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        隴南地區(qū)對(duì)流層頂氣象特征研究

        2020-07-24 15:36:07王小偉陳素娟蒲靜劉靜
        關(guān)鍵詞:對(duì)流層平均溫度高空

        王小偉 陳素娟 蒲靜 劉靜

        摘要:本文利用隴南武都探空站2015-2019年高空實(shí)時(shí)探測(cè)所取得的08時(shí)資料中對(duì)流層頂月平均氣象要素,包括對(duì)流層頂?shù)钠骄叨?、平均溫度、平均氣壓、出現(xiàn)頻率等,逐月統(tǒng)計(jì)并取5年的平均值,繪制相關(guān)曲線圖,對(duì)隴南地區(qū)上空對(duì)流層頂?shù)臅r(shí)空分布隨季節(jié)變化和年度變化進(jìn)行了分析,揭示了隴南地區(qū)兩類對(duì)流層頂在不同季節(jié)分布特征及其出現(xiàn)的頻率和高度、溫度變化的實(shí)際情況。為隴南地區(qū)的天氣預(yù)報(bào)、航空飛行及大氣科學(xué)研究試驗(yàn)等在應(yīng)用高空氣象探測(cè)資料時(shí),提供科學(xué)依據(jù),具有不可替代的社會(huì)效益。

        關(guān)鍵詞:對(duì)流層頂氣象特征;季節(jié)性變化

        0 引言

        對(duì)流層上部是對(duì)流層和平流層之間的過(guò)渡層,其厚度為幾百米到兩公里,對(duì)流層頂部具有較深且穩(wěn)定的阻擋層,會(huì)干擾積雨云頂部的垂直發(fā)育以及氣溶膠和水蒸氣的垂直交換,對(duì)流層中的水汽、塵埃等常受到對(duì)流層頂?shù)淖钃蹙奂湎拢率鼓芤?jiàn)度較差。在對(duì)流層頂以上,空氣干燥清潔,能見(jiàn)度良好,氣流平穩(wěn)。對(duì)流層通常伴有高空急流、大雨、冰雹和其他強(qiáng)對(duì)流天氣,這與對(duì)流層的存在密切相關(guān)。對(duì)流層頂分為兩類,根據(jù)規(guī)定等壓面150hPa相對(duì)應(yīng)的平均高度14 000米為界限,凡低于這個(gè)高度為第一對(duì)流層頂,高于或等于這個(gè)高度為第二對(duì)流層頂。

        平流層和對(duì)流層中的對(duì)流層斷裂帶是物質(zhì)和能量交換的主要區(qū)域,許多研究表明,對(duì)流層斷裂經(jīng)常發(fā)生在亞第二地區(qū),最有利于平流層和對(duì)流層中的空氣交換。處于亞第二的隴南地區(qū),是否也存在對(duì)流層頂斷裂帶?隴南探空站自建站以來(lái),從未進(jìn)行過(guò)相關(guān)資料的研究工作,因此本文試圖通過(guò)隴南武都探空站近五年的高空資料研究分析隴南地區(qū)上空對(duì)流層頂?shù)臍庀筇卣?,高度、?duì)流層頂平均高度、平均氣壓、平均溫度隨季節(jié)變化的趨勢(shì)。通過(guò)圖1大氣的垂直分布層和氣溫的垂直分布層可以了解大氣層的分布情況,有利于理解對(duì)流層頂在大氣層中的作用。

        1 第二對(duì)流層頂?shù)臍庀筇卣?/p>

        氣象數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析可以看出,近5年隴南地區(qū)的第二對(duì)流層頂平均高度約16 930m,平均氣壓約95hPa,平均溫度在-68.7℃左右。

        (1)從圖2中可見(jiàn):逐月平均高度曲線,全年走勢(shì)呈現(xiàn)出大寫(xiě)W形態(tài)。從1月份16 879m降到2月份16 420m再一路上揚(yáng),高度逐月升高,6月的年內(nèi)最高點(diǎn)為17 306 m,以后各月平均高度曲線逐漸降低,最低點(diǎn)為11月份達(dá)到16 110 m,到12月增加到16 973 m,最大高度波動(dòng)之差為1 196 m。

        (2)從圖3中可見(jiàn):逐月平均氣壓曲線,全年走勢(shì)呈現(xiàn)出一個(gè)大寫(xiě)的M形態(tài),氣壓值由1月的91.4hPa上升到2月份的98.9hPa,再逐漸下降到4月份全年最低點(diǎn)90.7hPa,然后月平均氣壓曲線一路走高,5-10月份氣壓值處于96hPa上下波動(dòng)狀態(tài),直到11月份氣壓值顯著上升,氣壓最大值高達(dá)107hPa,為全年氣壓值之最。12月份氣壓又降到92.9hPa,比1月份略高一點(diǎn),全年月平均氣壓的最大變化差值為16.3 hPa。

        (3)從圖4可見(jiàn):第二對(duì)流層頂?shù)脑缕骄鶞囟惹€顯示兩頭高、中間低的狀態(tài),1月和2月之間的平均溫度在-63.0℃附近移動(dòng),到9月逐月下降,呈下降趨勢(shì)。9月的平均氣溫只有-74.0℃。它在9月以后繼續(xù)上升,從9月到11月迅速上升。11月的最高溫度為-65.6℃,11月至12月的溫度在-65.0℃附近波動(dòng)。從形態(tài)學(xué)的角度來(lái)看,7月、8月和9月是一年中的最低值,接近-73℃,1月、2月、11月和12月是一年中的較高月份,在-63℃和-65℃之間。全年最高和最低氣溫之間的差是-11.2℃。

        2 第一對(duì)流層頂?shù)念l率特征

        從圖5可見(jiàn):全年(除7、8、9三個(gè)月)外,每個(gè)月平均出現(xiàn)11次第一對(duì)流層頂。第一對(duì)流層頂不是每個(gè)月出現(xiàn),夏天的7、8、9月不會(huì)出現(xiàn)第一對(duì)流層頂。在3月、4月,每月出現(xiàn)約22次,1月、2月和12月出現(xiàn)10次左右,5月和11月的次數(shù)為8次,6月和10月的次數(shù)相對(duì)較少約為3次。全年出現(xiàn)的次數(shù)柱狀分布為漏斗形狀,漏斗的底部是7、8、9月份。表明在這三個(gè)月中,隴南地區(qū)的高空對(duì)流非常強(qiáng)烈,難以形成一個(gè)穩(wěn)定的大氣層結(jié)。

        3 第一對(duì)流層頂?shù)臍庀筇卣?/p>

        (1)第一對(duì)流層頂?shù)哪昶骄叨葹?1 380m,處于225hPa附近,平均溫度約為-55.7℃。平均高度趨勢(shì)線在上半年的1-5月份,是一個(gè)逐月升高狀態(tài),從1月份的10 174m開(kāi)始一路上升,5月份達(dá)全年的最高點(diǎn)12 563m,10月份以后平均高度出現(xiàn)逐月下降。10、11月平均高度下降不大,11月份后明顯下降到12月份全年最低值10 112m,最高最低之差為2 450m,全年形態(tài)中間高兩頭低。

        (2)第一對(duì)流層頂?shù)脑缕骄鶜鈮呵€,呈現(xiàn)出一個(gè)前高中低后翹的形態(tài)。1月份氣壓是261hPa是全年氣壓次高點(diǎn),1-5月份呈逐月大幅下降的形態(tài),5月份降到全年的最低點(diǎn)190hPa,6月份、10月份氣壓依次小幅回升,但11月份氣壓與10月份之間波動(dòng)很小,11月份以后又大幅升高,到12月份氣壓回升到全年氣壓最高點(diǎn)267hPa。全年最高最低氣壓之差為77hPa。圖7可見(jiàn)。

        (3)第一對(duì)流層頂?shù)脑缕骄鶜鉁?,?月份氣溫-53.5℃后逐月下降到3月份的全年最低點(diǎn)-58.7℃,其后3-5月份氣溫穩(wěn)定在-58.0℃左右,6月份回升到-55.6℃,10月份依次升高到-52.8℃,11月份又下降到-55.2℃,12月份再次升高達(dá)到全年氣溫最高值-51.3℃。通過(guò)圖5至圖8結(jié)合起來(lái)看,可以發(fā)現(xiàn)第一對(duì)流層頂在出現(xiàn)次數(shù)逐月減少的時(shí)候,平均氣溫卻在逐月下降,說(shuō)明只有較強(qiáng)的冷空氣過(guò)境的時(shí)候才可能出現(xiàn)穩(wěn)定的大氣層結(jié),形成第一對(duì)流層頂。

        (4)第一對(duì)流層頂小結(jié)

        綜合四張圖的分析表明,隴南地區(qū)在1月、2月和3月的高空氣流相對(duì)穩(wěn)定,并且第一對(duì)流層頂?shù)拇蟛糠謺r(shí)間都存在。隨著5月和6月氣溫的升高,大氣對(duì)流越高,第一對(duì)流層頂部的壓力越低,海拔越高,發(fā)生頻率越低。在七月、八月和九月是隴南地區(qū)一年的溫度最高的季節(jié),平均溫度處于一年中的最高水平。大氣對(duì)流和湍流非常強(qiáng)烈,通常會(huì)發(fā)生大雨、冰雹和大風(fēng)等災(zāi)害天氣。對(duì)流層不能形成穩(wěn)定的大氣層,也沒(méi)有第一對(duì)流層頂?shù)某霈F(xiàn)。

        4 復(fù)合對(duì)流層頂?shù)臍庀筇卣?/p>

        隴南地區(qū)高空是一個(gè)對(duì)流層頂復(fù)合帶與斷裂帶并存的地區(qū),通過(guò)兩類對(duì)流層頂高度,溫度曲線圖直觀看出,1-6月和10-12月,全年有9個(gè)月,在高空共存兩種類型的對(duì)流層頂。在7月、8月和9月,高空只有一個(gè)第二對(duì)流層頂。存在第一對(duì)流層頂?shù)膮^(qū)域衰竭。出現(xiàn)第一對(duì)流層頂斷裂帶。盡管第一對(duì)流層頂?shù)臍庀笠夭▌?dòng)幅度大于第二對(duì)流層頂,這是因?yàn)榈谝粚?duì)流層頂離下墊面較近,受高空氣流影響較大的緣故。但還是可以看出兩類對(duì)流層頂?shù)牟ㄐ椭g存在正相關(guān)。

        5 對(duì)流層頂?shù)募竟?jié)性特征

        (1)在春季隴南地區(qū)上空大部分時(shí)間會(huì)出現(xiàn)兩類對(duì)流層頂同時(shí)存在,第一對(duì)流層頂在3、4、5月份共出現(xiàn)57次,其中3-4月份出現(xiàn)次數(shù)最多,季度出現(xiàn)率為63%。春季3月份的第一對(duì)流層頂?shù)钠骄叨葟?1 333m快速上升到5月份的12 563m,平均氣壓在205hPa區(qū)域迅速下降,平均溫度保持在-58.4℃左右。春季第二類對(duì)流層頂?shù)钠骄叨戎鹪律撸瑥?月份的16 826m升高到5月份的17 268m,平均氣壓從92hPa上下波動(dòng),平均溫度在3月份的-65.2℃下降到5月份-70.2℃,降幅達(dá)5.0℃。這說(shuō)明隴南地區(qū)春季冷空氣活動(dòng)頻繁。兩類對(duì)流層頂?shù)臍庀筇卣髯兓钦嚓P(guān)的,但第一對(duì)流層頂氣象要素變化更劇烈,這是因?yàn)榈谝粚?duì)流層頂?shù)母叨容^低,受到下墊面的影響更大的緣故。

        (2)隴南地區(qū)上空夏季只在6月份出現(xiàn)了3次第一對(duì)流層頂,7、8月份從未出現(xiàn)過(guò),季度出現(xiàn)率只有3%。同期的第二類對(duì)流層頂?shù)钠骄叨扰腔苍?7 190m上下。氣壓在94hPa上下。平均溫度-72.7℃,呈緩慢下降趨勢(shì),降幅1.3℃,7、8月份的平均溫度基本上處于全年趨勢(shì)中的谷底區(qū)域。說(shuō)明在夏季隴南地區(qū)很少有冷空氣活動(dòng)。

        (3)秋季9月份還是沒(méi)有第一對(duì)流層頂?shù)某霈F(xiàn),10月份開(kāi)始少量出現(xiàn),11月份以后逐月增加。第二類對(duì)流層頂?shù)钠骄叨瘸尸F(xiàn)下落狀態(tài),由9月份的17 015m回落到11月份的16 110m,回落幅度達(dá)815m。同期氣壓呈小幅升高態(tài)勢(shì)。平均溫度卻呈現(xiàn)出大幅上升,由9月份全年最低值-74.0℃上升到11月份的-65.6℃,升幅達(dá)8.4℃。這也從側(cè)面說(shuō)明了隴南地區(qū)在10月份只有極少量的冷空氣過(guò)境,11月份之后冷空氣活動(dòng)增多,才會(huì)有第一對(duì)流層頂?shù)某霈F(xiàn)。

        (4)隴南地區(qū)在冬季由于地理環(huán)境,冷空氣影響,高空風(fēng)大多是西南風(fēng),施放的探空氣球在施放后30分鐘左右由于高空大風(fēng)緣故,飛行仰角偏低,大山干擾探空儀回波,造成雷達(dá)接收信號(hào)弱,記錄接收不完整,這樣無(wú)疑就影響到第一對(duì)流層頂?shù)挠^測(cè)次數(shù)。從除過(guò)山遮記錄外現(xiàn)有正常接收的記錄中分析,冬季是第一對(duì)流層頂出現(xiàn)最多的季節(jié),這說(shuō)明隴南地區(qū)冬季冷空氣活動(dòng)非常頻繁。冬季第一對(duì)流層頂?shù)钠骄祻?2月份全年最低值10 112m緩慢升高到2月份的10 868。平均氣壓在全年最高值267hPa緩慢下降到2月份234hPa。平均溫度在12月份全年最高值-51.3℃降低到2月份全年氣溫次低值-57.6℃。冬季第二對(duì)流層頂?shù)钠骄叨仍?6 757m一帶小幅降低,平均氣壓在94hPa上下波動(dòng),平均溫度在-64℃上下徘徊。

        6 結(jié)論與討論

        (1)過(guò)去五年中,隴南地區(qū)第二對(duì)流層的平均高度(第二對(duì)流層的頂部)為16 930 m,平均氣壓約為95hPa,平均溫度約為-68.7℃。極地對(duì)流層的平均高度(第一對(duì)流層的上部)為11 380 m,平均氣壓約為225hPa,平均溫度約為-55.7℃。

        (2)隴南地區(qū)第二對(duì)流層頂平均高度,全年走勢(shì)呈現(xiàn)出大寫(xiě)W形態(tài)。從1月份16 879m降到2月份16 420m再一路上揚(yáng),高度逐月升高,六月份出現(xiàn)全年最高點(diǎn)17 306m,最低點(diǎn)出現(xiàn)在11月份的16 110m,12月份又上升到16 973m,全年月平均高度最大波動(dòng)之差達(dá)1 196m。

        (3)隴南地區(qū)第一對(duì)流層頂在3、4月份出現(xiàn)的頻率最高,1月、2月、5月、11月、12月份次之,6、10月份最少,7、8、9月份不存在,全年(除7、8、 9月)平均每月出現(xiàn)12次。平均高度為11 380m,平均氣壓處于225hPa附近,平均溫度約為-55.7℃。

        (4)隴南地區(qū)高空是對(duì)流層復(fù)合帶和斷層帶共存的區(qū)域。一年中有9個(gè)月(從1月到6月以及從10月到12月)并存著高空對(duì)流層復(fù)合體兩種類型。在7月、8月和9月,隴南地區(qū)的高空只有一個(gè)第二對(duì)流層頂,第一對(duì)流層頂出現(xiàn)斷裂帶。在兩種對(duì)流層共存的條件下,兩種對(duì)流層之間的年平均厚度為5 550 m,年平均溫度差約為18℃,年平均壓力差為142 hPa。

        (5)隴南地區(qū)的兩類對(duì)流層頂,在春季,平均高度快速升高,而平均溫度持續(xù)下降,這兩種類型的氣象特征變化呈正相關(guān)。第一對(duì)流層頂極少出現(xiàn)在夏季,春、秋季出現(xiàn)頻率較高。冬季是兩種對(duì)流層共存的季節(jié),平均高度最低,平均氣壓最高,平均溫度最高。

        參考文獻(xiàn)

        [1] 蔡福,李輯,明惠青,等.沈陽(yáng)地區(qū)對(duì)流層頂氣候特征分析[J].氣象與環(huán)境學(xué)報(bào),2006,22(1):11-16.

        [2] 楊雙艷,周順武,陳鶴.甘肅省對(duì)流層頂高度的季節(jié)變化特征分析[J].氣象,2010,36(4):57-62.

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