撫順地區(qū)地面氣溫與850 hPa溫差分析

李亞中++呂志紅++隋明++全美蘭++劉帥++李俊樂++馬曉穎++沈斌++劉多文++鄭國偉++寧大可+李祥明++趙思文++田琳++張昱

摘要 利用撫順市章黨氣象站2007—2011年的逐日最高氣溫和最低氣溫觀測資料、同期逐日8：00和20：00 EC 850 hPa溫度和相對濕度（包括700 hPa相對濕度）分析場資料以及850 hPa垂直速度和溫度平流場格點資料，根據(jù)溫度變化方程分析垂直速度、溫度平流和相對濕度對最低和最高氣溫與850 hPa溫度差的影響。結(jié)果表明，日最低和最高氣溫與850 hPa溫度差、850 hPa垂直速度和溫度平流三者的極值不同時出現(xiàn)，即最大的溫度差絕對值伴隨著較小的垂直速度和較小的溫度平流，最強垂直運動伴隨著較小的溫度差絕對值和較弱的溫度平流，最強溫度平流伴隨著較小的溫度差絕對值和較弱的垂直運動。日間的最強暖平流和上升運動大于夜間的最強暖平流和上升運動；夜間的最強冷平流和下沉運動大于日間的最強冷平流和下沉運動。溫度差、垂直速度和溫度平流極值所伴隨的日間降水次數(shù)和降水量均大于夜間。

關(guān)鍵詞 地面氣溫；850 hPa溫度；溫差；垂直速度；溫度平流；遼寧撫順

中圖分類號 P423 文獻標(biāo)識碼 A 文章編號 1007-5739（2017）19-0182-03

氣溫高低變化對人們?nèi)粘Ｉ詈徒?jīng)濟建設(shè)都有重要影響，很多氣象工作者在溫度預(yù)報方面開展了廣泛研究，成果顯著。燕成玉等[1]應(yīng)用溫度變化方程對秦皇島2次極端最低氣溫天氣過程進行對比分析后指出，在制作溫度預(yù)報時，垂直速度的變化和地表狀況不容忽視。周后福[2]應(yīng)用溫度變化方程對2004年安徽梅汛期分別出現(xiàn)在安慶的一次明顯降水過程和一次大范圍高溫過程進行了定量估算分析，明確指出了無論在高溫期還是在降水期間非絕熱變化項對溫度的升高都起著至關(guān)重要的作用。劉 梅等[3]用日最高氣溫與850 hPa溫度的差值作為預(yù)報因子成功建立了夏季日最高氣溫預(yù)報模型，繆國華等[4]用500 hPa月平均高度場分析了高溫前期的高空環(huán)流特征，陳 芳等[5]討論了高空高度等對氣溫的影響，冀新琪[6]研究得出8：00 850 hPa的溫度可作為克拉瑪依夏季晴空日最高氣溫的主要預(yù)報因子。

撫順地區(qū)屬于中溫帶東亞大陸季風(fēng)氣候區(qū)，夏熱多雨，冬寒漫長，溫差較大，夏季最高氣溫>30 ℃，冬季最低氣溫 <-30 ℃。因此，研究撫順地區(qū)溫度變化的規(guī)律、探討影響溫度變化的各項因子對最低氣溫和最高氣溫的變化所起的不同作用，對今后本地的溫度預(yù)報具有重要意義。

1 資料與方法

本文所用資料為撫順市章黨站2007—2011年的逐日最高氣溫和最低氣溫觀測資料、同期逐日8：00和20：00 EC 850 hPa溫度和相對濕度（包括700 hPa相對濕度）分析場資料以及850 hPa垂直速度和溫度平流場格點資料。在以下的分析中，除特別指明，垂直速度和溫度平流均指在850 hPa，相對濕度指在850 hPa和700 hPa，同時定義日最高和最低氣溫與850 hPa溫度的差值分別為高差和低差。本文根據(jù)溫度變化方程分析垂直速度、溫度平流和相對濕度對高差和低差的影響。

1.1 測站上空物理量取值

由于EC 850 hPa溫度和相對濕度（包括700 hPa相對濕度）分析場資料以及850 hPa垂直速度和平流場資料都是格點數(shù)據(jù)，所以需要將這些數(shù)據(jù)內(nèi)插到章黨站上空。本文中所有高空物理量數(shù)據(jù)均經(jīng)過轉(zhuǎn)換。

1.2 計算平均值

夜間各物理量平均值取前一日20：00和當(dāng)日8：00的數(shù)據(jù)計算平均值；日間各物理量的平均值取當(dāng)日8：00和20：00的數(shù)據(jù)計算平均值。由于8：00和20：00物理量對日間最高氣溫和夜間最低氣溫的“貢獻”不同，一般夜間最低氣溫的產(chǎn)生更多受20：00物理量的影響，而日間最高氣溫的產(chǎn)生更多受8：00物理量的影響，且這種不等權(quán)重隨著季節(jié)的變化而變化。因此，在計算日間和夜間各物理量的平均值時需按加權(quán)平均的方法進行計算，各月權(quán)重系數(shù)見表1。

2 結(jié)果與分析

2.1 各月平均值年變化特征

無論低差還是高差越到冬季越小，最小值出現(xiàn)在1月。低差在3—8月的值較大，為正值；其他月份為負值，最大值出現(xiàn)在7月；高差在3—10月的值較大，最大值出現(xiàn)在4—5月。對于垂直速度和溫度平流，二者的變化呈相反趨勢。垂直速度9月至翌年3月為正值，最大值出現(xiàn)在1月，4—8月為負值，最小值出現(xiàn)在7月。溫度平流9月至翌年2月（除10月外）為負值，最小值出現(xiàn)在1月，其他月份為正值。

如果850 hPa溫度保持不變，則低差越小夜間最低氣溫越低，高差越小日間最高氣溫越低；反之，則夜間最低氣溫越高，日間最高氣溫也越高。如果低差為負值說明地面相對于850 hPa有逆溫存在，負值越大逆溫越強（2007—2011年1月期間只有10 d沒出現(xiàn)過逆溫，最強逆溫出現(xiàn)在2011年1月4日，為13.1 ℃）。

冬季垂直速度為正值，說明大氣以下沉運動為主。下沉運動使850 hPa增溫；溫度平流為負值，有冷平流，冷平流使850 hPa降溫，二者共同作用的結(jié)果使850 hPa的溫度不至于太低。相對濕度小、地面積雪覆蓋、太陽高度角低等因素使地面在夜間輻射降溫強，在日間輻射增溫弱，因而低差和高差值都小，氣溫低。

夏季垂直速度為負值，說明大氣以上升運動為主。上升運動使850 hPa降溫；溫度平流為正值，有暖平流，850 hPa增溫，二者共同作用的結(jié)果使850 hPa的溫度不至于升得太高。相對濕度大、太陽高度角高等因素使得地面在夜間輻射降溫弱，在日間輻射增溫強，因而低差和高差值大、氣溫高。

2.2 低差、高差、垂直速度和溫度平流極值分析

此處極值是指低差、高差、垂直速度和溫度平流在每個月出現(xiàn)的最大值和最小值，表2和表3列出了2007—2011年夜間和日間極值的總平均值。

2.2.1 最小低差和最大高差。最小低差和最大高差的總平均值分別為-6.8 ℃和16.1 ℃，最小低差對應(yīng)著下沉運動、暖平流和小的相對濕度；最大高差對應(yīng)著下沉運動、冷平流和小的相對濕度。

在夜間，下沉運動使850 hPa絕熱增溫，暖平流使850 hPa平流增溫，相對濕度小使850 hPa非絕熱變溫可以忽略不計，根據(jù)溫度變化方程，則850 hPa增溫。因為下沉運動和小的相對濕度有利于夜間地面輻射降溫，地面氣溫比850 hPa溫度低得多，所以夜間低差值小。

在日間，下沉運動使850 hPa絕熱增溫，冷平流使850 hPa平流降溫，相對濕度小使850 hPa非絕熱變溫可以忽略不計，根據(jù)溫度變化方程，絕熱變溫和平流變溫可能互相抵消，使得850 hPa溫度變化不明顯。下沉運動和小的相對濕度有利于日間地面輻射增溫，地面氣溫比850 hPa溫度高得多，因而日間高差值大。

2.2.2 最大低差和最小高差。最大低差和最小高差的總平均值分別為4.8 ℃和6.9 ℃，最大低差對應(yīng)著下沉運動、冷平流和大的相對濕度；最小高差對應(yīng)著上升運動、暖平流和大的相對濕度。

在夜間，下沉運動使850 hPa絕熱增溫，冷平流使850 hPa平流降溫，相對濕度大有利于凝結(jié)潛熱釋放，使850 hPa非絕熱增溫，根據(jù)溫度變化方程，有利于850 hPa增溫。相對濕度大不利于夜間地面輻射降溫，地面氣溫高，低差為正值表明地面氣溫高于850 hPa溫度。

在日間，上升沉運動使850 hPa絕熱降溫，暖平流使850 hPa平流增溫，相對濕度大有利于凝結(jié)潛熱釋放，使850 hPa非絕熱增溫，根據(jù)溫度變化方程，有利于850 hPa增溫。相對濕度大不利于日間地面輻射增溫，地面增溫幅度小，則高差值小。

2.2.3 正、負垂直速度極值。最小垂直速度在夜間為-10.6 Pa/s，日間為-12.7 Pa/s；最大垂直速度在夜間為13.1 Pa/s，日間為12.0 Pa/s。可以看出，日間比夜間有更強的上升運動；夜間比日間有更強的下沉運動。最強上升運動和最強下沉運動分別對應(yīng)著暖平流、較大的相對濕度和冷平流、較小的相對濕度。兩者產(chǎn)生的低差和高差都較小，但前者的低差大于后者，高差小于后者，分別為-0.5 ℃和-2.1 ℃以及10.8 ℃和13.0 ℃。相對濕度越大，在夜間越不利于輻射降溫、在日間越不利于輻射增溫；反之，相對濕度越小，在夜間越有利于輻射降溫、在日間越有利于輻射增溫。因此，最強上升運動產(chǎn)生的低差不如最強下沉運動產(chǎn)生的低差小。最強上升運動產(chǎn)生的高差比最強下沉運動產(chǎn)生的高差小。

2.2.4 冷暖溫度平流極值。最小溫度平流在夜間與在日間分別為-12.1×10-5、-11.7×10-5 ℃/s；最大溫度平流在夜間與在日間分別為11.9×10-5、12.7×10-5 ℃/s。可以看出，夜間比日間有更強的冷平流；日間比夜間有更強的暖平流。最強冷平流和最強暖平流分別對應(yīng)著下沉運動和上升運動，二者的相對濕度差別不大，平均為40%～50%。冷平流產(chǎn)生的低差大于暖平流，分別為-0.2 ℃和-1.5 ℃。暖平流產(chǎn)生的高差小于冷平流，分別為10.9 ℃和13.5 ℃。

有冷平流時，850 hPa降溫。在夜間，當(dāng)?shù)孛鏈囟鹊陀?50 hPa溫度時，地面溫度與850 hPa溫度差的絕對值將趨于減小。在日間，因地面溫度高于850 hPa溫度，地面溫度與850 hPa溫度差將趨于增大。同理，有暖平流時，850 hPa升溫。在夜間，當(dāng)?shù)孛鏈囟鹊陀?50 hPa溫度時，地面溫度與850 hPa溫度差的絕對值將趨于增大。在日間，因地面溫度高于850 hPa溫度，地面溫度與850 hPa溫度差將趨于減小。

3 結(jié)論與討論

（1）最小低差、高差和最大低差、高差所對應(yīng)的垂直速度和溫度平流值都比較小，這說明了2種情況：一是大氣的垂直運動和冷暖平流都比較弱，即系統(tǒng)弱；二是2種不同性質(zhì)的天氣轉(zhuǎn)換，比如鋒面過境或高壓區(qū)轉(zhuǎn)向低壓區(qū)等，在計算平均值時因正負數(shù)互相抵消而使數(shù)值變小。根據(jù)統(tǒng)計，最小低差和最大高差往往處在海平面氣壓場的高壓或弱低壓內(nèi)等氣壓梯度小的地方，高空則處在西北、偏西氣流內(nèi)。850 hPa風(fēng)速小，有時有弱的切變，很少發(fā)生降水，即使有降水也比較弱。而最大低差和最小高差往往受氣旋、倒槽等低值系統(tǒng)的影響，常處在低壓前部高壓后部或低壓后部高壓前部。在高空850 hPa常受切變的影響，在500 hPa常有高空槽或冷渦活動，容易出現(xiàn)降水。以下為最小低差、高差和最大低差、高差所處天氣系統(tǒng)的不同階段：①最小高差在850 hPa所對應(yīng)的是較弱的上升運動和暖平流以及較大的相對濕度，這說明低層處系統(tǒng)的暖區(qū)，如果有降水則處于降水的前期。850 hPa在上升運動和暖平流的共同作用下氣溫緩慢升高。因相對濕度大、云層厚，地面氣溫的升高主要受暖平流推升，升幅小，使高差值達到最小。②最大低差在850 hPa所對應(yīng)的是較弱的下沉運動和冷平流以及較大的相對濕度，這說明低層已經(jīng)進入系統(tǒng)的后期，冷空氣剛剛插入，如果有降水則處于降水的后期。850 hPa在下沉增溫和冷平流的共同作用下氣溫可能無明顯變化。因相對濕度大、云層厚，使地面氣溫較難明顯下降，最低氣溫高，遠高于850 hPa平均溫度，低差值達到最大。③最大高差在850 hPa所對應(yīng)的是較弱的下沉運動和冷平流，相對濕度小，這說明高空仍處脊前西北氣流控制，850 hPa雖有下沉運動所導(dǎo)致的絕熱升溫，但同時有冷平流降溫，使850 hPa溫度可能無明顯變化或有一定程度的降溫，同時地面雖然處高壓前部，但因已經(jīng)過了強冷平流區(qū)，相對濕度小，有利于日間輻射升溫，地面氣溫升幅大，使高差值達到最大。④最小低差在850 hPa所對應(yīng)的是較弱的下沉運動和暖平流，這說明經(jīng)過前期較強下沉絕熱增溫高空已進入脊內(nèi)控制，在偏西氣流的作用下形成較弱的暖平流，同時地面處高壓內(nèi)部控制，高空相對濕度小，夜間地面輻射降溫強，地面降溫幅度大，最低氣溫低，遠低于850hPa平均溫度，使低差值達到最小。同理可以得出，最強暖平流往往處在低值系統(tǒng)前期，是本地水汽和能量不斷蓄積的時期。最強冷平流往往處在由暖區(qū)向冷區(qū)轉(zhuǎn)換的時期。最強上升運動處在低值系統(tǒng)的中心區(qū)。最強下沉運動區(qū)處在脊前高后區(qū)。

（2）垂直速度極值所對應(yīng)的溫度平流值的絕對值相對較小，即出現(xiàn)最強上升運動和最強下沉運動時大氣的溫度平流相對較弱；溫度平流極值所對應(yīng)的垂直速度的絕對值相對較小，即出現(xiàn)最強冷暖平流時大氣的垂直運動相對較弱。

（3）日間的最強上升運動比夜間的最強上升運動更強，即最強上升運動更容易出現(xiàn)在日間；夜間的最強下沉運動比日間的最強下沉運動更強，即最強下沉運動更容易出現(xiàn)在夜間。

（4）日間的最強暖平流比夜間的最強暖平流更強，即最強暖平流更容易出現(xiàn)在日間；夜間的最強冷平流比日間的最強冷平流更強，即最強冷平流更容易出現(xiàn)在夜間。

4 參考文獻

[1] 燕成玉，閔錦忠，崔粉娥，等.秦皇島市兩次極端最低氣溫天氣過程的對比分析[J].氣象與環(huán)境學(xué)報，2010，26（3）：39-43.

[2] 周后福.局地溫度變化中各項因子的定量估算[J].氣象，2005，31（10）：20-23.

[3] 劉梅，濮梅娟，高萍，等.江蘇省夏季最高溫度定量預(yù)報方法[J].氣象科技，2008，36（6）：728-733.

[4] 繆國華，施丹萍，唐毅.夏季多高溫年和少高溫年的前期環(huán)流特征[J].氣象，1999，24（12）：27-32.

[5] 陳芳，馬英芳，金惠瑛.高空溫度、高度變化特征及其與地面氣溫相關(guān)分析[J].氣象科技，2005，33（2）：163-166.

[6] 冀新琪.克拉瑪依夏季日最高氣溫與08時850hPa溫度的關(guān)系[J].新疆氣象，2005（4）：13-14.