日数高值阶段，80年代中后期到2000年代初为明显的低温日数低值阶段。2000年代前中期出现低温日数增多趋势。年持续低温过程次数总体也是呈减少的趋势。

图1 年低温日数及年持续低温过程次数随时间变化曲线

克拉玛依各年代低温日数及过程次数60年代到90年代逐年代减少，90年代达到最低值。2000年代有增多的趋势。而从持续最长日数、极端最低气温、强低温日数和日最低气温≤-30℃过程来看，60年代到2000年代存在着年际振荡。这5个年代60年代最冷，80年

代次之，90年代最暖。

表1各年代低温日数及持续低温天气过程主要特征值

2.2 低温天气月分布特征

从表2可见，低温日主要集中在12-2月。1月低温日数最多，占总日数的48%，12月、2月各占19%和31%，2月比12月偏多。持续低温过程的月分布与低温日数基本一致。从持续时间上看，3-5d、6-7天、8-10天、持续10天以上的过程12-2月均有出现。11月有一次3-5d的过程，3月有一次8-10天的过程，均出现在1987年。

表2：50a各月累计低温日数及持续低温过程

3 低温日数的周期和突变分析

3.1 周期分析

最大熵谱分析是取一组时间序列，使其自相关函数与一组已知数据的自相关函数相同，同时使已知自相关函数以外的部分的随机性最强，以所取时间序列的谱作为已知数据的谱估值。最大熵法功率谱估值是一种可获得高分辨率的非线性谱估值方法，特别适用于数据长度较短的情况。

对克拉玛依市50a低温日数做了最大熵谱分析。由图2可看出，克拉玛依市年低温日数谱密度有一个明显的峰值区间：最高峰值为2.324，对应的是2.8年周期，次峰值为2.303，对应的是2.6年周期。可得出克拉玛依市低温日数有2-3年的显著周期。

图2克拉玛依1961-2010年最大熵谱谱密度图

3.2 突变分析

Mann-kedall法是一种非参数统计检验方法。

对于具有n个样本量的时间序列x,构造一序列：

可见Sk是第i时刻数值大于j时刻数值个数的累计数.

在时间序列随机独立的假定下，定义统计量：

其中UF1=0, E(Sk), Var(Sk)是累计数Sk的均值和方差，在

x1,x2,…,xn相互独立，且有相同连续分布时，它们可由下式计算：

UF为标准正态分布，它是按时间序列x顺序下，x1,x2,…,xn计算出的统计量。

按时间序列x逆序下，xn,xn-1,…,x1,重复计算上述过程，同时使UB=-UF，k=n,n-1,…,1,UB1=0。

分析UF和UB曲线，若UF或UB的值大于0，则表明序列呈上升趋势，小于0，则表明序列呈下降趋势，当它们超过临界直线时，表明上升或下降趋势显著。超过临界线的范围确定为出现突变的时间区域。如果UF和UB两条曲线出现交点，且交点在临界线之间，那么交点对应的时刻便是突变开始的时间。

由图3 UF曲线可见，1961-1967年低温日有增多趋势，1967-1974年有减少趋势，1974-1985年变化不大，1986年到2010年有明显的减少趋势，大大超过显著性水平0.05临界线，甚至超过0.001显著性水平（U0.01=2.56），表明克拉玛依低温日的减少趋势是十分显著的。根据UF和UB曲线交点的位置，确定克拉玛依低温日20世纪80年代的减少是一突变现象，具体是从1986年开始的。

图3克拉玛依1961-2010年低温日数曼-肯德尔统计量曲线

（直线为α=0.05显著性水平临界值）

4 结论

4.1 克拉玛依各年代低温日数及过程次数60-90年代呈减少趋势，2000年代有所增多。

4.2 克拉玛依年平均低温日数9.0d。各年低温日数变化波动很