孫密娜，朱男男，王亞男，趙玉潔，王慶元，楊曉君

（天津市氣象局，天津　300074）

近10年渤海近海A平臺(tái)大風(fēng)特征分析

孫密娜，朱男男，王亞男，趙玉潔，王慶元，楊曉君

（天津市氣象局，天津300074）

利用近10年來(lái)渤海沿岸A平臺(tái)的逐小時(shí)數(shù)據(jù)對(duì)大風(fēng)特征進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果顯示2005-2014年10年間共發(fā)生8級(jí)以上大風(fēng)154次過(guò)程，按照影響系統(tǒng)的不同分為冷空氣影響的冷高壓型、溫帶氣旋型、熱帶氣旋型和對(duì)流引起的短時(shí)大風(fēng)4種類型。屬于冷高壓型的大風(fēng)過(guò)程有92次，受溫帶氣旋影響的大風(fēng)過(guò)程有13次；受溫帶氣旋和冷高壓共同影響的有36次；受熱帶氣旋影響的大風(fēng)過(guò)程有5次；對(duì)流降水引起的短時(shí)大風(fēng)8次。大風(fēng)的月際變化顯著，12月出現(xiàn)大風(fēng)的時(shí)數(shù)最多，7月時(shí)數(shù)最少，從風(fēng)向的分布情況來(lái)看，北、北西北和東東北3個(gè)風(fēng)向出現(xiàn)的頻次最高。利用鋒生函數(shù)和Z-O方程對(duì)典型個(gè)例進(jìn)行了分析，分析了鋒生作用、溫度和渦度平流、高低空急流和動(dòng)量下傳，在促進(jìn)系統(tǒng)發(fā)展并產(chǎn)生海上大風(fēng)過(guò)程中的作用。

大風(fēng)；A平臺(tái)；鋒生函數(shù)；Z-O方程

海上大風(fēng)是指海上平均風(fēng)力大于8級(jí)的大風(fēng)過(guò)程，常引起巨浪、風(fēng)暴潮對(duì)沿海及海港工程有著巨大的破壞作用，已經(jīng)引起了學(xué)者的廣泛關(guān)注，很多學(xué)者對(duì)渤海大風(fēng)進(jìn)行了大量的研究，辛寶恒（1989）研究了黃、渤海不同風(fēng)向大風(fēng)的影響系統(tǒng)及天氣模式，分析了冷鋒、氣旋、華北地形槽對(duì)大風(fēng)生成的影響。陳信雄等（1996）對(duì)我國(guó)近海航區(qū)8級(jí)或8級(jí)以上大風(fēng)進(jìn)行了分型。王京太（1994）對(duì)黃渤海偏北大風(fēng)的預(yù)報(bào)進(jìn)行了分析，張華芳（1996）分析了臺(tái)風(fēng)北上時(shí)，我國(guó)東部沿海持續(xù)6級(jí)以上大風(fēng)的成因，認(rèn)為風(fēng)暴東側(cè)強(qiáng)大的低空東南急流是造成大風(fēng)的主要原因。張新玲等（1998）對(duì)渤海海上風(fēng)和沿岸實(shí)測(cè)風(fēng)進(jìn)行了日變化、季節(jié)變化、日較差分析和多點(diǎn)間的對(duì)比分析。林曲風(fēng)等（2000）對(duì)造成煙臺(tái)“11.24”海上沉船事故的寒潮大風(fēng)進(jìn)行了分析，認(rèn)為與寒潮大風(fēng)和黃河氣旋的發(fā)展有關(guān)。尹盡勇等（2009，2011）對(duì)冬季黃渤海大風(fēng)天氣以及入海氣旋的發(fā)生發(fā)展進(jìn)行了分析，指出到氣旋入海時(shí)，高空槽移動(dòng)到低層低值系統(tǒng)之上，南北西風(fēng)槽合并加強(qiáng)，導(dǎo)致氣旋發(fā)展達(dá)到最強(qiáng)。朱營(yíng)禮等（2012）對(duì)一次海上快速發(fā)展的溫帶氣旋進(jìn)行了診斷分析，指出潛熱釋放和暖平流在氣旋發(fā)展初期起主要作用，動(dòng)能水平平流是動(dòng)能增加的主要作用項(xiàng)，但動(dòng)能達(dá)到最大值后渤海海區(qū)的動(dòng)能主要由有效位能和動(dòng)量下傳提供。張磊等（2012）對(duì)北印度洋海域的風(fēng)候特征進(jìn)行了深入統(tǒng)計(jì)分析。周淑玲等（2014）對(duì)近40年山東近海強(qiáng)南向大風(fēng)的氣候特征和溫帶氣旋造成強(qiáng)南向大風(fēng)的因素進(jìn)行了分析。洪新等（2015）利用高分辨率的海浪模式定量分析熱帶氣旋最大風(fēng)速半徑會(huì)影響海浪的空間非對(duì)稱分布。

由于海上觀測(cè)資料少，目前對(duì)渤海大風(fēng)的觀測(cè)多限于一日三次的常規(guī)觀測(cè)，對(duì)海上大風(fēng)的持續(xù)時(shí)間和風(fēng)向變化所知較少。渤海埕北A平臺(tái)觀測(cè)站（54646）是國(guó)家基本氣象觀測(cè)站，位于118°25′E，38°27′N。A平臺(tái)氣象觀測(cè)場(chǎng)距海平面（拔海高度）30.3 m，氣壓感應(yīng)部分拔海高度為30.5 m，風(fēng)速感應(yīng)器距平臺(tái)高度6.5 m。A平臺(tái)自1988年1月開始人工氣象觀測(cè)，2005年采用自動(dòng)觀測(cè)，但仍有觀測(cè)員值守。本文利用近10年來(lái)渤海沿岸A平臺(tái)的逐小時(shí)數(shù)據(jù)對(duì)渤海沿岸的大風(fēng)特征和典型個(gè)例進(jìn)行分析，力求找出大風(fēng)的變化規(guī)律，為沿岸大風(fēng)的預(yù)報(bào)提供參考。

1　資料簡(jiǎn)介

本文采用2005年1月1日0時(shí)至2014年12月31日0時(shí)，A平臺(tái)自動(dòng)站逐小時(shí)風(fēng)速和風(fēng)向資料，資料經(jīng)天津市氣象信息中心進(jìn)行質(zhì)量控制，樣本個(gè)數(shù)為87 600。由于A平臺(tái)的測(cè)風(fēng)高度約為37 m，而海上沒(méi)有10 m高度的觀測(cè)記錄，根據(jù)的趙鳴等（1986）的研究在近地面風(fēng)速隨高度近似滿足對(duì)數(shù)關(guān)系，利用Blackadar公式，計(jì)算得37 m處的風(fēng)速約為10 m高度的1.2倍，同時(shí)利用天津市陸地鐵塔10 m與40 m高度的觀測(cè)進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果表明，40 m高度和10 m高度的風(fēng)向基本相同，年平均風(fēng)速差為2.5 m·s-1，由于海上的粗糙度比陸地小，風(fēng)速差異可能略有不同，限于觀測(cè)資料有限，只能用37 m高度的風(fēng)場(chǎng)資料反映A平臺(tái)的海上大風(fēng)情況。文中所指的大風(fēng)次數(shù)是指引起大風(fēng)的天氣過(guò)程的次數(shù)，大風(fēng)時(shí)數(shù)是指自動(dòng)站逐小時(shí)資料在相應(yīng)時(shí)段內(nèi)累計(jì)出現(xiàn)大風(fēng)的頻次。

2　大風(fēng)的統(tǒng)計(jì)特征

2.1大風(fēng)過(guò)程概述

2005-2014年10年間共發(fā)生8級(jí)以上大風(fēng)過(guò)程154次，按照影響系統(tǒng)的不同分為受冷空氣影響的冷高壓型、溫帶氣旋型、熱帶氣旋型和對(duì)流引起的短時(shí)大風(fēng)4種類型。屬于冷高壓型的大風(fēng)過(guò)程有92次，從高空形勢(shì)的發(fā)展來(lái)看，其中小槽東移發(fā)展的有61次，橫槽轉(zhuǎn)豎的有31次，從冷高壓南下的路徑來(lái)看，偏西路徑有29次，西北路徑有54次，偏東路徑有9次；受溫帶氣旋影響的大風(fēng)過(guò)程有13次；受溫帶氣旋和冷高壓共同影響的有36次；受熱帶氣旋影響的大風(fēng)過(guò)程有5次；對(duì)流降水引起的短時(shí)大風(fēng)8次。冷高壓影響的大風(fēng)過(guò)程多發(fā)生在冬季，中心氣壓值多在1 040 hPa以上，受溫帶氣旋影響引起的大風(fēng)多發(fā)生在春秋季，其中11月發(fā)生的過(guò)程次數(shù)最多，共出現(xiàn)6次。對(duì)流引起的短時(shí)大風(fēng)常與強(qiáng)降水和雷暴相伴，高空冷空氣在降水粒子的拖曳作用下形成強(qiáng)烈的出流，使氣溫驟降、氣壓涌升，其持續(xù)時(shí)間短，影響的范圍相對(duì)較小，多屬于中小尺度系統(tǒng)影響，與其他大風(fēng)類型有著顯著的不同，由于海上觀測(cè)資料有限本文只討論前3種類型的大風(fēng)成因。

2.2年際變化特征

圖1中給出6級(jí)（10.8 m·s-1）、7級(jí)（13.9 m·s-1）和8級(jí)（17.2 m·s-1）以上大風(fēng)逐小時(shí)累計(jì)值的年際變化，可以看出大風(fēng)的年際變化顯著，2005年是出現(xiàn)大風(fēng)時(shí)數(shù)最多的一年，6-8級(jí)大風(fēng)分別出現(xiàn)1 053、432和134 h，2011年是出現(xiàn)大風(fēng)最少的一年，分別出現(xiàn)590、121和18 h。從2005年和2011年8級(jí)以上大風(fēng)的過(guò)程數(shù)來(lái)看，2005年有18次過(guò)程，其中受冷空氣影響的過(guò)程數(shù)為12次，2011年有7次過(guò)程其中受冷空氣影響的過(guò)程數(shù)為5次，因此，2005年冷空氣活動(dòng)頻繁是造成大風(fēng)時(shí)數(shù)偏多的主要原因。

圖1　2005-2014年A平臺(tái)逐年累計(jì)6級(jí)、7級(jí)和8級(jí)以上大風(fēng)出現(xiàn)的時(shí)數(shù)

2.3月際變化特征

圖2　A平臺(tái)逐月累計(jì)的6級(jí)、7級(jí)和8級(jí)以上大風(fēng)出現(xiàn)時(shí)數(shù)

圖2中給出6級(jí)（10.8 m·s-1）、7級(jí)（13.9 m·s-1）和8級(jí)（17.2 m·s-1）以上大風(fēng)逐小時(shí)累計(jì)值的月際變化，可以看出12月是出現(xiàn)大風(fēng)最多的一個(gè)月，6級(jí)以上大風(fēng)共出現(xiàn)1 516 h，占6級(jí)以上大風(fēng)總時(shí)數(shù)的20.5%，7級(jí)以上大風(fēng)共出現(xiàn)502 h，占7級(jí)以上大風(fēng)總時(shí)數(shù)的24.3%，8級(jí)以上大風(fēng)共出現(xiàn)209 h，占8級(jí)以上大風(fēng)總時(shí)數(shù)的31.8%，其次是11月和1月；7月是大風(fēng)時(shí)數(shù)最少的月份，6級(jí)以上大風(fēng)共出現(xiàn)121 h，占6級(jí)以上大風(fēng)總時(shí)數(shù)的1.6%，7級(jí)以上大風(fēng)共出現(xiàn)22 h，占7級(jí)以上大風(fēng)總時(shí)數(shù)的1.1%，8級(jí)以上大風(fēng)共出現(xiàn)4 h，占8級(jí)以上大風(fēng)總時(shí)數(shù)的0.6%。這主要是由于夏季冷空氣活動(dòng)減弱，高空鋒區(qū)北移，地面很難長(zhǎng)時(shí)間維持較大的氣壓梯度，大風(fēng)主要是由沿副熱帶高壓外圍北上的熱帶氣旋和對(duì)流性天氣引起的。

在大數(shù)據(jù)環(huán)境下，高校應(yīng)提高社會(huì)主義核心價(jià)值觀培養(yǎng)策略的科學(xué)性和針對(duì)性，即利用數(shù)據(jù)資源建立評(píng)價(jià)指數(shù)模型，結(jié)合愛國(guó)、敬業(yè)、誠(chéng)信、友善4個(gè)指標(biāo)來(lái)衡量大學(xué)生的自身價(jià)值程度，并借鑒統(tǒng)計(jì)學(xué)知識(shí)，完善評(píng)價(jià)體系，建立動(dòng)態(tài)分析，為學(xué)校和大學(xué)生提供更準(zhǔn)確的認(rèn)識(shí)和分析數(shù)據(jù)，提高教育培養(yǎng)策略的實(shí)踐效果。

從季節(jié)來(lái)看冬季（12、1、2月）出現(xiàn)大風(fēng)的時(shí)數(shù)最多，6級(jí)以上大風(fēng)共出現(xiàn)2 937 h，占6級(jí)以上大風(fēng)總時(shí)數(shù)的38.7%，7級(jí)以上大風(fēng)共出現(xiàn)900h，占7級(jí)以上大風(fēng)總時(shí)數(shù)的45.8%，8級(jí)以上大風(fēng)共出現(xiàn)326 h，占8級(jí)以上大風(fēng)總時(shí)數(shù)的54.8%。春季（3-5月）6級(jí)以上大風(fēng)共出現(xiàn)1814 h，占6級(jí)以上大風(fēng)總時(shí)數(shù)的23.9%，7級(jí)以上大風(fēng)共出現(xiàn)406 h，占7級(jí)以上大風(fēng)總時(shí)數(shù)的20.7%，8級(jí)以上大風(fēng)共出現(xiàn)66h，占8級(jí)以上大風(fēng)總時(shí)數(shù)的11.1%。秋季（9-10）6級(jí)以上大風(fēng)共出現(xiàn)2 281 h，占6級(jí)以上大風(fēng)總時(shí)數(shù)的30.1%，7級(jí)以上大風(fēng)共出現(xiàn)556 h，占7級(jí)以上大風(fēng)總時(shí)數(shù)的28.3%，8級(jí)以上大風(fēng)共出現(xiàn)171 h，占8級(jí)以上大風(fēng)總時(shí)數(shù)的28.7%。夏季（6-8月）出現(xiàn)大風(fēng)的時(shí)數(shù)最少，6級(jí)以上大風(fēng)共出現(xiàn)552 h，占6級(jí)以上大風(fēng)總時(shí)數(shù)的7.3%，7級(jí)以上大風(fēng)共出現(xiàn)103 h，占7級(jí)以上大風(fēng)總時(shí)數(shù)的5.2%，8級(jí)以上大風(fēng)共出現(xiàn)32 h，占8級(jí)以上大風(fēng)總時(shí)數(shù)的5.4%。

2.4風(fēng)向的特征

由圖 3可見，在 6級(jí) （10.8 m·s-1）、7級(jí)（13.9 m·s-1）和8級(jí)（17.2 m·s-1）以上大風(fēng)逐小時(shí)累計(jì)值在16方位的風(fēng)向分布來(lái)看，北、北西北和東東北3個(gè)風(fēng)向出現(xiàn)的頻次最高，分別占6-8級(jí)風(fēng)總時(shí)數(shù)的59.7%、77.7%和83.1%，其中北西北風(fēng)分別占6-8級(jí)風(fēng)總時(shí)數(shù)的26.7%、41.0%和56.4%，北風(fēng)分別占6-8級(jí)風(fēng)總時(shí)數(shù)的19.7%、22.8%和16.7%，東東北風(fēng)分別占6-8級(jí)風(fēng)總時(shí)數(shù)的13.3%、13.9%和10.0%。東南、東東南、南東南、南西南、西南5個(gè)方位沒(méi)有出現(xiàn)8級(jí)以上的大風(fēng)。東南、東東南、西南3個(gè)方位沒(méi)有出現(xiàn)7級(jí)以上的大風(fēng)。

3　環(huán)流分型

根據(jù)引起大風(fēng)的影響系統(tǒng)，按照地面形勢(shì)分成冷高壓型、溫帶氣旋型和熱帶氣旋型3種，下文分別通過(guò)3個(gè)典型個(gè)例，詳細(xì)分析系統(tǒng)的演變和大風(fēng)的形成機(jī)制。

3.1冷高壓型

2010年9月20日20時(shí)，在500 hPa高度場(chǎng)上（圖略），歐亞高緯呈現(xiàn)一槽一脊的形勢(shì)，極渦分裂南壓，形成貝加爾湖東北部的西伯利亞冷渦，中心溫度達(dá)到-36℃，華北和東北受冷渦底部的西北偏西氣流控制，不斷有冷空氣補(bǔ)充，高空鋒區(qū)位于40°N附近，與地面鋒區(qū)相接近，21日08時(shí)，冷渦南壓，中心溫度達(dá)到-38℃，地面鋒位于華北南部（圖4a），河北省與河南省交界處，高空鋒區(qū)略偏北，海平面氣壓場(chǎng)上在貝加爾湖以西存在著與高空冷渦對(duì)應(yīng)的冷高壓中心，中心氣壓1 037.5 hPa，在其沿西北路徑不斷南壓的過(guò)程中與中緯度低值系統(tǒng)相遇，暖空氣沿鋒面抬升，形成降水，釋放凝結(jié)潛熱，此時(shí)最大3 h變壓為4.3 hPa，最大24 h變壓為8 hPa，最大24 h變溫為-7℃，說(shuō)明鋒生顯著，鋒前暖區(qū)的存在使溫度梯度加大，引起鋒生，地轉(zhuǎn)偏差加大，在氣壓梯度力的作用下，產(chǎn)生東北大風(fēng)，21日06時(shí)A平臺(tái)開始出現(xiàn)8級(jí)以上的大風(fēng)，最大風(fēng)速達(dá)到20.5 m·s-1，12時(shí)以后，隨著高壓冷鋒的南壓，渤海A平臺(tái)的風(fēng)力逐漸減小到8級(jí)以下。這次過(guò)程的冷空氣不是特別強(qiáng)，之所以產(chǎn)生大風(fēng)可能主要是鋒前暖區(qū)的存在，增強(qiáng)了鋒生作用，為了說(shuō)明鋒生的作用，對(duì)鋒生函數(shù)做了診斷分析。

圖3　各風(fēng)向分別出現(xiàn)6級(jí)、7級(jí)和8級(jí)以上大風(fēng)出現(xiàn)時(shí)數(shù)的百分比

這里分別為非絕熱加熱項(xiàng)、水平輻散項(xiàng)、水平變形項(xiàng)和與垂直運(yùn)動(dòng)有關(guān)的傾斜項(xiàng)。

從鋒生函數(shù)的時(shí)間演變過(guò)程圖上可以看到（圖5），鋒生函數(shù)從20日14時(shí)到21日08時(shí)存在從增強(qiáng)到減弱的過(guò)程。20日14時(shí)高空鋒區(qū)（500 hPa）上位于100°E附近，地面冷鋒南壓到40°N附近，A平臺(tái)位于地面冷鋒前。從20時(shí)的鋒生函數(shù)圖上可看出（圖5a），在對(duì)流層鋒前已經(jīng)存在向北伸展的鋒生帶，鋒生的中心在900 hPa附近。2時(shí)（圖5b）隨著冷鋒不斷向南推進(jìn)，在冷鋒前38°N附近，900 hPa以下開始出現(xiàn)明顯的鋒生過(guò)程，鋒生函數(shù)達(dá)到最大（4×10-9k·m-1·s-1）在其北邊則有鋒消過(guò)程。此時(shí)A平臺(tái)的風(fēng)力開始加大，1時(shí)開始出現(xiàn)12m·s-1以上的東北風(fēng)，6時(shí)風(fēng)力達(dá)到19.5m·s-1，8時(shí)（圖5c）冷鋒繼續(xù)南壓，其前的鋒生函數(shù)的中心繼續(xù)下降，中心到達(dá)地面，位于36°N附近，鋒生過(guò)程的強(qiáng)度有所減弱，但仍維持著3.5×10-9k·m-1·s-1強(qiáng)鋒生區(qū)，且范圍也擴(kuò)大了，從32°至39°N都為鋒生區(qū)，此時(shí)A平臺(tái)的風(fēng)力達(dá)到最大，為20.5m·s-1，說(shuō)明鋒生過(guò)程對(duì)大風(fēng)的產(chǎn)生起著重要作用，即當(dāng)冷鋒移到強(qiáng)鋒生區(qū)時(shí)，由于強(qiáng)烈的局地鋒生，加大了冷鋒前后的變壓和變溫梯度，使鋒生次級(jí)環(huán)流和地轉(zhuǎn)偏差風(fēng)不斷加大，從而引起海上大風(fēng)。A平臺(tái)鋒生函數(shù)各項(xiàng)累加值的時(shí)間剖面圖顯示（圖5e），在21日14時(shí)以后近地面層的鋒生函數(shù)開始快速增大，在21日02時(shí)達(dá)到最大，然后逐漸減小，14時(shí)以后開始出現(xiàn)鋒消，最大風(fēng)速出現(xiàn)的時(shí)間晚于鋒生函數(shù)出現(xiàn)最大值5 h左右。這與孫軍等（2002）的研究結(jié)論相似。從21日2時(shí)的變壓場(chǎng)和輻散風(fēng)場(chǎng)可以看出（圖4b），40°N附近是正負(fù)變壓的密集帶，6 h正變壓中心達(dá)到2.4 hPa，負(fù)變壓中心達(dá)到-1.8 hPa，由變壓梯度和氣壓梯度引起的輻散風(fēng)為東北風(fēng)，與A平臺(tái)的風(fēng)向一致，最大風(fēng)速出現(xiàn)的時(shí)間略晚于鋒生函數(shù)出現(xiàn)最大值的時(shí)刻（圖5e），下午14時(shí)鋒區(qū)南壓（圖5d），A平臺(tái)處于鋒消區(qū)域，大風(fēng)也開始減小到16 m·s-1以下。

圖4　2010年9月20日20時(shí)海平面氣壓場(chǎng)、地面6 h變壓和輻散風(fēng)場(chǎng)

圖5　2010年9月20日14時(shí)-21日08時(shí)沿118°E逐6 h鋒生函數(shù)各項(xiàng)累加值剖面（單位：10-10K·m-1·s-1）

3.2溫帶氣旋型

2010年4月25日08時(shí)，歐亞高緯度500 hPa呈現(xiàn)兩槽兩脊的形勢(shì)，在貝加爾湖附近存在深厚的低槽，華北處于高空槽前，渤海和東北地區(qū)均受高空脊控制，槽前后存在明顯的正負(fù)渦度平流，槽前暖平流不明顯，槽后冷平流達(dá)到-32×10-5K·s-1，冷暖平流的分界線與冷鋒鋒區(qū)一致。26日08時(shí)，槽后冷平流加強(qiáng)到-44×10-5K·s-1，冷平流使高空槽加深南壓，說(shuō)明高空槽后的強(qiáng)冷平流中心是促使高空槽發(fā)展的熱力因子，26日20時(shí)，溫度場(chǎng)與高度場(chǎng)的相位差減小，槽線附近有暖平流快速發(fā)展，暖平流區(qū)東西向較寬廣，達(dá)到了16×10-5K·s-1，暖平流有利于上升運(yùn)動(dòng)和地面的輻合，地面氣旋在這里得到快速發(fā)展，在暖洋面的熱力作用下，氣旋繼續(xù)加強(qiáng)，并向東北移動(dòng)。

氣旋的顯著發(fā)展跟急流關(guān)系密切，26日08時(shí)850 hPa低渦后的西北急流為18 m·s-1，20時(shí)迅速增加到了30 m·s-1（圖略），使冷平流迅速增強(qiáng)。500 hPa由38 m·s-1西北風(fēng)轉(zhuǎn)為22 m·s-1西南風(fēng)，1 000 hPa由6 m·s-1西北風(fēng)轉(zhuǎn)為8 m·s-1東南風(fēng)，使中層和近地面層暖平流快速增大。26日20時(shí)地面氣旋中心位于200 hPa急流中心入口區(qū)的右側(cè)，南急流中心出口區(qū)的左側(cè)，有利的高空輻散形勢(shì)，有利于加強(qiáng)中下層的輻合上升運(yùn)動(dòng)，氣旋快速發(fā)展，地面氣旋中心氣壓迅速降低，氣旋后部氣壓梯度增大，此時(shí)也是海大風(fēng)力最大的時(shí)刻。

Z-O（Zwack-Okossi）方程是靜力平衡條件下的準(zhǔn)地轉(zhuǎn)渦度發(fā)展方程，為了說(shuō)明氣旋的發(fā)展與大風(fēng)的關(guān)系，利用再分析資料對(duì)Lupo等（1992）發(fā)展的簡(jiǎn)化擴(kuò)展Z-O方程的各項(xiàng)進(jìn)行分析。

pl為近地面層氣壓；pt為對(duì)流層頂氣壓；ζα為絕對(duì)渦度；Pd為（pl-pt）-1；Q為非絕熱加熱率；為近地面地轉(zhuǎn)風(fēng)渦度；S為靜力穩(wěn)定度參數(shù)；方程右邊依次為絕對(duì)渦度平流強(qiáng)迫項(xiàng)、溫度平流強(qiáng)迫項(xiàng)、非絕熱強(qiáng)迫項(xiàng)和絕熱強(qiáng)迫項(xiàng)，地面摩擦力的貢獻(xiàn)較小，故文中不分析地面摩擦力的作用。本文不考慮各項(xiàng)數(shù)值的大小，只對(duì)整層的剖面進(jìn)行分析。

由圖7a可見，在26日14時(shí)至27日02時(shí)，A平臺(tái)在對(duì)流層中上層始終存在著正渦度平流，在26日20時(shí)，此時(shí)氣旋的中心位于，與A平臺(tái)的位置接近，高空槽移到氣旋中心上方，正渦度平流達(dá)到最大，為8×10-9s-2，中心位于400 hPa，對(duì)流層下層存在弱的負(fù)渦度平流，正渦度平流造成局地渦度的增大，在中高層存在輻散，低空輻合，必然產(chǎn)生上升運(yùn)動(dòng)，強(qiáng)迫產(chǎn)生垂直次級(jí)環(huán)流，從而在地面造成輻合和渦度的增加，所以正渦度平流項(xiàng)促進(jìn)氣旋的發(fā)展。由圖7b可見，在26日14時(shí)至27日02時(shí)，A平臺(tái)上空對(duì)流層上層同樣存在著暖平流，中心位于300 hPa與400 hPa之間，26日20時(shí)雖然不是對(duì)應(yīng)的暖平流中心，但仍然保持8×10-5K·s-1的高值，低空開始出現(xiàn)冷平流，說(shuō)明此時(shí)槽后的冷平流開始進(jìn)入氣旋中心，抑制氣旋的進(jìn)一步發(fā)展，氣旋達(dá)到成熟階段。研究表明潛熱釋放可以加強(qiáng)上升運(yùn)動(dòng)，加強(qiáng)氣旋的高低空流場(chǎng)，但是潛熱釋放和方程中的前兩項(xiàng)（渦度平流和溫度平流）對(duì)氣旋發(fā)展的強(qiáng)迫作用要小得多。由圖7c可見，在氣旋前部存在潛熱加熱，潛熱釋放加強(qiáng)了氣旋的上升運(yùn)動(dòng)，有利于氣旋的發(fā)展。由圖7d可見，絕熱溫度的變化項(xiàng)在26日20時(shí)，在氣旋附近存在負(fù)值中心，由于此時(shí)的大氣層結(jié)屬于穩(wěn)定層結(jié)，所以絕熱加熱項(xiàng)與垂直運(yùn)動(dòng)的符號(hào)一致，抑制氣旋的發(fā)展。

（圖待續(xù)）

（圖待續(xù)）

圖6　2010年4月25日08時(shí)（a）海平面氣壓場(chǎng)（單位：hPa）；（b）500 hPa位勢(shì)高度場(chǎng)（實(shí)線，單位：dagpm）和絕對(duì)渦度平流（陰影，單位：10-9s-2）；（c）850 hPa溫度平流（單位：10-5K·s-1）；（d）全風(fēng)速（陰影，單位：10-9s-2）與垂直速度（等值線，單位：10-9s-2）；（e）A平臺(tái)500 hPa絕對(duì)渦度平流、位勢(shì)高度、850 hPa溫度平流、1 000 hPa全風(fēng)速、垂直速度、海平面氣壓的距平值的時(shí)間序列（單位：同上）

圖7　Z-O方程各項(xiàng)沿39°N的垂直剖面Z-O方程各項(xiàng)沿39°N的垂直剖面（a）絕對(duì)渦度平流（單位：10-9s-2）；（b）水平溫度平流（單位：10-4K·s-1）；（c）潛熱加熱（單位：10-4K·s-1）；（d）絕熱溫度變化（單位：10-4K·s-1）

由圖6e可見，A平臺(tái)500hPa渦度平流從26日14時(shí)開始增大，位勢(shì)高度降低，有利于槽前的輻合上升運(yùn)動(dòng)，形成高空輻散，根據(jù)介質(zhì)的連續(xù)性，在其周圍應(yīng)該存在下沉氣流，形成垂直耦合打通產(chǎn)生動(dòng)量下傳，使氣旋快速發(fā)展（2000）。可以通過(guò)計(jì)算垂直速度和全風(fēng)速來(lái)分析是否存在動(dòng)量下傳。如圖6d所示，在130°E以東存在上升氣流，中心在900 hPa附近，達(dá)到0.6 pa·s-1，在120°E以西存在下沉氣流，中心在850 hPa附近，達(dá)到0.6 pa·s-1，同時(shí)在下沉氣流附近850 hPa存在大于20 m·s-1的強(qiáng)風(fēng)速中心，說(shuō)明存在顯著的動(dòng)量下傳，使近地面的風(fēng)速不斷增大。A平臺(tái)20時(shí)以后由850 hPa由冷平流轉(zhuǎn)為暖平流，有利于上升運(yùn)動(dòng)和地面的輻合，使得海平面氣壓降低，氣旋繼續(xù)發(fā)展，全風(fēng)速和垂直速度都快速增加，27日02時(shí)有冷平流出現(xiàn)，說(shuō)明氣旋的發(fā)展開始受到抑制，06時(shí)風(fēng)速達(dá)到了最大，為20.3 m·s-1。隨后隨著高空槽和氣旋的東移，A平臺(tái)受高空負(fù)渦度平流控制，上升運(yùn)動(dòng)逐漸減弱，風(fēng)速也明顯減弱。

3.3熱帶氣旋型

2012年7月28日上午08時(shí)后，10號(hào)熱帶風(fēng)暴“達(dá)維”在東京東南方向的太平洋洋面形成，沿偏西路徑移動(dòng)，2日21∶30在江蘇北部登陸，是1949年以來(lái)登陸長(zhǎng)江以北的最強(qiáng)臺(tái)風(fēng)，然后穿過(guò)山東，4日1∶30進(jìn)入渤海，給渤海帶來(lái)8-9級(jí)大風(fēng)，4日08時(shí)消散。A平臺(tái)3日中午風(fēng)力開始加到到12 m·s-1以上，19時(shí)達(dá)到17.7 m·s-1，最大風(fēng)力出現(xiàn)在23時(shí)為20.2 m·s-1，隨著“達(dá)維”向東北移動(dòng)，4日2時(shí)以后A平臺(tái)風(fēng)力逐漸減小。

兩個(gè)熱帶氣旋的相互作用是產(chǎn)生本次大風(fēng)的主要特點(diǎn)，“達(dá)維”進(jìn)入東海后，副高西南側(cè)的氣流和在福建登陸的熱帶氣旋“蘇拉”的外圍氣流匯合形成強(qiáng)盛的東南氣流，風(fēng)速極大，850hPa達(dá)到24m·s-1，在這支引導(dǎo)氣流的作用下，“達(dá)維”向西北方向移動(dòng)，海平面氣壓場(chǎng)等壓線非常密集，在渤海灣的小范圍內(nèi)（1990），氣壓梯度達(dá)到5 hPa每緯距。隨后與河套地區(qū)緩慢東移的高空槽逐漸接近，兩者相互作用，風(fēng)速加強(qiáng)，23時(shí)達(dá)到20.2m·s-1，2時(shí)以后在副高西北側(cè)和東移高空槽前西南氣流影響下向東北方向移去。變壓梯度的作用是產(chǎn)生大風(fēng)的主要原因，熱帶氣旋在其移動(dòng)方向的前方產(chǎn)生負(fù)變壓，后方產(chǎn)生正變壓，因此在其移動(dòng)方向存在較大的變壓梯度，當(dāng)變壓風(fēng)方向與梯度風(fēng)方向一致時(shí)，加大了氣壓梯度的作用（2002）。海平面氣壓場(chǎng)6 h變壓顯著（圖8a），出現(xiàn)了明顯的正負(fù)變壓中心，正負(fù)中心變壓差達(dá)10 hPa，且變壓風(fēng)方向與梯度風(fēng)方向是一致的（圖8b）。

圖8　2012年8月4日02時(shí)海平面氣壓場(chǎng)（a）、地面6 h變壓和變壓風(fēng)（b）

4　結(jié)論

（1）2005-2014年10年間共發(fā)生8級(jí)以上大風(fēng)154次過(guò)程，按照影響系統(tǒng)的不同分為冷空氣影響的冷高壓型、溫帶氣旋型、熱帶氣旋型和對(duì)流引起的短時(shí)大風(fēng)4種類型。屬于冷高壓型的大風(fēng)過(guò)程有92次，受溫帶氣旋影響的大風(fēng)過(guò)程有13次；受溫帶氣旋和冷高壓共同影響的有36次；受熱帶氣旋影響的大風(fēng)過(guò)程有5次；對(duì)流降水引起的短時(shí)大風(fēng)8次。

（2）大風(fēng)的年際和月季變化顯著，出現(xiàn)大風(fēng)時(shí)數(shù)最多的是2005年，最少的是2011年。從月際變化來(lái)看12月出現(xiàn)大風(fēng)的時(shí)數(shù)最多，7月時(shí)數(shù)最少。

（3）從風(fēng)向的分布情況來(lái)看，北、北西北和東東北3個(gè)風(fēng)向出現(xiàn)的頻次最高。

（4）利用鋒生函數(shù)分析了2010年9月20日冷高壓型大風(fēng)過(guò)程，在渤海A平臺(tái)區(qū)域存在強(qiáng)烈的鋒生區(qū)，冷鋒移到這一地區(qū)時(shí)，產(chǎn)生強(qiáng)烈的鋒生，加大了冷鋒前后的變壓和變溫梯度，鋒生次級(jí)環(huán)流和地轉(zhuǎn)偏差風(fēng)也會(huì)不斷加大，引起海上大風(fēng)。

（5）利用Z-O方程分析了2010年4月26日溫帶氣旋型大風(fēng)過(guò)程，溫度和渦度平流的空間分布有利于氣旋的發(fā)展，中低空急流的快速發(fā)展增強(qiáng)了系統(tǒng)的斜壓性，地面氣旋中心位于200 hPa急流中心入口區(qū)的右側(cè)，南急流中心出口區(qū)的左側(cè)，有利的高空輻散形勢(shì)，有利于加強(qiáng)中下層的輻合上升，從而促使氣旋快速發(fā)展，引起海上大風(fēng)。

（6）分析了2012年8月4日熱帶氣旋型大風(fēng)過(guò)程，副高外圍氣流熱帶氣旋“蘇拉”的外圍氣流匯合形成強(qiáng)盛的東南引導(dǎo)氣流，使“達(dá)維”不斷北上，與河套地區(qū)緩慢東移的高空槽逐漸接近，兩者相互作用，風(fēng)速加強(qiáng)。“達(dá)維”在其移動(dòng)方向存在較大變壓梯度，且變壓風(fēng)方向與梯度風(fēng)方向一致，加大了氣壓梯度的作用，從而產(chǎn)生大風(fēng)。

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（本文編輯：岳心陽(yáng)）

Characteristics of gales at Platform A of Bohai offshore in recent ten years

SUN Mi-na，ZHU Nan-nan，WANG Ya-nan，ZHAO Yu-jie，WANG Qing-yuan，YANG Xiao-jun

（Tianjin Meteorological Bureau,Tianjin 300074,China）

By using hourly wind data at Platform A of past 10 years,the wind characteristics are analyzed.The results show that there are a total of 154 processes of gales with the wind speed above force 8.According to the effect system,they are divided into 4 different types.3 types are under the influences of the cold high pressure,extratropical cyclones,tropical cyclones and the short-term wind type is caused by the strong convection.These types total 92,13,5,8,respectively,and 36 for cold high pressure and extratropical cyclone types.The monthly wind variation is significant.Winds occur most frequently in December,and least in July.The winds in 3 directions,north,north-northwest and east-northeast occur most frequently. By using the frontogenesis function and Z-O function,the typical cases are analyzed.This paper discusses the effects of the frontogenesis,temperature advection,vorticity advection,low and high Jet,and momentum transmission on the development of the systems and the gales.

gales;Platform A;frontogenesis function;Z-O function

P458.1

A

1001-6932（2016）04-0367-13

10.11840/j.issn.1001-6392.2016.04.002

2015-05-14；

2015-07-08

科技興海項(xiàng)目（KJXH2013-18）；天津市應(yīng)用基礎(chǔ)與前沿技術(shù)研究計(jì)劃（15JCQNJC07600）；天津市氣象局局課題（2015-17；2015-18）。

孫密娜（1982-），女，碩士，工程師，主要從事天氣預(yù)報(bào)技術(shù)研究。電子郵箱：sunminananjing@163.com。