宋旺昌，靳明宇

(甘肅省金昌市氣象局，甘肅金昌 737100)

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甘肅中部金昌地區(qū)3次霜凍天氣分析

宋旺昌，靳明宇

(甘肅省金昌市氣象局，甘肅金昌 737100)

2016年5月2、15、23日甘肅中部金昌地區(qū)出現(xiàn)3次霜凍天氣，其中以15日的霜凍強(qiáng)度最大，從天氣實(shí)況、環(huán)流形勢、前期氣候背景、數(shù)值產(chǎn)品預(yù)報(bào)效果檢驗(yàn)等方面進(jìn)行了分析，找出了此類天氣的預(yù)報(bào)著眼點(diǎn)。結(jié)果表明，前期氣溫異常偏高促使農(nóng)作物生長發(fā)育期提前，抵抗低溫凍害的能力減弱；烏拉爾山高壓脊的發(fā)展為冷空氣的南下及低槽冷空氣的增強(qiáng)提供了有利條件；霜凍多發(fā)生在天空晴朗少云、風(fēng)力較弱、溫度顯著下降的寒冷夜晚；強(qiáng)霜凍往往是由平流降溫和輻射降溫共同影響所致；歐洲中心和T639形勢場及其細(xì)網(wǎng)格溫度場預(yù)報(bào)對霜凍天氣預(yù)報(bào)具有較好的指示性。

霜凍；成因分析；氣候背景；預(yù)報(bào)著眼點(diǎn)

霜凍是我國主要農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害之一，在我國北方地區(qū)比較常見，它指氣溫突然下降，地面最低溫度驟降到0 ℃以下，使農(nóng)作物受到凍害的現(xiàn)象。目前對霜凍天氣的形成機(jī)制[1-2]、霜凍對農(nóng)業(yè)的影響及預(yù)防措施[3-4]均已有系統(tǒng)研究，但準(zhǔn)確預(yù)報(bào)霜凍出現(xiàn)時(shí)間、范圍及其強(qiáng)度的技術(shù)方法仍在不斷探討中。在金昌，雖然霜凍天氣出現(xiàn)概率小，但其發(fā)生范圍廣、危害作物種類多、造成經(jīng)濟(jì)損失大，因此是當(dāng)?shù)靥鞖忸A(yù)報(bào)工作的重點(diǎn)和難點(diǎn)。筆者從霜凍發(fā)生前期氣候背景、發(fā)生時(shí)高空形勢、地面氣象要素、衛(wèi)星云圖及數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品效果檢驗(yàn)等方面，對2016年5月2、15、23日甘肅中部金昌地區(qū)出現(xiàn)3次霜凍天氣進(jìn)行分析，找出霜凍活動(dòng)的一般規(guī)律、特征及預(yù)報(bào)的著眼點(diǎn)，為準(zhǔn)確預(yù)報(bào)、提高防災(zāi)減災(zāi)應(yīng)對能力提供可靠依據(jù)。

1　天氣實(shí)況及災(zāi)情

1.1天氣實(shí)況受新疆冷空氣影響，金昌地區(qū)2016年5月2、15、23日金昌出現(xiàn)3次霜凍天氣，地面最低溫度均降至0 ℃以下(表1)。5月1日小雨，2日清晨出現(xiàn)霜凍；11～13

日天氣多云、14日多云轉(zhuǎn)晴，15日清晨出現(xiàn)霜凍；20～22日陰有小雨，23日清晨出現(xiàn)霜凍。其中以15日霜凍最強(qiáng)，地面最低溫度低于0 ℃的持續(xù)時(shí)間也最長(約5 h)，日最低氣溫創(chuàng)1982年以來歷史同期次極值，同時(shí)也是當(dāng)?shù)赜袣庀笥涗浺詠沓霈F(xiàn)時(shí)間最晚、最為嚴(yán)重的低溫冷凍天氣過程，致使全市農(nóng)作物大面積受災(zāi)。

1.2災(zāi)情2016年5月甘肅省金昌地區(qū)共出現(xiàn)3次霜凍，分別在2、15、23日，以15日強(qiáng)度最大，造成的危害也最為嚴(yán)重。據(jù)統(tǒng)計(jì)，15日強(qiáng)霜凍致使全市1縣1區(qū)12個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)134個(gè)村32 188戶111 908人受災(zāi)，農(nóng)作物受災(zāi)面積28 792.21 hm2，成災(zāi)面積16 376.8 hm2，絕收面積3 878.5 hm2，受影響農(nóng)作物有玉米、油菜、葵花、洋芋、辣椒、大豆、小麥、大麥、胡麻、娃娃菜、葫蘆、胡蘿卜、苜蓿、西甜瓜、萬壽菊、葡萄、南瓜等，直接經(jīng)濟(jì)損失約24 511.5萬元；23日當(dāng)?shù)卦俅纬霈F(xiàn)霜凍，永昌縣新城子、紅山窯等6個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)41個(gè)村723戶2 524人受災(zāi)，農(nóng)作物受災(zāi)面積1 801.3 hm2，成災(zāi)面積1 138.0 hm2，絕收面積217.4 hm2，此次災(zāi)害共造成直接經(jīng)濟(jì)損失1 405.2萬元。

表1　2016年5月2、15、23日霜凍天氣實(shí)況

2　霜凍的分類及其影響條件

2.1霜凍的分類霜凍按其形成的原因可分為平流霜凍、輻射霜凍、平流-輻射霜凍3種；按季節(jié)劃分又可分為秋季霜凍(早霜凍)、冬季霜凍和春季霜凍(晚霜凍)3種[4-6]。相關(guān)研究表明，新疆脊前高空冷平流降溫、地面晴空輻射降溫或2種降溫的混合作用是引起河西走廊中、東部出現(xiàn)晚霜凍的主要原因[7-8]。2016年金昌地區(qū)出現(xiàn)的霜凍2次為平流-輻射霜凍，1次為平流霜凍，其中以5月15日出現(xiàn)的霜凍強(qiáng)度最大。

2.2霜凍的影響條件一般而言，天氣條件、自然地理?xiàng)l件及下墊面的性質(zhì)對霜凍天氣有較大影響[6]。霜凍發(fā)生的一般天氣特點(diǎn)是：溫度顯著下降的寒冷夜晚，天空晴朗少云，風(fēng)力較弱，這樣的天氣特點(diǎn)使得地面有效輻射增大，地表冷卻加快，地溫下降顯著，最易出現(xiàn)霜凍。不同的地形、地勢條件對霜凍的發(fā)生有很大影響，如洼地、 盆地出現(xiàn)霜凍一般較重，在山坡不同方位，霜凍出現(xiàn)輕重也常有不同。金昌地勢自西南向東北傾斜，地形以山地、平原為主，西南部為山脈，中部地勢平坦，土地肥沃，是主要農(nóng)作物種植區(qū)，東北部除寧遠(yuǎn)、雙灣綠洲外，其余則為戈壁、沙丘、荒漠和半荒漠草原，這樣的地理?xiàng)l件較有利于發(fā)生霜凍。下墊面的性質(zhì)對霜凍也有一定影響，地表濕度、疏松度、植物密度、防風(fēng)林、大區(qū)域的水面等均對霜凍的發(fā)生有不同程度的影響，如濕度小、疏松的地表，因其熱容量、導(dǎo)熱率小，致使白天蓄熱少，夜間散熱快，故較易發(fā)生霜凍[3，6]。

3　環(huán)流形勢分析

3.1500 hPa環(huán)流形勢4月下旬～5月上旬，歐亞中高緯度地區(qū)氣流呈多波動(dòng)緯向型，5月中旬前期，亞洲上空為1槽1脊型，即烏拉爾山脊、東亞寬槽，寬槽后部有一冷舌，烏拉爾山脊西側(cè)有一暖舌，存在較大的正負(fù)24 h變高差，促使烏拉爾山高壓脊和東亞寬槽不斷發(fā)展，14日08：00溫度梯度加大，鋒區(qū)加強(qiáng)(圖1a)；至14日20：00，寬槽東移加深并與南面高原槽重合，高空槽已東移至110°E 附近，槽后為一支強(qiáng)勁的偏北急流，有強(qiáng)冷平流，14日夜間至15日08：00(圖1b)，高壓脊已控制甘肅西部、中部地區(qū)，天氣轉(zhuǎn)晴，加之風(fēng)速較小，受平流-輻射降溫的影響，出現(xiàn)強(qiáng)霜凍天氣。5月中旬后期，歐亞中高緯度地區(qū)呈2槽1脊型，即烏拉爾山脊、歐洲槽和亞洲槽，但下旬前期，高壓脊、高空槽不斷減弱，至22日20：00，高空槽仍位于新疆東北部；23日08：00，金昌處于寬槽底部偏西北氣流控制中，受前期陰雨天氣及弱冷平流降溫影響，僅部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)出現(xiàn)了霜凍[7]。

圖1　2016年5月14日08：00(a)和15日08：00(b)500 hPa高空形勢Fig.1　500 hPa upper-air situation at 08：00 on 14 May，2016(a)and 8：00 on 15 May，2016(b)

3.2地面要素5月2和15日霜凍發(fā)生前后，海平面氣壓場經(jīng)歷了相似的變化過程，如13日08：00～14日20：00(圖2)，甘肅中部地區(qū)冷高壓逐漸加強(qiáng)，中心值由1 010.0 hPa加強(qiáng)為1 022.5 hPa；冷高壓前部有一強(qiáng)冷鋒面，冷鋒后中心24 h變溫達(dá)-12 ℃，偏北風(fēng)大，鋒面前后最大溫差為16 ℃，伴隨著鋒面過境，13日下午至夜間，河西地區(qū)出現(xiàn)大風(fēng)天氣，氣溫有所下降且長時(shí)間維持偏低；14日傍晚天氣轉(zhuǎn)晴，15日凌晨全市出現(xiàn)了強(qiáng)霜凍天氣，此次霜凍主要是由冷平流和輻射降溫共同影響所致，即冷平流導(dǎo)致前期劇烈降溫，基礎(chǔ)溫度低，14日夜間金昌市處在冷高壓之中或其后部，天氣晴朗，幾乎是靜風(fēng)或微風(fēng)，輻射降溫較強(qiáng)[9]。23日霜凍發(fā)生前后(21日08：00～23日08：00)，海平面氣壓場一直維持在1 022.5 hPa左右，結(jié)合上面高空形勢分析，此次霜凍主要由弱冷平流降溫引起。

3.3前期氣候背景2016年入春以來，金昌市3、4月平均氣溫較歷史同期分別偏高1.6、1.9 ℃，降水量與歷年同期比，3月偏多、4月偏少。分析2011～2015年3、4月逐旬溫度(表2)可知，2016年3、4月各旬平均最高、最低氣溫均高于近5年均值，尤其是4月上旬平均最高氣溫為18.3 ℃，高于歷史均值3.2 ℃，說明3和4月影響金昌的冷空氣勢力較弱，前期溫度偏高促使2016年春農(nóng)事活動(dòng)普遍提前，農(nóng)作物生長發(fā)育期也隨之提前，抵抗低溫凍害的能力則相應(yīng)變差[2]。

4　衛(wèi)星云圖分析

從FY-2E衛(wèi)星云圖可以看出，14日00：30(圖3a)，金昌處在冷鋒后部鋒面云系控制之中，云系快速東移，至15日00：30(圖3b)，冷鋒云系東移約15個(gè)經(jīng)距，已移過河套地區(qū)，甘肅西、東部受地面冷高壓控制，為晴空區(qū)，近地面輻射降溫強(qiáng)烈。22日夜間，冷鋒云系移速相對較慢，且后面不斷有新的對流云團(tuán)補(bǔ)充，致使近地面輻射降溫較弱，故冷平流降溫起主導(dǎo)作用。

圖2　2016年5月13日08：00(a)和14日20：00(b)海平面氣壓場Fig.2　Sea level pressure field at 08：00 on 13 May，2016(a)and 20：00 on 14 May，2016(b)

圖3　2016年5月14日00：30(a)和15日00：30(b)FY-2E云圖 Fig.3　FY-2E satellite cloud image at 00：30 on 14 May，2016(a)00：30 on 15 May，2016(b)

Table 2The ten-day average maximum and minimum temperature contrast of March，April in 2016℃

5　數(shù)值產(chǎn)品預(yù)報(bào)效果檢驗(yàn)及預(yù)報(bào)著眼點(diǎn)

5.1ECMWF產(chǎn)品歐洲中心數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品對這3次霜凍天氣預(yù)報(bào)比較準(zhǔn)確，在一周的滾動(dòng)形勢預(yù)報(bào)中，準(zhǔn)確預(yù)報(bào)出了5月2、15、23日低槽東移出境的大概時(shí)間，如一周的趨勢預(yù)報(bào)，14日20：00新疆高壓脊強(qiáng)烈發(fā)展并控制甘肅金昌地區(qū)，這與實(shí)況形勢演變基本一致，體現(xiàn)了歐洲中心數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品比較強(qiáng)的預(yù)報(bào)能力[10]。

5.2T639預(yù)報(bào)產(chǎn)品T639的500 hPa形勢預(yù)報(bào)也比較準(zhǔn)確地報(bào)出了這3次霜凍天氣，其一周的滾動(dòng)形勢預(yù)報(bào)與歐洲中心產(chǎn)品一樣，在低槽東移出境的時(shí)間預(yù)報(bào)上更加精細(xì)化；同時(shí)，其對溫度的精細(xì)化預(yù)報(bào)能力也比較突出，通過這3次霜凍天氣檢驗(yàn)，T639細(xì)網(wǎng)格2 m溫度場最低氣溫預(yù)報(bào)雖然與實(shí)況有所偏差，但對準(zhǔn)確預(yù)報(bào)霜凍、做好氣象服務(wù)還是具有較強(qiáng)的指示意義[10]。

5.3預(yù)報(bào)著眼點(diǎn)通過這3次霜凍天氣分析，進(jìn)一步明確了影響甘肅中部金昌地區(qū)的霜凍一般出現(xiàn)在較強(qiáng)冷空氣活動(dòng)之后，因此，判斷冷空氣的強(qiáng)度和其過后天氣轉(zhuǎn)晴的時(shí)間是準(zhǔn)確預(yù)報(bào)霜凍的關(guān)鍵，應(yīng)主要從以下幾方面著眼考慮[11]：①關(guān)注500 hPa槽、脊移動(dòng)、發(fā)展和演變情況，判斷未來是否有強(qiáng)冷空氣影響該地區(qū)，致使該地區(qū)出現(xiàn)霜凍。②當(dāng)判斷未來有影響該地的強(qiáng)冷空氣出現(xiàn)時(shí)，應(yīng)結(jié)合海平面氣壓場中冷高壓的強(qiáng)度和中心位置來確定冷空氣的強(qiáng)度。③依據(jù)上游區(qū)域500 hPa高空槽(包括橫槽 )與溫度槽的配置情況，同時(shí)結(jié)合槽后偏北大風(fēng)的分布，確定高空冷平流的強(qiáng)度。④冷高壓與霜凍密切相關(guān)，當(dāng)冷高壓控制該地區(qū)時(shí)，天氣轉(zhuǎn)好，到夜晚風(fēng)停云散后，地面輻射降溫加劇，形成平流-輻射霜凍。因此，判定陰雨(陰天)什么時(shí)間結(jié)束、天氣何時(shí)轉(zhuǎn)晴，才能對霜凍出現(xiàn)的時(shí)間、強(qiáng)度進(jìn)行成功的預(yù)報(bào)。

6　小結(jié)

(1)2016年5月金昌地區(qū)出現(xiàn)的3次霜凍，前2次(2、15日)為平流-輻射霜凍，均是因高壓脊強(qiáng)烈發(fā)展，脊前強(qiáng)勁偏北急流引導(dǎo)強(qiáng)冷空氣向南暴發(fā)，先造成強(qiáng)降溫天氣，繼而因冷高壓控制下天氣轉(zhuǎn)晴，輻射降溫加劇，兩者共同作用形成平流-輻射霜凍，這種霜凍造成的危害更大；后1次(23日)為平流霜凍，是由于平流降溫引起，深厚的冷空氣和強(qiáng)冷平流是造成溫度急劇下降的主要原因。

(2)持續(xù)的陰雨(陰天)、低溫天氣為霜凍、凍害的發(fā)生提供了有利條件。金昌地區(qū)5月1日小雨、11～13日持續(xù)多云、20～22日陰有小雨，其中后2次過程霜凍、凍害天氣同時(shí)發(fā)生。

(3)前期氣候分析表明，前期氣溫異常偏高促使農(nóng)作物生長發(fā)育期提前，抵抗低溫凍害的能力減弱。

(4)霜凍多發(fā)生在天空晴朗少云、風(fēng)力較弱、溫度顯著下降的寒冷夜晚。

(5)歐洲中心和T639形勢場及其細(xì)網(wǎng)格溫度場預(yù)報(bào)對霜凍天氣預(yù)報(bào)具有較好的指示性。

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Three Frost Weather Analysis in Jinchang—The Central District of Gansu Province

SONG Wang-chang,JIN Ming-yu

(Jinchang Meteorological Bureau of Gansu Province,Jinchang,Gansu 737100)

Three frost weather occurred on 2,15 and 23 May,2016 in the central fistrict of Gansu Province—Jinchang,the frost weather on 15 May was the most powerful frost among them.This paper found a way to predict the frost by analyzing three frost weather from reality state,cause analysis,the climate background at early stage and numerical forecast products.The results showed that: The early temperatures on the high side to promote crop growth development period in advance,at the same time,the ability of resistance to low temperature freezing injury were weakened;The development of Ural mountain ridge provided favorable conditions for the cold air to move southward;Frost offen appear in the less cloud,weak wind,a significant reduction in the temperature of a cold night;Strong frost was often caused by advection cooling and radiation cooling or their mutual influence;EC and T639 situation field and its fine grid temperature field has a good indication on freezing weather forecast.

Frost;Cause analysis;Climate background;Forecast index

宋旺昌(1988-)，男，甘肅臨澤人，工程師，從事天氣預(yù)報(bào)技術(shù)與氣候變化研究。

2016-07-11

S 16；P 458

A

0517-6611(2016)25-149-03