1 引言
冬季是一年中最寒冷的季节， 最低温度基数较低， 人们普遍会感性地认为寒潮的影响有限， 尤其是气候变暖以来。事实上寒潮是中国冬季影响最严重的气象灾害之一， 常导致剧烈降温和大风， 并伴有雨、 雪、 霜冻和雨凇等天气， 影响面大且损失严重， 如 2008年初南方大范围低温雨雪冰冻灾害（胡钰玲等， 2017； 左群杰等， 2017； 辜旭赞， 2011； 陈虹杏等， 2015）和2016年1月的世纪寒潮（于波等， 2019； 陶亦为等， 2017； 陈尊界等， 2017； 杨倩媛等， 2019）让人记忆犹新； 寒潮对春运以及设施农业、 牧业、 交通运输业、 电力和人民健康等的影响不可小觑（刘传风， 1990； 时盛博等， 2020； 魏凤英， 2008； 罗生洲等， 2012）。
近年来不少学者在多方面对寒潮做了大量研究工作。王遵娅和丁一汇（2006）、 康志明等（2010）、 周琳和孙照渤（2015）以及钱维宏和张玮玮（2007）从气候角度对全国寒潮的活动规律做了研究， 指出自 20世纪50年代以来， 影响我国大范围的寒潮活动呈下降趋势， 从北到南不同省份基本也有类似的结果（高文兰等， 2019； 王莹等， 2014； 阎琦等， 2016； 刘宪锋等， 2014； 江远安等， 2018； 胡淑兰等， 2011； 陈豫英等， 2010； 申红艳等， 2012； 周长春等， 2010； 张艳梅等， 2010）。以上对不同区域寒潮或冷空气的研究中， 对寒潮以及区域性的识别较多根据研究需要， 多把过程降温和温度距平相结合， 再考虑不同区域达到寒潮的比例等， 识别方法较复杂。
关于寒潮的定义， 在中短期预报及预报质量评估、 延伸期预报、 气候评价等业务工作中得以广泛应用的主要有 3个， 分别是国家标准《冷空气等级》（GB/T 20484-2017）（周庆亮等， 2017）、 国家标准《寒潮等级》（GB/T 21987-2017）（魏荣庆等， 2017）和气象行业标准《冷空气过程监测指标》（QX/T 393-2017）（王遵娅等， 2017）。我国幅员辽阔， 各地气候差异大， 这些标准在应用过程中， 不少学者也做了很多本地化适用性研究。赵全宁等（2019）对比青海省地方标准《气象灾害分级指标》和气象行业标准《冷空气过程监测指标》中单站冷空气等级， 指出气象行业标准对青海省统计寒潮的范围偏大， 尤其南部适用性较差， 改进后的强降温指标更适合高原应用。毛炜峄等（2016）认为《冷空气等级》（GB/T 20484-2006）中给出的5级冷空气活动级别中， 各级降温过程之间存在交叉现象， 对降温过程分级指标做了补充规定。本文将充分利用上述 3个标准对单站寒潮及区域性寒潮的定义， 对比分析其差异性， 在此基础上给出全国性寒潮识别标准。诸多针对强冷空气和寒潮的研究是基于温度要素， 少见对干湿状况的分析研究， 本文将结合过程降水量， 建立干湿指数标准， 对寒潮的干湿特征做一些初步分析， 并给出全国性寒潮相关新特征。
2 资料来源与说明
本文中所利用的资料， 是从甘肃省气象信息与技术装备保障中心提供的全国2400多个站点中剔除缺测站点后， 获得了1995个站点1961 -2016年冬季逐日最低温度和降水量资料。1961年12月至1962年2月称为1961年冬季， 以此类推， 至2017年2月共56个冬季。
本文围绕全国性寒潮过程进行分析与讨论。过程最低温度指某次过程中所有达标站点中最低温度的最小值； 过程平均最低温度指56个冬季所有过程最低温度的平均值； 过程降水量指某次过程中所有达标站点降水量的平均值； 过程平均降水量指56个冬季所有过程降水量的平均值； 过程最大降水量指某次过程所有达标站点中降水量的最大值。
文中涉及的地图是基于中华人民共和国自然资源部地图技术审查中心标准地图服务系统下载的审图号为GS（2019）1831号的中国地图制作， 底图无修改。
3 全国性寒潮识别标准的筛选与定义
3.1 不同标准单站寒潮识别比较
目前关于单站寒潮的定义， 有《寒潮等级》和《冷空气等级》2个国家标准和《冷空气过程监测指标》1个气象行业标准， 这3个标准中从降温幅度到最低温度的阈值完全一致， 都是“某地日最低气温 24 h内降温幅度≥8 ℃， 或48 h内降温幅度≥10 ℃， 或72 h内降温幅度≥12 ℃， 且使该地日最低气温≤4 ℃的冷空气活动”。至于其他附加条件， “寒潮等级”中没有其他附加条件， “冷空气等级”和“冷空气过程监测指标”都有“48 h、 72 h内降温的日最低气温应连续下降”的要求（表1 ）。
表1 国家标准和气象行业标准单站寒潮识别标准细则Table 1 National standards and meteorological industry standards for single station cold wave identification |
| 标准名称 | 寒潮等级 | 冷空气等级 | 冷空气过程监测指标 |
|---|---|---|---|
| 标准号 | GB/T 21987-2017 | GB/T 20484-2017 | QX/T 393-2017 |
| 标准内容 | 某地日最低气温24 h内降温幅度≥8 ℃， 或48 h内降温幅度≥10 ℃， 或72 h内降温幅度≥12 ℃， 且使该地日最低气温≤4 ℃的冷空气活动 | 某地日最低气温24 h内降温幅度≥8 ℃， 或48 h内降温幅度≥10 ℃， 或72 h内降温幅度≥12 ℃， 且使该地日最低气温≤4 ℃的冷空气活动 | 某地日最低气温24 h内降温幅度≥8 ℃， 或48 h内降温幅度≥10 ℃， 或72 h内降温幅度≥12 ℃， 且使该地日最低气温≤4 ℃的冷空气活动 |
| 其他附加条件 | 无 | 48 h、 72 h内降温的日最低气温应连续下降 | 48 h、 72 h内降温的日最低气温应连续下降 |
3.2 不同标准下全国性寒潮的异同及其合理性分析
对区域性寒潮的识别， 2个国家标准中都未提及， 仅在气象行业标准中有区域冷空气过程的判定， 指出“每日监测区域内有170个及以上观测站或监测区域内有20%及以上观测站单站出现中等及其以上冷空气， 且持续两日及以上， 判定为出现一次区域冷空气过程”， 该区域性冷空气过程的强度要通过计算强度指数I确定， 把1.95≤I<3的冷空气过程界定为寒潮过程。强度指数I计算公式
式中： I为区域冷空气过程强度指数； N3 为监测区域内出现寒潮的站点数； N2 为监测区域内出现强冷空气的站点数； N1 为监测区域内出现中等强度冷空气的站点数。
从式（1） 中可以看到， 该强度指数I是寒潮、 强冷空气和中等强度冷空气站点数的数学统计结果， 相当于用三种不同级别冷空气影响范围的大小来确定冷空气强度， 在一定程度上增加了识别难度和复杂性。如果把气象行业标准规定的区域冷空气过程标准直接应用到寒潮过程的识别中， 这样只单纯考虑达到寒潮级别的站数， 比3个不同强度冷空气混在一起的数学统计更具针对性。
气象行业标准中对区域性寒潮的描述是“170个及以上观测站或监测区域内有20%及以上观测站”， 包含了两个条件： 一是“170个及以上观测站”， 即≥170站； 另一个是“监测区域内有20%及以上观测站”。本文中1995个站点的20%是399个站点， 两个条件阈值站数有2.35倍的差异。如果全国性寒潮按总站数20%的比例， 一次寒潮过程要连续2天≥399站， 在1961 -2016年的56个冬季中， 仅有10次寒潮过程满足该条件， 分别是20世纪60年代5次、 70年代3次、 1996年和2016年各1次， 显然该条件的结果不符合对全国性寒潮频次的认知。若对某个地理区域， 如东北、 华北、 西北区域等， 一般有200~300个气象站， 170个站作为其区域性阈值， 明显不合理， 而它们的20%是40~60个站， 这对一个地理区域是相对合理的站数识别阈值。通过上述分析， 认为气象行业标准中描述区域性范围的“ 170个及以上观测站”是针对全国范围， 而“监测区域内有20%及以上观测站”则更适合地理区域。
先把“全国范围内寒潮站数至少连续2天均≥170个站”作为一次全国性寒潮过程识别的标准。由于寒潮影响复杂多样， 有些过程爆发性强， 该标准会遗漏第一天影响范围大、次日收敛快的过程， 如1966年12月1 -2日， 第1天寒潮站数有685个，次日仅68个， 可见一次过程在至少2天时间里确实存在站数悬殊现象， 而685个站点（占总站数43.3%）影响的寒潮过程范围显然不容忽视。于是再做一个补充， 比上述170个站点的2倍略多， 即2×170+10， 作为第2个条件的阈值， 定义为“或连续2天寒潮总站数≥350个站， 且至少有1天≥170个站”也识别为一次全国性寒潮过程。在这个条件下， 多捡回23次且持续时间均为2天的寒潮过程（平均427个站点， 占总站数21.4%）。进一步证明补充识别条件的合理性与必要性， 使得区域性寒潮识别标准减少了遗漏。
最后形成全国性寒潮标准： 全国范围内寒潮站数至少连续2天均≥170个站点， 或连续2天寒潮总站数≥350个， 且至少有1天≥170个站点。
考虑到表1 中各标准附加条件对单站寒潮日最低气温是否连续下降的要求不同， 现定义标准1在单站寒潮判别时， 无须考虑日最低气温是否连续下降； 而标准2则要求48 h、 72 h内日最低气温连续下降； 标准3的寒潮过程是强度指数满足1.95≤I<3。在表2 中给出这3个标准的比较结果， 各识别出全国性寒潮106次、 102次和102次。在相同区域性寒潮识别标准下， 标准1和标准2频次仅相差4次， 两者寒潮频次的相关系数是0.9649。可见， 不论是否有“48 h、 72 h日最低气温是连续下降”的条件限制， 寒潮频次仅相差 4次， 即绝大多数寒潮过程48 h或72 h气温是持续下降的。因此为了简化单站寒潮的判别， 不再考虑48 h、 72 h内日最低气温连续下降的条件。
表2 3个标准界定寒潮频次的异同Table 2 Three criteria to define the similarities and differences in the frequency of cold waves |
| 标 准 | 标准1 | 标准2 | 标准3 |
|---|---|---|---|
| 标准名称 | 寒潮等级 | 冷空气等级 | 冷空气过程监测指标 |
| 是否有区域性识别 | 无 | 无 | 有 |
| 48 h或72 h内日最低气温是否连续下降 | 否 | 是 | 是 |
| 区域性寒潮识别标准 | 全国范围内寒潮站数至少连续2天均≥170站， 或连续 2天寒潮总站数≥350站， 且至少有1天≥170站 | 全国范围内寒潮站数至少连续2天均≥170站， 或连续 2天寒潮总站数≥350站， 且至少有1天≥170站 | 1.95≤I<3 |
| 寒潮总频次/次 | 106 | 102 | 102 |
| 相关性比较 | 标准1与标准2相同频次102次， 相关系数0.9649 | - | 标准3与标准1相关系数为0.7153 |
I为强度指数，-表示无数据 |
在表2 中也看到， 标准1和标准3各筛选了106次和102次寒潮过程， 其中有72次过程相同。对比逐次过程发现（表3 ）， 标准1无而标准3有的寒潮过程共30次， 按式（1） 的算法， I为2.029， 符合寒潮级别； 3种级别冷空气平均站数合计为518个站点， 占总站数的26.0%。类似， 标准1有而标准3无的寒潮过程共34次， I为1.867， 是强冷空气级别； 3种级别冷空气平均站数之和为1123个站点， 占总站数的56.3%。两者比较， 标准3判别的非寒潮过程中寒潮的平均站数反而比寒潮过程中的站数多1.6倍， 究其原因冷空气的强弱不在于寒潮绝对站数的多少， 而是由三级冷空气站数的数学统计决定， 无形中增加了区域性寒潮识别的难度和复杂性， 存在较大的不确定性。有约3成寒潮过程的强度指数在冷空气影响范围偏小的情况下， 会夸大区域冷空气的强度； 反之， 在冷空气影响范围较大的情况下， 其识别会削弱区域冷空气的强度。而标准1首先是统计每天达到寒潮标准的站数， 其次给出发生的站数阈值界定其区域性， 这样的统计直指达到寒潮标准的站， 简单明了， 概念清晰， 便于掌握与应用， 从另一方面再次证明了标准1的优势。
表 3 标准 1和标准3筛选寒潮过程对比Table 3 Comparison between standard 1 and standard 3 screening cold wave process |
| 项 目 | 标准1无而 标准3有 | 标准1有而 标准3无 |
|---|---|---|
| 寒潮过程频次/次 | 30 | 34 |
| 寒潮平均站数/个 | 217 | 346 |
| 强冷空气平均站数/个 | 99 | 282 |
| 中等强度冷空气平均站数/个 | 202 | 495 |
| 三级冷空气合计站数/个 | 518 | 1123 |
| 强度指数I | 2.029 | 1.867 |
| 强度指数识别寒潮过程 | 是 | 否 |
| 寒潮站数占总站数比/% | 10.9 | 17.3 |
| 三级冷空气站数占总站数比/% | 26.0 | 56.3 |
综上所述， 在充分考虑全国性寒潮站点阈值和是否持续降温等特点后， 上述3个标准中的标准1是比较全面客观的识别方法， 即单站寒潮符合“某地日最低气温24 h内降温幅度≥8 ℃， 或48 h内降温幅度≥10 ℃， 或72 h内降温幅度≥12 ℃， 且使该地日最低气温≤4 ℃的冷空气活动”， 且区域性寒潮条件满足“全国范围内寒潮站数至少连续2天均≥170个站点， 或连续2天寒潮总站数≥350个， 且至少有1天≥170个”， 定义为全国性寒潮。
4 全国性寒潮的时空分布特征
4.1 全国性寒潮的特征
在上述标准下， 全国性寒潮在1961 -2016年的56个冬季共发生了106次。总体来说， 20世纪60年代是我国冬季寒潮频发期， 随后逐渐减少（图1 ）。寒潮频次最多的是1965年和1969年， 均出现5次过程； 发生3次的有4年， 分别是1978， 1987， 1991和2008年， 其余年份都维持在1~2次。56个冬季中没有出现寒潮过程的有12年， 主要集中在20世纪70年代后期到80年代， 分别为1964， 1966， 1977， 1980， 1981， 1983， 1986， 1988， 1997， 2003， 2007和2013年。通过以上分析可以看出， 未出现寒潮过程在20世纪80年代最多， 有4年， 2000年以来有3年。去除20世纪60年代高发期资料后， 20世纪70年代到资料截止的2016年， 冬季寒潮频次趋势变化几乎为一直线（图1 中虚线）， 并未随气候变暖而减少。
从冬季寒潮的月分布来看（表4 ）， 前冬12月寒潮发生的频次最高， 达45次， 后冬1 -2月寒潮发生频次基本相同， 为30~31次。12月寒潮频次在20世纪60~70年代均为10次； 80年代以来，年代际变化不大， 维持5~7次； 1月相对12月和2月，年代际变化相对较大， 有2个峰值， 分别出现在20世纪60年代和90年代， 其他时段在2~5次之间摆动； 2月寒潮峰值出现在21世纪00年代， 有7次，次峰值出现在20世纪60~70年代， 各有6次， 其他时段为3~5次。有16个月月内发生两次寒潮过程， 其中12月约占近7成， 有11次， 分别出现在1962， 1965， 1969， 1971， 1978， 1990， 1991， 2008， 2010， 2011和2012年， 表明初冬较易发生寒潮； 2月出现 3次， 分别为1966， 2003和2006年； 1月出现2次， 为1967年和1970年。
表4 全国性寒潮的年代际及季节内频次分布Table 4 Interdecadal and intra-seasonal frequency distribution of nationwide cold waves |
| 年代 | 频次/次 | |||
|---|---|---|---|---|
| 冬季 | 12月 | 1月 | 2月 | |
| 20世纪60年代 | 24 | 10 | 8 | 6 |
| 20世纪70年代 | 21 | 10 | 5 | 6 |
| 20世纪80年代 | 16 | 7 | 4 | 5 |
| 20世纪90年代 | 16 | 6 | 6 | 4 |
| 21世纪00年代 | 19 | 7 | 5 | 7 |
| 2011 -2016年 | 10 | 5 | 2 | 3 |
| 寒潮总频次 | 106 | 45 | 30 | 31 |
1961 -2016年56个冬季中寒潮持续时间为2~5天（表5 ）， 其中最长可达5天（仅有1次， 时间为1996年2月15 -19日）； 寒潮持续4天的有 4次（1966年2月、 1969年1 -2月2次、 1980年1月）， 主要出现在20世纪60年代； 持续3天的有31次， 分别在20世纪60年代和21世纪00年代各是2个峰值； 大多数寒潮持续时间为2天， 有70次。持续2~3天的频次最高， 达95%， 寒潮持续时间呈缓慢减少的趋势。
表5 寒潮持续时间年代际频次变化Table 5 Interdecadal frequency variation of duration of cold wave |
| 年代 | 2天 | 3天 | 4天 | 5天 |
|---|---|---|---|---|
| 20世纪60年代寒潮频次/次 | 13 | 8 | 3 | - |
| 20世纪70年代寒潮频次/次 | 14 | 6 | 1 | - |
| 20世纪80年代寒潮频次/次 | 12 | 4 | - | - |
| 20世纪90年代寒潮频次/次 | 10 | 4 | - | 1 |
| 21世纪00年代寒潮频次/次 | 13 | 7 | - | - |
| 2011 -2016年寒潮频次/次 | 8 | 2 | - | - |
| 合 计/次 | 70 | 31 | 4 | 1 |
| 占比/% | 66.0 | 29.2 | 3.8 | 0.9 |
-表示无数据 |
寒潮过程平均最低温度为-24.8 ℃， 平均降温幅度12.8 ℃， 寒潮过程最低温度出现的区域主要在我国北方地区的北疆、 内蒙古东部、 黑龙江南部、 吉林中东部和山西北部等地。
4.2 全国性寒潮的空间分布特征
1961 -2016年56个冬季中106次全国性寒潮平均发生了492个站点， 其中范围最大一次发生了 1331个站点（1966年2月20 -24日， 占总站数的 66.7%）， 超过1000个站点共发生4次， 超过800个站点的有10次， 基本较均匀地分布在各年代， 大范围寒潮影响频次在逐渐减少； 影响范围最小的过程仅224个站点（2006年12月27 -28日）， 影响范围不足300个站点的共17次。整体来说寒潮影响范围呈略减小趋势， 多数相邻两次寒潮过程发生站数起伏较大（图2 ）。20世纪60年代是全国性寒潮影响范围偏大的时段， 平均有586个站点； 有3个影响范围明显偏小的时段： 1981 -1990年、 2000 -2007年和2009 -2014年寒潮过程平均发生站点分别为399， 386和409个。
从1961 -2016年冬季全国性寒潮逐站频次分布（图3 ）中看到， 全国性寒潮影响最多的地方， 大致分布在内蒙古大部、 东北三省、 河北北部以及山西北部和陕北北部， 中心在内蒙古中部和吉林省中南部及辽宁省东部地区。除了北方地区外， 值得注意的是华东地区也是全国性寒潮影响较多的地方， 而南疆、 西南大部、 华中西部和华南是区域性寒潮影响最少的地区， 由此也看到大型山脉对冷空气的阻挡作用， 背风坡区域寒潮发生频次明显降低， 如位于天山南部的南疆和秦岭以南的陕南、 华中部分地方以及南岭以南的华南等地。另外， 青藏高原也是区域性寒潮影响相对较少的区域， 一方面海拔高， 冷空气要足够深厚， 另一方面， 也与冬季高原基础温度低有关。
4.3 单站寒潮的空间分布特征
经统计1961—2016年56个冬季单站寒潮总频次的分布（图4 ）可以看出， 单站寒潮频次在300次以上的地方主要位于东北大部、 内蒙古中部和东北部、 北疆、 西藏西南部和青海南部， 这与乔雪梅和刘普幸（2020）的研究成果基本一致； 150~300次的区域在内蒙古东部和西部、 沿天山地区及青藏高原中部地区； 其他区域的分布状况与图3 基本一致。对比图4 与图3 发现， 单站寒潮分布特征与全国性寒潮略有差异， 差别最大有两个地方： 一是西藏中西部和青海南部， 可能是由于当少数强冷空气爬上高原主体， 在高原上出现明显的冷锋， 但维持时间不长造成（罗四维， 1988）； 其次是内蒙古东部与黑龙江省西部和吉林省北部交界处， 前者是区域性寒潮频次少， 但单站发生的频次多； 后者反之， 是单站频次的相对小中心， 却是相对易发生区域性寒潮的地方， 尤其是吉林省中南部， 是全国性寒潮多发中心； 而黑龙江省单站频次明显较多， 表明强冷空气影响频繁， 可能在范围略小的东北区域， 单站和区域性寒潮频次之间的差异会变小。
在表1 中看到， 达到寒潮标准可分为3个时次， 即： 24 h、 48 h和72 h， 这里把单站达到寒潮标准按这3个时次来分别统计， 其中剔除了最大频次不足10次的站点， 每个站挑出其最多频次对应的时次， 并示意在图5 中。易在24 h达到寒潮标准的区域主要在新疆沿天山地区、 陕甘宁青、 除内蒙古中部以外的华北大部、 西南偏西地区和河南省， 占比39.8%。48 h易达到寒潮标准的区域基本集中在华东大部， 占比29.7%， 表明影响华东地区的冷空气需要有2天累积才能达到寒潮标准。72 h易达到寒潮标准的区域主要发生在北疆、 东北地区、 内蒙古中部以及华东南部部分地方、 湖南南部、 华南北部和贵州中南部， 占比30.5%； 影响区域有两个特点， 一是北方较寒冷的地区冬季最低气温基数低， 降温幅度较难很快达到寒潮标准； 其次是华东南部和南岭附近区域， 冷空气影响到南方时， 其势力有所减弱需要有堆积过程。
5 寒潮的干湿性识别与特征
全国性106次寒潮过程的平均降水量是6.3 mm， 平均最大过程降水量57.8 mm， 最大过程降水量261.2 mm（2010年1月20 -23日， 广西昭平）。这里把1961 -2016年56个冬季106次寒潮过程的平均降水量当作“气候均值”， 借用气候业务对降水量的分级， 把降水量在±2成之内的过程定义为正常过程， 把小（大）于2~5成的过程定义为较干（湿）过程， 把小（大）于其5成的过程定义为干（湿）过程（表6 ）。从表6 中看到， 寒潮干过程最多， 有34次； 湿过程次之， 有24次； 较干、 正常和较湿过程频次差异不大。干和较干过程有51次， 占比48.1%； 湿和较湿过程有38次， 占比35.8%。从106次寒潮过程干湿时间分布演变看（图略）， 趋势基本无变化， 亦无明显阶段性变化； 分别分析干湿过程的年代际变化， 两者均呈减少趋势， 但干和较干过程减少的速率明显大于湿和较湿过程。从季节内各月分布来看（表6 ）， 干与较干过程12月和1月占比接近， 也最大， 达57.8%和56.7%； 而2月较湿和湿过程比例最高， 占58.1%。可见， 12月至1月较干和干过程多， 2月较湿和湿过程多， 均占约6成。正常过程最多的是12月（9次）， 1月最少（3次）。
表6 寒潮干湿定义及分布频次Table 6 Definition and distribution frequency of dry and wet cold wave |
| 项 目 | 干 | 较干 | 正常 | 较湿 | 湿 |
|---|---|---|---|---|---|
| 过程平均降水量R/mm | R≤3.0 | 3.1≤R≤5.1 | 5.2≤R≤7.4 | 7.5≤R≤9.3 | 9.4≤R |
| 冬 季 频次/次 | 34 | 17 | 17 | 14 | 24 |
| 冬季占比/% | 32.1 | 16.0 | 16.0 | 13.2 | 22.6 |
| 12月频次/次 | 21 | 5 | 9 | 3 | 7 |
| 1月频次/次 | 9 | 8 | 3 | 5 | 5 |
| 2月频次/次 | 4 | 4 | 5 | 6 | 12 |
1961 -2016年冬季106次全国性寒潮过程中有49次寒潮过程最大降水≥50 mm， 主要出现在云南南部、 华中、 华东和华南等区域（图6 ）。最大降水量为261.2 mm， 该过程持续了4天， 共发生588站， 用过程最大降水量261.2 mm除以寒潮发生站数588个， 其结果为0.4 mm， 可见个别站较大降水对整个过程的平均降水量影响不大， 也说明不足以影响干湿识别质的变化。
6 寒潮的极端性
寒潮有3个强度等级： 寒潮、 强寒潮和超强寒潮， 本文把强寒潮和超强寒潮作为寒潮的极端性来分析。单站强寒潮是“某地日最低气温24 h内降温幅度≥10 ℃， 或48 h内降温幅度≥12 ℃， 或72 h内降温幅度≥14 ℃， 且使该地日最低气温≤2 ℃的冷空气活动”； 超强寒潮指“某地日最低气温24 h内降温幅度≥12 ℃， 或48 h内降温幅度≥14 ℃， 或72 h内降温幅度≥16 ℃， 且使该地日最低气温≤0 ℃的冷空气活动”； 它们区域性定义与寒潮完全相同， 即“全国范围内强（超强）寒潮站数至少连续2天均≥170站， 或连续2天强（超强）寒潮总站数≥350个站点， 且至少有1天≥170个站点”。
1961 -2016年56个冬季有强寒潮21次， 其中超强寒潮3次。21次强寒潮过程分布在20世纪60年代8次、 70年代5次、 90年代2次、 21世纪00年代4次， 1987年和2016年各1次。20世纪60年代最多， 后随时间明显下降， 在21世纪00年代出现了一个小峰值。平均影响范围是459站， 最大范围是996站（1966年2月21 -24日）； 强寒潮过程平均持续3天， 其中强寒潮过程持续2天的有6次， 3天有10次， 4天有5次（1966年发生2次， 1980、 1996和2016年各1次）。过程平均最低温度为-27.3 ℃， 平均降温幅度15.4 ℃， 极端最低温度-38.1 ℃（1962年2月13日， 辽宁新宾）， 强寒潮过程最低温度出现的区域主要在我国北方地区： 北疆、 内蒙古东部、 黑龙江南部、 吉林中东部和山西北部等地。过程平均降水量5.7 mm， 平均最大过程降水量43.9 mm， 最大过程降水量125.4 mm（1969年1月29 -31日， 广东恩平）， 各过程最大降水量主要分布在辽宁省东南部、 华北部分地方、 华东各省以及广西和湖南等地。就单站而言， 24 h达到强寒潮标准的区域主要在贵州中南部、 湖南东南部、 江西大部、 安徽北部和华北北部等地； 48 h主要在青藏高原、 西北地区东部、 山西中部、 华北和东北南部的部分地方； 72 h主要在北疆、 东北大部、 内蒙古中部和华东大部（图略）。强寒潮有12次干过程， 5次湿过程， 4次较湿过程， 整体以干过程居多。
超强寒潮只发生了3次， 分别出现在1966年2月21 -23日、 1966年11月30日至12月1日、 1980年1月29 -30日， 主要影响东北南部、 华北大部、 西北地区东北部以及华东大部、 贵州和湖南南部等地； 过程平均最低温度为-25.2 ℃， 平均降温幅度16.8 ℃， 极端最低温度-30.0 ℃（1966年2月22日， 山西和顺）， 超强寒潮过程最低温度出现的区域在东北东南部和太行山地区。平均影响范围达397个站点， 最大范围是588个站点（1966年2月21 -23日）； 过程持续2~3天， 过程平均降水量5.5 mm， 平均最大降水量51.7 mm， 最大降水量74.5 mm（1966年2月21 -23日， 江西德兴）。达到超强寒潮标准的基本都是48 h或72 h， 很少能在24 h达标， 主要分布在我国北方地区，站点密集的地方主要在东北南部、 华北北部、 陕北和北疆， 青海南部和西藏中部也有分布（图略）。超强寒潮干湿特征不明显。
7 讨论与结论
我国幅员辽阔， 南北降水在冬季不同的相态造成降水量级有极大差异， 本文受降水相态观测资料的限制， 仅用各地降水量平均值作为全国性寒潮过程干湿状况识别， 有其局限性， 因未见有相关的文献， 只是做了一些粗浅的尝试， 还需要把寒潮过程的降水量细化分析（张备等， 2014）。如通过参考短期天气预报中对降水和降雪量级的分级来分别评估不同区域站点的干湿， 最后给予不同的权重来综合评估全国性寒潮， 因本文内容和篇幅有限， 我们将在其他区域的相关研究中再深入探讨。
本文在《寒潮等级》和《冷空气等级》2个国家标准和《冷空气过程监测指标》1个气象行业标准的基础上， 建立了全国性寒潮识别标准， 并根据寒潮过程降水量制定了干湿识别标准， 分别对全国性寒潮、 强寒潮和超强寒潮的频次、 干湿特性、 降温幅度、 最低温度、 出现站数、 平均降水量和最大降水量等要素， 以及各地最易达到寒潮的时次进行了分析， 得出以下结论：
（1） 全国性寒潮的识别标准： ①单站寒潮： 使某地的日最低气温24 h内降温幅度≥8 ℃， 或 48 h内降温幅度≥10 ℃， 或 72 h内降温幅度≥12 ℃， 且该地日最低气温≤4 ℃的冷空气活动。②全国范围内寒潮站数至少连续2天均≥170个站点， 或连续2天寒潮总站数≥350个站点， 且至少有1天≥170个站点， 识别为一次全国性寒潮过程。依此标准， 在 1961—2016年的 56个冬季里共发生 106次全国性寒潮， 且绝大多数寒潮过程的最低气温是持续下降的。
（2） 20世纪60年代是冬季全国性寒潮频发期， 随后逐渐减少； 70年代之后， 寒潮频次变化小， 并未随着气候变暖有明显变化。季节内12月寒潮过程最多， 1 -2月寒潮频次基本相同。过程持续2~3天的频次最多， 占95%， 最长可持续5天。全国性寒潮平均发生在 492个站点， 范围最大一次有1331个站点， 占总站数的 67%， 持续了5天。强寒潮频次在20世纪60年代最多， 后随时间明显下降， 在21世纪00年代出现了一个小峰值。超强寒潮仅发生3次， 最近一次出现在1980年1月。
（3） 全国性寒潮影响最多的地方， 大致分布在内蒙古中部、 吉林省中南部和辽宁省以及陕北北部和山西北部， 除上述这些区域外， 华东地区也是全国性寒潮影响较多的地方， 而大地形如大小兴安岭、天山、 秦岭以及南岭等山脉的背风坡是寒潮影响明显偏少的地方。黑龙江和青藏高原等地单站寒潮频次明显多于区域性寒潮。
（4） 单站易在24 h达到寒潮标准的地方主要集中在南疆、 陕甘宁青、 除内蒙古以外的华北大部、 西南偏西地区和河南省， 占比39.8%； 48 h主要在华东大部， 占比29.7%； 72 h更易发生在东北地区、 内蒙古中部、 北疆以及江西、 湖南南部、 华南北部和贵州中南部， 占比30.5%。达到超强寒潮标准基本都是在48 h或72 h。
（5） 依据寒潮过程降水量， 把干湿指数分为干、 较干、 正常、 较湿和湿5级， 建立了全国性寒潮过程干湿识别标准。12月到次年1月的干和较干过程以及2月湿和较湿过程比例最高， 均占近6成。对干湿过程的年代际变化而言， 干和较干过程减少的速率明显大于湿和较湿过程。强寒潮整体以干过程居多， 而超强寒潮干湿特征不明显。