我国寒冷天气等级分布特征

(黑龙江省气象台，黑龙江哈尔滨 150030)

1 引言

冬季低温寒冷是我国北方地区的典型天气特征，气候变暖背景下的极端低温天气气候事件发生频率也急剧上升，由此给人类社会带来了巨大的经济损失。中国学者对全国范围内的极端低温做了许多相关研究，如王岱[1]、王翠花[2]等对极端气温的空间变化进行了分区划分，付冬雪[3]、刘雅星[4]、赵军[5]等对冬季极端低温时空变化特征进行分析，周秀杰[6]、朱红蕊[7]等对近几十年来黑龙江省与东北及全国气温变化特点分析。这些研究均表明不同地区极端气温的差异较大，有些地方极端气温或极端气温指数的变化在近些年呈升高趋势，而一些地方呈下降趋势，并且在同一地区的不同地方极端气温的变幅度也不同。

尽管众多学者[8-12]对中国地区极端气温、极端气候事件进行了大量研究，但都没有对全国范围的各地寒冷程度进行客观划分和讨论。本文利用以2018年9 月发布的地方标准 《寒冷天气等级》(DB23T 2170-2018)[13]中的分项评估指标计算方法为基础，进行取值订正，讨论《寒冷天气等级》划分方法在全国范围的适用情况。

2 全国气温分布特征分析

2.1 资料

利用国家气象信息中心的1981-2010 年30 a 中国地面气候标准值数据集资料，对全国2089 个站点气温资料进行统计、对比分析。

2.2 全国入冬、入春时间分布特征

按气象学定义，连续5 d 日平均气温低于10 ℃，就算进入冬天，第1 天即为入冬之日。入春标准是连续5 d 日均气温超过10 ℃（图略）。我国青藏高原大部、东北地区北部入冬早、入春晚，冬季持续时间长。

2.3 全国极端最低气温分布特征

图1 30 a 全国极端最低气温分布图（℃）

30 a 全国极端最低气温由北到南气温逐渐升高，南北梯度大，低于-40 ℃区域主要在黑龙江中北部、内蒙古东北部、吉林中东部、新疆北部及位于青藏高原东部的西藏东部和青海地区，长江流域及以南地区则高于-10 ℃(图1)。

30 a 极端最低气温排序（表略），极端最低气温最低值-49.6 ℃出现在内蒙古图里河，前30 位中黑龙江省有12 站、内蒙古9 站、吉林4 站、新疆2 站、西藏1 站，青海1 站、辽宁1 站，前100 位中黑龙江省有40 站、内蒙古21 站、吉林19 站、新疆12 站、西藏1 站，青海5 站、辽宁1 站、河北1 站，黑龙江省极端最低气温站数所占比重为最大。

2.3.1 全国日最低气温≤-15.0 ℃平均日数分布特征

30 a 全国日最低气温≤-15.0 ℃的平均日数分布南北方差别较明显。以秦岭-淮河为分界线，>80 d区域主要集中在黑龙江、内蒙古东部、青海、新疆北部，其中内蒙古东北部、黑龙江西北部和青藏高原东部地区甚至超过120 d，而南方每年日最低气温≤-15.0 ℃平均日数不足1 d（图2）。

图2 30 a 全国日最低气温≤-15.0 ℃平均日数分布图（d）

30 a 日最低气温≤-15.0 ℃平均日数排序，第1位为内蒙古图里河达152 d，黑龙江呼中站为148 d，排在第二位，与第一位仅差4 d。前30 位分布在黑龙江、内蒙古、青海、新疆四省，其中内蒙古13 站、黑龙江12 站、青海4 站、新疆1 站，主要集中在内蒙古东北部和黑龙江省西北部地区。

2.3.2 全国日最低气温≤-30.0 ℃的平均日数分布特征

30 a 全国日最低气温≤-30.0 ℃平均日数分布图显示（图3），只有东部地区、青藏高原、新疆北部出现日最低气温≤-30.0 ℃的寒冷天气，黑龙江西北部、内蒙古东北部甚至超过80 d，接近三个月之久，为全国日最低气温≤-30.0 ℃平均日数持续时间最长的地区。

图3 30a 全国日最低气温取-30.0 ℃平均日数分布图（d）

30 a 日最低气温≤-30.0 ℃平均日数排序，第1位仍为内蒙古图里河达82.7 d，黑龙江呼中站以82.4 d 位居第二，与图里河相差无几。前30 位仍主要集中在黑龙江、内蒙古、青海、新疆四省，其中黑龙江16站、内蒙古11 站、青海1 站、新疆2 站。

2.3.3 全国日最低气温≤-40.0 ℃的平均日数分布特征

30 a 全国日最低气温≤-40.0 ℃平均日数仅出现在东北地区北部、新疆北部、青海南部、西藏北部。黑龙江呼中、内蒙古图里河超过10 d(图4)。

图4 全国30 a 日最低气温取-40.0 ℃平均日数分布图（d）

30 a 日最低气温≤-40.0 ℃平均日数排序，第1位为黑龙江呼中平均出现13.5 d。日最低气温≤-40.0 ℃平均日数在0.5 d 以上的前25 位仍主要集中在黑龙江、内蒙古、新疆，其中黑龙江11 站、内蒙古8站、新疆3 站、青海1 站、西藏1 站、吉林1 站。

3 寒冷天气等级划分方法在全国范围适用研究

3.1 计算方法

以地方标准《寒冷天气等级》[13]中的分项评估指标计算方法为基础,对其中Tij变量进行取值订正，Tij分别取10.0 ℃、0.0 ℃、-2.0 ℃、-5.0 ℃、-10.0 ℃、-15.0 ℃、-20.0 ℃、-25.0 ℃、-30.0 ℃、-35.0 ℃，Tij为30 a 日平均最低气温值，单位为摄氏度（℃），对全国2089 个站点进行寒冷天气等级划分。寒冷强度指标Item、持续时间指标Ilas、覆盖范围指标Icov仍按其公式计算，则得到寒冷天气的综合评估指标Icold，Icold值越大则表示该站点寒冷天气强度强。

3.2 日平均最低气温取-15.0 ℃时寒冷天气综合评估指标计算

30 a 全国日平均最低气温取-15.0 ℃寒冷天气综合评估指标分布（图5）显示，从黄河中下游到川西高原为分界线，南部地区未出现满足要求的寒冷程度，北部寒冷程度梯度大，Icold>2.0 范围主要在黑龙江西北、内蒙古东北、青海西南部、新疆北部。

图5 全国30 a 日平均最低气温≤-15.0 ℃寒冷天气综合评估指标分布

表1 日平均最低气温取-15.0 ℃寒冷天气综合评估指标（≥2.0）

3.3 日平均最低气温取-20.0 ℃时寒冷天气综合评估指标计算

30 a 全国日平均最低气温取-20.0 ℃寒冷天气综合评估指标分布（图6）显示，该级别的寒冷天气主要出现在东北地区大部、新疆、青海、西藏。

图6 30 a 全国日平均最低气温取-20.0 ℃寒冷天气综合评估指标分布图

表2 满足日平均最低气温取-20.0 ℃寒冷天气综合评估指标条件的站次对比

3.4 日平均最低气温取-30.0 ℃时寒冷天气综合评估指标计算

全国30 a 日平均最低气温取-30.0 ℃寒冷天气综合评估指标分布（图7）显示，该级别的寒冷天气主要出现在东北地区北部、新疆。

图7 全国30 a 日平均最低气温取-30.0 ℃寒冷天气综合评估指标分布

表3 日平均最低气温取-30.0 ℃寒冷天气综合评估指标

通过对各级别寒冷天气综合评估指标的计算，可进行不同站点及区域之间的寒冷程度比较。以日平均最低气温取-20.0 ℃时寒冷天气综合评估指标计算为例，该级别的寒冷天气主要出现在东北地区大部、新疆、青海、西藏，其中最寒冷站点为黑龙江呼中站，从覆盖范围看黑龙江达到该级别的寒冷天气站次占评估站次的98.67%，说明在该级别寒冷天气评估中，黑龙江出现寒冷天气范围最广，为全国最寒冷省份，吉林次之、青海第三、内蒙古居第四位。

以日平均最低气温取-30.0 ℃寒冷天气综合评估指标计算为例，该级别的寒冷天气主要出现在东北地区北部、新疆。最寒冷站点仍出现在黑龙江呼中站。满足该级别寒冷天气等级条件的、能够计算出寒冷天气综合评估指标的站点仅有14 个站点，主要分布在黑龙江、内蒙古、新疆，其中黑龙江6 站、内蒙古7 站、新疆1 站。再次说明在该级别中黑龙江北部、内蒙古东北部及新疆天山中部的巴音布鲁克是全国最寒冷地区。

4 结论与讨论

(1)30 a 全国极端最低气温由北到南气温逐渐升高，南北梯度大，黑龙江西北部、内蒙古东北部为全国日最低气温≤-30.0 ℃平均日数持续时间最长的地区。

(2)以地方标准《寒冷天气等级》中的分项评估指标计算方法为基础,对其中变量进行取值订正，则可以得到不同级别下的寒冷天气的综合评估指标Icold，Icold值越大则表示该站点寒冷天气强度强。寒冷天气等级划分计算方法可适用于表征全国范围的寒冷程度。

(3)日平均最低气温取-20.0 ℃时，该级别的寒冷天气主要出现在东北地区大部、新疆、青海、西藏，其中最寒冷站点为黑龙江呼中站，在该级别寒冷天气评估中，黑龙江出现寒冷天气范围最广，为全国最寒冷省份，吉林次之、青海第三、内蒙古居第四位。

(4)日平均最低气温取-30.0 ℃时，该级别的寒冷天气主要出现在东北地区北部、新疆。最寒冷站点为黑龙江呼中站。该级别寒冷天气主要分布在黑龙江、内蒙古、新疆，黑龙江北部、内蒙古东北部及新疆天山中部的巴音布鲁克为全国最寒冷地区。