Page 21 - 2025年第56卷第10期
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目 前 ， 关 于 中 线 工 程 沿 线 寒 潮 等 级 评 定 指 标 采 用 的 是 国 家 标 准 《寒 潮 等 级》（GB/T 21987—
                   ［6］
              2017） 。该国标的通用定义“寒潮：使某地的日最低气温 24 小时内降温幅度≥8 ℃，或 48 小时内降温
              幅度≥10 ℃，或 72 小时内降温幅度≥12 ℃，并且使该地日最低气温≤4 ℃的冷空气活动；强寒潮：使某
              地的日最低气温 24 小时内降温幅度≥10℃，或 48 小时内降温幅度≥12 ℃，或 72 小时内降温幅度≥14 ℃，
              并且使该地日最低气温≤2 ℃的冷空气活动；超强寒潮：使某地的日最低气温 24 小时内降温幅度≥
              12℃，或 48 小时内降温幅度≥14 ℃，或 72 小时内降温幅度≥16 ℃，并且使该地日最低气温≤0 ℃的冷空
              气活动”。该定义主要强调一定时间段内最低气温的下降幅度和最低气温值，而冰情发展始于气温和
              累计负气温足够低以至于水温降到冰点附近，说明国标法寒潮评定指标中限定的日最低气温值≤4 ℃范
              围较大，比如出现该低气温值时，河道水温还远高于 0 ℃，渠水也不会结冰。因此对于冬季输水的寒
              潮预报来说，该国标法寒潮等级不足以为类似输水工程河渠冰情的发展提供明确指标。当前国内外寒
              潮的研究多集中于大时间尺度上气候变化同寒潮关系和冷空气对寒潮的影响，常用的研究方法多是通
              过对历史资料归纳得到局部寒潮变化规律                    ［7-8］ 。2016 年 1 月中国北方极端寒潮导致南水北调中线发生了
              运行以来最严重的冰情，Qian 等 研究了人类活动在这次寒潮中的影响。周中元等                                     ［10］ 基于黄河流域气
                                           ［9］
              象观测数据以及第六次国际耦合模式比较计划（CMIP6）中 8 种全球气候模式（GCMs）的日均气温数据，
              预测了冬季气温、寒潮和累计负气温变化对黄河未来冰情发展影响，并进一步研究了南水北调沿线地
              区寒潮和极端冷事件的时空分布规律。在冰情预报方面，早期的统计学模型已发展到机理模型同人工
              智能算法相结合的高精度预报模型                ［11-13］ ，但南水北调工程因运行时间短、冰期观测数据有限，人工智
              能预报模型率定所需数据仍有不足。在 Shen 等                   ［14］ 的一维冰情模拟数学模型基础上，郭新蕾等                  ［4，15］ 、王
              涛等  ［16］ 、穆祥鹏等   ［17］ 通过建立冰水动力学和热力学模型开展了冰发展过程的模拟；Liu 等                            ［18］ 研究了南
              水北调短期气温变化下的冰情演变，并揭示了气温、水温和流量耦合下渠道的结冰范围；段文刚等                                               ［19］
                                                                                              ［5］
              在南水北调中线黄河以北冰情观测基础上提出了岸冰和流冰产生的水温阈值；潘佳佳等 建立了全气
              象参数的南水北调中线冬季水温精细模拟模型。以上研究表明气温等热力因素是影响河渠冰情发展的
              关键要素，一定负积温下的寒潮过程及其强度更易诱发冰凌冰害等问题。
                  一般来说，每日气温和累计气温在分布上具有季节性特征，属于偏态分布的一种，可采用 3 参数
              Log-logistic 分布（3-Parameter Log-logistic Distribution， LLD3）来描述偏态分布的变化过程。该分布函
              数包含形状、尺度和位置 3 个参数，合理调节 3 个参数的取值，可灵活拟合不同形状的概率分布曲线，
              包括左、右偏态和对称分布等。该描述方法因其表达式清晰，且有良好的统计学特性，在医疗、金
              融、水利、大气及环境等行业应用广泛                   ［20-21］ 。Shoukri 等 ［22］ 充分利用 Log-logistic 分布的拟合特性，将
              LLD3 应用于分析加拿大河流的流量和降水数据变化趋势。Surendran 等                          ［23］ 使用 LLD3 拟合实际用水量
              和需水量过程。Ahmad 等         ［24］ 将 LLD3 用于洪水频率的评估中。陈晓楠等              ［25］ 采用 LLD3 定义了标准化温度
              指数并评估了南水北调中线工程沿线地区冷暖冬特征。在国家标准 《气象干旱等级》（GB/T 20481-
              2017）中，也采用 LLD3 定义标准化降水蒸散发指数                  ［26］ 。
                  鉴于此，本文尝试引入 3 参数 Log-logistic 分布来描述气温的变化，进而求解其概率密度函数和累
              计分布函数，并正态化处理将气温的累计频率引入到南水北调中线工程冰期输水的寒潮分类中。在研
              究南水北调沿线气候、气温特点和分布规律基础上，建立南水北调中线气温寒潮指数法和寒潮等级分
              类标准，并分析不同等级寒潮、累计负气温阈值同冰情发生发展情况的相应关系，以期为中线工程冰
              期输水提供参考。


              2 研究区域和数据


                  南水北调中线总干渠由南向北跨越北纬 33°至 40°，沿程气温不断降低，冬季运行时黄河以北渠段
              受寒冷气温影响易产生不同程度的冰凌问题（见图 1）。工程运行后冬季现场观测发现：中线干渠冰凌
              影响区主要为七里河倒虹吸至北拒马河暗渠的 363 km 渠段，其中七里河至滹沱河段主要为岸冰，对主

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