李顯良,潘 影,鄧世有,楊朝萍
(1.貴州省平壩縣氣象局,貴州 平壩 561100;2.貴州省安順市氣象局,貴州 安順 561000)
2011年1月安順市凝凍天氣特點(diǎn)及成因淺析
李顯良1,潘 影1,鄧世有2,楊朝萍1
(1.貴州省平壩縣氣象局,貴州 平壩 561100;2.貴州省安順市氣象局,貴州 安順 561000)
2011年1月貴州繼2008年后又一次出現(xiàn)了歷史罕見(jiàn)的低溫雨雪凝凍災(zāi)害,具有開(kāi)始時(shí)間早、日平均氣溫低、凝凍日數(shù)持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)等特點(diǎn)。該文利用氣候整編資料、中國(guó)國(guó)家氣候中心資料和NCEP逐日再分析資料對(duì)此次過(guò)程的環(huán)流背景以及物理量場(chǎng)進(jìn)行了分析。分析表明:此次過(guò)程是在“La Nina”事件的大背景下發(fā)生的;北半球極渦活動(dòng)異常,且中心偏向于東半球,強(qiáng)而穩(wěn)定,歐亞大陸500hPa位勢(shì)高度距平呈“北高南低”的分布,這種分布是貴州省冬季重凝凍年的主要環(huán)流形勢(shì)之一;青藏高原的南北支槽異?;钴S,不斷輸送水汽和引導(dǎo)冷空氣南下;高原南側(cè)、孟加拉灣北部的偏西風(fēng)水汽輸送和來(lái)源于西太平洋副高南側(cè)的偏東風(fēng)水汽輸送為貴州省源源不斷地輸送水汽;逆溫層的存在和階段性的維持是貴州大范圍凍雨持續(xù)出現(xiàn)的重要原因。
凝凍日數(shù);La Nina;極渦;水汽輸送通量;逆溫層
近年來(lái)隨著全球氣候變暖,出現(xiàn)暖冬的極端天氣氣候事件發(fā)生的頻率增加,但局地也有例外。2011年1月我市出現(xiàn)繼2008年的南方大范圍低溫凝凍災(zāi)害以來(lái)的又一次低溫凝凍天氣,這再一次提醒人們?cè)陉P(guān)注氣候變暖的同時(shí)要注意防范極端低溫天氣的影響。
此次凝凍過(guò)程相比2008年的主要特點(diǎn)是今年氣溫有波動(dòng)起伏,有短暫回暖,有利于冰層的融化,而2008年則是持續(xù)低溫,氣溫更低。
本文主要使用了安順市1961—2011年的氣候整編資料和NECP資料,分別用于分析本次低溫雨雪凝凍災(zāi)害天氣過(guò)程的特點(diǎn)和成因。為了更好地體現(xiàn)此次過(guò)程特點(diǎn),使用了凝凍日數(shù)(指日平均氣溫<1℃且當(dāng)日出現(xiàn)降水的日數(shù))這個(gè)評(píng)估指標(biāo)[1]。
2011年1月1日—2月1日,我市出現(xiàn)了近1個(gè)月的低溫凝凍天氣,其間受5輪較明顯的冷空氣影響,出現(xiàn)4次短暫相對(duì)緩和期(見(jiàn)圖1)。
圖1 安順市區(qū)2011年1月1日—2月1日日平均溫度(℃)時(shí)序圖
觀測(cè)到的最大電線積冰直徑為安順基本站3日08時(shí)40 mm(含觀測(cè)導(dǎo)線直徑26.8 mm),最低氣溫為平壩一般站10日夜間觀測(cè)到的-4.6℃,18—20日出現(xiàn)了明顯的降雪過(guò)程,最大積雪深度為平壩的8 cm,累計(jì)凝凍日數(shù)26 d。
此次低溫凝凍災(zāi)害具有開(kāi)始時(shí)間早、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、分階段持續(xù)影響、氣溫偏低、雨雪天氣明顯等特點(diǎn)。
3.2.1 開(kāi)始時(shí)間早,持續(xù)時(shí)間長(zhǎng) 根據(jù)歷史資料統(tǒng)計(jì),我市凝凍天氣的開(kāi)始時(shí)期多發(fā)生于1月中下旬,而此次低溫凝凍天氣發(fā)生相對(duì)較早。從1日開(kāi)始,我市北部最低氣溫開(kāi)始低于0℃,且低溫范圍不斷擴(kuò)大,其中只有5—6日、9日、14—15日、20—22日4次短暫的相對(duì)回暖期,截止2月1日,低溫凝凍天氣持續(xù)了32 d。
3.2.2 平均氣溫和凝凍日數(shù)突破歷史同期記錄 1月1日到2月1日,全市各縣(區(qū))平均氣溫為-1.1(平壩)~1.6℃(關(guān)嶺),較歷史同期平均值偏低4.9~5.4℃,為有氣象記錄以來(lái)的歷史同期最低值(見(jiàn)圖2)。安順市區(qū)凝凍日數(shù)達(dá)26 d,為1961年以來(lái)歷史同期最大值(見(jiàn)圖3)。
3.2.3 雨雪天氣明顯 從1日開(kāi)始,我市開(kāi)始出現(xiàn)雨雪天氣,除12、16日外,均有小雨或小雨夾雪出現(xiàn),降雨量較歷史同期偏多7%~90%。
18—20日我市出現(xiàn)明顯的降雪過(guò)程,平壩3 d的積雪深度均在6 cm以上,19—20日為8 cm,其余地區(qū)均在3 cm以上,這次降雪過(guò)程的持續(xù)時(shí)間和強(qiáng)度均為歷史同期罕見(jiàn)。
4.1.1 500hPa環(huán)流分析 2011年1月的500hPa平均環(huán)流(圖4a)顯示,極渦呈2波型,主中心略偏于東半球,中心區(qū)位勢(shì)高度低達(dá)505dagpm,較多年平均偏低7dagpm(圖4b);另外在亞洲北部和極渦軸線沿140°E向南伸至55°N,即鄂霍次克海附近,有2個(gè)次中心,位勢(shì)高度較多年平均分別偏低9dagpm和6 dagpm(圖4b)。
由圖4b可以看出60°N以北包括貝湖的脊區(qū)為正距平,60°N以南為寬廣的負(fù)距平區(qū),由文獻(xiàn)[2]和[3]中指出,整個(gè)亞歐地區(qū)50°N以北為大范圍的正距平區(qū),50°N以南為負(fù)距平區(qū),中高緯度以寬廣的正距平占優(yōu)勢(shì),也就是歐亞大陸呈“北高南低”的距平分布,在這種“北高南低”的環(huán)流形勢(shì)背景下,亞洲地區(qū)維持穩(wěn)定的經(jīng)向環(huán)流,有利于高緯度的冷空氣不斷向中低緯度擴(kuò)散及東亞大槽持續(xù)穩(wěn)定。冷空氣容易南侵影響貴州省,這是貴州省冬季凝凍重的一主要環(huán)流形勢(shì)。
圖4 2011年1月500hPa平均高度(a)與距平(b)單位(dagpm)
此次持續(xù)性雨雪天氣的主要影響系統(tǒng)是中高緯阻塞高壓、西太平洋副高及南支槽青藏高原南緣的南支槽異?;钴S。從200 hPa區(qū)域平均的相對(duì)渦度時(shí)間—經(jīng)度剖面(圖5)可以看到,每次雨雪天氣過(guò)程的發(fā)生,都伴隨著高原槽分裂東移,且在東移過(guò)程中受青藏高原大地形阻擋,分裂為北支槽和南支槽,北支槽在東移過(guò)程中與中高緯系統(tǒng)疊加,槽后西北氣流引導(dǎo)冷空氣南下。南支槽則在東移過(guò)程中途經(jīng)北印度洋和孟加拉灣,槽前西南氣流輸送大量水汽。尤其是15日左右的過(guò)程,位于90°E附近的南支主槽強(qiáng)烈向南加深發(fā)展,南支鋒區(qū)明顯增強(qiáng)。200 hPa出現(xiàn)了中心值為7.0×10-5s-1正相對(duì)渦度中心,使得東移低渦強(qiáng)度得以維持和發(fā)展。
4.1.2 La Nina事件與極渦異?;顒?dòng)的影響 由圖6(來(lái)源于中國(guó)國(guó)家氣候中心)可見(jiàn),2010年6月開(kāi)始赤道中東太平洋海溫進(jìn)入La Nina狀態(tài),并且發(fā)展十分迅速,至2011年1月NINO3區(qū)海溫已經(jīng)持續(xù)8個(gè)月較常年同期偏低0.5℃以上。2010年10—12月負(fù)距平值甚至持續(xù)超過(guò)1.5℃,是近年來(lái)強(qiáng)度與2008年持平的一年。
根據(jù)文獻(xiàn)[7]中的研究表明亞洲區(qū)極渦面積對(duì)貴州影響顯著,因此本文做了2000年以來(lái)的亞洲區(qū)(60°~150°E)極渦面積指數(shù)1月時(shí)間序列圖(資料來(lái)源:中國(guó)國(guó)家氣候中心氣候系統(tǒng)診斷預(yù)測(cè)室)。從圖7可以看出近12 a來(lái),2011年1月的面積指數(shù)達(dá)到了最大值,為冷空氣頻繁南下提供了重要的環(huán)流背景。這同上面分析的500hPa上亞洲區(qū)為位勢(shì)高度負(fù)距平一樣,都說(shuō)明了極渦偏南偏強(qiáng)。
圖7 亞洲極渦面積指數(shù)1月份時(shí)間序列圖
4.2.1 溫度場(chǎng)結(jié)構(gòu)分析 《大氣科學(xué)詞典》(1994年版)所指出的,中層的逆溫以及有一層溫度高于0℃的暖層,是凍雨產(chǎn)生的天氣條件,因此形成凝凍(冰凍)天氣的一個(gè)重要原因是要有逆溫層的存在。當(dāng)高空的固體降水落入暖層中時(shí)融化為雨滴,再下落至0℃以下的冷氣層,且不凍結(jié),而形成過(guò)冷卻水滴狀態(tài),落到地面后與物體接觸后凝結(jié)形成凍雨。圖8可以看出有明顯的5次逆溫層的形成,分別是2日、6—8日、10—11日、15—17日、26—27日,體現(xiàn)此次凝凍天氣的主要特點(diǎn)就是間斷性;其中8、26日700 hPa與850 hPa溫差高達(dá)4℃以上。18—20日雖然溫度很低,但沒(méi)有逆溫層,所以這3 d以降雪為主,也說(shuō)明了凍雨的產(chǎn)生與逆溫層的存在是分不開(kāi)的。
圖8 2011年1月700 hPa平均(25°~29°N,105°~120°E)溫度時(shí)序圖------------700hPa(單位:;) — —850 hPa(單位:℃)
4.2.2 水汽條件分析 根據(jù)文獻(xiàn)[6]可以計(jì)算出2011年1月月平均垂直積分的水汽通量(單位:kg·m-1·s-1)(圖9)。在1月月平均的水汽輸送圖上(圖9)主要有兩支近乎緯向分布的水汽輸送帶,一支是赤道地區(qū)的強(qiáng)東風(fēng)水汽輸送帶,另一支則是高原南側(cè)的偏西風(fēng)水汽輸送帶,它經(jīng)過(guò)阿拉伯海北部、高原南側(cè)、孟加拉灣北部向貴州地區(qū)源源不斷地輸送水汽,部分西太平洋副熱帶高壓南側(cè)的偏東風(fēng)水汽在中南半島、南海及西太平洋地區(qū)轉(zhuǎn)向向北進(jìn)入貴州省。從而為安順市持續(xù)的雨雪天氣提供了充足的水汽條件。
圖9 2011年1月月平均整層(地面~300hPa)水汽輸送通量分布
①此次低溫凝凍災(zāi)害具有:開(kāi)始時(shí)間早、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、分階段持續(xù)影響、氣溫偏低、雨雪天氣明顯。
②整個(gè)過(guò)程是發(fā)生在強(qiáng)的La Nina事件的大背景下的;期間歐亞大陸500 hPa高度場(chǎng)距平呈“北高南低”分布;極渦以偶極型為主,亞洲區(qū)極渦面積偏大;南北槽活躍,在200 hPa上不斷有正的相對(duì)渦度東移。
③對(duì)700 hPa與850 hPa的溫度分析再次說(shuō)明逆溫層的存在是凍雨產(chǎn)生的重要條件。
④通過(guò)對(duì)1月月平均整層(地面~300 hPa)水汽輸送通量的分析,說(shuō)明此次過(guò)程有充足的水汽供應(yīng)條件。
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P458
B
1003-6598(2011)05-0036-04
2011-07-21
李顯良(1965-),男,助工,主要從事氣象服務(wù)與應(yīng)用氣象工作。