2010年1月渤海海冰成因分析

趙金霞 卜清軍 （天津濱海新區氣象預警中心 天津300457）

劉春霞 （太原市尖草坪區氣象局 尖草坪030023）

2010年1月渤海海冰成因分析

趙金霞 卜清軍 （天津濱海新區氣象預警中心 天津300457）

劉春霞 （太原市尖草坪區氣象局 尖草坪030023）

通過對2009—2010年冬季大氣環流資料的分析發現：①混合厄爾尼諾年西太平洋高壓減弱，東亞大氣經向型環流的加強，冬季冷空氣活躍氣溫降低，北方雨雪偏多，是渤海冰情加重主要原因。②極渦的變化是影響我國冬季天氣氣候特征變化的重要因素，北極濤動負相位將極地冷空氣擠向中緯度地區；對渤海氣溫降低及海冰生成起著直接作用。③混合厄爾尼諾和“拉馬德雷”、“冷位相”加強了北半球的經向環流，使西太平洋副高減弱，導致極地冷空氣長期影響東亞地區；1月渤海有負距平中心，冷空氣長時間控制渤海地區，導致渤海嚴重冰災。

混合厄爾尼諾 北極濤動負相位 拉馬德雷冷相位 渤海海冰

0 引言

黃渤海地處東亞中緯度，是典型的季風氣候區。每年冬季都受西伯利亞寒冷空氣的侵襲，氣溫較低，所以，黃渤海是北半球緯度最低的結冰海域，暖冬時海冰覆蓋面積不足渤海海域的15%，冷冬時可覆蓋渤海海域80%以上。[1]決定渤海海冰的生消，除海洋物理因素外，最主要的是氣象因素即氣溫，而決定氣溫的高低則與同期大氣環流的演變有關。大氣活動中心的強弱及其它們相互的配置，環流經向度的大小以及鋒區的位置都對氣溫變化存在著直接影響。在全球變暖的背景下，[2]2009年冬季受極地冷空氣南下的影響渤海氣溫持續偏低，2010年1月3次強冷空氣影響，渤海和黃海北部冰情范圍迅速擴大，1月23日，渤海海冰分布面積占渤海總面積的51%，成為30年來同期最嚴重的冰情。

利用風云三號氣象衛星對渤海海冰進行連續監測和比較分析，結果表明：今年1月中旬渤海海冰范圍達到20世紀80年代開展氣象衛星監測海冰以來同期最大值。與2000年以來同期渤海海冰信息比較，2010年1月中旬渤海海冰面積明顯高于2000年至2009年同期最大值（見圖1，表1），與同期平均值比渤海全海域偏大2.1倍，遼東灣偏大1.4倍，渤海灣偏大4倍，萊州灣偏大10倍，同時，黃海北部出現明顯的海冰。較最大值偏大比例，渤海全海域偏大34%，遼東灣偏大14%，渤海灣偏大40%，萊州灣偏大4倍。從天氣氣候的角度探討這種異常情況發生的原因，對提高渤海海冰的預報水平、加強防災減災的能力是至關重要的。

1 大氣環流分析

2010年1月（見圖2），從500 hPa平均位勢高度距平場看，在我國的渤海及黃海北部有一個-30 gpm負距平中心；極地有一個30 gpm正距平中心。1月極渦是明顯的偶極型，同時極渦中心主要偏在亞洲；烏拉爾山高壓脊和北太平洋高壓脊均較強盛，阿留申低壓和東亞大槽深厚而穩定，槽區在東亞地區明顯加深，兩大高壓脊在70°N以北的高緯地區經常以橋式打通的形式進行超長波的調整，東亞西風急流區位于40°N以南，由于渤海為負距平中心，所以寒潮和強冷空氣頻繁南下造成渤海持久的寒冷天氣。

表1 衛星監測2010年1月中旬渤海海冰面積與2000—2009年同期最大值和平均值比較統計

圖2 2010年1月500 hPa平均位勢高度場

圖3 2010年1月500 hPa平均位勢高度距平場

2 海溫變化對天氣系統的影響

根據美國海洋大氣管理局（NOAA）公布的海水表面溫度（SST）數據顯示，2009年6月開始的厄爾尼諾現象在11月至12月達到高峰，赤道太平洋中部海域的表面水溫高出正常水平1.5℃；2010年1月至2月，赤道太平洋東部海域的表面溫度比正常情況高出1℃左右，赤道中部海域的溫度比平均水平高出2.0℃。由于厄爾尼諾是赤道太平洋中東部增溫大于0.5℃且持續6個月以上，而本次海水持續增溫開始在赤道中西部太平洋地區，12月開始向東轉移，增溫大值區在赤道中部海域，表現為混和型厄爾尼諾的特征。

2009年冬季“拉馬德雷”、“冷位相”加強了北半球中高緯度的經向環流。“拉馬德雷”是一種高空氣壓流，分別以“暖位相”和“冷位相”兩種形式交替在太平洋上空出現，當“拉馬德雷”現象以“冷位相”形式出現時，北美大陸附近海面的水溫就會異常下降，而北太平洋洋面溫度卻異常升高。與此同時，太平洋高空氣流由太平洋中央向美洲和亞洲兩大陸移動，低空氣流正好相反；因此在北美西海岸形成一個南北向高壓脊；而混合厄爾尼諾使太平洋高空氣流加強，從而導致北美西海岸高壓脊的加強。

北極濤動呈負相位，即北半球中高緯地區大范圍環流距平場呈北正、南負的分布；北極是正變壓高于平均氣壓，于是將更多的冷空氣擠向中緯度地區。在2009年冬季3個月的500 hPa平均位勢高度距平場可以清楚地看到北極地區均為正距平，負距平中心在中緯度，盛行經向環流；在對流層低層產生異常強的北風，將冷空氣從較高的緯度輸送到較低的緯度，導致中緯度地面冷空氣活動頻繁、氣溫持續降低。2009年冬季極地氣壓偏高的趨勢時間長，強度大，是導致我國北方遲遲不能回暖的主要原因。表2所示西太平洋副高面積和強度標準化指數，各月均低于平均值，而500 hPa平均位勢高度場上各月北美西海岸高壓脊都很強大，達到60°N至80°N，導致北極濤動負相位和經向環流加強，使極地冷空氣沿亞洲東海岸南下，渤海產生長時間寒冷天氣，出現嚴重的冰情。

表2 西太平洋副熱帶高壓標準化指數和亞洲環流標準化指數

3 天氣形勢與氣象要素變化

3.1 500 hPa高度場和溫度場變化

2010年1月有3次冷空氣影響渤海，第1次3～8日，1月1日08時500 hPa高度場上極地冷空氣沿槽后西北氣流直達貝加爾湖，冷中心為-50℃。北太平洋高壓脊西伸與烏拉爾山高壓脊東伸使東亞大槽成為穩定的倒“Ω”型，系統移動緩慢。同時南海高壓加強使我國東部沿海西南暖濕氣流北上；3日渤海處在冷暖空氣的交匯處，出現大雪局地暴雪天氣；3～8日渤海處在冷氣團的控制下出現持續降溫。500 hPa高度場上渤海最低氣溫維持在-36℃左右。第2次11～15日，11日08時500 hPa烏拉爾山高壓脊迅速加強，極地冷空氣在鄂霍茨克海聚集并向西南方向輸送，12日隨著橫槽轉豎，渤海再次出現-40℃強降溫。第3次21～24日，21日隨東亞大槽東移冷空氣爆發性南下，渤海又一次出現強降溫，500 hPa高度場上氣溫達-30℃，25日隨著南海高壓和大陸高壓的發展、東移，渤海迅速升溫，極地冷空氣沿60°N附近東移。

3.2 渤海大風與海洋測站氣溫變化

2010年1月1～8日地面圖上貝湖冷高壓東移，冷空氣以回流的形式沿渤海南下，渤海灣海面（54646）海洋站觀測到1日至5日連續6天出現10 m/s以上東北風大風，氣溫迅速下降，最低氣溫達到-10.6℃；11～15日冷空氣入侵，連續5天出現10 m/s以上大風，12日最低氣溫-9.7℃。20～25日連續5天出現10 m/s以上大風，21日最低氣溫-6.1℃。這3次強降溫使渤海灣海面1～15日最低氣溫小于-4℃，最高氣溫低于0℃。17～19日海面氣溫略有回升，20～25日最低氣溫再次下降-5℃以下。另外，2日至4日渤海先后出現降雪，渤海灣出現18.9 mm的暴雪；萊州灣為中雪，遼東灣是小雪；積雪對陽光的反射致使白天氣溫回升緩慢，夜間氣溫下降迅速，使渤海冰災迅速加重。

3.3 渤海海冰變化

從國家海洋局發布的1月海冰實況看，渤海灣3日海冰外沿線為10海里，17日達30海里，24日最強達38海里。遼東灣3日海冰外沿線為47海里，21日最大是70海里。萊州灣3日海冰外沿線為10海里，22日最大是45海里。黃海北部3日海冰外沿線為20海里，21日最大是23海里。25日以后渤海受暖高壓脊的影響氣溫迅速回升，渤海灣及萊州灣結冰范圍迅速減小。29日浮冰范圍遼東灣48海里；渤海10海里；萊州灣20海里；北黃海17海里。之后渤海灣及萊州灣的冰情解除。

4 環流指數變化

本文采用中國氣象局發行的氣候監測公報中的西北太平洋副熱帶高壓、北半球極渦、亞洲環流指數表示氣候變化。副熱帶高壓是暖氣團，其范圍、強度、西伸點和北邊界都是重要指標，對渤海和北黃海冰情具有重要影響。極渦代表北方冷空氣，其面積、強度和位置與渤海、北黃海冰情相關。下面利用標準化指數（即距平除以標準差）來進一步說明渤海海冰的成因。如表3中所示，從極渦面積看，從2009年10月變為正值0.5，11月略有減小，12越迅速增大；2010年1月到2月極渦面積達到最大2.76，之后極渦面積逐漸減小。強度與極渦面積相對應，表3中4個月強度均為正值，2010年2月達到最強。中心強度從2009年11月變為負值，到2010年4月轉為正值，1月份為-1.27，說明極渦在1月份中心氣壓值達到最低。中心位置2010年1月為正值，其他3個月均為負值。這說明1月極渦中心位置偏東，東亞地區冷空氣南下強度強，冷空氣控制時間長。

從表1標準化指數可以看出，2009年冬季4個月西太平洋副熱帶高壓面積和強度均低于各月的平均值，強度最小在2010年1月，最小面積在2010年2月。西伸脊點和北邊界均低于各月平均值，最小值都在2010年2月。

表3 極渦標準化指數

從亞洲環流標準化指數可以看出，2009年11月緯向環流為1.17，大于經向環流0.38；12月緯向環流迅速減小，經向環流反過來大于緯向環流0.17；2010年1月經向環流迅速增大到1.43達到最強，緯向環流遠小于平均值；2010年2月經向環流明顯減小，緯向環流在增大，但經向環流仍大于緯向環流0.99。由此可以看出2009年冬季盛行經向環流，1月經向環流最強，渤海降溫最大，結冰最嚴重。

5 小結

2009年6月至11月的海洋出現了“混合厄爾尼諾”現象，海洋增溫的中心在赤道中、西太平洋，12月以后增溫中心逐漸東移，但增溫大值區始終在赤道中太平洋，這種厄爾尼諾的變化導致大氣環流異常。

“北極濤動”出現負位相。2009年冬季北極地區維持正變壓，負變壓在北緯40°及其以南，即極地氣壓逐步升高，原本僅在極地附近繞西風帶活動的極地冷空氣開始向南蔓延，以寒潮的形勢爆發南下，造成我國環渤海地區寒冷天氣的產生。

拉馬德雷（即太平洋十年濤動）冷相位，使北美西海岸維持高壓脊；混合厄爾尼諾出現使太平洋高空環流加強，導致北美西海岸維持高壓脊加強且北抬至極地，使極地冷渦分裂，極渦偏向亞洲，極鋒偏南；經向環流加強，西太平洋副高減弱。

混合厄爾尼諾、拉馬德雷冷相位和“北極濤動”負位相互作用，使2010年1月經向環流達到最強，渤海出現負距平中心，極地寒流侵襲東亞，使渤海長時間處于冷氣團控制下，加之積雪對太陽光的反射作用，造成渤海持續大范圍結冰。根據環流形勢的發展和演變，及時做出預報預警，可以減少海面冰封造成的重大損失。■

[1]耿淑琴，王旭.2001—2002年冬季黃渤海天氣氣候特征及對渤海海冰的影響[J].海洋預報，2002，19（4）:38-47.

[2]耿淑琴，王詠亮，白珊.2000—2001年冬季北半球大氣環流變化對渤海氣候及海冰的影響[J].海洋預報，2001，18（3）：25-33.

2012-05-09