本溪初霜天氣學特征及短期預報流程設計

寇思聰 高艷波 魏海寧 唐秋艷 吳荷

摘要 利用本溪地區4個國家氣象觀測站逐日地面觀測數據及NCPE再分析數據、歷史天氣圖等資料，對本溪地區初霜出現時天氣學特征進行分析，發現在兩槽一脊和一槽一脊有渦及冷空氣配合的形勢下容易出現初霜，不同路徑冷空氣會給本溪帶來不同范圍的初霜，并據此進行短期時效內預報流程設計。

關鍵詞 初霜;天氣學特征;預報流程設計

中圖分類號：S425 文獻標識碼：A 文章編號：2095-3305（2019）05-060-02

DOI： 10.19383/j.cnki.nyzhyj.2019.05.024

The Synoptic Characteristics of Benxi Initial Frost and the Design of Short？鄄term Forecast Procedure

KOU Si-cong? ?et al（Benxi Meteorological Bureau，Benxi，Liaoning 117000）

Abstract The synoptic characteristics of the initial frost in Benxi area were analyzed by using the daily ground observation data of four national meteorological observatories，NCPE reanalysis data and historical weather maps. It was found that the initial frost was prone to occur when there were eddies and cold air in the two-through and one-ridge and one-trough and one-ridge. Different paths of cold air will bring different range of initial frost to Benxi. Based on this，the short-term time-limited forecasting process was designed.

Key words? ?Initial frost;Synoptic characteristics;Design of forecast procedure

霜凍是指春秋轉換季節土壤表面和植物表面溫度下降到0℃以下足以使植物遭受傷害甚至死亡的一種農業氣象災害，初霜凍是秋季發生的第一次霜凍，會影響植物生長發育，造成糧食品質變差、大面積減產，初霜越早危害性越大。我國不少專家學者對初霜的氣候特征、預報指標和預測方法做了大量研究工作[1-3]，李輯[4]等對遼寧近50年霜的氣候變化特征進行了研究，陸忠艷等[5]對遼寧省初霜特征及預報技術進行了研究，周彬等[6]對無錫地區霜凍特征進行了研究，姬興杰等[7]研究了1971—2010年河南省霜期的時空分布及其對氣溫的響應，本溪地區目前尚未見對初霜專門研究的報道。本溪地處遼寧東部山區，地形復雜，可耕種面積少，且只有一季作物。根據吉奇等[8]的研究，本溪地區初霜呈波動性推遲，如果在農作物生長后期遭遇初霜凍，將給農業帶來巨大損失，因此有必要對本溪地區初霜進行研究，進而對初霜進行科學預測，為本溪農作物生產防災減災提供可靠的參考依據。

1 資料與方法

1.1 研究區域概況

本溪地區位于遼寧省東部山地丘陵地帶，地理坐標123°34′～125°46′E，40°49′～41°35′N，呈啞鈴狀分布。本溪地區共有4個國家氣象觀測站，分別位于明山區、本溪縣小市鎮、桓仁縣桓仁鎮和本溪縣草河口鎮（圖1）。

1.2 資料來源與處理

選取本溪地區4個國家氣象觀測站觀測數據，以及1971—2015年NCPE再分析資料和歷史天氣圖等氣象資料。利用NCEP再分析資料和歷史天氣圖對初霜時的天氣形勢、冷空氣來源等進行天氣學分析，并總結初霜短期預報指標。

2 結果與分析

2.1 初霜環流背景特征分析

通過對1981—2015年本溪地區出現初霜的高空地面氣象觀測資料分析發現，本溪地區初霜前日500 hPa高度場上中高緯度主要為兩槽一脊型或一槽一脊形勢，本溪地區多處于槽后或槽底，45°～65°N、105°～145°E范圍內有中心強度（512～547.5）×10 gpm的渦存在，占初霜總天數的62.1%。經統計還發現市區、本溪縣初霜前日渦的位置比桓仁縣、草河口初霜前日偏西10個經度左右（表1），即渦的位置偏西有利于市區、本溪縣出現初霜。850 hPa溫度場上有冷中心或冷舌落后或接近于高度槽，初霜出現前日20：00本溪地區850 hPa氣溫多為-9～-3℃，其中市區多年平均氣溫0.1℃左右，其他3站從低到高依次是本溪縣、桓仁縣和草河口（表1），說明本溪市區出現初霜需要比其他3站更低的溫度環境。

本溪地區出現初霜前，我國中西部地區地面受低壓系統控制，東北、東南、華南是一條冷高壓帶，本溪位于其前方弱氣壓梯度區內。初霜多出現在晴朗、少云（低云）、風速小的后半夜，少數初霜前一日有弱（微量）降水。經統計，初霜發生時風速多在3 m/s以下，風向有明顯特征：市區偏東風（E、ENE、ESE、SE）占83%，本溪縣靜風占48%、偏南風（S、SSE、SSW、WSW）占40%，桓仁縣靜風占64%、偏北風（NNW、NNE、NE）占36%，草河口靜風占88%。初霜前各站氣溫日較差平均比前一日下降4～5℃，最低氣溫下降幅度在0～12℃。

2.2 冷空氣路徑與初霜關系分析

造成本溪地區初霜的冷空氣主要分3種路徑：一是東北路徑，二是西北路徑，三是偏北路徑。

東北路徑的冷空氣中心位于鄂霍克次海附近，在初霜出現前3～4 d貝加爾湖附近逐漸形成高壓脊，并且不斷北伸并向東北方向傾斜，阻斷了西風帶冷空氣下傳，冷空氣沿著脊前南下過程中在鄂霍克次海堆積、暴發，由東北向西南方向傳遞，影響本溪地區，這種路徑的冷空氣在本溪地區一般會形成2站以上的初霜。

西北路徑冷空氣主體在極地生成，冷空氣較為強盛，烏拉爾山到貝加爾湖一帶高壓脊不明顯，歐亞地區為西北或偏西氣流控制，緯向性較強，冷空氣隨著西風帶從西北向東南傳播，途經貝加爾湖，達到本溪，這種路徑的冷空氣往往連續幾天持續降溫，在本溪地區各地陸續形成初霜。

偏北路徑其實是東北和西北路徑冷空氣的變種，是在中高緯度如果鄂霍克次海高壓偏西偏北、貝加爾湖地區也有高壓脊北抬，歐亞形成兩槽兩脊或者一槽兩脊的形勢下，冷空氣容易在125°～135°E、50°～70°N區域內形成冷舌甚至冷中心，隨著冷空氣的不斷堆積向南滲透，或者阻高崩潰、橫槽轉豎冷空氣暴發，本溪地區也容易出現2站以上初霜。

2.3 短期時效內初霜預報流程設計

根據本溪地區初霜天氣形勢特征分析結果，將110°～140°E、45°～60°N作為初霜預報關鍵區，以關鍵區內500 hPa形勢和850 hPa溫度作為關鍵預報要素，設計了短期時效內的初霜預報流程，具體流程如下：

（1）是否進入9月下旬。

（2）判斷關鍵區內500 hPa是否有槽或者冷渦、850 hPa是否有冷中心或冷槽。

（3）850 hPa 120°～140°E內2℃線是否越過50°N，同時本溪地區溫度控制線是否達到4℃或以下。

（4）如同時滿足以上3步，則考慮次日凌晨本溪地區出現初霜。

（5）500 hPa關鍵區冷渦（或冷槽）與烏拉爾山到貝加爾湖一帶有高壓脊、鄂霍克次海高壓，三者同時存在或前者與后兩個中的一個同時存在;850 hPa關鍵區有中心強度低于-10℃的冷中心或冷舌存在，冷舌位于120°～130°E，-3℃線越過50°N，本溪地區的溫度控制線在2℃附近或以下，則次日早晨容易出現3站以上的初霜，如果溫度控制線在2～4℃，但45°～55°N等溫線密集，溫差≥10℃，則次日早晨容易出現3站以上的初霜。

（6）關鍵區內無明顯低壓中心、冷中心，500 hPa槽線位于130°E附近（偏東）、850 hPa冷舌位于125°～135°E，0℃線越過50°N，控制線2～4℃，則考慮次日早晨桓仁縣和草河口出現初霜;前期其他2站已經出現初霜，當500 hPa槽線位于120°E附近（偏西）、850 hPa冷舌位于115°～125°E，-3℃線越過50°N，控制線<0℃時，則考慮本溪市區和本溪縣出現初霜。

（7）500 hPa形勢場無明顯特征，但在850 hPa溫度場冷空氣勢力較弱，2℃線越過50°N，控制線<4℃，草河口地區容易出現單站初霜;若其他3站已經出現初霜，-6℃線越過50°N，冷舌位于115°～125°E，控制線<-3℃，則市區將出現初霜。

以上預報流程在2016—2018年本溪初霜短期預報中起到了較好的效果。

3 小結與討論

（1）本溪初霜多出現在晴朗少云微風的后半夜，地面上，我國中西部地區受低壓系統控制，東部為冷高壓帶，本溪處于高壓帶前弱氣壓梯度區。初霜前，500 hPa中高緯度主要為兩槽一脊型或一槽一脊形勢，本溪地區多處于槽后或槽底，62.1%初霜前，45°～65°N、105°～145°E范圍內有中心強度（512～547.5）×10 gpm的渦，渦位置和冷空氣強度會影響初霜影響的范圍。850 hPa溫度場上有冷中心或冷舌落后或接近于高度槽，初霜出現前日20：00本溪地區850 hPa氣溫多為-9～-3℃。

（2）根據冷空氣的3種不同路徑，本溪地區會出現不同影響范圍的初霜，西北路徑的冷空氣會陸續在本溪各地出現初霜，東北路徑和偏北路徑的冷空氣容易在本溪造成2站以上的初霜。

（3）目前根據本溪地區初霜天氣學特征設計的是初霜短期預報流程，在實際業務工作中可與數值預報相結合，實現初霜的中期預報，具有可操作性強的實際意義。

參考文獻

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責任編輯：鄭丹丹

基金項目 本溪市氣象局科研課題（BXSQXJ201607）。

作者簡介 寇思聰（1982-），女，陜西西安人，工程師，從事短期天氣預報、氣象服務工作。

收稿日期 2019-07-02