茅圣仁,許文進,張琳琳,黃鵬樑,王萬宣
(福建省仙游縣氣象局,福建 仙游 351200)
霜的綜合觀測即在認清天氣形勢、理解霜的“生消期”、判定氣象要素的基礎上對草、近地物體的觀測。
本文氣象要素資料是2006—2012年福建省仙游縣氣象局(仙游縣地處福建省中部戴云山脈的東麓、東南沿海中部。仙游站位居仙游縣中心:118°42'E、25°22'N,海拔 77 m)的霜,霜前日、霜日的 2 min風向風速、云量,霜日地面溫度、相對濕度。
鹿世瑾等[1]分析了福建省寒潮的主要路徑有以下幾條,中路:冷空氣經(jīng)蒙古進入我國河套地區(qū)而后南下,經(jīng)湘贛影響福建;西路:冷空氣經(jīng)新疆于青藏高原東側(cè)南下,影響長江以南廣大地區(qū),福建有較強降溫。
夏麗花等[2]在此基礎上統(tǒng)計出:福建省寒潮中路出現(xiàn)的機率為19.1%,西路出現(xiàn)的機率為57.1%。這即是影響仙游縣的主要冷空氣路徑。
如王金萍等[3]的統(tǒng)計方法,對1990—2012年仙游縣霜個例的大氣環(huán)流形勢普查表明:500 hPa大氣環(huán)流與霜天氣的關系最為密切,主要的天氣類型分為:
①經(jīng)向槽或橫槽型:在110 ~119°E,25 ~45°N區(qū)域內(nèi),500 hPa有經(jīng)向槽或橫槽。經(jīng)向槽或橫槽其槽的長度標準為大于1 000 km。出現(xiàn)霜的概率為13.6%。
②槽后西北氣流型:500 hPa高空槽已過119°E,25°N。在 110 ~119°E,22 ~35°N 區(qū)域內(nèi)為一致的槽后西北氣流控制。出現(xiàn)霜的概率為20.1%。
③長波槽型:在25°N線上,85~120°E為500 hPa槽后西北偏西氣流。出現(xiàn)霜的概率為37.8%,會出現(xiàn)連續(xù)性霜天氣。
據(jù)蔡文華等[4]統(tǒng)計:福建沿海站平流輻射降溫占89%;福建內(nèi)陸站平流輻射降溫占96%。仙游縣氣象站站址在丘陵地區(qū),所以,下面探討平流輻射霜的“生消期”、氣象要素特征。
地面最低溫度出現(xiàn)在06時之前的有13.2%,出現(xiàn)在06—07時之間的有86.7%。地面最低溫度主要出現(xiàn)在06—07時[5-9],霜最大可能在這個時間生成,因霜不記開始時間[10],“可認定”06—07時為霜的“生成時”。
表1為霜前日及霜日各時次(選擇)風向特征。從表1得,傍晚到20時的風向穩(wěn)定在偏東,21時風向變?yōu)槠珫|和偏西各半。22時的風向西或西北,爾后風向穩(wěn)定在偏西,是入夜以后,近地層亂流顯著減弱,地面風速迅速減小,主導偏北氣流的地面風向逆時針轉(zhuǎn)左偏西[11,13]。09時的風向轉(zhuǎn)偏東,是日出后,近地層亂流顯著加強,地面風速迅速增大,主導偏北氣流的地面風向順時針轉(zhuǎn)右偏東[11,13]。09時,地溫升高,風速漸大且吹偏東的“暖風”,因霜不記終止時間[9],我們把此時定為霜的“消亡”。
表1 霜前日及霜日各時次(選擇)風向頻率 (單位:%)
霜的“生消期”:霜從風向轉(zhuǎn)偏西的22時開始孕育、地面溫度出現(xiàn)最低的06—07時生成、日出后風向轉(zhuǎn)偏東的09時迅速消融。霜的“生消期”可作為平流輻射霜觀測的一個指導性概念。
霜“易在晴朗風小的夜間生成”,要求“地面溫度在0℃以下”,是“水汽在地面和近地面物體上凝華而成的白色松脆的冰晶”[10]。
由表2地面溫度特征可知:地面溫度主要分布在2~4℃,地面最低溫度主要分布在-1~2℃。據(jù)此,地面溫度可作為霜觀測的一個指示因子。
霜的“地面溫度在0℃以下”[11]應理解為“成霜的物體表面溫度在 0℃以下”[11,13],即地面溫度在0℃以上也可成霜[9,14-18]。
表2 地面溫度特征及成霜頻率
表3是風速、云量、濕度特征。
由表3看出霜生成期風速主要分布在0.6~2.0 m/s,平均風速1.4 m/s。霜的“風小”也可使貼地層空氣得到更換,將新鮮空氣送來與地面和地面物體表面接觸并將已經(jīng)產(chǎn)生水汽凝華后的“干空氣”帶走,保證有足夠多的水汽供應凝華,促進霜的生成。風可作為霜觀測的一個重要指標。
云量是天氣晴朗的主要指標,它的多寡對輻射過程起一定作用。夜間有云,增加向地面的反輻射,大大減少了地面的有效輻射,起到“溫室效應”[9]。反之,大大增加地面的有效輻射,促進降溫。
由表3看出20時、02時“碧空和少云”分別占100%、和 97%[13-16],是霜的“晴朗”為輻射冷卻創(chuàng)造有利條件[14-18]。據(jù)此,云量可作為霜觀測的一個先行指示因子。
由表3看出霜生成時濕度以50%~80%為適宜。濕度過小則水汽不足以凝華出冰晶。非常潮濕或有降水時貼地空氣層中含水量特別高時,水汽凝華過程伴隨著潛熱的釋放,從而部分補償了由于輻射而損失的熱量,不利霜的生成[12-13]。據(jù)此,可根據(jù)濕度的大小有選擇地觀測:濕度大選擇枯草觀測,濕度大易先形成露,而形成露時伴隨著凝結(jié)潛熱的釋放,使生長草面附近的溫度比枯草面附近高,不利于生長草面霜的形成[12-13];濕度偏小選擇生長著的草面觀測,植物都有蒸騰作用,生長著的草面附近的水汽比干枯的草面附近充足。
表3 風速、云量、濕度特征及霜生成頻率
早晨,首先看自動氣象站各氣象要素是否在霜特征范圍內(nèi),再巡視觀測場的草、近地物體,當觀測——①用手電筒晃動照射草坪、地面溫度表時出現(xiàn)色彩斑瀾的現(xiàn)象;②夾住草葉并往上抹可感覺有松脆的“東西”,手像劃過粗糙的砂紙表面且感覺較冰冷;③腳在地溫踏板上滑動有“滑感”并有白色的物體被“移動堆積”,腳印和踏板“黑”、“白”分明;④抹地面溫度表有“滑感”且看不清示值,要用指甲刮去地面溫度表上白色松脆的覆蓋物才能觀測到示值,即是霜。
日出之前,巡視觀測場周邊的草、近地物體,特別是地面陰背“小凹地”中“枯草葉”的觀測,因“小凹地”易冷空氣堆積及水汽聚集。觀測到視區(qū)矮平房的瓦片有大面積“濕斑”,“濕斑”上可見白色的附著物是霜。
冬季的仙游地區(qū),當500 hPa出現(xiàn)槽后西北氣流型、經(jīng)向槽或橫槽型、長波槽型形勢,冷空氣過境后,要密切關注云、能、天的演變,時刻關注各氣象要素的變化。夜晨天氣晴好、風向偏西、風速0.6~2.0 m/s、相對濕度在50% ~80%、地面溫度逐漸降溫并趨于4℃或更低,天亮后至日出之前,要及時地全面巡視觀測場及周邊的草、近地物體,做到有準備地觀測霜。
[1]鹿世瑾,王巖.福建氣候[M].北京:氣象出版社,2012:174-177.
[2]夏麗花,張立多,林河富,等.福建省冬季果樹凍(寒)害低溫預報預警[J].中國農(nóng)業(yè)氣象,2007,28(2):221-225.
[3]王金萍,徐順瓊,李宏波,等.云南楚雄州霜凍天氣分析[J]. 貴州氣象,2011,35(2):18 -21.
[4]蔡文華,王加義,岳輝英.近50年福建省年度極端最低氣溫統(tǒng)計特征[J].氣象科技,2006,3(3):227-230.
[5]李麗,簡茂球.粵西北霜凍天氣的氣候統(tǒng)計特征[J].廣東氣象,2010,32(6):1 -4.
[6]李年,潘家文,盧偉東,等.天氣現(xiàn)象霜形成的有利條件和觀測技巧[J].廣東氣象,2009,31(5):51-53.
[7]張錦勇,雷安林,張忠,等.成霜的氣象條件與觀測方法淺析[J].貴州氣象,2008,32(1):42-43.
[8]張玫,粱建國.一次霜降的地面氣象要素分析[J].廣東氣象,2009,31(6):63 -64.
[9]茅圣仁,許文進,張琳琳,等.氣象臺站霜的觀測記錄[A].第29屆中國氣象學會年會[C].沈陽,2012.
[10]中國氣象局.地面氣象觀測規(guī)范[M].北京:氣象出版社,2003:21-24.
[11]李愛貞,劉厚鳳.氣象學與氣候?qū)W基礎[M].北京:氣象出版社,2010:116-128.
[12]朱乾根,林錦瑞,壽紹文,等.天氣學原理和方法[M].北京:氣象出版社,2010:116-128.
[13]成都氣象學院.氣象學[M].北京:農(nóng)業(yè)出版社,1979:176 -178,114 -114.
[14]梁玉霞.為何地面最低溫度略高于0℃會形成霜[J].四川氣象,1999,9(3):61 -62.
[15]王文博,張逐菊,李衛(wèi)紅.地面溫度在0℃以上時能形成霜嗎[J].氣象與環(huán)境科學,2004,(1):46-46.
[16]呂素珍.地面溫度記錄高于0.5℃時霜的記錄[J].氣象與環(huán)境科學,2003,(1):46 -46.
[17]江秀珍,張濤.淺析地面溫度在零度以上時出現(xiàn)霜的現(xiàn)象[J]. 貴州氣象,2007,31(1):43-43.
[18]張晨輝,羅碧瑜,林濤,等.近年梅縣地面最低溫度偏高出霜情況分析[J].氣象水文海洋儀器,2008,(2):35-38.