（气象学专业论文）中国西南低层大风与西南风低空急流活动的气候学分析.pdf

中国西南低层大风与西南风低空急流活动的气候学分析 摘要 西南低层大风现象基本可以分为两类，一类具有独立的低层大风核结构， 另一类则不具有独立的低层大风核结构。在中国以往的低空急流统计分析中， 这两类低层大风均被笼统地视为低空急流。本文借鉴北美学者研究低空急流气 候特征时的思想方法，同时结合中国的天气特点，从单站风的垂直结构特点出 发，对中国的西南低层大风、西南风低空急流、无核低层西南大风现象作了概 念分类。在此基础上，利用1 9 9 8 年1 月至2 0 0 2 年1 2 月连续5 年的探空报资料， 首先对中国8 9 个探空站的上述大风现象作了分类研究，重点对有核的低空急流 和无核的低层大风两类现象作了分类研究。结果表明：中国有两个西南低层大 风活动中一t h , ，它们也是低空急流的活动中心，分别位于华南地区和东北地区。 东北地区的低层大风以低空急流现象为主，月际频数差异相对较小，日变化也 不明显。华南大风区内，低空急流和无核低层大风现象出现次数都很多，但两 者的月际分布差异很大，日变化规律相反，生存环境差异也很大。东北、华南 两地的低空急流，其月际变化和日变化规律以及生存环境差异也很大。说明中 国的低层西南大风现象包含着多个结构形式不同、演变规律不同、生存环境差 异很大的类别，本文详细揭示了上述各种大风现象的气候分布规律，同时指出， 对其加以区分研究是十分重要和必要的。 关键词：低层大风；低空急流；气候研究 c l i m a t i ca n a l y s i sb e t w e e nt h ea c t i v i t yo fc h i n e s es o u t h w e s t e r l y s 廿o n gw i n d ( l l s w ) a n d l o w - l e v e l j e t ( l l j ) a b s t r a c t t h es o u t h w e s tl l s w p h e n o m e n a c a nb e c a t e g o r i z e di n t ot w ok i n d s ，o n e w i 吐1 i n d e p e n d e n tk e m e lc o n s t r u c t i o na n dt h eo t h e r w i t h o u ts u c hc h a r a c t e r a m o n g c h i n e s ef o r m e rs t a t i s t i c a l a n a l y s i s t h e t w ok i n d sa r e g e n e r a l l yt a k e n 踮l u d r a w i n g1 e s s o n sf r o ms u c hm e t h o d st h a ta m e r i c a ns c i e n t i s t sr e s e a r c ht h ec l i m a t i c f e a t u r e s0fl 】l j c o m b i n i n gch i n e s ewe a t h e rch a r a c t e r i s t i c sa n dc o n s i d e r i n gf r o m v e r t i c a lf e a t u r e so fs i n g l es t a t i o nw i n d w ec l a s s i f i e dc h i n e s es o u t h w e s tl l s w ， u l ja n dl o w l e v e ls o u t h w e s t s t r o n g w i n dw i t h o u tk e r n e li nc o n c e p t i o n b a s e do nt h i s ， u s i n gc o n t i n u o u ss o n d e d a t af r o mj a n u a r y1 9 9 8t od e c e m b e r2 0 0 2 ，s u c hs 订o n gw i n d p h e n o m e n a o f8 9s o n d es t a t i o n sa r ec l a s s i f l e da n dr e s e a r c h e dw i t hf o c u so nl u w i t h k c m e la n dl l s ww i t h e u tk e r n e l r e s u l t ss h o wt h a tt h e r ea r et w oa c t i v i t yc e n t e r so f l l s wi ns o u t h w e s to fc h i n al o e a t i n gi ns o u t hc h i n aa n dn o r t h e a s tc h i n a r e s p e c t i v e l y w h i c h a r e a l s o t h e a c t i v i t y c e n t e r s o fl 】l j t h e f o r m e r is f e a t u r e d b y f r e q u e n ta p p e a r a n c eo fu l ja n du 。s ww i t h o u tk e r n e l ，t w oo f w h i c hw i t hl a r g e m o n t h l y d i s t r i b u t i o n d i f f e r e n c e s ，c o n t r a r yd a i l yv a r i e t yr e g u l a t i o n s a n d l a r g e e n v i r o n m e n t a ld i f f e r e n c e s 。w h i l et h el a t t e ri sc h a r a c t e r i z e db yl uw i t hl o w e r m o n t h l yf r e q u e n c yd i f f e r e n c e sa n da m b i g u o u sd a i l yc h a n g e s t h em o n t h l yc h a n g e s d a i l yv a r i e t yr e g u l a t i o n sa n ds u r v i v a le n v i r o n m e n td i f f e r e n c e so f l u i nn o r t h e a s t c h i n aa n ds o u t hc h i n aa r ea l s ol a r g e i ts h o w st h 砒c h i n e s el o w l e v e ls o u t h w e s t s t r o n gw i n di n e l u d e s s e v e r a lk i n d sw i t hd i f f e r e n tc o n s t r u c t i o nf o r i l l s ，e v o l u t i o n r e g u l a t i o i l sa n ds u r v i v a le n v i r o n m e n t i n t h i sp a p e r w er e v e a lc l i m a t i cd i s t r i b u t i o n r u l e so ft h ea b o v es t r o n gw i n dp h e n o m e n ai nd e t a i la n dp o i n to u tt h a ti t i sv e r y i m p o r t a n ta n dn e c e s s a r y t od i s t i n c ta n ds t u d yn l e m k e y w o r d s ：l o w l e v e ls t r o n gw i n d ；l o w - l e v e lj e t ；c l i m a t i cs t l l d y - - 2 d 第一节绪论 i i 研究目的和意义 低空急流是存在于对流层下部、行星边界层附近的一支强风带，自其被发 现以来就受到各国气象工作者的重视。人们从各个角度对低空急流进行分析和 研究，例如，有的从地形、天气诊断分析和熟力、动力学等方面揭示了低空急 流自身的结构特点以及形成和演变【。】，还有的运用数值模拟的方式对低空急流 进行了研究 1 5 - 1 6 】，但是人们关注最多的还是低空急流与多种强对流天气的发生、 发展之间存在的密切联系。鉴于这些重要意义，人们在这方面的研究工作中投 入了更多的努力，取得了许多成果，从而我们对低空急流也有了更加深入详尽 的认识。 美国研究人员发现，北美洲落基山东侧的大平原上，西南低空急流与在该 地频繁出现的暴雨强降水、龙卷、冰雹等强天气活动有着不可忽视的关联。日 本的气象工作者在研究梅雨暴雨系统时也注意到了低空急流与梅雨暴雨中尺度 系统之间的紧密联系。我国气象工作者也注意到，低空偏南风急流在暴雨的形 成过程中起到了输送暖湿空气等关键的触发作用 1 7 - 2 5 】。大量研究发现，低空急 流在全年都有活动，无论我国华北地区、长江流域还是华南，多数强降水过程 都伴有低空急流 2 6 - 3 3 】，并且暴雨的落区也与低空急流轴的位置与走向有关3 4 】。 2 0 世纪3 0 年代曾有研究发现，通常被称为低空急流的现象中，有一类西 南风低空急流是具有独立的低层大风核结构的，并且将其命名为西南风低空急 流。在之后的西南风低空急流研究中，由于这种具有独立的低层大风核结构的 西南风低空急流与北美的龙卷、冰雹天气有着更加紧密的联系，故而成为研究 的重点。1 9 6 8 年，w db o r m e r ”】利用8 个测风站每天4 次为期一年的高空风资 料和4 7 个探空站每天2 次为期两年的无线电测风资料，进行了北美低空急流气 候学研究，建立了北美低空急流完整的形态结构和演变规律的概念模式。 相对于北美低空急流的研究，我们对中国低层西南大风现象和低空急流的 研究尚有几方面的不足之处。首先，到目前为止，我国气象工作者仍不加以区 分，习惯地把是否具有独立低层大风核结构的东亚低层西南大风现象都统称为 西南风低空急流，没有分别讨论这两类西南低层大风是否形成于不同的天气环 流形势，是否对中国天气有不同的影响方式。第二，我们尚未对中国西南低层 大风现象的气候状况做出如同wdb o n n v r 那样的详尽研究，不管是具有或不具 有独立的低层大风核的西南低层大风现象，我们都尚未清晰地了解它们的完整 形态结构和气候演变状况。第三，以往文献描述中国低空急流的统计特征，主 要采用平均流线图、平均最大频率风的风向风速图、平均等风速线图等。这些 都是产生急流的背景场的气候平均值，因而较好地反映了急流的背景场特征， 而对急流自身的统计特征反映不足，同时由于当时的观测资料所限，也缺少对 9 2 5 h p a 高度上急流活动情况的统计分析。鉴于以上中国低空急流( 实际上是西 南低层大风现象) 研究中的遗留问题，本文将用1 9 9 8 年1 月至2 0 0 2 年1 2 月为 期五年，每日二次的中国8 9 个探空站的观测资料进行分析研究，以期获得一些 新的认识。 1 2 研究资料和方法 本研究为国家重大基础研究发展规划项目“中国暴雨试验研究” ( g 1 9 9 8 0 4 6 9 0 7 0 2 0 1 ) 资助项目，资料来源于北京气象中心下发的原始探空报 资料，客观分析采用最优插值方法，用g r a d s 软件完成绘图。共对8 9 个探空站 1 9 9 8 年1 月一2 0 0 2 年1 2 月为期5 年，每日2 次( o o z 和1 2 z ) 的报文资料进 行了分析处理。其中1 9 9 8 年，1 9 9 9 年为汛期多雨年份。考虑到青藏高原地形 高度已超过3 0 0 0 米以上，高于东亚沿海低空急流高度，所以本文把主要研究区 域定在1 0 旷1 3 0 。e ，2 0 。5 0 0 n 。 借鉴wdb o n n e t 研究北美大气西南低层大风和西南风低空急流气候特征 的做法，我们首先从5 年、8 9 个探空站中选取西南低层大风现象的历史记录并 建立数据库，再根据具有和不具有低层独立大风核的风速垂直切变结构形式， 将此数据库加以区分，分别建立起具有独立大风核结构的西南低层大风现象数 据库和不具有独立大风核的西南低层大风现象数据库。基于上述三个数据库中 的大风均为西南大风，为行文方便，后文中一律省去“西南”二字，分别称为 低层大风、低空急流( 指有核低层大风) 和无核低层大风数据库。因此，三种 大风现象的关系是： 低层大风总次数= 低空急流总次数+ 无核低层大风总次数 1 3 西南低层大风的定义和统计标准 根据不同的研究需要，我们先介绍几个有关西南低层大风的统计量并确定 其相应的统计标准。 z l _ 1 、某站、某时刻某等压面层上的低层西南大风 为统计低层西南大风在不同标准等压面层上的出现次数，我们定义当某站 某时刻满足： ( 1 ) v 7 1 2 m s ，且1 8 0 。d 7 。 1 2 m s ，且1 8 0 。， d 8 ， 2 6 5 。，则认为该站该时刻8 5 0 h p a 层出现 低层大风； ( 3 ) v 9 1 2 m s ，且1 8 0 0 d 9 。 2 6 5 。，则认为该站该时刻9 2 5 h p a 层出现 低层大风： 其中，v 7 、v 8 、v 9 分别为某站7 0 0 h p a 、8 5 0 h p a 、9 2 5 h p a 层上的风速，d 7 、 d 8 、d 9 分别为相应三层的风向。 2 、某站某时刻的西南低层大风 为统计低层西南大风在不同时刻的出现次数，我们定义当某站某时刻满足 下列条件之一时，则认为该站该时刻出现了西南低层大风： ( 1 ) v 9 1 2 m s ，且1 8 0 0 山。 1 2 r n s ，且1 8 0 0 d s ， v 8 v 7 v 5 ，且v 9 1 2 m s ，1 8 0 。 v 5 ，且v g = v 8 1 2 m s ，d 9 、d s 均在1 8 0 。 一2 6 5 。时，则认为 低空急流核也在9 2 5 h p a 层上； ( 3 ) v 9 = v s v t v s ，且v g = v s ： 1 2 m s ，只有1 8 0 0 d g 2 6 5 。时，则认为低 空急流核在8 5 0 h p a 层上； ( 4 ) v o v 7 v 5 ，且v s 1 2 m s ，1 8 0 。d 8 2 6 5 。时，则认为低空急流 核在8 5 0 h p a 层上； ( 5 ) v 9 v 5 ，且v s = v 7 1 2 m s ，d 8 、d 7 均在1 8 0 0 2 6 5 。时，也认为 低空急流核在8 5 0 h p a 层上； ( 6 ) v 9 v 5 ，且v $ = v 7 1 2 m s ，只有1 8 0 。d 7 2 6 5 。时，则认为低 空急流核在7 0 0 h p a 层上： ( 7 ) v 9 一1 2 m s ，1 8 0 。d 7 2 6 5 。时，则认为低空急流 核在7 0 0 h p a 层上； ( 8 ) v 9 v 8 v 5 ，且v 9 1 2 m s ，1 8 0 。c 1 9 一 2 6 5 。，v 7 1 2 m s ，1 8 0 。d 7 、2 6 5 。时，则认为9 2 5 h p a 和7 0 0 h p a 层上同时出现低空急流核，这种情况下低层 大气存在两个低空急流系统，即平常所说的低层双急流系统，9 2 5 h p a 层距地高 度不高，基本上在边界层顶部，在有的文献中把这种急流称为边界层急流【3 6 1 。 上述表达式中，v 7 、v 8 、v 9 、d 7 、d 8 、d 9 的含义同上。8 种情况中，前两 种定义下的急流核均出现在9 2 5 h p a 层，( 3 ) ( 5 ) 种情况下定义的急流核在 8 5 0 h p a 层，( 6 ) ( 7 ) 种情况下定义的急流核在7 0 0 h p a 层，第( 8 ) 种情况认 为9 2 5 h p a 和7 0 0 h p a 均出现低空急流核。事实上( 2 ) 、( 3 ) 、( 5 ) 、( 6 ) 、( 8 ) 五 种情况出现不多，其中( 3 ) 、( 6 ) 、( 8 ) 三种现象出现更少。 上述8 种情况对应的大气低层的风速垂直廓线示意图如图1 1 所示。 2 、某站某时刻出现低空急流的定义标准 为以测站为单位统计低空急流在不同时刻出现的次数，我们定义某站某时 刻出现低空急流的标准为：在9 2 5 h p a 、8 5 0 h p a 、7 0 0 h p a 三个标准等压面上只要 出现了低空急流现象，就认为该站出现了低空急流，实际情况是： ( 1 ) 或者9 2 5 h p a 出现了低空急流核； ( 2 ) 或者8 5 0 h p a 出现了低空急流核； ( 3 ) 或者7 0 0 h p a 出现了低空急流核； ( 4 ) 或者9 2 5 h p a 与7 0 0 h p a 同时出现了低空急流核。 3 、某站低空急流日的定义标准 在一天两次的测风记录中，某站只要有一个时次出现低空急流，则就认为 该站出现了一个低空急流日，两时次均出现低空急流的，也只记一个低空急流 日。 1 5 无核西南低层大风的定义和统计标准 1 、将满足低层大风定义，但不满足低空急流定义的三层等压面上风速 1 2 m s ，1 8 矿风向。 2 6 5 。的风的现象，定义为该站该层上出现一次西南无核低 层大风现象。该定义用于统计无核低层大风在不同标准等压面层的出现次数。 2 、当某站某时刻符合低层大风的标准，但不满足低空急流的标准时，则该 站该时刻存在无核低层大风现象。该定义用于统计无核低层大风出现次数。 3 、在一天两次探空记录中，某站只要有一次出现无核低层大风现象，该站 该天就记为无核低层大风日。 第二节中国低层西南大风活动情况的统计分析 2 1 中国低层西南大风日数的地理分布特征 图2 1 是1 9 9 8 2 0 0 2 年中国低层西南大风日数的地理分布。从图中可以看到， 在地理分布上，中国低层西南大风有两个大值区( 高发区) ，一个位于东北，主 要在东北平原中部，呈东北西南走向；另一个在华南，主要位于贵州、湖 南和广西北部，呈东西走向，伸向江西和闽、浙西部。长江以北至华北地区是 低层西南大风的低发区，特别是黄河流域中上游地区发生次数最少，河套以西 年均出现低层西南大风的日数不足1 0 天( 见图2 1 ) 。 在东北和华南两个高发区中，华南地区出现低层西南大风的日数最多，其 高值中心在2 6 0 n ，1 0 t e 附近，即在贵阳一芷江桂林附近。该地区年均出现 1 4 0 次以上，其中以贵阳站为最多，年均出现1 7 3 次。东北地区出现次数较华 南略少，其高值中心在4 3 。n ，1 2 5 。e 附近，即在吉林省长春市附近，其中以长 春站为最多，年均出现低层西南大风的目数在1 4 0 次以上。 2 2 中国低层西南大风次数的早、晚分布特征 图2 2 是中国低层西南大风次数的早、晚分布( 0 0 z 和1 2 z ，下同) 。图2 3 是在早、晚两个时次按不同层次的分布。由图2 2 可见，低层西南大风次数的 早、晚分布形式是类同的，与图2 1 所示的低层西南大风日数分布也类同，反 映出东北、华南两个低层西南大风区在早、晚两个时刻都是稳定存在的。从图 2 - 3 中可见，华南和东北两个低层西南大风的高发区在9 2 5 h p a 、8 5 0 h p a 和7 0 0 h p a 三层上都有所反映。但华南的低层西南大风主要出现在7 0 0 h p a 和8 2 5 h p a 上， 9 2 5 h p a 层上出现次数很少，在早晨，9 2 5 h p a 层上的出现次数是8 5 0 h p a 层上的 1 ，3 ，是7 0 0 h p a 层上的1 5 左右；傍晚9 2 5 h p a 层上的西南大风次数是8 5 0 h p a 层 上的】4 ，是7 0 0 h p a 层上的1 1 2 。而东北地区的低层西南大风在9 2 5 h p a 、8 5 0 h p a 和7 0 0 h p a 三层上出现的次数相当。说明同为低层西南大风区，它们发生的天气 背景条件可能是有差异的，特别是天气背景系统的垂直结构可能是有明显区别 的。其中多数华南低层西南大风出现时，可能高层的气压梯度较大，越往高层 一0 一 南北间气压系统对比越明显，即高低压系统间气压差异越大，也说明大多数华 南低层的西南大风可能是高空西南风急流向大气中、低层延伸的产物。而东北 低层西南大风出现时，9 2 5 h p a 、8 5 0 h p a 和7 0 0 h p a 层上大风所在处的气压梯度可 能是相当的，很少出现华南那样的情况。 图2 3 低层西南大风在不同高度层的分布图( 1 9 9 8 - 2 0 0 2 年) a ：9 2 5 h p a o o z ，b ：8 5 0 h p a o o z ，c ：7 0 0 h p a o o z d l 9 2 5 h p a l 2 z ，e ：8 5 0 h p a l 2 z ，f 7 0 0 h p a l 2 z 2 3 中国低层西南大风的月际变化特征 图2 4 是东北、华南两地低层西南大风在早、晚两个时刻出现次数的月际 变化情况，从中可见，两地低层西南大风均有显著的月际变化，但两地的变化 方式存在较大差异。首先，在东北地区，一年中存在两个高发期，分别出现在 3 6 月和1 0 1 1 月，即该地的春、秋两季，后文将指出，这两个高发期是由这两 个季节内，当地西南风低空急流比较活跃，出现次数较多而造成的。其次，东 北地区一年四季出现低层西南大风的次数相对来说是均匀的，即使出现次数较 少的2 月、8 月和9 月，每年也要出现1 0 次左右，相当于最多月份的5 0 左右 ( 见图2 4 a ) 。 图2 4 东北、华南两地低层西南大风次数的月际变化( 1 9 9 8 2 0 0 2 年累计) a ：东北地区，b ：华南地区 ( 实线表示o o z ，虚线表示1 2 z ) 华南地区的低层西南大风出现最多的季节在冬天，最少的季节在盛夏，月 际变化表现为由盛夏至冬天的急剧增多和由冬天至盛夏的振荡式减少，其中6 、 7 月的相对高值期与当地该季节低空急流的高发期有关。另外，华南地区低层 西南大风频数最多的月份与最少的月份差异非常大，由图2 4 b 可见，1 月份月 均出现2 8 天，几乎天天都有低层西南大风，月均次数最少的9 月只有2 次，几 乎很少有低层西南大风，两者相差1 4 倍左右，这与东北地区很不一样。 2 4 冬、夏两半年华南低层西南大风的分布特征 由于华南和东北两地的低层西南大风的季节变化差异较大，为进一步讨论 它们在不同的自然季节里的活动情况，在随后的两小段内，我们按冬、夏两半 年的两个时段，继续讨论华南和东北两大风区的分布状况。 图2 5 是冬、夏两半年中国低层西南大风的早、晚分布。图中可见冬半年 和夏半年，华南低层西南大风高发区的特点均存在，但冬半年华南低层西南大 风出现次数明显多于夏半年，说明华南地区的西南大风多数出现于冬半年经常 发生的某种天气背景条件下，其中冬半年傍晚比夏半年傍晚多出1 3 倍，分别 为3 8 0 次和1 6 0 次( 见图2 5 b 、d ) ，冬半年早晨也比夏半年早晨多出1 ，2 左右， 分别为3 3 0 次和2 1 0 次( 见图2 5 a 、c ) 。华南地区冬夏半年低层西南大风次数 的早晚差异也不同，在冬半年是傍晚出现次数多于早晨，分别为3 8 0 次和3 3 0 次( 见图2 5 c 、d ) ，而夏半年刚相反，是早晨多( 2 1 0 次) 、傍晚少( 1 6 0 次) ， 说明冬半年与夏半年华南低层西南大风有不同的日变化形式。从西南大风高发 中心位置看，冬半年偏西，早、晚时刻高发中心都在1 0 6 5 。1 0 9 5 。e ( 见图2 5 c 、 d ) ，而夏半年则较偏东。夏半年早、晚中心位置还有东西方向的差异，分别在 1 1 l o e 附近和1 1 4 0 e 附近，相差3 个经度( 见图2 5 a 、b ) 。由此可见，冬夏两半 年华南低层西南大风的大尺度背景场可能也有一定的差异。 图2 5 冬、夏半年低层西南大风次数分布圈( 1 9 9 8 - 2 0 0 2 年) a ：夏半年( 4 9 月) 0 0 7 , ，bz 夏半年( 4 - 9 月) 1 2 z c ：冬半年( 1 0 - 3 月) 0 0 z ，d ：冬半年( 1 0 3 月) 1 2 z 2 5 冬、夏两半年东北低层西南大风的分布特征 由图2 5 可见，冬、夏两半年东北地区为低层西南大风多发区的特征也都 明显存在，但与华南地区相比，东北低层西南大风区的冬、夏两半年变化和冬、 夏两半年内早、晚的变化均很小，不如华南地区明显，仅是在多发区的中心位 置变化方面冬半年比夏半年略偏南，由夏半年出现在东北平原中心处变为冬半 年出现在中朝边界中国一侧的位置( 见图2 5 ) ，南移约一纬距左右。因此，东 北低层西南大风区是一个常年相对稳定的大风区，冬、夏两半年无多大差异， 早晨和傍晚总的形式也无多大差异，9 2 5 h p a 层、8 5 0 h p a 层、7 0 0 h p a 层三个不同 距地高度之间的分布形式也无多大差异。 2 6 华南、东北两大风区低屡西南大风次数的垂直分布特征 图2 6 是冬、夏两半年低层西南大风在不同标准等压面层上的早、晚分布 ( o o z ，1 2 z ) ，该图可用以反映低层西南大风在垂直方向不同层次上的分布特征。 由图可见，不论冬、夏半年的早晨和傍晚，华南低层西南大风次数都是随高度 的升高而增加的( 图2 6 ) ，总以7 0 0 h p a 层上次数最多，特别是在冬半年这种特 点最明显，冬半年华南9 2 5 h p a 层上几乎已不出现低层西南大风现象，可以推测， 冬半年的多数低层西南大风现象是高空急流向低层延伸的结果，而延伸的最低 高度是8 5 0 h p a ( 见图2 6 9 i ) 。而东北地区的低层西南大风，无论在在冬、夏半 年的早晨和傍晚，大风次数随高度的升高是减少的，总以9 2 5 h p a 层上的次数最 多，在冬、夏两半年东北地区低层西南大风在不同层次高度上的频数中心位置 是有差别的，夏半年9 2 5 h p a 、8 5 0 h p a 和7 0 0 h p a 的频数高值中心均在东北平原 中部，而冬半年8 5 0 h p a 和7 0 0 h p a 的高频中心则比9 2 5 h p a 偏东偏南( 见图2 6g - i ， j 1 ) 。东北地区无论冬夏低层西南大风在不同高度层上的日变化均不显著，而华 南地区夏半年的日变化是非常清楚的，表现为夏季同一等压面层上早晨出现次 数多，傍晚出现次数少。 图2 6 低层西南大风次数在不同标准等压面层上的分布( 1 9 9 8 - 2 0 0 2 年) a - c 夏半年o o z 9 2 5 h p a 、8 5 0 h p a 、7 0 0 h p a 大风次数分布t d - f 夏半年1 2 2 9 2 5 h p a 、8 5 0h p a 、7 0 0 h p a 大风次数分布， g - i 冬半年0 0 2 9 2 5 h p a 、8 5 0h p a 、7 0 0h p a 大风次数分布， j - i 冬半年1 2 2 9 2 5 h p a 、8 5 0h p a 、7 0 0h p a 大风次数分布 2 7 中国低层西南大风现象的两种风速垂直结构形式 图2 7 选自东北和华南两地区1 9 9 8 年出现的四个低层西南大风现象个例。 四个例子分别表示了东北、华南两地出现的两类低层西南大风现象的风速垂直 分布结构形式。 在东北地区1 9 9 8 年1 2 月6 日的个例中，7 0 0 h p a 以下出现了风速1 2 m s 的低层西南大风现象，但是该个例中，低层大风区上方直至3 0 0 h p a 高度，风速 随高度一直是增大的，高空系统中心在2 5 0 h p a 附近，低层的大风现象实际上是 2 5 0 h p a 附近的高空急流向大气低层延伸的结果。因此，从系统结构上分析，低 层的大风现象是高空急流的一部分，该低层大风现象不是一个核心结构在低层 的独立的低空急流系统( 见图2 7 a ) 。 1 2 - - 图2 7 c 是华南地区1 9 9 8 年1 月1 2 日的例子，在7 0 0 h p a 和8 5 0 h p a 层上均 出现了1 2 r i g s 以上的西南大风，但是该例的情况与图2 7 a 中的一样，低层西南 大风在7 0 0 h p a 以下没有形成独立的核心结构，它也是核心在1 5 0 h p a 附近的高 空急流向大气低层延伸的结果，不是在低层具有独立核心结构的低空急流系统 ( 见图2 7 c ) 。 图2 7 b 和图2 7 d 分别是1 9 9 8 年4 月2 1 日和1 9 9 8 年7 月2 2 日出现在东 北和华南的两例低层西南大风现象，与图2 7 a 和图2 7 c 两例不同，这是具有 另一类风速垂直结构的例子。在这两个例子中，7 0 0 h p a 以下不但出现了风速 1 2 m s 的西南大风，而且它们在7 0 0 h p a 或以下层次还具有独立的大风核。图中 可见，在同一时刻的高空高纬度地区，还有一个更强大的高空急流中心；7 0 0 h p a 以下的大风区与高空急流系统是相对独立存在的，在低层大风核上方附近，风 速随高度是减小的。 我们分析了1 9 9 8 2 0 0 2 年共5 年时间里出现的所有低层西南大风现象过程 发现东北和华南的低层西南大风现象，其风速的垂直结构不外乎如此两种形式， 即本文所说的不具有独立核心结构的低层西南大风现象和具有独立核心结构的 低空急流现象。在出现低空急流现象时，高空急流核心一般都出现在低空急流 系统的高纬一侧，不在其正上方，气压场系统的斜压性比较强，因此低空急流 出现时天气现象也较复杂。 图2 7 东北、华南两地两类低层西南大风现象的风速垂直分布 a ：东北低层无核大风现象，1 9 9 8 年1 2 月6 日，0 0 z ，沿1 2 5 。e 剖面 b ：东北西南风低空急流现象，1 9 9 8 年4 月2 1 日，0 0 z ，沿1 2 5 e 剖面 c ：华南低层无核大风现象，1 9 9 8 年1 月1 2 日，o o z ，沿1 1 0 0 e 剖面- d ：华南西南风低空急流现蓉，1 9 9 8 年7 月2 2 日，0 0 2 ；，沿1 1 0 0 b 音幅日 2 8 小结 ( 1 ) 中国低层西南大风有两个多发区，一个位于华南，年均出现1 4 0 次左 右，另一个位于东北，年均出现1 1 0 次左右。黄河流域出现此类天气现象的次 数较少，绝大部分地区年均不足3 0 次。 ( 2 ) 华南地区的低层西南大风主要出现在7 0 0 h p a 层上，8 5 0 h p a 和9 2 5 h p a 层上依次减少；东北地区9 2 5 h p a 、8 5 0 h p a 和7 0 0 h p a 三层上发生次数相当。 ( 3 ) 中国低层西南大风出现次数有明显的月际变化。华南地区冬天多，1 月份月均达2 8 天，夏天少，9 月份月均只有2 天；9 月至次年1 月表现为急剧 增加，1 月至9 月表现为振荡式减少，其中6 月是也一个相对活跃期。而东北 地区在春、秋两季较多，活跃期在4 月和1 0 月前后，冬、夏两季较少，月际变 化呈双峰型，最多和最少的月际差异也较小。 ( 4 ) 冬、夏两半年的早、晚两个时刻，东北地区低层西南大风的频数差异 很小，季节差异和曰变化差异均不明显。但华南地区则不同，其一是冬半年多 于夏半年；其二是冬半年傍晚多于早晨，夏半年早晨多于傍晚，反映了华南低 层西南大风有较复杂的季节和早、晚变化特征。 ( 5 ) 中国低层的西南大风现象存在两种垂直结构特征：一种是具有独立的 低层大风核的低空急流现象，另一种是不具有低层大风核的普通低层西南大风 现象。事实上，第二种现象是中高层大风系统常常是中高层急流向低层延 伸的产物，是中高层急流系统的一部分。因此从风场三维结构的实际情况考虑 问题，第一种具有低层独立核心结构的低层大风现象才是低层大风系统也 就是科学意义上的低空急流现象；而第二种具有中高层的独立核心结构的低层 大风现象应属中高层大风系统即使它的大风区延伸到了7 0 0 h p a 或以下，那 也是中高层大风系统( 如中高层急流) 的一部分。 因此，把具有和不具有独立的低层大风核结构的低层大风现象混合在一起， 不加以区分地进行研究，必然是有局限性的。为此，后文将针对这种不合理性 加以区别讨论。事实证明，分别讨论后，两类性质的低层西南大风现象的气候 规律就清楚多了。 第三节中国西南风低空急流活动的气候分析 按照第一节中有关低层西南大风的定义标准和有关西南风低空急流的定义 标准可知，西南风低空急流是低层西南大风中的一个部分，它是具有独立核- t l , 结构的低层西南大风现象，另一部分是不具有独立核心的低层西南大风现象。 根据第一节中的定义标准还可以设想，西南风低空急流生存的气压场形势，特 别是垂直方向的气压场分布方式。应是与无核的低层西南大风有差异的，将其 与无核的低层谣南大风现象加以区分研究，可以准确把握两类不同形式的低层 西南大风现象的气候分布规律和生存环境，甚至还可以分别讨论它们对相关天 气现象的联系，因此是很有必要的。 3 1 中国西南风低空急流的地理分布特征 表1 东北和华南两个低层西南大风中心区有核和无核大风日的统计( 1 9 9 8 - - 2 0 0 2 年) 东北中心区( 长春站)华南中心区( 怀化站) 总日数o o z 出现日数1 2 z 出现日数总日数z 出现日数1 2 z 出现日数 低层西南大风 7 0 04 7 94 7 57 2 95 5 24 8 8 低层西南风急流5 6 l3 6 73 6 83 1 82 5 01 4 9 无核西南大风 1 3 91 1 21 0 74 1 13 0 23 3 9 图3 1 是1 9 9 8 2 0 0 2 年中国西南风低空急流臼数的地理分布，从该图中可以 发现，中国西南风低空急流的地理分布是与低层西南大风日数( 图2 1 ) 类同的。 图中在我国东北和华南地区也存在着两个低空急流的多发区，东北地区每年出 现1 1 0 次左右，华南地区为6 0 次左右，东北地区的低空急流每年比华南地区多 8 3 。多发区的中心位置与两地低层西南大风日数大值中心的位置是相同的， 同样，黄河流域特别是黄河中上游地区低空急流很少( 见图2 1 ) 。表1 是这两 个中心区具有代表性测站的低层西南大风、有核的西南风低空急流和无核的低 层西南大风出现情况按日、按早晨和傍晚的分类统计。表中可见，东北西南大 风中主要是有核的低空急流现象。按日统计，东北的低空急流占该地低层大风 现象的8 0 ，少部分约占2 0 的是无核的大风现象；而在华南地区，低空急流 只占该地低层西南大风中的4 3 6 ，约占5 6 4 的低层西南大风是无核的。 3 2 中国西南风低空急流的早、晚分布特征 图3 2 是东贬西南风低空急流早、晚出现次数的分布情况。由图3 2 可见， 低空急流早、晚出现次数的总体分布形式是相同的，早晨的低空急流多发区， 也是其傍晚的高频区，说明早、晚时刻东北和华南的低空急流出现的地区很集 中、较固定的。从图3 2 中的早、晚变化来看，东北低空急流中心区早展出现 的次数少，傍晚出现的次数多，而华南地区正相反，早晨出现的次数多，傍晚 出现的次数少。因此两地低空急流的日变化规律是相反的( 见图3 2 ) 。 3 3 东北和华南低空急流核的等压面层分布 图3 3 是早、晚两个时次西南风低空急流核在不同高度上的出现情况。图 中可见，在东北地区低空急流核所在高度很低，出现最多的层次是9 2 5 h p a ， 9 2 5 h p a 的大值区在东北平原上；出现次数居第二位的层次是8 5 0 h p a ，该层上的 大值中心区位置较偏东，在中朝边境附近；东北地区7 0 0 h p a 层上很少出现具有 独立核心结构的西南风低空急流现象。这种低空急流出现层次较低的状况在东 北地区不分早晨和傍晚都一样。 华南地区的情况与东北地区很不一样。首先是急流核主要出现在7 0 0 h p a 和 8 5 0 h p a 上，距地表较近的9 2 5 h p a 很少出现；其次是早展出现最多的是8 5 0 h p a ， 7 0 0 h p a 次之，而在傍晚出现最多的是7 0 0 h p a ，8 5 0 h p a 是出现次数居第二位的； 第三个特点是早晨7 0 0 h p a 和8 5 0 h p a 出现的总次数远大于傍晚出现在这两层上 的总次数，说明华南西南风低空急流出现频数和高度具有显著的日变化现象。 关于华南低空急流的曰变化现象，后文将继续予以讨论。 图3 3 低空急流核次数在不同高度层的分布图( 1 9 9 8 2 0 0 2 年) 8 ：9 2 5 h p a o o z b ：8 5 0 h p a 0 0 z c ：7 0 0 h p a o o z d ：9 2 5 h p a l 2 z e ；8 5 0 h p a l 2 z ， 7 0 0 h p a l 2 z 3 4 冬、夏两半年华南地区西南风低空急流分布特征的差异 图3 4 是冬、夏两半年中国西南风低空急流在早晚两个时刻出现次数的分 布情况。图3 5 是中国西南风低空急流在冬、夏两个半年的早晚两个时刻在不 同等压面层上出现次数的分布情况。由图3 4 可见，无论是冬半年还是夏半年， 我国东北和华南地区均是西南风低空急流的高发区的事实，仍是清楚可见的。 图3 4 夏半年( 4 - 9 月) 、冬半年( i o - 3 月) 低空急流次数分布图( 1 9 9 8 - 2 0 0 2 年) a ：夏半年( 4 - 9 月) o o z b ；夏半年( 4 - 9 月) 1 2 z c ：冬半年( 1 0 - 3 月) o o z ，d ：冬半年( 1 0 3 月) 1 2 z 但是图3 4 也说明了华南地区的西南风低空急流在冬、夏两个半年的表现 状况是有很大差异的。这种差异首先在冬、夏两个半年的发生频数方面，对于 同样是早晨或同样是傍晚的情况，夏半年的频数要比冬半年多出一倍左右，也 就是说华南地区约2 3 的西南风低空急流是出现在夏半年的。其次表现在冬夏 两半年高值中心所在的位置差异方面。对于同样是早晨或同样是傍晚的时刻， 夏半年的中心位置比冬半年偏东偏南，其中对于早晨时刻，夏半年中心位置比 冬半年偏东约3 个经度，偏南约1 个纬度：对于傍晚时刻，夏半年中心位置比 冬半年偏东约7 个经度，偏南约2 个纬度。第三表现在早晚两个时刻频数的变 化方面，相对于同样为冬半年或同样为夏半年的情况，冬半年华南低空急流早 晚出现的频数变化不大，基本上是一样的，但夏半年早晚频数变化就很显著， 早晨发生率高于傍晚。第四方面表现在早晚两时刻高值中心的位置变化方面， 冬半年华南低空急流的高值中心位置在早晚两时刻是基本相同的，而夏半年早 晚中心位置变化明显，早晨偏西，在1 1 1 电附近，傍晚偏东，在i 1 4 0 e 附近，早 晚相差约3 个经度。 图3 , 5 夏半年( 4 9 月) 、冬半年( 1 0 - 3 月) 低空急流在不同高度层的分布图( 1 9 9 8 - 2 0 0 2 年) a - c ：夏半年o o z9 2 5 h p a 、8 5 0 h p a 、7 0 0 h p a ，d f 冬半年o o z9 2 5 h p a 、8 5 0 h p a 、7 0 0 h p a g - i ：夏半年1 2 z9 2 5 h p a 、8 5 0 h p a 、7 0