副高異常引起的一次寒潮少雨天氣過程分析

楊紹洪,白 慧,梁 平,袁芳菊,周 艷

(貴州省黔東南自治州氣象局,貴州 凱里 556000)

副高異常引起的一次寒潮少雨天氣過程分析

楊紹洪,白 慧,梁 平,袁芳菊,周 艷

(貴州省黔東南自治州氣象局,貴州 凱里 556000)

通過對 2010年2月10—18日貴州一次罕見寒潮低溫少雨天氣進行分析,得出:寒潮爆發前貴州大部地區受熱低壓影響,出現異常升溫,大部分地區日最高氣溫超過 25℃,西北利亞地區冷渦分裂低槽發展東移南下,引導地面強冷空氣向南爆發,造成劇烈降溫,是此次寒潮天氣形成的主要原因;寒潮天氣出現后,有 2次冷空氣補充南下,使滇黔靜止鋒維持時間長并趨于活躍,貴州大部地區位于靜止鋒后冷區,是長時間持續低溫陰冷天氣的重要原因;過程期間動力條件較好,但與常年冬季相比,由于西太平洋副熱帶高壓持續異常偏西偏強,并呈東西向帶狀分布,穩定維持在西太平洋到孟加拉灣一帶,阻斷了孟加拉灣和南海的水汽向貴州輸送,貴州上空為水汽平流負輸送區,是水汽凈流失區,濕層淺薄,空氣干燥,導致持續時間達 9d的寒潮低溫天氣過程降水異常偏少。

寒潮;持續低溫;少雨

1 引言

2010年2月10—18日貴州出現一次大范圍寒潮、持續低溫天氣過程,其特點是:降溫劇烈,低溫持續時間長,降水不明顯。10—12日全省 84個縣市有 54個縣市達寒潮標準,占全省的 64%;61個縣市 24h(10—11日)日平均氣溫降溫幅度≥8℃,37個縣市降溫幅度≥10℃,降溫幅度≥20℃有 2個縣,分別是黔東南州雷山 (20.7℃)和麻江 (20.4℃);57個縣市 48h(10—12日)日平均氣溫降溫幅度 ≥10℃,降溫幅度超過 20℃的有 14個縣市,最大降溫幅度是雷山 (22.9℃),其次是麻江 (22.5℃)。24h日平均氣溫降幅≥10℃主要集中在省中部地區,過程日平均氣溫降幅≥10℃出現在除省北部和東北部(遵義北部、銅仁大部、黔東南州北部和東部)以外的大部地區,降溫幅度≥20℃的主要集中在省中部的苗嶺西側。12日全省有 48個縣市日最低氣溫降到 0℃以下,12—18日平均每天有 40個縣市日最低氣溫低于 0℃。貴州省氣象臺和各地州市氣象臺對此次寒潮天氣過程提前作出了準確預報,由于寒潮影響期間正值春節期間春運高峰期,對雨雪、凝凍范圍和強度的準確預報,對交通運輸部門科學決策,確保春運安全起到關鍵作用。

2 寒潮天氣背景分析

2.1 500hPa形勢分析

從 2月7—18日逐日 500hPa圖 (圖略)可見,中南半島上空維持高壓脊,西太平洋副熱帶高壓與常年2月份相比,異常偏西偏強,588線控制中南半島南部,最強時北抬到廣西北部,這在常年冬季是極為異常的,滇黔兩省為弱西北氣流控制,高原上氣流平直多波動東移,60～70°N,90°E以西地區冷渦分裂低槽發展東移南下,槽后配合的溫度中心在 -40℃以下,最冷時達 -48℃,表明冷空氣很強。9—11日冷槽發展南下引導地面冷空氣爆發南下,造成貴州寒潮天氣過程;13—14日和 16—17日分別又有 2次冷槽發展東移南壓,引導地面冷空氣補充南下,使滇黔靜止鋒維持并趨于活躍,同時,13—14日高原上有明顯的波動東移,貴州降水范圍有所擴大。由 8—18日 500hPa平均高度場(圖 1a)可以看出寒潮低溫天氣過程 500hPa平均環流形勢:寒潮爆發前后,孟加拉灣南支槽平淺,中南半島維持弱脊,副高 588線維持在中南半島中部以南地區上空,滇黔兩省為弱西北氣流控制,反氣旋環流形勢不利于孟加拉灣水汽向貴州輸送,雖然高原上多波動發展東移,但由于水汽條件不具備,寒潮天氣過程以降溫為主,降水不明顯。

2.2 700hPa形勢分析

700hPa高度場(圖略)與 500hPa對應的冷溫槽最強時溫度中心低于 -36℃,中南半島維持高壓脊,滇黔兩省為西北氣流控制,切斷了孟加拉灣的水汽輸送。貴州由于水汽條件差,高原上東移南下的切變系統不能產生有效降水。因此,此次寒潮持續低溫天氣過程在貴州沒有形成大范圍雨雪凝凍天氣,對春運交通運輸安全沒有造成重大影響。

圖 1 9—18日 500hPa實況平均高度場(a)和 Ec平均高度場 (b)

2.3 850hPa溫度場

2月7日開始,850hPa氣溫逐日上升,7日貴州受 8(省東北部)～16℃線 (省西南部邊緣)控制,9日 16℃線東伸北抬到貴州東北部,20℃線北伸到貴州西南部,貴州為暖舌控制;10日 16℃線開始南撤貴州中部,20℃線維持,冷舌由兩湖盆地向南伸至湖南中部,0℃線由河套南部壓到湖北南部;11日 -4℃線南壓到貴州東北部,0℃線南壓到貴州中部,冷空氣由東北路徑入侵,已影響貴州大部地區。由11—18日 850hPa平均溫度場 (圖 1b)可知,11—18日 -4℃線維持在貴州東北部上空,0℃線維持在貴州中部偏南地區,4℃線維持在滇黔之間。由于長時間受低溫控制,是貴州持續低溫天氣的重要原因。19日氣溫回升,0℃線北抬出貴州,4℃線北抬東伸至貴州中部地區,寒潮低溫天氣結束。

2.4 地面氣壓場

由海平面氣壓場可知,2月4日冷空氣影響后,在滇黔之間形成靜止鋒,6—7日靜止鋒在貴州西部擺動。8日川南熱低壓發展南移東伸,控制貴州西部地區,靜止鋒減弱北抬到貴州東部,銅仁地區東部和黔東南州東部地區位于靜止鋒后,維持低溫天氣;此時,冷鋒南壓到河套北部,冷高壓中心位于蒙古西北部,中心強度 1 053hPa。9日熱低壓發展東移加深,控制貴州大部地區,中心值由 8日1 010.0hPa下降到 997.0hPa;靜止鋒在貴州東部地區擺動,銅仁東部和黔東南東部地區位于靜止鋒后,氣溫回升幅度不大,其余地區日最高氣溫普遍升到 25℃以上,西南風增強;位于蒙古西北部的冷高壓發展加強,中心強度為 1 060.0hPa,并分兩路向南爆發,一路沿河套西部賀蘭山西側向東南影響青海、甘肅南部地區,另一路東移后沿華北平原南下,已影響湖南北部。10日熱低壓逐漸減弱西退,冷空氣從東北路徑影響貴州,20時貴州中東部地區已受冷空氣影響,氣溫劇烈下降,黔東南州凱里市氣溫由 15時 28.4℃下降到 7.0℃。11日冷空氣進一步向貴州西部推進,20時貴州全境受冷空氣影響,各地劇烈降溫,中部大部分縣市達寒潮標準。12日各地氣溫持續下降,中西部多個縣市達寒潮標準。10—12日強冷空氣影響后,分別在 14—15日和17—18日有 2次冷空氣補充影響,使靜止鋒在滇東和貴州西部擺動,貴州大部地區位于靜止鋒后低溫區,除 13—14日降水范圍較大,出現小范圍的凝凍天氣,15—18日零星分散降水主要分布在貴州西部地區,東部降水不明顯。從 10—18日平均海平面氣壓場來看(圖 2),在蒙古西北部地區盤踞一強大冷高壓,不斷分裂冷空氣南下,靜止鋒在貴州西部地區長時間維持并趨于活躍,是寒潮過后低溫維持時間長的主要原因。19日受變性冷高壓控制,靜止鋒壓到云南中西部地區,貴州轉多云到晴,氣溫回升,低溫天氣結束。

3 物理量場分析

3.1 水汽條件分析

3.1.1 水汽平流 由沿 26°N,104～110°E水汽平流垂直剖面圖(圖略)可知,9—10日 850hPa以下為正平流,正值自西向東增大,中心在貴州東部地區,表明貴州低層從上風方向得到的水汽大于水汽輸出,是水汽的凈流入區,空氣濕度將增大,這與地面熱低壓發展加深,偏南風增強有關;而 850～700hPa水汽平流為負值,且自西向東絕對值增大,說明中層從上風方向得到的水汽小于水汽輸出,是水汽的凈流失區,加劇了本地的水汽流失,使空氣將變得更干燥。11—12日中層 700hPa以下均為負水汽平流,表明空氣十分干燥,云層薄,不利于降水,全省為分散性降水,平均每天僅有 13個站出現 0.1mm以上的降水,銅仁玉屏2.2mm最大;13日850hPa以下由負平流轉為正平流,700hPa附近仍為負平流,低層水汽輸送增強,對應 13日是全省降水最多的 1d,有 36個縣市降水量≥0.1mm,遵義鳳崗 1.7mm最大;14日白天 500hPa以下轉為負水汽平流,空氣干燥,降水不明顯,為分散性降水,平均每天僅有 14個站出現 0.1mm以上降水。

3.1.2 水汽通量散度 沿 26°N,104～110°E水汽通量散度垂直剖面圖 (圖略),9—11日弱水汽輻合區主要在 850hPa以下,12日輻合區向上層發展到750hPa附近,13—14日水汽輻合高度達 700hPa左右,達到過程最大水汽輻合高度,對應 13日全省降水范圍最大,14日以后輻合高度下降到 850hPa以下,降水范圍減小。

圖 2 11～18日 850hPa平均溫度場 (a)和 9～18日平均海平面氣壓場(b)

3.2 動力條件分析

3.2.1 散度 由沿 26°N,104～110°E散度垂直剖面圖可知 (圖略),9～12日 850hPa以下是負值,有輻合上升運動,但上升運動弱,850～500hPa之間為正值,最大值在 700hPa附近,500hPa以上為負值,說明 850～500hPa之間氣流輻散,500hPa以上輻合,有下沉運動,上升運動受抑制,不利于云層發展,云層厚度較薄,對降水不利;13日負值區向上擴展超過 700hPa,500hPa上下為正值,以上為負值。說明中低層動力抬升有所增強,云層增厚,降水范圍擴大增強;14日后負值區下降到 850hPa以下, 850～500hPa之間為正值,500hPa以上為負值,說明輻合上升運動減弱,降水減弱;19日低層到高層均轉為正值,下沉氣流控制,天氣轉晴。

3.2.2 垂直速度 由沿 26°N,104～110°E垂直速度垂直剖面圖 (圖略),10—11日貴州中西部地區500hPa以下為下沉氣流,東部地區 700hPa以下為弱上升運動,700hPa以上為下沉氣流,對應東部地區有弱降水;12日除貴州西部地區為下沉氣流外,其余地區 850～700hPa為上升運動,強上升運動中心在 850hPa附近,中心值為 -0.6m·s-1,500hPa以上為下沉氣流,上升運動受抑制,降水不明顯;13日上升運動向上擴展到 500hPa附近,強上升運動中心在 700hPa附近,中心值 -3.6m·s-1,對應 13日為此次過程降水范圍最大;14日上升運動下降到700hPa以下,較強上升運動中心在 850～700hPa之間,強度減弱,中心值 -1.8 m·s-1,700hPa以上為下沉氣流,上升運動受抑制,降水范圍有所減小;15日貴州西部地區上升運動抬升到 400hPa附近,較強上升運動中心在 700hPa附近,中心值 -1.7 m· s-1,中東部地區 500hPa以下為弱上升運動,對應西部地區降水較明顯,降水站點多,東部不明顯;16—18日貴州中西部地區 850hPa以上為上升運動,東部地區 700hPa以下為下沉氣流,西部有弱降水,東部基本無降水;19日高層到低層轉一致下沉氣流,天氣轉好。

4 探空資料分析

由貴陽探空站資料顯示,8—11日 850～760hPa左右層結曲線和露點曲線靠近,抬升凝結高度在850hPa附近,表明此層濕度大,760hPa以上兩曲線分離較遠,呈“漏斗”狀,表明此層以上空氣干燥,云層薄;12～16日飽和濕層伸展到 700hPa左右,即云頂發展到達 700hPa附近,云底仍在 850hPa附近,逆溫層在 850～740hPa之間,逆溫層頂與底平均溫差4℃左右,逆溫層弱,逆溫層頂以上云層薄,且云頂溫度 >-2℃,700hPa以上兩曲線分離較遠,說明云層薄,不利于產生降水,更不利于凍雨和降雪形成。17—18日抬升凝結高度仍在 850hPa附近,云頂向上發展到 600hPa,逆溫層抬升到 760～660hPa之間,但由于云層薄,且逆溫層以上云層很薄,云頂氣溫在 -10℃以上,不利于產生凍雨或降雪。

5 數值預報檢驗

5.1 T639和 EC數值預報 500hPa形勢預報

T639和 EC數值預報 9—18日 500hPa平均高度場(圖 1b)基本一致,西太平洋副熱帶高壓 (以下簡稱副高)呈帶狀分布,異常偏強、偏西,T639模式588線西脊點由西太平洋西伸到孟加拉灣西部,北界到達海南島,高原上氣流平直,多波動東移,從貝加爾湖西北部地區不斷有槽東移南下,引導地面冷空氣南下,EC模式對副高預報稍弱,588線西脊點西伸到孟加拉灣中部,2個模式預報高原到高原南側氣流平直,南支槽不明顯。與 500hPa實況場相比,T639和 EC模式 500預報場對副高預報偏強,孟加拉灣南支低槽預報偏弱。由于副高偏強、偏西,且穩定維持,阻斷了孟加拉灣和南海的水汽向貴州輸送,與實況基本一致,是此次寒潮持續低溫天氣降水不明顯的主要原因。

5.2 地面氣壓場預報

由 EC數值預報分析可知,9日和 10日起報的氣壓場 (圖略)預報冷空氣 10日白天影響貴州東部地區,11日影響貴州大部地區;14—15日、17—18日有 2次冷空氣補充,靜止鋒在滇黔之間擺動,貴州大部地區在靜止鋒后冷空氣區,數值預報和實況基本一致,對此次寒潮持續低溫天氣過程具有較好的指導作用。

5.3 降水預報

T639降水預報 9日起報 (圖略):10—12日貴州無明顯降水,13—14日 0mm降水線自東向西伸展到黔西南地區,5mm降水線進入貴州北部和東部;10日起報:10—11日全省無明顯降水,12日中西部地區仍無明顯降水,5mm降水線在東部和東北部邊緣地區,13—14日 0mm線向西推進到西部地區,5mm線自東向西發展到貴州北部和中東部地區,15—16日 5mm線擴展到中部以西地區,30mm線進入貴州東部地區,后期預報降水范圍和降水量均較前期預報偏大。T213預報 9日起報 (圖略):10日全省無雨,11日除黔西南無雨外,其余有 <2mm的小雨,12—13日除黔西南地區無雨外,其余地區小雨;10日起報:11日全省有 <5mm的小雨,12日無雨;13—15日除省西南部無雨外,其余小雨;后期預報與 T639相似,降水范圍和降水量均較前期預報大,但量級較 T639小。

實況降水是 9—11日降水主要分布在東北部銅仁和東部黔東南地區,為 <1mm的分散小雨;12日分散零星降水主要分布在西北部、北部的畢節和遵義地區;13日降水范圍擴大,主要分布在黔東南、黔南、貴陽、畢節等地,有 36個縣市出現 <2mm的降水;14日有 33個縣市出現降水,主要分布在黔東南、黔南和畢節地區,從江 2.1mm最大;15—18日分散零星的降水主要出現在畢節和遵義地區,其余地區無明顯降水。T639降水 12日前預報與實況基本一致,T213降水范圍偏大;13—18日 2個降水模式預報范圍和降水量預報均較實況偏大。

6 小結

①西北利亞地區冷渦分裂低槽發展東移南下,引導地面強冷空氣向南爆發,從東北路徑影響貴州,由于寒潮爆發前 9—10日貴州大部地區受熱低壓影響,出現異常升溫,大部分地區日最高氣溫超過 25℃,冷空氣南下造成劇烈降溫,是此次寒潮天氣形成的重要原因;

②10—12日出現寒潮天氣后,分別在 14—15日和 17—18日有 2次冷空氣補充南下,使滇黔靜止鋒長時間維持并趨于活躍,貴州大部地區位于靜止鋒后冷區,是貴州長時間持續低溫陰冷天氣的主要原因。

③西太平洋副熱帶高壓異常持續偏西偏強,并呈東西向帶狀分布,穩定維持在西太平洋到孟加拉灣一帶,阻斷了孟加拉灣和南海的水汽向貴州輸送,貴州上空是水汽平流負輸送區,為水汽凈流失區,濕層和云層淺薄,空氣干燥,同時受西太平洋副熱帶高壓影響,整個貴州垂直運動特點:基本上850hPa到地面為上升運動,700hPa以上為下沉氣流,上升運動受抑制,是此次持續 9d罕見寒潮低溫天氣過程降水偏少、未形成嚴重凝凍災害的主要原因。

④此次寒潮低溫天氣過程 EC、T639數值預報500hPa和地面形勢預報與實況相比基本一致,但副高預報偏強,孟加拉灣南支低槽預報偏弱,水汽輸送弱,不利于降水,對此次寒潮低溫少雨天氣過程預報具有指導意義;降雨預報前期與實況較一致,后期降雨偏大,對預報指導作用不大。

P458

B

2010-09-10

楊紹洪 (1973-),男,工程師,主要從事行政和業務管理。

1003-6598(2010)增刊 -0052-04