2011年黑龍江省區域性初霜凍天氣過程分析

張治，趙廣娜，馬國忠，周一，張金峰

（1.黑龍江省氣象服務中心，黑龍江哈爾濱 150036；2.黑龍江省氣象臺，黑龍江哈爾濱 150030）

2011年黑龍江省區域性初霜凍天氣過程分析

張治1，趙廣娜2，馬國忠2，周一2，張金峰1

（1.黑龍江省氣象服務中心，黑龍江哈爾濱 150036；2.黑龍江省氣象臺，黑龍江哈爾濱 150030）

本文利用常規氣象資料和地面自動觀測資料，應用天氣分析和統計比較的方法，分析了2011年9月16-18日黑龍江省中西部發生的一次初霜凍天氣過程，并進行了天氣學成因探討，在原有的霜凍預報經驗指標基礎上得到霜凍預報新的著眼點。結果表明強冷空氣是造成霜凍災害性天氣的直接原因，當地面處在高低壓過渡帶中，T850hPa、RH500hPa梯度大值區和地面氣壓的變化對霜凍出現區域有很重要的影響。

霜凍；天氣特征；分析

1 引言

在初秋和晚春，當地面最低溫度達到或低于0℃（TD≤0℃），夜間土壤表面和植物表層的溫度下降到足以引起植物遭受傷害或死亡的短時間低溫凍害現象，稱之為霜凍。霜凍是影響范圍較大的災害性天氣，發生地區幾乎遍及全國各地，并危害多種農林作物，引起了各學科的廣泛關注，氣象學家竺可楨早就指出，霜凍與農業有重大的關系。張養才、何維勛、李世奎［1］研究了霜凍對農業生產的危害和預防措施。馮玉香、何維勛［2］對霜凍的形成機理進行了系統的研究。楊克明、陳秀鳳、王東生等［3］分析了東北地區霜凍的天氣氣候特征。

霜凍天氣來勢猛，影響范圍大，危害重，是天氣預報工作的重點和難點。本文選取典型個例進行分析，希望能得到霜凍天氣發生的一般規律和特征以及造成凍害嚴重的原因。

2 天氣實況

2011年9月1日開始，黑龍江省自北向南部分地區出現初霜凍。其中，1日大興安嶺北部，9-10日大興安嶺南部、嘉蔭，15日黑河，17-18日黑河大部、松嫩平原部分縣（市）及依蘭、林口出現初霜凍（表1、2）。2011年已經出現初霜凍的縣（市）多數比歷年同期早1-5 d，偏晚的縣（市）分布在黑河市及齊齊哈爾市北部。

表1 2011年9月17日晨霜凍實況

表2 2011年9月18日晨霜凍實況

3 霜凍的類型

霜凍按天氣學角度劃分可以分為平流霜、輻射霜和平流輻射霜3類，根據研究，黑龍江出現的霜大都屬于平流輻射霜［4］。

4 高空形勢演變分析

2011年9月16日20 時，亞歐中高緯度為兩槽一脊型，巴爾喀什湖與貝加爾湖之間有強盛暖高壓脊，脊前有冷空氣不斷進入黑龍江省，在黑龍江省上空以階梯槽形式存在，槽后有-28℃的冷中心（圖1a）。溫度槽西伸，0℃線穿越黑龍江省中西部地區（圖1b），到17日08時0℃線繼續向東南方向移動，穿過雞西-牡丹江-哈爾濱東南部，16日20時-17日08時等壓線與等溫線幾乎垂直，黑龍江中西部地區不斷有強冷平流輸送，致使地面強烈降溫，從而造成霜凍天氣出現。

圖1 2011年9月16日20時高空圖

5 地面形勢及各要素的預報指示意義分析

16日20 時-17日08時，黑龍江省處在地面高低壓過渡帶中（圖2），地面等壓線稀疏，地面氣壓梯度風較小。

圖2 海平面氣壓場

根據黑龍江省霜凍預報經驗指標：當地面處在高低壓之間，輻射條件較差，850 hPa溫度值在0～2℃或者有-4℃閉合等值線，并且冷平流較強有霜凍出現。17日晨齊齊哈爾、綏化、黑河南部、哈爾濱北部大部分地區滿足這個指標，出現霜凍。但是17日晨鶴崗、佳木斯兩個站點也滿足這個指標，卻未出現霜凍。18日晨，泰來、哈爾濱兩個站點地面處在高低壓過渡帶中，850 hPa溫度值在0～2℃，有弱暖平流，不滿足經驗指標，但出現了霜凍天氣。

16日20 時之前鶴崗、佳木斯有弱降水，降水結束后，天空云層較厚，不利于地面輻射降溫，因此未出現霜凍天氣。比較分析各層相對濕度與紅外云圖的關系，發現500 hPa相對濕度場上的梯度大值區與紅外云圖上云系對應關系比較好，相對濕度場梯度較大的地方，通常有云層覆蓋，即不利于地面長波輻射降溫，不利于霜凍出現?？梢娽槍@次霜凍天氣，500 hPa相對濕度場上的梯度大值區是預報有云的一個比較好的指標（圖3）。因此，在這次過程中，當地面處在高低壓過渡帶中，有弱降水或弱降水結束時，500 hPa相對濕度場上的梯度大值區所對應的區域不利于霜凍出現。

圖3 500hPa相對濕度場與紅外云圖疊加

18日08時，泰來、哈爾濱兩個站點地面雖然仍處在高低壓過渡帶中，但是地面氣壓場較前24 h有所升高，地面氣壓的升高表明有冷空氣下沉，溫度場與氣壓場之間存在著結構上的關系，即冷空氣有下沉趨勢，暖空氣有上升趨勢（圖4）。根據這個溫壓場關系，在冷空氣下沉導致地面降溫和地面輻射降溫共同作用下，泰來和哈爾濱18日早晨出現霜凍。在這次過程中，如果注意到黑龍江省西部地區的地面圖上等壓線的變化，則能發現有冷空氣下沉，從而能夠預報出泰來和哈爾濱等地的霜凍天氣。可見，在高低壓過渡帶中，當冷空氣完全控制，850 hPa溫度值處在0～2℃時，地面氣壓升高，易導致霜凍天氣出現。

6 T639數值預報性能檢驗

針對2011年9月17日晨初霜凍天氣過程，對T639數值預報產品進行了天氣學檢驗?？傮w來看，除相對濕度場預報較差外，其他要素在48 h預報時效內誤差均較?。ū?），對這次霜凍預報來說是可用的。海平面風場72 h預報時效內誤差較小，在實際預報中參考性較高，但是相對濕度場預報較差，850 hPa和500 hPa的相對濕度場可參考性不大。但500 hPa的相對濕度場48 h的相對濕度梯度大值區預報誤差較小，在實際預報中可以參考。

圖4 溫度場與氣壓場結構關系

表3 T639數值預報產品檢驗

7 小結

通過分析2011年9月16-18日黑龍江省中西部的初霜凍天氣過程，總結了這次霜凍形成的主要原因，并針對這次霜凍天氣訂正了原有的霜凍天氣預報經驗指標，嘗試尋找到新的預報著眼點，同時結合該過程對T639數值預報進行了檢驗：

（1）貝加爾湖脊前偏北強冷空氣入侵是黑龍江省中西部地區出現區域性霜凍的主要原因。

（2）當地面處在高低壓之間，輻射條件較差，850 hPa溫度值在0～2℃或者有-4℃閉合等值線有霜凍出現。

（3）500 hPa相對濕度場上的梯度大值區是預報有云的一個比較好的指標。因此，在這次過程中，當地面處在高低壓過渡帶中，有弱降水或弱降水結束時，500 hPa相對濕度場上的梯度大值區所對應的區域不利于霜凍出現。

（4）在地面高低壓過渡帶中，當冷平流影響結束，850 hPa溫度值處在0～2℃時，地面氣壓升高，易導致霜凍天氣出現。

（5）T639海平面風場72 h預報時效內誤差較小，在實際預報中可參考性較高，各層相對濕度場預報誤差較大。但500 hPa的相對濕度場，48 h的相對濕度梯度大值區預報誤差較小，可用來預報天空狀況。

[1]張養才,何維勛,李世奎.中國農業氣象災害概論[M].北京:氣象出版社,1991:129-199.

[2]馮玉香,何維勛.霜凍的研究[M].北京:氣象出版社, 1995:40-42.

[3]楊克明,陳秀鳳,王東生,等.東北地區初霜凍的天氣氣候特征[J].氣象,1999,25（6）:13-18.

[4]黑龍江省天氣預報經驗和方法[M].黑龍江省氣象局，1988:95-99.

A weather process study on the regional initial frost in Heilongjiang province in 2011

ZHANG Zhi1,ZHAO Guang-na2,MA Guo-zhong2,ZHOU Yi2,ZHANG Jin-feng1
（1.Heilongjiang Meteorological Service Center,Heilongjiang Haerbin 150036; 2.Meteorological Observatory of Heilongjiang Province,Heilongjiang Haerbin 150030）

Applying weather analysis and statistical comparison method,analyzed weather process feature and the synoptic cause of initial frost happened during September 16-18,2011 in the middle and west areas of Heilongjiang province with the meteorological routine data and ground automatic observation data.On the basis of former frost forecast experience index,new point of view of frost forecast was obtained.The results showed that the strong cold air was the direct cause of the frost disaster weather,when the region located in the transition zone of high and low pressure,the change of surface pressure and high gradient value zone of T850hPaand RH500hPacan influence the frost areas significantly.

frost;weather characteristics;analysis

P458.1+2

A

1002－252X（2012）01－0013－04

2011－12－6

張治（1979-），男，吉林省農安縣人，蘭州大學，本科生，工程師.