南四湖大風天氣的形勢特點及其預報

劉 威 王 瑜

摘要根據南四湖區大風天氣的形勢特點對其大風天氣進行劃分,并對可能出現湖區大風天氣的形勢作了初步分析和研究,以期為湖區大風天氣預報提供理論依據。

關鍵詞南四湖;大風天氣;形勢特點;預報

中圖分類號P425.4+7;P456文獻標識碼A文章編號 1007-5739(2009)22-0281-02

大風天氣對湖區生產影響較大,在某種程度上制約著湖區的漁業生產和養殖業的發展。因此,提高湖區的大風預報水平是湖區國民經濟發展的迫切需要。

1地理位置

南四湖系微山、昭陽、獨山、南陽等4個相連湖的總稱(由于微山湖面積比其他3個湖大,習慣上稱微山湖),位于山東省西南部,屬微山縣管轄。全湖面積1 266km2,是山東第一大湖,也是中國大型淡水湖泊之一。該湖屬淺水富營養型湖泊,自然資源豐富,盛產魚、蝦、葦、蓮等多種水生動植物,是山東省最重要的淡水魚業基地。沿湖工農業發達,工業以煤炭、電力為主;農業以種植小麥、玉米、水稻、大豆、棉花等糧油經濟作物為主,是魯西南的魚米之鄉。

2湖區基本情況

南四湖屬富營養湖類型,其富營養化主要是氮、磷、懸浮物和其他有機物大量入湖引發的,嚴重污染超標參數是溶解氧、化學耗氧量、生化需氧量、總氮和總磷;湖泊水深50cm處的多年平均水溫為16.4℃,7月平均水溫為28.9℃,1月平均水溫5.3℃;魚類基本屬于自然種群,而且大型優質魚類少,低齡的劣質魚類多,現存魚類有8目16科53屬78種,其中鯉科魚類48種,主要經濟魚類是鯽魚、黃顙魚、烏鱧,它們分別占漁獲總量的69.5%、12.2%和9.99%,魚齡結構以當年魚或低齡魚居多,魚類一般都是雜食性魚類。南四湖由南陽、昭陽、獨山和微山4個無明顯分界的湖泊串聯而成;東西寬5.0～22.8km,南北長122.6km,湖的中部最窄,稱為湖腰,1960年建2級壩樞紐,將南四湖一分為二,大堤全長131.5km,壩北為上級湖,壩南為下級湖,上級湖水面面積26 934km2,高程31.5m,容積8.55億m3,正常蓄水位34.5m,蓄水面積600km2,相應容積23.1億m3;下級湖水面積3 519 km2,高程29.50m,容積7.78億m3,正常蓄水位32.5m,蓄水面積585km2,設計洪水位36.0m,相應容積30.8億m3。

1949年以來,在黨和政府的領導下,對微山湖區進行大規模的治理建設,對該湖自然資源曾多次進行過單項短期調查,這些工作對改變湖區面貌,開發湖區經濟都起到了一定作用。但因從未進行過全面系統的綜合調查,自然資源本底不清,缺乏綜合治理開發規劃,自然資源優勢尚未得到充分發揮,湖泊生態系統發生了一些不利變化。1983年,山東省科委下達了“微山湖資源調查及合理開發利用研究”重點攻關課題,山東省水產局、濟寧市市科委組織有關單位的科技人員組成“微山湖資源調查協作小組”,對微山湖及濱湖區資源同步進行調查,包括水利、氣象、漁業、農業、林業、水體污染方面,歷時2年,取得了豐富、系統的科技資料。1985年,山東省科委邀請省內外35名專家、教授對微山湖綜合調查項目進行評審,會后,又多方面聽取了對我國淡水湖泊素有研究的專家、學者的意見,均認為,進行多學科、多部門、綜合性大規模的系統而全面的湖泊調查,在我國尚屬罕見,是領先的;調查的主導思想明確,調查方案比較嚴密,方法正確;細致地分析了大量調查資料,論據充分,結論可信;取得的成果不僅對開發治理微山湖具有重大意義,對國內其他同類湖泊的開發研究也具有重要的參考價值;提出的開發利用意見和發展計劃,符合中央體制改革精神和微山湖的實際,是可行的。1985年10月,中共山東省委、山東省人民政府在微山縣召開開發建設微山湖現場辦公會,制定具體的方針、政策,進一步促進該次成果的推廣應用。對微山湖全面系統的綜合調查結果內容豐富、資料齊全、綜合性強,比較全面地反映了微山湖的資源現狀,對資源及其利用情況進行了客觀評價,并在此基礎上提出了綜合開發利用的方針和途徑,是論述微山湖自然資源比較完整的歷史性科技資料,也是我國大型湖泊進行多學科綜合性調查研究的重要資料,對從事生產、教學、科研工作的領導干部和科技人員都有重要的參考價值,也能對開發建設微山湖及國內同類型湖泊發揮應有的作用。

3湖區大風分類

湖區大風其天氣形式表現多樣,歸納起來大致可分為5種:一是強冷鋒大風;二是強冷高壓影響前部的等壓線密集區的梯度風;三是沿海高壓壩及氣旋型大風;四是熱帶風暴及熱帶風暴倒槽伴隨的大風;五是強對流天氣造成的雷雨大風。5種大風天氣均不同程度地對魯南湖區生產造成相當大的危害,其中影響最大的有3種,分別為沿海高壓壩及氣旋型大風、強冷鋒大風、強對流天氣造成的雷雨大風。

4湖區大風天氣的預報指標及方法

4.1強冷鋒大風天氣

強冷鋒大風天氣一年四季均可發生,也是預報工作中經常預報的大風天氣。強冷鋒大風天氣在天氣形勢中主要可表現為3種基本形式:

4.1.1強冷空氣活動。伴隨地面有冷鋒快速南下,鋒區兩側或一側在上游地區已經出現大風天氣,冷鋒在南下移動過程中影響湖區,這種天氣往往冬、春、秋季較多,從天氣圖上可以很直觀地發現,這種天氣在數值預報產品資料的應用中,需注意預報場中冷鋒的移動路途及850hPa層中風的分布及等溫線的疏密度,如果在24h或36h的預報中發現850 hPa層風速大于12m/s,且華北有冷槽東移南下,其地面冷鋒將要影響湖區,這時即可直接預報大風天氣。

4.1.2高空橫槽型。這種天氣多出現在受東北低渦及華北低渦后部影響時,在低槽后部的西到西北氣流中有一橫槽形成,或有一片變高超過4hPa的區域南下,地面圖上有鋒區形成或已有二型冷鋒南下,即可預報大風天氣。

4.1.3高空小槽型。高空有一短波小槽在東移過程中加深,并突然南下,特別在春、秋季節,在層結不穩定的情況下極易觸發對流天氣,造成湖區大風,這種天氣變化快、時效短,一般很難預報,在地面圖上有時甚至表現為非地面冷鋒,往往容易被忽視。

4.2冷高壓影響型大風天氣

這種天氣多發生在冬、春季或秋末,受強冷空氣活動影響,魯南處于南下冷鋒轉橫的后側或靜止鋒北側,湖區持續出現5~6級大風天氣,這種天氣在高空往往表現為受東大槽后部西到西北氣流影響,并且高空500hPa上風多在16m/s以上。因受明顯的天氣尺度影響所致,故而比較容易預報。

4.3沿海高壓壩及氣旋影響型大風天氣

4.3.1沿海高壓壩大風天氣。一般出現在高空冷空氣沿中或東部路徑南下,冷空氣的主體勢力偏東,相應的地面冷高壓脊,由華北伸向沿海地區,并隨著系統的東移,山東的魯西南地區已處于或將要處于高壓后部,同時低緯度暖濕空氣活躍。秦嶺以南地區地面圖上相對是一個低壓區,地面圖上的氣壓場呈現東高西低、北高南低的形勢,山東接近位于倒槽頂部區域,這種情況下由于冷暖空氣都比較活躍,魯南地區往往表現為連續幾天的東北大風天氣,是魯南冬季最主要的大風天氣影響系統和降水天氣影響系統。

4.3.2氣旋影響類大風天氣。氣旋影響類往往春、秋2季較多,分別表現為蒙古氣旋南下影響類、黃河氣旋東移影響類和西南渦東北上影響類。3種系統均表現為魯南地區氣壓驟降,24h變壓大于6hPa以上,受其影響大風風向多為偏東風,蒙古氣旋南下影響時表現為西南風,風力達到5~6級或6級以上,這種天氣在傳真圖形勢預報的基礎上配合各地氣壓的變化比較容易預報,是大風預報中準確較高的類型之一。

4.4臺風及臺風倒槽影響類大風天氣

南四湖地區受熱帶風暴影響造成大風的天氣個例極少,受熱帶風暴倒槽及東風波低壓系統影響造成大風天氣個例也不多,只是這類天氣觸發強對流天氣發生時才容易造成大風天氣,在做這種天氣預報的過程中要特別注意熱帶風暴倒槽的走向及移動路途和大氣層穩定度指標,當二者具備其一時就可注重大風的預報。

4.5雷雨大風天氣

一年中3月至9月中旬南四湖地區均可出現強的雷雨大風天氣,不同的影響系統,甚至低壓帶、均壓區中也可出現雷雨大風天氣。由于這種天氣突發性強、時效短、風速大,因而造成的危害也最大。抓好這種天氣的預報,特別要注重以下幾個方面的要素變化:一是大氣層結穩定度,利用MICAPS查看一下層結區線,判別大氣層結穩定與否;二是周邊城市沙氏指數是否為負值,為負值區則要考慮發生雷雨大風天氣的可能;三是短波小槽活動;四是注意傳真圖中24h、36h預報的小降水區域;五是衛星云圖上積雨云區的變化情況;六是夏季副高變化及進退狀況,這一點從數值預報的形勢預報中可以確定。通過這幾個方面的綜合考慮確定產生雷雨的可能性,然后再確定產生和影響的不同區域,進而作出大風預報。

5大風的預報

一般將平均風速達到6級(10.8~13.8m/s)以上的風,稱為大風。因為大風多具災害性,對航運、漁業生產及軍事活動的影響甚大,所以大風預報是風預報的重點。我國的大風以春季最多,夏季較少。從地區分布看,沿海多于內陸,北方多于南方。在松遼平原、內蒙草原、遼東半島、青藏高原、華北平原以及臺灣海峽一帶,在一定的天氣形勢下經常出現大風。根據天氣分析預報實踐的總結,我國常見的大風有冷鋒后偏北大風、高壓后部偏南大風、低壓大風以及臺風大風和雷雨冰雹大風等。

5.1冷鋒后偏北大風

冷鋒后偏北大風出現在冷鋒后高壓前沿氣壓梯度最大的地方。這種大風,春季最多,冬季和秋季次之,夏季最少。冷鋒后部出現大風的原因主要是鋒后有強冷空氣活動。冷性高壓前部氣壓梯度最大,如鋒后有強冷空氣活動,則鋒區大氣斜壓性加強,環流加速度使冷空氣下沉、暖空氣上升。在低層水平方向上加速度的方向由冷氣團指向暖氣團,這就使冷鋒后的偏北大風加大。冷空氣下沉,動量下傳也使鋒后地面風速加大。另外,冷鋒后上空的冷平流使鋒后近地面層出現較大的正變壓中心,變壓風亦加強了地面風速。基于上述原因,預報冷鋒后偏北大風時,主要應分析釋后的冷空氣活動。

5.2高壓后部偏南大風

這種大風多在春季出現,以我國東北、華北、華東等地區最為常見,出現偏南大風時的氣壓場多是南高北低或東高西低的形勢。華東一帶春季的大陸由于回暖快而比海面上暖和,于是從大陸上移到海上的變性冷高失去熱量,即高壓加強,這也會使短暫的東南大風出現,這種大風一般風速較小。如果西部有低壓東移,特別是低壓發展東移時,也可以出現較大而持久的偏南大風。

5.3低壓大風

低壓大風即在低壓發展加深時一般在低壓周圍氣壓梯度最大地區出現的大風。在我國經常出現大風的低壓系統有東北低壓、江淮氣旋、東海氣旋等。在我國東北地區,長江中下游、東海和黃海海面上,經常出現低壓大風。這種大風一年四季都有,以春季最多。東北低壓大風主要是由貝加爾湖和蒙古一帶產生的低壓東移到東北地區或在東北當地生成的低壓發展加深時在低壓周圍出現的大風。東北低壓大風的范圍大,可影響東北地區和內蒙古地區,風力較強,一般可達6~8級。如果低壓連續無大的變化,大風可持續3d左右。當低壓發展成為深厚冷性低壓時,低壓后部常有副冷鋒生成,而且鋒后常出現偏北大風。江淮氣旋和東海氣旋大風,主要指長江中下游產生的氣旋波迅速發展加深時所形成的大風。這種大風多在氣旋入海后出現。因海上摩擦力小,故易出現6級以上大風。在氣旋東部為較強東南風和南風,西部為偏北和西北大風。大風的范圍一般沒有東北低壓大風的范圍大,持續時間也不長,但對航運、漁業生產影響很大。

5.4大風的預報內容和方法

大風的預報內容主要包括起風的時間、風向、風力(包括平均風力與陳性風力)和大風持續時間等。預報著眼點是考慮預報地區今后是否會出現產生大風的氣壓場形勢,如有無鋒面過境、有無氣旋發生發展、會不會出現南高北低或東高西低的氣壓形勢,或其他可能產生大風的天氣系統。若在預報區中將會有產生大風的氣壓形勢,并預報有大風出現的可能,則要考慮出現大風的起止時間及風力大小。一般氣象臺所用的方法是,在產生大風的天氣系統移來的方向上游選取幾個指標站,用歷史資料統計出指標站的氣象要素,或指標站與本站之間的要素差值(近似的梯度值)與本站出現大風的時間與風力的關系。

6結語

結合大風預報的特點,湖區大風天氣在不同時間、不同季節發生的形勢特點不同,造成的影響也不同,但雷雨大風影響類和氣旋及沿海高壓壩影響類,可以歸納為最主要的影響類別,很有必要專門進行深入的分析和研究,以利于這項工作整體水平的提高。

7參考文獻

[1] 朱乾根,壽紹文.天氣學原理和方法[M].北京:氣象出版社,1983.

[2] 黃嘉佑.氣象統計分析與預報方法[M].北京:氣象出版社,2002.

[3] 復旦大學.概率論[M].北京:人民教育出版社,1980.

[4] 雷雨順.能量天氣學[M].北京:氣象出版社,1986.