太白縣異常最高氣溫特征及氣象條件分析
張向榮,龐 翻,何可杰,李恩莉,盧 曄
(陜西省寶雞市氣象局,陜西寶雞 721006)
摘要利用寶雞市渭濱站、太白站氣象站1957~2012年常規(guī)地面觀測資料、2005~2009年地面、高空天氣圖資料和太白剖面站資料,分析太白縣最高氣溫異常的時(shí)間分布、異常高溫日氣象要素及天氣形勢特征。結(jié)果表明,太白縣最高氣溫年均異常39.6 d,呈上升趨勢,趨勢傾向率為1.7 d/10a;異常高溫主要出現(xiàn)在冬、秋季,冬季最多,占總數(shù)的58.3%,秋、冬季合計(jì)占82.2%;異常高溫的地面主要影響系統(tǒng)為低壓,其可分為暖倒槽型和鋒前暖區(qū)型;異常高溫的出現(xiàn)和14:00逆溫有密切關(guān)系;兩者風(fēng)向的局地差異是異常高溫出現(xiàn)的主要原因之一。
關(guān)鍵詞異常高溫;特征;氣象要素;降水;風(fēng)向
中圖分類號S164
基金項(xiàng)目陜西省氣象局2015年度預(yù)報(bào)員專項(xiàng)項(xiàng)目(2015Y-13)。
作者簡介張向榮(1975-),男,陜西千陽人,工程師,從事業(yè)務(wù)管理工作。
收稿日期2015-06-10
氣溫預(yù)報(bào)是天氣預(yù)報(bào)的重要組成部分,對于溫度預(yù)報(bào)的研究一直是氣象業(yè)務(wù)人員的工作重點(diǎn)。韓世剛等運(yùn)用不同的氣溫預(yù)報(bào)方法對當(dāng)?shù)氐淖罡摺⒆畹蜏囟冗M(jìn)行了研究,提高了溫度預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確率[1-2]。肖明靜等運(yùn)用不同的數(shù)值預(yù)報(bào)溫度產(chǎn)品進(jìn)行本地化的分析與訂正,得到模式的最佳應(yīng)用效果[3-4]。梁理新等研究指出在沒有大尺度系統(tǒng)過境時(shí),近地層中影響氣溫變化的主要是非絕熱過程[5]。寶雞的氣象科研人員也先后多次對寶雞溫度的氣候變化規(guī)律和溫度預(yù)報(bào)方法進(jìn)行研究[6-10]。但近年來溫度預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率仍然不盡理想,特別是最高氣溫預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率明顯低于最低氣溫預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率。
通過近幾年分縣溫度預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率結(jié)果來看,山區(qū)站溫度預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率明顯低于平原四縣,進(jìn)而影響了寶雞整體溫度預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率的提高,因此加強(qiáng)山區(qū)站的溫度預(yù)報(bào)研究很有必要。太白氣象站在秦嶺腹地,海拔達(dá)1 536 m,而渭濱站海拔僅有630 m,通常渭濱站最高氣溫高于太白站[7],但在秋、冬季節(jié)會出現(xiàn)太白站最高氣溫高于渭濱站,從而使太白站的最高氣溫預(yù)報(bào)出現(xiàn)較大偏差,影響溫度預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率。為此筆者分析了近50多年來這種異?,F(xiàn)象的規(guī)律、氣象要素場及近幾年地面、高空天氣形勢,尋找到一些關(guān)系,力圖為太白站溫度異常尋找預(yù)報(bào)依據(jù),進(jìn)而提高溫度預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率。
1 資料與方法
所用常規(guī)資料為寶雞市渭濱區(qū)氣象站和太白縣氣象站1957~2012年常規(guī)地面觀測資料及2005~2009年地面、高空圖資料。將渭濱站最高氣溫和太白站最高氣溫進(jìn)行逐日對比,當(dāng)太白站最高氣溫大于渭濱站最高氣溫時(shí),定義為太白異常高溫日,記為天數(shù)1 d。所用太白剖面站資料為2012年4月開始依太白山體海拔高度分別為755、907、1 376、1 988、2 000、2 253、2 329、2 768、3 213、3 378 m所建的10個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)級自動站資料。
2 異常高溫的氣候特征
2.1年際變化根據(jù)1957~2012年逐日渭濱站、太白站最高氣溫資料統(tǒng)計(jì)分析得出,56年間太白縣共出現(xiàn)異常高溫日2 218 d,年均39.6 d。從年際變化看(圖1),異常高溫天數(shù)呈現(xiàn)上升趨勢,以1.7 d/10a的速率略微上升;1969年異常高溫最多,為64 d,1961年最少,為13 d。
2.2年代際變化從年代際變化看,太白異常高溫天數(shù)在1960~1969、1970~1979、1980~1989、1990~1999、2000~2009年分別為385、434、381、408、432 d,20世紀(jì)70年代、90年代、2000~2009年均為正距平,其余為負(fù)距平,其中20世紀(jì)70年代最高。
2.3季變化 從季節(jié)變化看,太白異常高溫主要發(fā)生在秋、冬季。冬季(12月~次年2月)共有1 293 d,為最多,占總數(shù)的58.3%;其次為秋季,有530 d,占總數(shù)的23.9%;春季有342 d,占總數(shù)的15.4%;夏季最少,有53 d,占總數(shù)的2.4%。秋、冬季出現(xiàn)的異常高溫天數(shù)共占總數(shù)的82.2%。
2.4月變化由圖2可見,太白異常高溫全年每月均可出現(xiàn)。12月最多,異常高溫天數(shù)共有544 d,占總?cè)諗?shù)的24.5%;其次為1月,有478 d,占總?cè)諗?shù)的21.6%;11月有347 d,占15.6%;2月有271 d,占總?cè)諗?shù)的12.2%;最少為6月,僅有3 d,占總?cè)諗?shù)的0.1%。11月~次年2月出現(xiàn)的異常高溫天數(shù)共占總?cè)諗?shù)的74.0%。
3 氣象條件分析
氣象要素與大尺度天氣形勢密切相關(guān)。天氣形勢的變化必將導(dǎo)致氣象要素的變化,影響溫度變化的因子主要有云、風(fēng)速、風(fēng)向、低層大氣穩(wěn)定度、降水、相對濕度及地理環(huán)境等。
3.1 天氣形勢
3.1.1 地面天氣形勢。由于日最高氣溫主要受低層大氣結(jié)構(gòu)特征的影響,在此以地面天氣圖為主,依太白出現(xiàn)異常高溫時(shí)寶雞在天氣系統(tǒng)中所處位置把地面天氣形勢歸納為:暖倒槽型、鋒前暖區(qū)型、高壓底部型、高壓后部型4類(圖3)。
2005~2009年共發(fā)生太白異常高溫213 d,通過對2005~2009年的地面天氣形勢進(jìn)行分類,發(fā)現(xiàn)當(dāng)?shù)孛嫣鞖庑蝿轂榕共坌蜁r(shí),太白異常高溫天數(shù)最多,為89 d,占總?cè)諗?shù)的41.8%;其次為鋒前暖區(qū)型,為87 d,占總?cè)諗?shù)的40.8%;第三位高壓后部型,為19 d,占總?cè)諗?shù)的8.9%;最后為高壓底部型,為18 d,約占總?cè)諗?shù)的8.5%。暖倒槽型和鋒前暖區(qū)型出現(xiàn)的異常高溫天數(shù)共占總?cè)諗?shù)的82.6%。
天氣形勢是不斷演變的,且具有連續(xù)性。當(dāng)冷空氣從40°N附近東移由華北南下時(shí),就使高壓底部型轉(zhuǎn)化為高壓后部型;當(dāng)冷空氣從40°N附近東移從華北南下,104°E四川到隴東有倒槽發(fā)展時(shí),高壓底部型就轉(zhuǎn)化為暖倒槽型;暖倒槽減弱東南移動,且西路有冷空氣入侵,就使暖倒槽型轉(zhuǎn)化為鋒前暖區(qū)型。暖倒槽型和鋒前暖區(qū)型主要為低壓系統(tǒng)影響,可以歸納為低壓系統(tǒng)影響型。
3.1.2 850 hPa溫度場。太白站海拔為1 536 m,在高空圖上處于850 hPa附近,分別分析太白異常高溫日08:00和20:00 850 hPa溫度場發(fā)現(xiàn),08:00溫度場上100°E青海湖附近通常有南北向或東北-西南向冷溫槽(圖4a)及冷中心,20:00溫度場上104°E四川到隴東有暖脊(圖4b)或暖區(qū)影響寶雞,暖脊位置與地面圖上暖倒槽位置對應(yīng)較好。通過對2005~2009年的850 hPa溫度場進(jìn)行分類,發(fā)現(xiàn)08:00以青海湖冷溫槽型或冷中心型為主,共168 d,占總?cè)諗?shù)的78.9%,其中冷溫槽型111 d;其次為陜西冷溫槽影響型,冷溫槽位于陜西省上空,共26 d,占總?cè)諗?shù)的12.2%;其余類型共19 d,占總?cè)諗?shù)的8.9%。20:00以暖脊型為主,共138 d,占總?cè)諗?shù)的64.8%;其次為暖區(qū)影響型,暖區(qū)影響寶雞,共59 d,占總?cè)諗?shù)的27.7%;其余類型共16 d,僅占總?cè)諗?shù)的7.5%。
3.2 相對濕度 異常高溫出現(xiàn)時(shí),太白站平均相對濕度為41%,渭濱站為55%,太白站平均相對濕度小于渭濱站平均相對濕度。太白站相對濕度小于渭濱站相對濕度有1 784 d,占總數(shù)的80.4%。渭濱站相對濕度大于太白站相對濕度是異常高溫出現(xiàn)的原因之一。
3.3 降水降水會促使最高氣溫下降。當(dāng)渭濱站出現(xiàn)局地降水,最高氣溫出現(xiàn)下降,而太白沒有出現(xiàn)降水,從而使太白站溫度高于渭濱站。統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn),上述情況只有75 d,僅占總數(shù)的3.4%;當(dāng)渭濱站和太白站同時(shí)出現(xiàn)降水時(shí),共計(jì)135 d,占總數(shù)的6.1%;當(dāng)渭濱站無降水,而太白站出現(xiàn)降水時(shí),共計(jì)50 d,占總數(shù)的2.3%;當(dāng)渭濱站和太白站均未出現(xiàn)降水時(shí),共計(jì)1 958 d,占總數(shù)的88.3%。由此說明,降水和異常高溫的出現(xiàn)并無明顯的相關(guān)關(guān)系。
3.4 風(fēng)通過對比14:00的風(fēng)向發(fā)現(xiàn),異常高溫出現(xiàn)時(shí),太白站風(fēng)向以偏西風(fēng)為主,有1 478 d,占總數(shù)的66.6%;其次為偏東風(fēng),有513 d,占總數(shù)的23.1%;第3為偏南風(fēng),有111 d,占總數(shù)的5.0%;最后為偏北風(fēng),有45 d,占總數(shù)的2.0%。而渭濱站的風(fēng)向以偏東風(fēng)為主,共1 742 d,占總數(shù)的78.5%;其次為靜風(fēng),有314 d,占總數(shù)的14.2%;第3為偏西風(fēng),有59 d,占總數(shù)的2.7%;最后為偏北風(fēng),有28 d,占總數(shù)的1.3%。寶雞地處青藏高原東側(cè),地勢為西高東低。當(dāng)吹西風(fēng)時(shí),氣流下沉出現(xiàn)增溫。因此,太白站與渭濱站風(fēng)向的局地差異是異常高溫出現(xiàn)的主要原因之一。
3.5 云太陽輻射使地表溫度升高,進(jìn)而提高空氣溫度。當(dāng)白天天空中云量增多時(shí),部分太陽輻射會被反射、散射,影響最高氣溫的升高。通過統(tǒng)計(jì)異常高溫日的云量發(fā)現(xiàn),太白站平均云量為4成,渭濱站平均云量為5成,兩者天空云量狀況相當(dāng),所以云量造成的高溫局地差異影響不大。
3.6 逆溫逆溫是大氣層結(jié)中低層溫度低于高層溫度的大氣層結(jié)現(xiàn)象,有無逆溫及逆溫層結(jié)的高度將直接影響不同海拔高度氣溫的變化。分析2012年10~12月太白異常高溫日的太白剖面站資料,統(tǒng)計(jì)10個(gè)站點(diǎn)14:00逆溫表明(表1),25個(gè)異常高溫日中,逆溫有23 d,占異常高溫日數(shù)的92.0%,其中接地逆溫17 d,占68.0%,懸浮逆溫6 d,占24.0%。接地逆溫時(shí),逆溫層最高達(dá)2 253 m,逆溫層結(jié)平均厚度為746 m;懸浮逆溫時(shí),逆溫層最高2 253 m,逆溫層結(jié)平均厚度為589 m。
表1 2012年10~12月太白異常高溫與14:00逆溫關(guān)系
寶雞川塬區(qū)三面環(huán)山,山坡上的冷空氣沿山坡下沉到川塬區(qū)(“喇叭口”)內(nèi),川塬區(qū)內(nèi)的較暖空氣被冷空氣抬擠上升,從而出現(xiàn)溫度的倒置現(xiàn)象,形成地形逆溫。地形逆溫也是異常高溫出現(xiàn)的重要原因之一。
4 結(jié)論
(1)太白站年均異常高溫天數(shù)39.6 d,呈上升趨勢,趨勢傾向率為1.7站次/10a。
(2)在季節(jié)變化上,太白站異常高溫主要發(fā)生在冬、秋季。冬季為最多,占總數(shù)的58.3%;在月份變化上,12月最多,1月次之,兩者分別占異常高溫總數(shù)的24.5%、21.6%。
(3)太白站出現(xiàn)異常高溫的地面天氣形勢有暖倒槽型、鋒前暖區(qū)型、高壓后部型、高壓底部型4類。其中暖倒槽型和鋒前暖區(qū)型產(chǎn)生的異常高溫天數(shù)占總數(shù)的82.6%。低壓影響寶雞時(shí),是太白高溫高于渭濱高溫的主要影響系統(tǒng)。
(4)850 hPa溫度場形勢中,08:00以青海湖冷溫槽型或冷中心型為主,共168 d,占總?cè)諗?shù)的78.9%;20:00以暖脊型為主,共138 d,占總?cè)諗?shù)的64.8%。
(5)太白站風(fēng)向以偏西風(fēng)為主,渭濱站風(fēng)向以偏東風(fēng)為主,兩者風(fēng)向的局地差異是異常高溫出現(xiàn)的主要原因之一。
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