洞庭湖區(qū)熱量資源方面的災害性天氣分析

孟 鵬，楊 令，羅 婷，徐志輝

(1.湖南省南縣氣象局，湖南南縣 413200；2.湖南省益陽市氣象局，湖南益陽 413000)

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洞庭湖區(qū)熱量資源方面的災害性天氣分析

孟 鵬1，楊 令2，羅 婷2，徐志輝2

(1.湖南省南縣氣象局，湖南南縣 413200；2.湖南省益陽市氣象局，湖南益陽 413000)

采用洞庭湖區(qū)12個氣象觀測站1971～2013年常規(guī)氣象資料，綜合分析了影響洞庭湖區(qū)水稻生長熱量資源方面的災害性天氣(倒春寒、5月低溫、寒露風和高溫熱害)。結(jié)果表明，洞庭湖區(qū)倒春寒、5月低溫、寒露風均呈減少趨勢，高溫熱害年份站點數(shù)呈增加趨勢；連續(xù)兩旬出現(xiàn)倒春寒的年概率為2.3%，連續(xù)2年未出現(xiàn)寒露風的概率僅為2.4%；倒春寒年分布呈現(xiàn)由南向北“V”字型遞增的趨勢，5月低溫年分布和次數(shù)分布均呈現(xiàn)西南多東北少的趨勢，寒露風年分布和次數(shù)分布均呈現(xiàn)山區(qū)多、湖區(qū)少的趨勢；山區(qū)出現(xiàn)高溫熱害的年數(shù)較多，海拔越高出現(xiàn)的機率越大；各類災害性熱量資源天氣的發(fā)生有其特定的天氣形勢。

熱量資源；災害性天氣；變化規(guī)律；天氣形勢

洞庭湖區(qū)位于長江中游以南、湖南省北部(28°44′～29°35′N、111°53′～113°00′E)，境內(nèi)10余個國有農(nóng)場，水、土、生物等資源豐富，開發(fā)歷史悠久，已成為國內(nèi)主要商品糧生產(chǎn)基地。洞庭湖區(qū)為向北開口馬蹄形特殊地形，是氣象災害多發(fā)地，如倒春寒、陰雨寡照、5月低溫、高溫熱害、干熱風等，對農(nóng)作物生長影響較大。近些年來在全球氣候變暖的背景下，各地區(qū)年平均氣溫不斷升高，極端天氣氣候事件趨多增強[1]，給人類生活和經(jīng)濟發(fā)展帶來越來越嚴重的影響。政府間氣候變化專門委員會(IPCC)第4次評估報告指出，最近100年(1906～2005年)全球平均地表溫度上升了(0.74±0.18)℃[2]。充分認識和掌握氣候變化規(guī)律，科學合理利用當?shù)貧夂蛸Y源，對農(nóng)業(yè)發(fā)展和糧食安全十分重要。劉敏等[3]分析了熱量資源變化對水稻生產(chǎn)的影響，發(fā)現(xiàn)可將早熟品種換種生育期相對較長、產(chǎn)量相對較高的中熟、遲熟品種，以提高水稻單產(chǎn)，雙季稻種植范圍可以適當向北部水源充足、灌溉條件較好的地區(qū)推移，以提高水稻總產(chǎn)。為了確保洞庭湖區(qū)水稻的穩(wěn)定高產(chǎn)，需要積極應對和主動適應氣候變化，特別是熱量資源的分布特征[4-5]。蔣志光等[5]分析指出洞庭湖區(qū)水稻生產(chǎn)的主要氣象災害呈現(xiàn)出倒春寒、高溫熱害、干旱發(fā)生日趨嚴重，5月低溫、干熱風、洪澇發(fā)生較重且趨于平穩(wěn)，寒露風、陰雨寡照、大風發(fā)生趨弱的特點。筆者選取洞庭湖區(qū)這一典型區(qū)域為研究對象，采用洞庭湖區(qū)12個氣象觀測站1971～2013年常規(guī)氣象資料，綜合分析了影響洞庭湖區(qū)水稻生長熱量資源方面的災害性天氣(倒春寒、5月低溫、寒露風和高溫熱害)，旨在為評價洞庭湖區(qū)作物生長熱量資源環(huán)境、氣象預報指導生產(chǎn)防災減災提供參考。

1　倒春寒及其形成的天氣形勢分析

1.1倒春寒發(fā)生的時間變化將歷年的洞庭湖區(qū)12個氣象站發(fā)生倒春寒的旬數(shù)相加，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，洞庭湖區(qū)倒春寒旬數(shù)呈減少趨勢，減少幅度為1.5旬/10 a；1971～2000年出現(xiàn)了4個明顯的峰值，1972年的17旬、1980年的23旬，1991和1996年的24旬；2001～2013年間出現(xiàn)了2個較明顯的峰值，2005和2010年的12旬；沒有旬出現(xiàn)倒春寒的年份有14年，分別為1974～1975、1977、1993、1997、2000、2004、2006～2009、2011～2013年。統(tǒng)計1971～2013年每旬出現(xiàn)倒春寒的站點發(fā)現(xiàn)，出現(xiàn)倒春寒旬站數(shù)合計為342站；旬倒春寒有6～9個站點的共有7旬，共計54站，占倒春寒總站數(shù)的15.8%；旬倒春寒有10～12個站點的共有23旬，共計324站，占倒春寒總站數(shù)的80%。倒春寒出現(xiàn)的6個以下站點的可能性很小，僅為4.2%。出現(xiàn)倒春寒幾率最高的旬為3月下旬，概率為38%；其次為3月中旬和4月下旬，概率合計為34%；出現(xiàn)倒春寒幾率最低的旬為4月上中旬；連續(xù)兩旬出現(xiàn)倒春寒的年概率為2.3%。

1.2倒春寒發(fā)生的空間變化將歷年洞庭湖區(qū)12個氣象站發(fā)生倒春寒的年份、旬數(shù)相加，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，出現(xiàn)倒春寒年最少的縣市為安化(21年)，其次為汨羅(22年)，最多的縣市為南縣、沅江、華容和澧縣(25年)；出現(xiàn)倒春寒旬最少的縣市為安化(24旬)，其次為汨羅(26旬)，最多的縣市為沅江、臨湘和澧縣(31旬)，其次為益陽(30旬)。由此可見，洞庭湖倒春寒年分布呈現(xiàn)由南向北“V”字型遞增的趨勢，旬分布呈現(xiàn)由洞庭湖中心向四周遞減的趨勢，且越往南遞減快，山區(qū)出現(xiàn)倒春寒的年數(shù)較少。

1.3倒春寒發(fā)生的天氣形勢 在發(fā)生倒春寒前期洞庭湖區(qū)氣溫明顯上升，一般日平均氣溫達25 ℃以上。倒春寒發(fā)生之初，歐亞大陸500 hPa位勢高度場呈兩槽一脊型，鄂霍次克海為切斷低壓，西部低槽較弱；烏拉爾山以東地區(qū)有阻塞高壓發(fā)展，該形勢加劇了西伯利亞貝加爾湖的冷空氣由偏東路徑向南入侵，影響洞庭湖區(qū)，氣溫迅速下降，下降幅度達12 ℃以上。此后20°～30°N 的中低緯地區(qū)500 hPa 氣流平直，多小波動東移；副高584 hPa 線位于20°～25°N，我國南方地區(qū)水汽充沛，有利于將孟加拉灣和南海的水汽向長江中下游地區(qū)輸送；貝加爾湖以西的高壓脊穩(wěn)定維持，為低渦后部冷空氣南下提供通道，使得冷空氣不斷補充南下與暖濕氣流的匯合導致陰雨天氣的形成。

2　5月低溫及其形成的天氣形勢分析

2.15月低溫發(fā)生的時間變化將歷年洞庭湖區(qū)出現(xiàn)5月低溫的年份找出來后，再將該年出現(xiàn)的站點數(shù)相加，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，沒有出現(xiàn)5月低溫的年份有10年，分別為1980、1982、1994、1997、1999～2000、2007～2008、2012～2013年；洞庭湖區(qū)出現(xiàn)5月低溫年份站數(shù)呈減少趨勢，減少幅度為1站/10 a。20世紀70年代12站均出現(xiàn)5月低溫的年份有6個，其中1973～1977年連續(xù)5年出現(xiàn)5月低溫；80年代12站均出現(xiàn)5月低溫的年份有5個，為1983～1984、1986～1988年；90年代僅有6年有站點出現(xiàn)5月低溫；2001～2013年間有9年有站點出現(xiàn)5月低溫，出現(xiàn)概率為69%。在出現(xiàn)5月低溫的年份中10～12站出現(xiàn)的概率為49%，6～9站出現(xiàn)的概率為12%，6站次以下出現(xiàn)的概率為39%，可見，大部分站點出現(xiàn)5月低溫和少部分站點出現(xiàn)的概率均較高。

2.25月低溫發(fā)生的空間變化將歷年洞庭湖區(qū)12個氣象站發(fā)生5月低溫年、次數(shù)相加，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，出現(xiàn)5月低溫年最多的縣市為安化(32年，與該地出現(xiàn)倒春寒年數(shù)的排名相反)，其次為桃江和臨湘(24年)，最少的縣市為汨羅(17年)，其次為益陽(19年，與該地出現(xiàn)倒春寒年數(shù)的排名一致)；出現(xiàn)5月低溫次數(shù)最多的縣市也為安化(42次)，其次為臨湘(30次)，最少的縣市為汨羅(19次)。由此可見，洞庭湖5月低溫年分布和次數(shù)分布均呈現(xiàn)西南多東北少的趨勢，次數(shù)分布趨勢較年分布加劇。

2.35月低溫發(fā)生的天氣形勢由圖1可見，5月低溫發(fā)生的當天西風環(huán)流指數(shù)由高指數(shù)轉(zhuǎn)為低指數(shù)，副高脊線從16.3°N北抬至18.6°N，平均北抬2個多緯距；5月低溫維持時，西風環(huán)流指數(shù)由低指數(shù)轉(zhuǎn)為高指數(shù)，副高脊線位置平均北抬至17.5°N以北；5月低溫結(jié)束時情況相反，西風環(huán)流指數(shù)由高指數(shù)轉(zhuǎn)為低指數(shù)，副高脊線從19.5°N以北南退至16.5°N，平均南退3個多緯距。在700 hPa高空天氣圖上，有91%的5月低溫過程長江流域存在橫切變。在地面天氣圖上，所有的5月低溫過程華南地區(qū)均有鋒面活動，其中82%的5月低溫有華南靜止鋒與之相伴。所有的5月低溫均是冷空氣入侵的結(jié)果，其中絕大多數(shù)是東路或中路冷空氣入侵的結(jié)果。

圖1　洞庭湖區(qū)出現(xiàn)5月低溫天氣開始時(a)和結(jié)束時(b)天氣形勢Fig.1　Weather situations when low temperature in May began(a)and ended(b)in Dongting Lake district

3　寒露風及其形成的天氣形勢分析

3.1寒露風發(fā)生的時間變化將歷年洞庭湖區(qū)出現(xiàn)寒露風的年份找出來后，再將該年出現(xiàn)的站點數(shù)相加，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，沒有出現(xiàn)寒露風的年份有9年，分別為1975～1976、1978、1983、1990、1996、1998、2004、2009年，也就是連續(xù)2年未出現(xiàn)寒露風的概率很低，僅為2.4%；洞庭湖區(qū)寒露風年份站點數(shù)呈減少趨勢，減少幅度為1.4站/10 a。在出現(xiàn)寒露風的年份中10～12站出現(xiàn)的概率為59%，6～9站出現(xiàn)的概率為12%(與5月低溫出現(xiàn)的概率一致)，6站次以下出現(xiàn)的概率為29%，即大部分站點出現(xiàn)寒露風的概率在一半以上。

3.2寒露風發(fā)生的空間變化將歷年洞庭湖區(qū)12個氣象站發(fā)生寒露風年、次數(shù)相加，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，出現(xiàn)寒露風年最多的縣市為臨湘(29年)，其次為安化(28年)，最少的縣市為汨羅、岳陽和沅江(20年)，其次為益陽(22年，與該地出現(xiàn)倒春寒、5月低溫年數(shù)排名一致)；出現(xiàn)寒露風次數(shù)最多的縣市為安化(40次)，其次為澧縣(36次)，最少的縣市為汨羅(24次)。由此可見，洞庭湖寒露風年分布和次數(shù)分布均呈現(xiàn)山區(qū)多、湖區(qū)少的趨勢，其中年分布東部山區(qū)比西部多，次數(shù)分布西部山區(qū)比東部多。

3.3寒露風發(fā)生的天氣形勢洞庭湖區(qū)所有的寒露風過程均是由冷空氣侵入造成的，其環(huán)流特征主要為緯向型和徑向型兩類(圖2)。緯向型包括烏拉爾山阻塞高壓型和緯向多波動型。烏拉爾山阻塞高壓型在烏拉爾山附近有一穩(wěn)定的阻塞高壓，貝加爾湖和巴爾克什湖地區(qū)有一橫槽，40°～50°N附近為一東西向鋒區(qū)，當橫槽轉(zhuǎn)向南移時冷鋒從中路或西路侵入湖南，形成強冷空氣過程。緯向多波動型在歐亞中緯度地區(qū)有多個快速移動的槽脊東移，冷鋒主要是由一對移動性槽脊發(fā)展沿脊前西北氣流南下影響湖南，當冷高壓較強時，形成強冷空氣過程。經(jīng)向型包括一脊一槽、兩脊一槽和兩槽一脊三型。一脊一槽和兩脊一槽型的特點是長波脊位于烏拉爾山附近，其東為一寬槽，冷槽沿脊前向南加深進入我國西北地區(qū)，冷空氣從中路或西路侵入湖南。兩槽一脊型的特點是青藏高原西側(cè)暖脊向北強烈發(fā)展，與中亞地區(qū)淺脊同位疊加，促使脊前中緯度鋒區(qū)和低槽在兩槽一脊形勢下越過40°N，從西路或中路侵入湖南，形成強冷空氣過程。

圖2　洞庭湖區(qū)寒露風預報模型Fig.2　Prediction model of cold dew wind in Dongting Lake district

4　高溫熱害及其形成的天氣形勢分析

4.1高溫熱害發(fā)生的時間變化 將歷年洞庭湖區(qū)出現(xiàn)高溫熱害的年份找出來后，再將該年出現(xiàn)的站點數(shù)相加，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，1971～2013年每一年洞庭湖區(qū)均有高溫熱害天氣出現(xiàn)；洞庭湖區(qū)高溫熱害年份站點數(shù)呈增加趨勢，增幅為0.7站/10 a。出現(xiàn)寒露風的年份中10～12站出現(xiàn)的概率為53.4%，6站以下和6～9站出現(xiàn)的概率均為23.3%，即大部分站點出現(xiàn)寒露風的概率在一半以上；2000～2013年僅2008年有5個站點的高溫熱害發(fā)生，其他年份均為10個或以上站點的高溫熱害出現(xiàn)，其中12個站點均出現(xiàn)的年份為6年，出現(xiàn)概率為42.9%，特別是2009～2013年內(nèi)有4年 12個站點均出現(xiàn)了高溫熱害。

4.2高溫熱害發(fā)生的空間變化將歷年洞庭湖區(qū)12個氣象站發(fā)生高溫熱害的年份相加，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，出現(xiàn)高溫熱害最多的縣市為安化(42年)，其次為桃源和臨湘(37年)，最少的縣市為岳陽(16年)，其次為南縣(23年)。由此可見，山區(qū)出現(xiàn)高溫熱害的年數(shù)較少，海拔越高出現(xiàn)的幾率越大。

4.3高溫熱害發(fā)生的天氣形勢洞庭湖區(qū)出現(xiàn)高溫熱害時500 hPa高度場大氣環(huán)流比較穩(wěn)定，洞庭湖區(qū)處在西太平洋副熱帶高壓588 dagpm線西側(cè)或被其控制，下沉運動顯著，長時間、強烈的太陽輻射使得地面和大氣增溫十分迅速，經(jīng)常10：00氣溫達35 ℃，較長的日照時間和強烈的日照強度為高溫天氣的形成提供了能量條件。低層風場上洞庭湖區(qū)處于副熱帶高壓西側(cè)，盛行來自低緯溫暖的偏南氣流。地面氣壓梯度異常小，由此導致近地面風力微弱，不利于大氣底層空氣之間的混合，有利于地面長波輻射穩(wěn)定、持續(xù)加熱同一空氣團，使得氣溫不斷攀升，從而形成了洞庭湖區(qū)的高溫熱害天氣。

5　小結(jié)

(1)1971～2013年間洞庭湖區(qū)倒春寒呈減少趨勢，減幅為1.5旬/10 a，出現(xiàn)倒春寒的年份概率為66.4%；出現(xiàn)6個以下站點倒春寒的可能性僅為4.2%；3月下旬出現(xiàn)倒春寒概率最高為38%，出現(xiàn)倒春寒概率最低的時間段為4月上中旬；連續(xù)兩旬出現(xiàn)倒春寒的年概率為2.3%。

(2)洞庭湖區(qū)出現(xiàn)5月低溫年份站數(shù)呈減少趨勢，減幅為1站/10 a；大部分站點出現(xiàn)5月低溫和少部分站點出現(xiàn)的概率均較高。

(3)洞庭湖區(qū)寒露風年份站點數(shù)呈減少趨勢，減幅為1.4站/10 a；連續(xù)2年未出現(xiàn)寒露風的概率僅為2.4%；大部分站點出現(xiàn)寒露風的概率在一半以上。

(4)洞庭湖區(qū)高溫熱害年份站點數(shù)呈增加趨勢，增幅為0.7站/10 a。

(5)洞庭湖區(qū)倒春寒年分布呈現(xiàn)由南向北“V”字型遞增的趨勢；5月低溫年分布和次數(shù)分布均呈現(xiàn)西南多東北少的趨勢；寒露風年分布和次數(shù)分布均呈現(xiàn)山區(qū)多、湖區(qū)少的趨勢；山區(qū)出現(xiàn)高溫熱害的年數(shù)較多，海拔越高出現(xiàn)的機率越大。

[1] 廖玉芳，彭嘉棟，崔巍.湖南農(nóng)業(yè)氣候資源對全球氣候變化的響應分析[J].中國農(nóng)學通報，2012，28(8)：287-293.

[2] IPCC.Climate change 2007：The physical science basis，summary for policymakers[R].Cambridge：Cambridge University Press，2007.

[3] 劉敏，劉安國，鄧愛娟，等.湖北省水稻生長季熱量資源變化特征及其對水稻生產(chǎn)的影響[J].華中農(nóng)業(yè)大學學報，2011，30(6)：746-752.

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Analysis of Disastrous Weather Related to Heat Resources in Dongting Lake District

MENG Peng1, YANG Ling2, LUO Ting2et al

(1. Nanxian Meteorological Bureau, Nanxian, Hunan 413200; 2. Yiyang Meteorological Bureau, Yiyang, Hunan 413000)

Based on conventional meteorological data during 1971-2013 from 12 meteorological stations in Dongting Lake district, disastrous weather (cold spell in later spring, low temperature in May, cold dew wind, and high temperature damage) influencing heat resources for rice growth in Dongting Lake district were analyzed. The results showed that in Dongting Lake district, the quantity of stations suffering cold spell in later spring, low temperature in May, and cold dew wind tended to decrease, while the number of stations suffering high temperature damage showed an increasing trend from 1971 to 2013. The probability of years with cold spell in later spring appearing in continuous two periods of ten days was 2.3%, while the probability of cold dew wind not appearing in continuous two years was only 2.4%; the number of years with cold spell in later spring tended to increase from the south to the north in the shape of “V”; the number of years and frequency of low temperature in May decreased from the southwest to the northeast; the number of years and frequency of cold dew wind were more in mountainous areas and less in the lake region; there were more years with high temperature damage in mountainous areas, and the probability was high at high altitudes; various types of disastrous weather related to heat resources had specific weather situations.

Heat resources; Disastrous weather; Changing rules; Weather situation

孟鵬(1960-)，男，湖南南縣人，工程師，從事氣象服務工作。

2016-06-22

S 16

A

0517-6611(2016)23-165-03