1951—2015年乌鲁木齐市升温过程频数及强度气候特征

毛炜峄，张祖莲

（1.中国气象局乌鲁木齐沙漠气象研究所，新疆乌鲁木齐 830002；2.中亚大气科学研究中心，新疆乌鲁木齐 830002；3.新疆兴农网信息中心，新疆乌鲁木齐 830002）

1951—2015年乌鲁木齐市升温过程频数及强度气候特征

毛炜峄1，2，张祖莲2，3

（1.中国气象局乌鲁木齐沙漠气象研究所，新疆乌鲁木齐 830002；2.中亚大气科学研究中心，新疆乌鲁木齐 830002；3.新疆兴农网信息中心，新疆乌鲁木齐 830002）

用乌鲁木齐市气象站1951—2015年逐日气温资料，以日最高气温及其升温幅度为指标，整理出乌鲁木齐市近65 a升温过程数据库。升温过程分为5个等级，分析了各级升温过程发生频数、持续日数、过程不同时段升温幅度、过程最高气温、过程最高气温距平偏高幅度等要素气候特征。1951—2015年，乌鲁木齐市出现升温过程5677次，平均每年87.3次。升温过程的持续日数平均为2.14 d，其中持续1 d的过程占43.0%。1951—2015年，乌鲁木齐市过程升温幅度平均为5.76℃；过程最大24、48和72 h升温幅度平均值分别为3.72、6.12和8.23℃；过程最高气温平均值为14.52℃，带有显著的季节背景特征；过程最大日气温距平的平均值为2.93℃。

升温过程；频数；持续日数；强度；乌鲁木齐

气温是表示大气冷热程度的物理量[1]，是最基本的气象要素。理论上气温变化只有三种情形：上升、下降或保持不变。气温上升或下降是普遍现象，而保持不变是极个别情形。有关冷空气尤其是寒潮等强冷空气活动过程活动规律、变化特征等研究成果较为丰富。20世纪80年代末我国就开展了全国寒潮气候评价[2]，21世纪以来，有研究分析了我国1951—2006年的寒潮活动特征[3]，还有我国东北[4]、长江中下游[5]以及广东[6]等区域寒潮活动特征研究各具特色。近年来持续有关于新疆区域寒潮特征的研究报道，有研究给出了新疆最北部阿勒泰地区寒潮频数活动变化特征[7]，还有用4站表示的乌鲁木齐市区域寒潮频数变化特征[8]等等。还有研究分析了近50 a我国冷空气活动特征[9]，以及全球变暖背景下我国春季温度时空变化特征[10]。ETCCDI在21世纪初总结了极端天气气候指数研究结果（http:// etccdi.pacificclimate.org/indices_def.shtml），用日气温、日降水资料得到了27个极端事件指数，其中描述极端温度事件的指数有16项，翟盘茂向国内分类介绍了这些指数，主要划分为极值统计量、绝对阈值、相对阈值及其他等几类指数[11，12]。近年来以温度序列的百分位排序法定义的极端暖事件（暖日、暖昼、暖夜）研究比较多[13]，还有根据确定的温度临界值定义的高温热浪事件研究[14]。近期，在分析乌鲁木齐市单站极端降温事件时，给出了更加细致的单站降温过程定义，整理出了乌鲁木齐市降温过程以及寒潮降温过程气候变化特征等[15，16]，并尝试了季节或年度寒潮过程强度评估指标的业务化应用[17]，丰富了极端温度事件研究内容。已有研究中将升温过程作为主要研究对象来讨论其气候特征、变化规律的工作很少。乌鲁木齐市是新疆首府，位于天山北麓，地处中纬度地区，四季分明，研究日气温变化特征极具代表性，有必要进一步分析乌鲁木齐市的升温过程基本规律，为当地防御强升温过程的不利影响和危害提供技术支持。

1 资料与分析方法

1.1 资料

选取乌鲁木齐市气象站日最高气温资料，资料长度从1951年1月1日—2015年12月31日。以1月1日—12月31日为一年，共计65个完整年度，3—5月为春季，6—8月为夏季，9—11月为秋季，12月至翌年2月为冬季。

1.2 升温过程定义

本研究首先确定了以下定义：单站升温日、单站升温过程（初日、终日及持续日数）、过程升温幅度、不同时段升温幅度等，具体见表1。

表1 单次升温过程基本概念

1.3 升温过程等级划分标准

借鉴国标《冷空气等级》（GB/T 20482—2006）[18]中的5级冷空气活动等级划分标准，将升温过程也分为5级，分别是：Ⅰ级（弱）、Ⅱ级（中等强度）、Ⅲ级（较强）、Ⅳ级（强）和Ⅴ级（极强）升温过程。普查乌鲁木齐市1951—2015年的5677次升温过程，过程最高气温的平均值为14.52℃。0℃是固态冰雪融化的临界温度，15℃接近乌鲁木齐市的升温过程最高气温平均值。判定较强、强和极强等级的升温过程时，给出了过程最高气温临界值判据分别为0℃和15℃。本文判识升温过程等级按照“就高的原则”，对所有升温过程依次进行Ⅴ级到Ⅰ级的判识，同时，对于升温时间仅1 d的过程，用过程最大24 h升温幅度等同于48 h升温指标来判断升温过程级别。具体标准见表2。

表2 不同等级升温过程标准

1.4 过程频数及强度的季节统计标准

春、夏、秋、冬四季升温过程频数统计标准为：过程的开始日期与结束日期在同一季节，则记为该季节1次过程，如果升温过程的开始日期和结束日期跨2个相邻季节，则2个季节各记录0.5次升温过程。各月的升温过程频数统计方法类似。

各季的升温过程强度要素统计标准为：过程的开始日期与结束日期在同一季节内，则该过程要素参与该季节统计；如果升温过程的开始日期和结束日期跨两个相邻季节，则计算两个季节的升温过程强度要素指标时均考虑该过程贡献。各月的升温过程强度统计方法类似。

2 升温过程发生频数

1951—2015年，乌鲁木齐市共出现5677次升温过程，平均每年87.3次，1957年升温过程最多，达到99次，1996年与1997年最少，均为79次。65年来，乌鲁木齐市Ⅰ级（弱）升温过程3848次，平均每年59.2次，占升温过程发生总频数的67.8%；Ⅱ级（中等）、Ⅲ级（较强）、Ⅳ级（强）以及Ⅴ级（极强）升温过程分别出现了938次、179次、483次和229次，占16.5%、3.2%、8.5%和4.0%。

2.1 季节分布特征

由表3明显可见，1951—2015年乌鲁木齐市春、夏、秋、冬季的升温过程发生频数分别占总数的23.1%、24.0%、24.9%和27.5%，各季节分布较均匀。各级升温过程发生频数的季节分布呈不同特征。Ⅰ级（弱）升温过程发生频数以秋季最多、春季最少，Ⅱ级（中等强度）升温过程发生频数在春季最多，夏、冬两季略少于春季，秋季最少；Ⅲ级（较强）升温过程发生频数主要集中在冬季，高达91.3%；Ⅳ级（强）升温过程发生频数主要分布在冬、春季，分别占33.5% 和30.5%，夏、秋季均不足20%；Ⅴ级（极强）升温过程的发生频数以春季最多，占61.6%，其次是夏季，占25.1%，秋、冬季极少。

表3 近65 a乌鲁木齐市不同等级升温过程频数

2.2 各月分布特征

图1 不同级别升温过程发生频数的各月分布

由图1可见，1951—2015年，乌鲁木齐市各月升温过程发生频数占年总数的百分率在7.2%～9.9%之间，分布较均匀。Ⅰ级（弱）升温过程发生频数的各月百分率在6.4%～10.0%，Ⅱ级（中等强度）升温过程发生频数的各月百分率在5.6%～9.8%，Ⅰ级和Ⅱ级升温过程发生频数的各月百分率相差不太大；Ⅲ级（较强）升温过程发生频数仅出现在11月至次年3月，其中1月最多，占42.7%；Ⅳ级（强）升温过程发生频数在3月最多，占15.5%；Ⅴ级（极强）升温过程发生频数在1—2月未出现，4、5月最多，分别占29.5%和29.3%。

2.3年代际分布特征

从1951年起，统计乌鲁木齐市7个年代的年平均升温过程发生频数，结果见表4。从20世纪50年代以来到近5 a，乌鲁木齐市年平均升温过程发生频数在7个年代际差异不大，在20个世纪80年代最少（85.2次/年）、50年代最多（90.8次/年）。随年代增加，乌鲁木齐市Ⅰ级到Ⅴ级升温过程发生频数呈波动变化，没有明显的线性变化趋势。

表4 乌鲁木齐市各年代际的年平均升温过程发生频数

3 过程持续日数

3.1 升温过程持续日数特征

1951—2015年，乌鲁木齐市5677次升温过程的持续日数1～12 d不等，平均2.14 d。随升温过程持续日数增加，对应的过程频数百分率迅速下降（表5），乌鲁木齐市5677次升温过程中持续1 d的最多，达到2440次，占总频数的43.0%；持续日数在6 d以上的升温过程次数极少，均不足1%。65 a来，乌鲁木齐市Ⅰ级（弱）、Ⅱ级（中等强度）、Ⅲ级（较强）、Ⅳ级（强）以及Ⅴ级（极强）过程分别出现了3848次、938次、179次、483次和229次，平均持续日数分别为1.82 d、2.86 d、2.12 d、2.72 d和3.49 d。Ⅰ级（弱）升温过程持续日数以1 d为主，占该级过程总频数的55.5%；Ⅱ级（中等强度）、Ⅲ级（较强）和Ⅳ级（强）升温过程持续日数均以2 d为主，分别占同级过程总频数的32.9%、45.8%和37.3%；Ⅴ级（极强）升温过程持续日数以3 d最多，占该级过程总频数的32.8%。随升温过程级别从Ⅰ到Ⅴ级提升，乌鲁木齐市各级升温过程出现频次最多的持续日数由1 d过渡到3 d。

表5 不同持续日数的升温过程频数

3.2 升温过程持续日数的季、月分布特征

1951—2015年，乌鲁木齐市春、夏、秋、冬季升温过程的平均持续日数分别为2.57 d、2.29 d、2.08 d 和1.77 d，在春季最长、冬季最短。各级升温过程持续日数的四季分布特征基本上一致，在春季最长、冬季最短。

由表6可见，1951—2015年，乌乌鲁木齐市升温过程持续日数的月平均值在1.96 d（12 月）～3.37 d（4 月）之间，主峰值在4月，4—6月各月平均数均在3 d以上，次峰值在10月。各级升温过程的持续日数月分布主要有两种类型。第一类，过程持续日数呈双峰型，主峰值在4月或者5月，次峰值在9月或者10月，Ⅱ级（中等）、Ⅳ级（强）和Ⅴ级（极强）升温过程最为典型；第二类，各月之间的过程持续日数差异不太大，以6 最长，12月最短，Ⅰ级（弱）升温过程属于该类。Ⅲ级（较强）升温过程仅仅出现在11月至3月的冬半年。

表6 不同等级升温过程各月平均持续日数d

4 升温过程强度

4.1 升温幅度

过程升温幅度。由表7可见，1951—2015年，乌鲁木齐市5677次过程升温幅度平均值为5.76℃，在春、夏、秋、冬四季，过程升温幅度平均值分别为7.22、5.50、4.94和5.58℃，过程升温幅度在春季最大、秋季最小。对于Ⅰ级（弱）、Ⅱ级（中等）、Ⅲ级（较强）、Ⅳ级（强）和Ⅴ级（极强）升温过程，平均过程升温幅度分别为4.02、9.56、10.85、11.85和15.10℃，各级过程的过程升温幅度基本上都是在春季最强。由图2a可见，整体上各月平均过程升温幅度变化较平缓；Ⅳ级（强）升温过程在5月的过程升温幅度最大，平均达13.4℃；Ⅴ级（极强）升温过程在3月的升温幅度最大，达17.6℃。

表7 不同等级过程升温幅度℃

最大24 h升温幅度。由表8可见，1951—2015年，乌鲁木齐市升温过程的最大24 h升温幅度平均为3.72℃，在春、夏、秋、冬四季，平均最大24 h升温幅度分别为4.08、3.26、3.29和4.32℃，24 h升温幅度在冬季最大、夏季最小。由图2b可见，Ⅳ级（强）以及Ⅴ级（极强）升温过程的24 h升温幅度最大的月份分别为2月和3月，平均值分别为8.42℃和8.47℃。

表8 不同等级升温过程最大24 h升温幅度℃

图2 升温过程中各月平均过程升温幅度

最大48 h升温幅度。由表9可见，1951—2015年，乌鲁木齐市有3237次升温过程的持续日数在2 d或以上，其中Ⅰ级（弱）、Ⅱ级（中等强度）、Ⅲ级（较强）、Ⅳ级（强）以及Ⅴ级（极强）升温过程分别出现了1711次、774次、131次、408次和213次。65 a来，乌鲁木齐市3237次升温过程的最大48 h升温幅度平均为6.12℃，在春、夏、秋、冬四季，平均最大48 h升温幅度分别为6.84、5.66、5.35和6.62℃，48 h升温幅度在春季最大、秋季最小。由图2c可见，Ⅳ级（强）以及Ⅴ级（极强）升温过程的48 h升温幅度最大的月份分别为2月和3月，平均值分别为10.53℃和13.31℃。

表9 不同等级升温过程最大48 h升温幅度℃

最大72 h升温幅度。由表10可见，1951—2015年，乌鲁木齐市有1700次升温过程的持续日数在3 d或以上，Ⅰ级（弱）、Ⅱ级（中等强度）、Ⅲ级（较强）、Ⅳ级（强）以及Ⅴ级（极强）升温过程分别出现了792次、465次、49次、228次和165次。65年来，乌鲁木齐市1700次升温过程的最大72 h升温幅度平均为8.23℃，在春、夏、秋、冬四季，平均最大72 h升温幅度分别为9.25、7.62、7.19和8.70℃，72 h升温幅度在春季最大、秋季最小。由图2d可见，Ⅳ级（强）和Ⅴ级（极强）升温过程的72 h升温幅度最大的月份分别为2月和9月，平均值分别为13.21℃和15.80℃。4.2过程最高气温及气温距平偏高幅度

表10 不同等级升温过程最大72 h升温幅度℃

过程最高气温。由表11可见，1951—2015年，乌鲁木齐市升温过程的最高气温平均为14.52℃，在春、夏、秋、冬四季，平均过程最高气温分别为17.67、31.82、15.55和-3.48℃，在夏季最高、冬季最低。由图3a可见，各级升温过程的最高气温月分布都带有显著的季节背景特征，基本上是在夏季7、8月最高。

表11 不同等级升温过程的最高气温季节平均℃

过程最大日气温距平偏高幅度。由表12可见，1951—2015年，乌鲁木齐市升温过程的最强日气温距平偏高幅度的平均值为2.93℃，在春、夏、秋、冬四季，平均最强日气温距平偏高幅度分别为3.17、2.55、3.05和3.05℃，在春季最大。由图3b可见，Ⅳ级（强）和Ⅴ级（极强）升温过程的日气温距平偏高幅度最大的月份分别是1月和12月，平均值分别为11.73℃和19.10℃。

表12 季节平均的乌鲁木齐市不同等级升温过程最高日气温距平值℃

5 结论

（1）1951—2015年，乌鲁木齐市共出现5677次升温过程，平均每年出现87.3次，Ⅰ级（弱）升温过程占67.8%。乌鲁木齐市的升温过程以升温幅度在6℃以内的弱升温过程为主。四季的升温过程发生频数差异不明显，但春季的极强升温过程出现最多。Ⅰ级和Ⅱ级升温过程发生频数的各月百分率相差不太大；Ⅲ级（较强）升温过程发生频数在1月最多，占全年的42.7%；Ⅳ级（强）升温过程发生频数在3月最多，占15.5%；Ⅴ级（极强）升温过程发生频数在4、5月最多，分别占29.5%和29.3%。随年代际增长，各级升温过程发生频数呈波动变化，没有明显的线性变化趋势。

（2）1951—2015年，乌鲁木齐市升温过程的持续日数1～12 d不等，平均2.14 d，其中持续1 d的过程最多，占43.0%。随升温过程级别由Ⅰ级（弱）到Ⅴ级（极强）提升，出现频率最高的过程持续日数也从1 d过渡到3 d。升温过程持续日数春季最长、冬季最短。各级升温过程的持续日数月分布最主要的类型特征是：过程持续日数的月分布呈双峰型，主峰在4月或者5月，次峰值在9月或者10月，Ⅱ级（中等）、Ⅳ级（强）和Ⅴ级（极强）升温过程最为典型。

（3）1951—2015年，乌鲁木齐市5677次过程升温幅度平均为5.76℃，春季最大、秋季最小。Ⅳ级（强）升温过程在5月过程升温幅度最大，达13.4℃，Ⅴ级（极强）升温过程在3月最大，达17.6℃。

（4）1951—2015年，乌鲁木齐市过程最大24、48 和72 h升温幅度平均值分别为3.72、6.12和8.23℃，最大24 h升温幅度是冬季最大、夏季最小，48 h 和72 h升温幅度都是春季最大、秋季最小。乌鲁木齐市Ⅳ级（强）和Ⅴ级（极强）升温过程的24 h以及48 h升温幅度均以2月和3月最大；Ⅳ级（强）和Ⅴ级（极强）升温过程的72 h升温幅度以2月和9月最大。

图3 升温过程中各月平均过程最高气温（a）与过程最大日气温距平（b）

（5）1951—2015年，乌鲁木齐市升温过程最高气温的平均值为14.52℃，在春、夏、秋、冬四季，升温过程最高气温平均值分别为17.67、31.82、15.55 和-3.48℃，夏季最高、冬季最低。过程最大日气温距平偏高幅度的平均值为2.93℃。乌鲁木齐市Ⅳ级（强）升温过程的日气温距平偏低幅度以1月（11.73℃）最大，Ⅴ级（极强）升温过程以12月（19.10℃）最大。

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[18]GB/T 20482-2006，冷空气等级[S].

Climatic Characteristics of Frequency and Intensity for the Temperature Rising Processes in Urumqi during 1951-2015

MAO Weiyi1，2，ZHANG Zulian2，3
（1.Institute of Desert Meteorology，China Meteorological Administration，Urumqi 830002，China；2.Center of Central Asia Atmospheric Science Research，Urumqi 830002，China；3.Information Centre of Xinjiang Xingnong Net，Xinjiang Meteorological Bureau，Urumqi 830002，China）

Using the daily temperature data at Urumqi meteorological station during 1951-2015 and defining an index based on the daily maximum temperature and its increasing magnitude,the database of temperature rising processes in Urumqi city for recent 65 years was established.The climatic characteristics,such as the frequency of rising process,consecutive days and increasing magnitude were investigated at different 5 levels of temperature rising processes.There were 5677 temperature rising processes,and averaged 87.3 temperature rising processes each year during 1951-2015.The averaged consecutive days of temperature rising process were 2.14 days with 43.0%of the processes lasting one day.The averaged increasing magnitude of temperature rising processes was 5.76℃.The maximum increasing magnitude of temperature rising processes in 24 h, 48 h and 72 h was 3.72℃、6.12℃and 8.23℃respectively.The averaged maximum temperature of the temperature rising processes was 14.52℃and its maximum daily temperature anomaly was 2.93℃.

temperature rising process；frequency；consecutive days；intensity；Urumqi

P423

：A

1002-0799（2016）06-0011-08

10.3969/j.issn.1002-0799.2016.06.002

2016-06-27；

2016-08-28

中央级公益性科研院所基本科研业务费专项资金项目（IDM201502）“新疆区域降温过程及极端低温事件的年、季定量评估研究及应用”资助。

毛炜峄（1969-），男，研究员，主要从事气候诊断、预测、气候变化影响等研究。E-mail：mao6991@vip.sina.com

毛炜峄，张祖莲.1951—2015年乌鲁木齐市升温过程频数及强度气候特征[J].沙漠与绿洲气象，2016，10（6）：11-18.