2011年1月安順市凝凍天氣特點及成因淺析

2011-12-22 06:41:56李顯良鄧世有楊朝萍

中低緯山地氣象 2011年5期

李顯良，潘影，鄧世有，楊朝萍

(1.貴州省平壩縣氣象局，貴州平壩 561100;2.貴州省安順市氣象局，貴州安順 561000)

李顯良1，潘影1，鄧世有2，楊朝萍1

(1.貴州省平壩縣氣象局，貴州平壩 561100;2.貴州省安順市氣象局，貴州安順 561000)

2011年1月貴州繼2008年后又一次出現了歷史罕見的低溫雨雪凝凍災害，具有開始時間早、日平均氣溫低、凝凍日數持續時間長等特點。該文利用氣候整編資料、中國國家氣候中心資料和NCEP逐日再分析資料對此次過程的環流背景以及物理量場進行了分析。分析表明：此次過程是在“La Nina”事件的大背景下發生的;北半球極渦活動異常，且中心偏向于東半球，強而穩定，歐亞大陸500hPa位勢高度距平呈“北高南低”的分布，這種分布是貴州省冬季重凝凍年的主要環流形勢之一;青藏高原的南北支槽異常活躍，不斷輸送水汽和引導冷空氣南下;高原南側、孟加拉灣北部的偏西風水汽輸送和來源于西太平洋副高南側的偏東風水汽輸送為貴州省源源不斷地輸送水汽;逆溫層的存在和階段性的維持是貴州大范圍凍雨持續出現的重要原因。

凝凍日數;La Nina;極渦;水汽輸送通量;逆溫層

1 引言

近年來隨著全球氣候變暖，出現暖冬的極端天氣氣候事件發生的頻率增加，但局地也有例外。2011年1月我市出現繼2008年的南方大范圍低溫凝凍災害以來的又一次低溫凝凍天氣，這再一次提醒人們在關注氣候變暖的同時要注意防范極端低溫天氣的影響。

此次凝凍過程相比2008年的主要特點是今年氣溫有波動起伏，有短暫回暖，有利于冰層的融化，而2008年則是持續低溫，氣溫更低。

2 資料和方法

本文主要使用了安順市1961—2011年的氣候整編資料和NECP資料，分別用于分析本次低溫雨雪凝凍災害天氣過程的特點和成因。為了更好地體現此次過程特點，使用了凝凍日數(指日平均氣溫＜1℃且當日出現降水的日數)這個評估指標［1］。

3 過程實況及特點

3.1 天氣實況

2011年1月1日—2月1日，我市出現了近1個月的低溫凝凍天氣，其間受5輪較明顯的冷空氣影響，出現4次短暫相對緩和期(見圖1)。

圖1 安順市區2011年1月1日—2月1日日平均溫度(℃)時序圖

觀測到的最大電線積冰直徑為安順基本站3日08時40 mm(含觀測導線直徑26.8 mm)，最低氣溫為平壩一般站10日夜間觀測到的-4.6℃，18—20日出現了明顯的降雪過程，最大積雪深度為平壩的8 cm，累計凝凍日數26 d。

3.2 天氣過程特點

此次低溫凝凍災害具有開始時間早、持續時間長、分階段持續影響、氣溫偏低、雨雪天氣明顯等特點。

3.2.1 開始時間早，持續時間長根據歷史資料統計，我市凝凍天氣的開始時期多發生于1月中下旬，而此次低溫凝凍天氣發生相對較早。從1日開始，我市北部最低氣溫開始低于0℃，且低溫范圍不斷擴大，其中只有5—6日、9日、14—15日、20—22日4次短暫的相對回暖期，截止2月1日，低溫凝凍天氣持續了32 d。

3.2.2 平均氣溫和凝凍日數突破歷史同期記錄 1月1日到2月1日，全市各縣(區)平均氣溫為-1.1(平壩)～1.6℃(關嶺)，較歷史同期平均值偏低4.9～5.4℃，為有氣象記錄以來的歷史同期最低值(見圖2)。安順市區凝凍日數達26 d，為1961年以來歷史同期最大值(見圖3)。

3.2.3 雨雪天氣明顯從1日開始，我市開始出現雨雪天氣，除12、16日外，均有小雨或小雨夾雪出現，降雨量較歷史同期偏多7%～90%。

18—20日我市出現明顯的降雪過程，平壩3 d的積雪深度均在6 cm以上，19—20日為8 cm，其余地區均在3 cm以上，這次降雪過程的持續時間和強度均為歷史同期罕見。

4 過程成因淺析

4.1 環流背景分析

4.1.1 500hPa環流分析 2011年1月的500hPa平均環流(圖4a)顯示，極渦呈2波型，主中心略偏于東半球，中心區位勢高度低達505dagpm，較多年平均偏低7dagpm(圖4b);另外在亞洲北部和極渦軸線沿140°E向南伸至55°N，即鄂霍次克海附近，有2個次中心，位勢高度較多年平均分別偏低9dagpm和6 dagpm(圖4b)。

由圖4b可以看出60°N以北包括貝湖的脊區為正距平，60°N以南為寬廣的負距平區，由文獻［2］和［3］中指出，整個亞歐地區50°N以北為大范圍的正距平區，50°N以南為負距平區，中高緯度以寬廣的正距平占優勢，也就是歐亞大陸呈“北高南低”的距平分布，在這種“北高南低”的環流形勢背景下，亞洲地區維持穩定的經向環流，有利于高緯度的冷空氣不斷向中低緯度擴散及東亞大槽持續穩定。冷空氣容易南侵影響貴州省，這是貴州省冬季凝凍重的一主要環流形勢。

圖4 2011年1月500hPa平均高度(a)與距平(b)單位(dagpm)

此次持續性雨雪天氣的主要影響系統是中高緯阻塞高壓、西太平洋副高及南支槽青藏高原南緣的南支槽異常活躍。從200 hPa區域平均的相對渦度時間—經度剖面(圖5)可以看到，每次雨雪天氣過程的發生，都伴隨著高原槽分裂東移，且在東移過程中受青藏高原大地形阻擋，分裂為北支槽和南支槽，北支槽在東移過程中與中高緯系統疊加，槽后西北氣流引導冷空氣南下。南支槽則在東移過程中途經北印度洋和孟加拉灣，槽前西南氣流輸送大量水汽。尤其是15日左右的過程，位于90°E附近的南支主槽強烈向南加深發展，南支鋒區明顯增強。200 hPa出現了中心值為7.0×10-5s-1正相對渦度中心，使得東移低渦強度得以維持和發展。

4.1.2 La Nina事件與極渦異常活動的影響由圖6(來源于中國國家氣候中心)可見，2010年6月開始赤道中東太平洋海溫進入La Nina狀態，并且發展十分迅速，至2011年1月NINO3區海溫已經持續8個月較常年同期偏低0.5℃以上。2010年10—12月負距平值甚至持續超過1.5℃，是近年來強度與2008年持平的一年。

根據文獻［7］中的研究表明亞洲區極渦面積對貴州影響顯著，因此本文做了2000年以來的亞洲區(60°～150°E)極渦面積指數1月時間序列圖(資料來源：中國國家氣候中心氣候系統診斷預測室)。從圖7可以看出近12 a來，2011年1月的面積指數達到了最大值，為冷空氣頻繁南下提供了重要的環流背景。這同上面分析的500hPa上亞洲區為位勢高度負距平一樣，都說明了極渦偏南偏強。

圖7 亞洲極渦面積指數1月份時間序列圖

4.2 物理量分析

4.2.1 溫度場結構分析《大氣科學詞典》(1994年版)所指出的，中層的逆溫以及有一層溫度高于0℃的暖層，是凍雨產生的天氣條件，因此形成凝凍(冰凍)天氣的一個重要原因是要有逆溫層的存在。當高空的固體降水落入暖層中時融化為雨滴，再下落至0℃以下的冷氣層，且不凍結，而形成過冷卻水滴狀態，落到地面后與物體接觸后凝結形成凍雨。圖8可以看出有明顯的5次逆溫層的形成，分別是2日、6—8日、10—11日、15—17日、26—27日，體現此次凝凍天氣的主要特點就是間斷性;其中8、26日700 hPa與850 hPa溫差高達4℃以上。18—20日雖然溫度很低，但沒有逆溫層，所以這3 d以降雪為主，也說明了凍雨的產生與逆溫層的存在是分不開的。

圖8 2011年1月700 hPa平均(25°～29°N，105°～120°E)溫度時序圖------------700hPa(單位：;) — —850 hPa(單位：℃)

4.2.2 水汽條件分析根據文獻［6］可以計算出2011年1月月平均垂直積分的水汽通量(單位：kg·m-1·s-1)(圖9)。在1月月平均的水汽輸送圖上(圖9)主要有兩支近乎緯向分布的水汽輸送帶，一支是赤道地區的強東風水汽輸送帶，另一支則是高原南側的偏西風水汽輸送帶，它經過阿拉伯海北部、高原南側、孟加拉灣北部向貴州地區源源不斷地輸送水汽，部分西太平洋副熱帶高壓南側的偏東風水汽在中南半島、南海及西太平洋地區轉向向北進入貴州省。從而為安順市持續的雨雪天氣提供了充足的水汽條件。