2008年我國南方冰凍雨雪天氣大氣環流異常分析

崔　洋（大連國際機場集團 長海機場，遼寧 大連116500）

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2008年我國南方冰凍雨雪天氣大氣環流異常分析

崔洋
（大連國際機場集團 長海機場，遼寧 大連116500）

摘要：利用NCEP/NCAR再分析資料，以及我國國家氣候中心提供的160站逐月平均的氣溫和降水資料，對我國冬季冰凍雨雪天氣的大氣環流特征，影響的系統以及可能的遙相關型進行了分析，結果表明：（1）烏拉爾山附近的阻塞高壓的形成，與西南氣流的強烈發展為冰凍雨雪天氣提供了條件。（2）2008年為拉尼娜年，在拉尼娜事件的背景下，阻塞高壓的維持時間較長，有利于南北冷暖空氣出現“勢均力敵”的交綏。（3）北半球冬季500 hPa太平洋西部型遙相關（WP型）與我國南方冬季的氣溫和降水有很大的相關性。

關鍵詞：阻塞高壓；西南氣流；拉尼娜；WP型

1　引言

我國是一個自然災害頻發的國家，近年來隨著全球氣候出現的異常變化，冬季我國南方地區頻頻出現嚴重的冰凍雨雪災害天氣。其特點有影響面積廣，持續時間較長，造成損失大等特點。嚴重影響了交通運輸、通訊設施、農業生產、群眾生活等方方面面。給我國經濟造成了巨大的損失。對人們日常生活和出行造成了很大的不便。

近年來許多學者從不同角度，運用不同方法對冰凍雨雪天氣的發生發展規律進行了大量研究。（1）關于冰凍雨雪天氣時空分布的總結分析：嚴小冬等人［1］利用貴州84個測站凍雨日數資料和 NCEP/ NCAR再分析資料，借助EOF展開和小波分析及其他診斷技術分析了貴州凍雨的時空分布特征、時間演變規律及其影響因素，得出凍雨的空間分布特征和時間演變規律主要受海拔高度、相對高度、迎風坡、背風坡、靜止鋒區、冷空氣厚度和不同高度冷空氣活動等因素影響。（2）關于冰凍雨雪天氣過程中的逆溫層的分析：以駱歐陽等人研究的金華市為例［2］，發生凍雨時，大氣垂直結構有比較明顯的特點：中層暖，上、下層冷，因此凍雨發生時的大氣垂直結構大致可分為冰晶層、暖層和冷層。王海軍［3］，暖層厚度對凍雨產生有影響。因為大雨0℃的暖層常被看作為融化層，要是落入其中的冰晶雪花融化為液態水，它必須要有相當的厚度，否則融化的過冷卻水會再次凝結。（3）關于冰凍雨雪天氣實際預報中的方法和結論的積累：楊明等人［4］應用多元統計方法，建立了凍雨天氣形勢下的溫度計降水預報方程，發現利用SPSS統計軟件建立的預報方程理論擬合效果較好。

以上方面對于冰凍雨雪天氣的成因，分布和預測方法很多文獻都有深入研究。而以上文獻對于冰凍雨雪天氣的環流異常過程并未太多涉及，本文將從冰凍雨雪天氣的大氣環流異常的角度，運用短期氣候預測的有關方法，對引起我國南方地區冰凍雨雪天氣的主要系統，水汽條件，以及環流背景場的主要特點進行分析和探索。

2　資料與方法

2.1資料

（1）2008年逐日NECP/NCAR的2.5°×2.5°的高度場、水平風速、高度場以及地表的海平面氣壓場等的再分析資料。

（2）1948年1月-2012年4月逐月NECP/NCAR 的2.5°×2.5°的高度場、水平風速、溫度場以及地面海平面氣壓場等的再分析資料。

（3）1948年-2008年逐月NECP/NCAR的2.0°× 2.0°逐月SST資料。

（4）國家氣候中心統計的我國160站1951-2010年逐月平均的氣溫和降水資料。

2.2計算方法

2.2.1經驗正交函數分解（EOF）

利用NCEP/NCAR在1948-2012年逐月的500 hPa高度場，在60°E-120°W，0°-90°N區域內，對1月份資料進行標準化距平處理后，運用EOF正交分解方法進行計算。所謂經驗正交分解是指用來分解氣象要素場的特征向量是由給定的氣象要素場的序列本身的特征所決定的，而不是事先人為規定好的。EOF是針對氣象要素場進行的，對包含若干空間點的場沿時間的變化分解。設抽取樣本的容量為n的資料，則場中任意一空間點i和任意一時間點j的距平觀測值Xij，可看成有p個空間函數Vik時間函數Ykj（k=1，2，…，p）的線性組合表示成：

2.2.2WP（太平洋西部型遙相關）指數

大氣遙相關是指相隔一定時間和空間的氣象或者天氣氣候過程之間穩定相關上網地理分布型。北半球冬季500 hPa高度場遙相關中太平洋西部型（Western Pacific pattern，WP）：當西太平洋副高加強時，阿留申低壓加深，表現出這兩個地區位勢高度的反相關的特點。

定義WP指數為：

相關系數的計算：

3　08年我國南方冰凍雨雪天氣的環流分析

王海軍等人［3］通過對冰凍日數，溫度和降水量等要素的分析，對冰雪凍害天氣進行分級，建立了冰凍指數等并指出：我國南方地區發生區域持續性冰凍災害天氣最嚴重的前5位分別為2008、1955、1984、1964、1957年，其中08年冰雪凍害天氣過程比較嚴重，故而本文將以08年為例進行分析。

3.1拉尼娜背景場的確定

ENSO事件是一個涉及赤道中東太平洋的大尺度海洋大氣異常事件，把赤道中東太平洋海溫異常增暖的事件稱為El Nino事件；把赤道中東太平洋海面溫度異常變冷的現象稱為La Nina事件。美國氣候預測中心把赤道中東太平洋海域分為幾個海區Nino一區（5°-10°S，90°-80°W），Nino二區（0°-5°S，90°-80° W），Nino三區（5°N-5°S，150°-90°W），Nino四區（5°N-5°S，160°E-150°W）和Nino3.4區（5°N-5°S，170°-120° W）。對于判斷是否為ENSO事件，不同作者規定的海溫距平數值上略有所差異，但大體為，半年內海表面溫度距平值大于0.5℃，超過0.5℃的定義為El Nino事件，低于-0.5℃的定義為La Nina事件。

圖1　2008年1月全球海溫距平場（相對于1948-2010年的海溫，單位：℃）

由圖1可看出08年1月份太平洋Nino三區海域海面溫度負距可達-1.5℃。而之前的幾個月內Nino三區海域的海表面溫度距平均小于-1.5℃，故而2007年全球大氣受La Nina事件影響。期間我國南方出現大范圍持續性冰凍雨雪天氣現象也是La Nina事件的表現特征之一。而La Nina事件是08年這次冰雪凍害的發生和持續的背景場，它與西伯利亞地區阻塞高壓的建立和維持有密切的關系［5］。

3.22008年環流場分析

結合500 hPa高度平均場和距平圖，可以看到08年1月中下旬，在拉尼娜事件的背景下，烏拉爾山高壓脊強烈發展，且持續時間很長。北大西洋500 hPa上的西風帶向東到達歐洲后分為兩支，一支偏北延伸到極地，并在貝加爾湖北側轉向南下，將大量冷空氣向北輸送，這種環流的阻高位置偏北，阻塞形勢持續時間很長。另一支向南匯入孟加拉灣地形槽，從高原南部進入我國，西南氣流得到加強。根據前文利用EOF分析法所做的大氣環流分型可以明顯看出，我國08年冬季與第三模態十分類似，東亞一帶為負距平，西伯利亞附近有強的正距平，阻高很強且十分穩定。西太平洋副高位置較為偏北。

3.3水汽條件和垂直運動

2008年一共出現四次大型冰凍天氣，下面以08 年1月27日為例分析冰凍雨雪災害天氣的水汽條件和低層的垂直速度。

由08年1月27日700 hPa的平均風場分析可得出，貝加爾湖的西面有強烈的阻塞高壓存在，阻高前部有明顯的偏北氣流，將冷空氣向南方輸送。我國南方地區西南氣流強烈，在700 hPa高空可達30 m/s以上，可將水汽由孟加拉灣向我國江淮地區輸送，西太平洋有明顯的副高出現，副高的底后部偏南氣流將南海的暖濕空氣向內陸輸送，匯入西南氣流之中。副高脊線位置較往年同期偏北，使得西南氣流攜帶著暖濕空氣向更北的地方輸送。

利用25°-35°N的平均垂直速度可得，08年1月27日，700 hPa高度場在115°E的地方有最大的向上的垂直速度。說明這里垂直輸送很強，應伴隨有降水等水汽的相變過程，在地理上該地區約為江西、湖南一帶。這一帶能出現上升運動，是由副高底后部的偏南氣流的匯入造成的，帶來的暖濕空氣以及明顯的垂直運動，為降水提供了必要條件。

3.4大氣環流異常影響我國南方低溫雨雪天氣可能的機制

據先前利用EOF分析所得標準化距平分析不難發現，08年的大氣環流背景場與第三模態比較接近，且較為符合北半球500 hPa太平洋西部型遙相關型，故而對08年我國南方冰凍雨雪天氣環流背景場的可能的影響機制做初淺的探索。利用1948-2012年的500 hPa的NCEP/NCAR的2.5°×2.5°的再分析資料，以及中國160站，1951-2010年的逐月平均的溫度和降水資料計算WP（太平洋西部型）遙相關指數有與我國1月份氣溫和降水的相關系數并分析其相關關系。

圖2　1948-2011年標準化的WP遙相關指數

通過計算可得如圖2所示，1948-2011年歷年的標準化遙相關指數，其中高指數年1962、1967、1970、1986、1987、2000、2003、2010年，低指數年有 1952、1955、1968、1975、1980、1988、1992、1998、2004、2006年。

WP指數與氣溫的相關圖（圖3）中可以看出，WP指數與我國冬季1月份的氣溫均為這個相關。我國四川湖南江西一帶有很大的正相關性，相關系數大的可達0.35。新疆北部小部分地區氣溫也與WP指數有很強的相關性。

圖3　1951-2008年的WP指數與氣溫的遙相關（陰影為通過95%置信檢驗的區域）

WP指數與降水的相關圖（圖4）中，江西湖南等地為負相關大的地區，海南島東北部有負相關的高值區，青藏高原南部為負相關的高值區，相關系數超過-0.3，河套地區附近為正相關區。

圖4　1951-2008年的WP指數與降水的遙相關（陰影為通過95%置信檢驗的區域）

4　結論與討論

本文利用短期氣候預測的方法，以08年為例，對我國南方發生持續性冰凍雨雪天氣的原因和可能的影響機制進行了分析：（1）我國南方冰凍雨雪天氣發生時，烏拉爾山高壓脊發展強烈，形成穩定的阻塞高壓，其脊前的偏北引導氣流將冷空氣源源不斷的向南輸送。與此同時孟加拉灣地區的槽前西南氣流很強，將大量水汽向我國北方輸送，北方冷空氣與南方暖濕氣流交綏，為冰凍雨雪天氣的發生提供了條件。（2）2007年至2008年為拉尼娜年，在此環流背景下，烏拉爾山阻塞高壓發展強烈且穩定維持。這使得有持續的冷空氣由偏北氣流輸送至我國。這是導致我國冰凍雨雪天氣持續性的原因。（3）通過對北半球冬季500 hPa太平洋西部型遙相關型 （WP型）對我國氣溫和降水的關系的分析，發現WP指數與我國華中地區的氣溫和降水均有很大的相關性。此外與我國新疆的部分地區也有很大的相關性。

參考文獻

［1］嚴小冬，吳戰平，古書鴻.貴州凍雨時空分布變化特征及其影響因素淺析 ［J］.高原氣象2009，28（3），695-701.

［2］駱歐陽，項素清.2008年2月初金華市罕見凍雨災害成因分析［J］.海洋預報2010，27（3），50-58.

［3］王海軍，覃軍，張峻，中國南方7省冰凍天氣時空分布規律研究.長江流域資源與環境，2010，19（7），840-846.

［4］楊明，毛顯后.凍雨天氣形勢下的貴州單站溫度和降水預報［J］.貴州氣象，2009，33增刊，45-47.

［5］DingYihui，WANGZunya，SONGYafang，and ZHANG Jin.The Unprecedent Freezing Disaster in January 2008 in Southern China and Its Association with the Golbal Warming［J］.ACTA METEOROLOGICA SINCA 2008，22（4）538-558.

中圖分類號：P458.1+1

文獻標識碼：A

文章編號：1002-252X（2016）02-0005-03

收稿日期：2016-3-1

作者簡介：崔洋（1989-），男，河北省新樂縣人，南京信息工程大學，本科生，助理工程師.

Abnormal atmospheric circulation analysis of freezing rain and snow weather in South China in 2008

CUI Yang
（Dalian international airport Changhai airport，Liaoning Dalian 116500）

Abstract：Analyzed the atmospheric circulation characteristics，impact system and possible teleconnection patterns of the winter freezing rain and snow weather in China with the NCEP/NCAR reanalysis data information，160 stations’monthly mean temperature and precipitation data from China＇s National Climate Center.Results show that：（1）the formation of the blocking high near Ural Mountains and strong development of the southwest airstream provide conditions for freezing rain and snow weather.（2）The La Nina event happened in 2008，which made the blocking high pressure maintain a longer period of time.And that is conductive to the cold air from northern part and the warm and wet air from southern part appear evenly matched.（3）The 500 hPa western Pacific tele-connection pattern（WP type）in the winter of northern hemisphere have a great correlation with the temperatures and precipitation in winter of Southern China.

Key words：blocking high；southwest airstream；La Nina；WP