2011年桂西长时间低温天气成因分析(卢小丹).doc

（注：本文仅用于交流会上交流，请不要发表于增刊上）2011年桂西长时间低温天气成因分析卢小丹 作者简介：卢小丹（1984.1-），女，广西南宁人，大学本科，理学学士，南京信息工程大学2010级研修班学生，工程师，主要从事天气预报服务工作。1，2 刘国忠2 戴雨菡2（1. 南京信息工程大学，江苏 南京 210044；2.广西百色市气象局，广西 百色 533000.）摘 要 利用实况观测资料和NCEP/NCAR再分析资料，通过统计学和天气诊断分析的方法，对桂西2011年1月持续的低温天气进行分析，结果表明：极涡呈偶极型且位于亚洲北部的中心偏东、偏南是此次低温天气维持的环流背景特点；华南沿海的静止锋维持但坡度较大，不利于形成明显的逆温条件，是桂西主要出现阴雨天气而不出现冻雨的主要原因，海拔较高的北部山区局部出现的冻雨天气是由于特殊地形下的逆温层结造成的，维持时间较短；阻塞形势的建立和维持是低温天气维持的主要原因，阻高崩溃、横槽转竖的过程使桂西气温更明显下降；南支槽的两次东移使桂西产生较明显降水，对降温有明显影响。关键词：长时间低温；极涡；阻塞形势；静止锋引言 2011年1月至2月初，桂西经历了一次长时间的低温天气过程，期间伴有冰冻、冻雨等灾害性天气出现。长时间低温天气给桂西农业生产、交通运输、人民生活等造成了严重影响，特别是桂西北部，由于海拔较高及地形等原因，受灾尤为严重，且在10-12日、18-21日出现了降雪、冻雨等灾害性天气。研究表明【1-3】，大范围的持续天气气候异常普遍同大气环流的时间异常有密切关系，而李崇银等【4】对2008年南方雨雪冰冻异常天气的分析也表明，大气环流的组合型异常是造成此类灾害性异常天气气候的直接原因。高安宁【5】等对2008年华南西部低温冷害分析指出，在北半球中高纬双阻形势稳定的大尺度环流背景下，广西出现长时间低温阴雨天气与华南静止锋、低层水汽含量充沛等有关，而大范围冻雨的形成与深厚的逆温层结有密切关系。目前在持续的低温雨雪冰冻天气的研究上成果颇多，但对长时间持续低温阴雨天气的预报仍然存在一定的困难，本文对桂西此次长时间低温天气过程的大气环流特点及其成因进行了进一步分析，并试图总结归纳出此类天气过程的一些预报着眼点。 1 资料和方法使用的资料主要包括：（1）2011年1-2月地面、高空实况观测资料，桂西12个站气温资料；（2）2011年1-2月NCEP/NCAR 全球11每日4次的再分析资料；（3）2011年1-2月NCEP/NCAR 全球2.52.5日平均再分析资料；（4）1971-2000年1-2月NCEP/NCAR 全球2.52.5再分析日长期平均资料。利用一般统计学方法对实况资料进行统计分析，得出低温天气过程特点；利用天气学诊断分析的方法对NCEP/NCAR日平均再分析资料与近30年同期气候平均做对比分析，得出此次过程的环流异常特征，并利用NCEP/NCAR每日4次的再分析资料对此次低温天气过程进行进一步成因分析，得出此类天气过程的一些预报着眼点。2 低温天气过程特点分析1月3日至2月1日，受冷空气活动频繁影响，桂西经历了一场持续30天日平均气温低于12的低温天气过程，此次过程具有如下特点：（1）气温异常偏低（图1a）。1月3日至2月1日，桂西各站平均气温2.49.0，与历年同期相比偏低4.05.3；平均气温6.9，比常年同期偏低4.6，偏低程度仅次于2008年1-2月低温雨雪冰冻过程。(a) (b)图1 2011年1月3日-2月1日桂西各站平均气温与历年同期平均气温对比图(a)和2011年1月1日-2月4日各代表站日平均气温变化图(b)（2）低温持续时间长。根据气候异同特征，可以把桂西分成北部山区、南部山区、右江河谷及高寒山区四个区域，百色站可代表右江河谷，隆林站可代表北部山区，靖西站可代表南部山区，乐业站可代表高寒山区，如（图1b）所示，2011年1月3日-2月1日，桂西各站连续30天日平均气温低于12，其中山区日平均气温低于10，且北部山区低于南部山区，而高寒山区日平均气温均低于5。（3）北部受影响较重。此次低温天气过程给桂西的农业生产、交通运输、人民生活等造成了不利影响，特别是对桂西北部的影响较为严重。1月10-12日、18-21日，桂西北部出现了降雪、冰冻、冻雨等灾害。唐熠【6】等对广西冻雨天气分布特征进行分析发现，桂西北部尤其乐业一带比较容易出现冻雨天气，上述两次出现冻雨天气的过程落区与此吻合。 3 成因分析3.1 环流背景分析2011年1月1日-31日的500hPa平均环流（图2a）显示，极涡呈偶极型，分裂成两个中心，一个位于极区至加拿大，一个位于亚洲北部（鄂霍次克海附近），且亚洲北部的极涡中心位置较偏东且偏南，位于50N附近，乌拉尔山以东地区存在一个平均的高压脊，从鄂霍次克海一带的低值区向贝加尔湖以西延伸出一个近于东西向的横槽。由500hPa平均高度距平场（图2b）上可看出，鄂霍次克海一带的位势高度较多年平均偏低8gpdm左右，贝加尔湖以西至巴尔喀什湖之间也存在一个6gpdm的负距平中心，乌拉尔山以东则存在一个达16gpdm的正距平中心，这表明乌拉尔山以东存在一个稳定且偏强的阻塞高压。由于这两个强盛的系统造成了地面强大的蒙古冷高压的存在，中心值在1050hPa以上（图略）。研究表明【7】，稳定的极涡偶极型形势，在亚洲北部维持一个稳定的大低压，为冷空气活动提供了冷源，使中纬度地区高空维持一支较强而平直的锋区，不利于北方冷空气向南爆发，但是有利于北方冷空气从低层向南扩散，且维持较长时间。而阻塞形式建立后，阻高的每一次崩溃-重建过程是一次强冷空气向南影响的过程。 (a) (b)图2 2011年1月1日至31日500hPa平均高度场(a)和距平场(b) (单位：gpdm)3.2 阻塞形势分析分析图2得知，1月1日-31日期间乌拉尔山以东地区存在一个异常稳定强盛的阻塞高压，选取7090E区域的平均500hPa位势高度随时间变化(图3a)来分析阻高的强度变化。分析发现，该区域同期多年平均（实线）气流较为平直，偶有小波动，544gpdm线位于50N附近，而2011年1月1日31日该区域平均位势高度（阴影）则出现了明显异常。1-9日、13-21日及26-28日，544gpdm线都处于55N以北的地区，其中56日，552gpdm线甚至北推至62N附近，高度的增加表明阻高的建立加强，而1012日、2225日及29日后，544gpdm线南落到50N附近或其以南，高度急剧减小是阻高崩溃的表现，是一次强冷空气向南爆发的过程。29日后，乌拉尔山以东的阻高崩溃，阻塞形势被破坏，此后亚洲中高纬的环流形势出现明显调整。与阻塞高压对应的，在贝加尔湖附近存在东西向横槽，选取90100范围的平均纬向风u纬度时间演变（图3b）来分析横槽的变化，负值表示东风，正值表示西风，北面负值中心与南面正值中心之间的零线可表示横槽的位置。分析发现，18日，45N附近有北负南正中心的形势存在，而9日后这种形势消失，表示横槽转竖，这与阻高的第一次崩溃-重建过程发生的时间相对应；15日后，这种形势再次发展，并在2126日再次发生一次横槽转竖-重新形成过程，30日后这种形势趋于减弱消失。阻塞形势形成后稳定维持时，从横槽中分裂低槽东移，引导冷空气南下，地面蒙古冷高压强大有利于引导冷空气不断补充南下影响南方地区，使桂西低温天气维持。而阻高的崩溃、横槽转竖的过程，引导强冷空气大举向南爆发，这与桂西1月3日后的3次幅度较大的降温有直接的联系，分别在10-11日、18-20日及31日。31日后，由于阻塞形势遭到破坏，中高纬度环流逐渐调整，桂西低温天气也趋于结束。 (a) (b)图3 2011年1月1日-31日7090E范围平均500hPa位势高度(阴影)和同期多年平均位势高度(实线)纬度时间演变(a)(单位：gpdm)、90100范围平均纬向风u纬度时间演变(b)(单位：m/s)3.3 锋区特征及其影响分析对逐日地面形势进行分析（图略），发现1月地面静止锋在华南南部至沿海一带维持，因此，在此用T18N-T28N的南北温差来表示锋区的强度。由105E115E平均锋区强度T18N-T28N（图4a）可以看出，1月初750hPa以下锋区加强，3日锋区最强，南北10个纬度的温差达到22，这也意味着有强冷空气影响华南地区，桂西出现了第一次明显的降温天气；之后中高纬阻塞形势的建立，有源源不断的冷空气南下影响华南地区，锋区维持，使得3日后桂西的低温天气一直维持。图上几个锋区强度中心也对应了桂西几次幅度明显的降温过程，分别是1月1-4日、6-8日、9-12日及17-21日，21日后锋区趋于减弱，2月1日后锋区强度明显减弱，这也预示着低温天气趋于结束。 (a) (b)图4 2011年1月1日2月2日105E115E平均的锋区强度（T18N-T28N）高度时间演变（a）（单位：）、2011年1月1-4日、9-12日、17-21日平均se（实线，单位：K）、温度（虚线，单位：）沿106E高度-纬度剖面（b）分别对1月1-4日、9-12日及17-21日三次过程的平均se（图4b，实线）、温度（图4b，虚线）沿106E的高度-纬度剖面图发现，近地面锋区逐渐向南推进，第一次过程位于23N附件，而第2、3次过程南推到20附近。对2008年南方低温雨雪冰冻灾害的许多研究表明，锋面坡度小、明显的逆温条件是冻雨天气发生和维持的有利条件，而图4显示，此三次过程中，锋面坡度都较大，不利于形成明显的逆温条件，海拔较高的北部山区出现的冻雨天气是由于特殊地形下的逆温层结形成的，但维持天数不长。3.4 南支槽活动对低温天气的影响分析分析1月1日至31日500hPa沿25N经向风v的时间演变（图5），正值表示南风，负值表示北风，由于槽前一般是西南风，槽后西北风，因此当左侧是负值，右侧是正值时，正、负值之间的零线可表示南支槽的位置。由图上可以看出，1月6日南支槽建立，槽线位置在85E附近，广西（105112E）位于南支槽前偏南气流影响，6日后，南支槽有两次东移影响桂西的过程，分别在1011日、1820日。南支槽前西南气流有利于对桂西的水汽输送，槽东移时与北方冷空气南下共同作用下，桂西在这两次过程中产生了较明显的降水，而降水有利于降温，这与桂西11日、1820日两次降温有明显对应关系。 图5 2011年1月1日-31日500hPa沿25N经向风v时间演变(单位：m/s)3.5 湿度条件分析分析2011年1月1日-2月2日桂西区域内（104-104E，22-25N）平均相对湿度高度-时间演变图（图略）发现，1月1-21日，桂西上空900-700hPa间存在相对湿度在80%以上的湿层，且在10-12日、17-20日湿层厚度明显增大，11日大于80%的相对湿度达450hPa高度，而17-20日湿层也从近地面伸到600hPa左右。21日后，湿层厚度逐渐减小，29日后大于80%的相对湿度只存在于850-750hPa间。结合水汽通量散度的高度-时间演变（图略）来看，整个低温天气持续过程中，水汽的辐合条件较弱，只有在9-11日的650-500hPa、17-20日的950-800hPa间分别有-810-6 g.cm-2.hPa-1.s-1和-1010-6 g.cm-2.hPa-1.s-1的水汽辐合中心，这与两次产生较明显降水的过程时段相对应。在这样的条件下，湿层的稳定维持与低层不断的冷空气共同影响下，有利于桂西低温阴冷天气的维持。4 小结分析表明，此次桂西长时间低温天气的成因主要有以下几方面：（1）极涡呈偶极型是低温天气持续的有利环流背景，其位于亚洲北部的极涡中心位置较偏东且偏南，位于50N附近，且乌拉尔山以东存在一个稳定且偏强的阻塞高压，这表明，此次长时间低温天气的出现在大气环流上有明显的表现，也为此类天气的预报提供了可能性，可作为桂西长时间低温天气预报的指标之一。（2）华南沿海的静止锋维持但坡度较大，逆温条件不明显，并不利于冻雨天气的出现。在这样的条件下，桂西海拔较高的北部山区也有可能出现冻雨，但持续时间不长。（3）中高纬地区阻塞形势的建立和维持有利于冷空气的堆积，横槽中不断分裂东移的低槽引导冷空气南下，使桂西维持较低气温，而阻高崩溃、横槽转竖的过程，引导强冷空气大举向南爆发，可使桂西再次出现幅度明显的降温。（4）南支槽两次东移与北方南下的冷空气相互作用有利于桂西产生较明显降水，降水有利于降温；湿层的维持也是桂西低温阴冷天气维持的原因之一。参考文献：【1】 陶诗言，十年来我国对东亚寒潮的研究J，气象学报，1959,30:226-230.【2】 王遵娅，丁一汇，近53年中国寒潮的变化特征及其可能成因J，大气科学，2006,30（6）：1068-1076.【3】 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NCEP/NCAR reanalysis data, the long-lasting cold weather in January 2011 in West Guangxi was investigated by statistical and diagnostic analysis methods.The results showed that:Dipole polar vortex in the Northern Hemisphere was the most obvious feature；Steep slope of South China quasi-s