隴南地區對流層頂氣象特征研究

王小偉，陳素娟，蒲 靜，劉 靜

(1.甘肅隴南市氣象局，甘肅隴南 746000；2.甘肅省氣象局，甘肅蘭州 730000)

0 引言

對流層上部是對流層和平流層之間的過渡層，其厚度為幾百米到兩公里，對流層頂部具有較深且穩定的阻擋層，會干擾積雨云頂部的垂直發育以及氣溶膠和水蒸氣的垂直交換，對流層中的水汽、塵埃等常受到對流層頂的阻擋聚集其下，致使能見度較差。在對流層頂以上，空氣干燥清潔，能見度良好，氣流平穩。對流層通常伴有高空急流、大雨、冰雹和其他強對流天氣，這與對流層的存在密切相關。對流層頂分為兩類，根據規定等壓面150hPa相對應的平均高度14 000米為界限，凡低于這個高度為第一對流層頂，高于或等于這個高度為第二對流層頂。

平流層和對流層中的對流層斷裂帶是物質和能量交換的主要區域，許多研究表明，對流層斷裂經常發生在亞第二地區，最有利于平流層和對流層中的空氣交換。處于亞第二的隴南地區，是否也存在對流層頂斷裂帶？隴南探空站自建站以來，從未進行過相關資料的研究工作，因此本文試圖通過隴南武都探空站近五年的高空資料研究分析隴南地區上空對流層頂的氣象特征，高度、對流層頂平均高度、平均氣壓、平均溫度隨季節變化的趨勢。通過圖1大氣的垂直分布層和氣溫的垂直分布層可以了解大氣層的分布情況，有利于理解對流層頂在大氣層中的作用。

1 第二對流層頂的氣象特征

氣象數據統計分析可以看出，近5年隴南地區的第二對流層頂平均高度約16 930m，平均氣壓約95hPa，平均溫度在-68.7℃左右。

圖1 大氣的垂直分布層和氣溫的垂直分布層

（1）從圖2中可見：逐月平均高度曲線，全年走勢呈現出大寫W形態。從1月份16 879m降到2月份16 420m再一路上揚，高度逐月升高，6月的年內最高點為17 306 m，以后各月平均高度曲線逐漸降低，最低點為11月份達到16 110 m，到12月增加到16 973 m，最大高度波動之差為1 196 m。

圖2 第二對流層頂逐月平均高度曲線

（2）從圖3中可見：逐月平均氣壓曲線，全年走勢呈現出一個大寫的M形態，氣壓值由1月的91.4hPa上升到2月份的98.9hPa，再逐漸下降到4月份全年最低點90.7hPa，然后月平均氣壓曲線一路走高，5-10月份氣壓值處于96hPa上下波動狀態，直到11月份氣壓值顯著上升，氣壓最大值高達107hPa，為全年氣壓值之最。12月份氣壓又降到92.9hPa，比1月份略高一點，全年月平均氣壓的最大變化差值為16.3 hPa。

圖3 第二對流層頂逐月平均氣壓曲線

（3）從圖4可見：第二對流層頂的月平均溫度曲線顯示兩頭高、中間低的狀態，1月和2月之間的平均溫度在-63.0℃附近移動，到9月逐月下降，呈下降趨勢。9月的平均氣溫只有-74.0℃。它在9月以后繼續上升，從9月到11月迅速上升。11月的最高溫度為-65.6℃，11月至12月的溫度在-65.0℃附近波動。從形態學的角度來看，7月、8月和9月是一年中的最低值，接近-73℃，1月、2月、11月和12月是一年中的較高月份，在-63℃和-65℃之間。全年最高和最低氣溫之間的差是-11.2℃。

圖4 第二對流層逐年平均溫度曲線

2 第一對流層頂的頻率特征

從圖5可見：全年（除7、8、9三個月）外，每個月平均出現11次第一對流層頂。第一對流層頂不是每個月出現，夏天的7、8、9月不會出現第一對流層頂。在3月、4月，每月出現約22次，1月、2月和12月出現10次左右，5月和11月的次數為8次，6月和10月的次數相對較少約為3次。全年出現的次數柱狀分布為漏斗形狀，漏斗的底部是7、8、9月份。表明在這三個月中，隴南地區的高空對流非常強烈，難以形成一個穩定的大氣層結。

圖5 第一對流層頂逐年出現的平均次數

3 第一對流層頂的氣象特征

（1）第一對流層頂的年平均高度為11 380m，處于225hPa附近，平均溫度約為-55.7℃。平均高度趨勢線在上半年的1-5月份，是一個逐月升高狀態，從1月份的10 174m開始一路上升，5月份達全年的最高點12 563m，10月份以后平均高度出現逐月下降。10、11月平均高度下降不大，11月份后明顯下降到12月份全年最低值10 112m，最高最低之差為2 450m，全年形態中間高兩頭低。

圖6 第一對流層頂逐年月平均高度曲線

（2）第一對流層頂的月平均氣壓曲線，呈現出一個前高中低后翹的形態。1月份氣壓是261hPa是全年氣壓次高點，1-5月份呈逐月大幅下降的形態，5月份降到全年的最低點190hPa，6月份、10月份氣壓依次小幅回升，但11月份氣壓與10月份之間波動很小，11月份以后又大幅升高，到12月份氣壓回升到全年氣壓最高點267hPa。全年最高最低氣壓之差為77hPa。圖7可見。

圖7 第一對流層頂逐年月平均氣壓曲線

（3）第一對流層頂的月平均氣溫，從1月份氣溫-53.5℃后逐月下降到3月份的全年最低點-58.7℃，其后3-5月份氣溫穩定在-58.0℃左右，6月份回升到-55.6℃，10月份依次升高到-52.8℃，11月份又下降到-55.2℃，12月份再次升高達到全年氣溫最高值-51.3℃。通過圖5至圖8結合起來看，可以發現第一對流層頂在出現次數逐月減少的時候，平均氣溫卻在逐月下降，說明只有較強的冷空氣過境的時候才可能出現穩定的大氣層結，形成第一對流層頂。

圖8 第一對流層頂逐年平均溫度曲線

（4）第一對流層頂小結

綜合四張圖的分析表明，隴南地區在1月、2月和3月的高空氣流相對穩定，并且第一對流層頂的大部分時間都存在。隨著5月和6月氣溫的升高，大氣對流越高，第一對流層頂部的壓力越低，海拔越高，發生頻率越低。在七月、八月和九月是隴南地區一年的溫度最高的季節，平均溫度處于一年中的最高水平。大氣對流和湍流非常強烈，通常會發生大雨、冰雹和大風等災害天氣。對流層不能形成穩定的大氣層，也沒有第一對流層頂的出現。

4 復合對流層頂的氣象特征

隴南地區高空是一個對流層頂復合帶與斷裂帶并存的地區，通過兩類對流層頂高度，溫度曲線圖直觀看出，1-6月和10-12月，全年有9個月，在高空共存兩種類型的對流層頂。在7月、8月和9月，高空只有一個第二對流層頂。存在第一對流層頂的區域衰竭。出現第一對流層頂斷裂帶。盡管第一對流層頂的氣象要素波動幅度大于第二對流層頂，這是因為第一對流層頂離下墊面較近，受高空氣流影響較大的緣故。但還是可以看出兩類對流層頂的波型之間存在正相關。

5 對流層頂的季節性特征

（1）在春季隴南地區上空大部分時間會出現兩類對流層頂同時存在，第一對流層頂在3、4、5月份共出現57次，其中3-4月份出現次數最多，季度出現率為63%。春季3月份的第一對流層頂的平均高度從11 333m快速上升到5月份的12 563m，平均氣壓在205hPa區域迅速下降，平均溫度保持在-58.4℃左右。春季第二類對流層頂的平均高度逐月升高，從3月份的16 826m升高到5月份的17 268m，平均氣壓從92hPa上下波動，平均溫度在3月份的-65.2℃下降到5月份-70.2℃，降幅達5.0℃。這說明隴南地區春季冷空氣活動頻繁。兩類對流層頂的氣象特征變化是正相關的，但第一對流層頂氣象要素變化更劇烈，這是因為第一對流層頂的高度較低，受到下墊面的影響更大的緣故。

（2）隴南地區上空夏季只在6月份出現了3次第一對流層頂，7、8月份從未出現過，季度出現率只有3%。同期的第二類對流層頂的平均高度徘徊在 17 190m上下。氣壓在94hPa上下。平均溫度-72.7℃，呈緩慢下降趨勢，降幅1.3℃，7、8月份的平均溫度基本上處于全年趨勢中的谷底區域。說明在夏季隴南地區很少有冷空氣活動。

（3）秋季9月份還是沒有第一對流層頂的出現，10月份開始少量出現，11月份以后逐月增加。第二類對流層頂的平均高度呈現下落狀態，由9月份的17 015m回落到11月份的16 110m，回落幅度達815m。同期氣壓呈小幅升高態勢。平均溫度卻呈現出大幅上升，由9月份全年最低值-74.0℃上升到11月份的-65.6℃，升幅達8.4℃。這也從側面說明了隴南地區在10月份只有極少量的冷空氣過境，11月份之后冷空氣活動增多，才會有第一對流層頂的出現。

（4）隴南地區在冬季由于地理環境，冷空氣影響，高空風大多是西南風，施放的探空氣球在施放后30分鐘左右由于高空大風緣故，飛行仰角偏低，大山干擾探空儀回波，造成雷達接收信號弱，記錄接收不完整，這樣無疑就影響到第一對流層頂的觀測次數。從除過山遮記錄外現有正常接收的記錄中分析，冬季是第一對流層頂出現最多的季節，這說明隴南地區冬季冷空氣活動非常頻繁。冬季第一對流層頂的平均值從12月份全年最低值10 112m緩慢升高到2月份的 10 868。平均氣壓在全年最高值267hPa緩慢下降到2月份234hPa。平均溫度在12月份全年最高值-51.3℃降低到2月份全年氣溫次低值-57.6℃。冬季第二對流層頂的平均高度在16 757m一帶小幅降低，平均氣壓在94hPa上下波動，平均溫度在-64℃上下徘徊。

6 結論與討論

（1）過去五年中，隴南地區第二對流層的平均高度（第二對流層的頂部）為16 930 m，平均氣壓約為95hPa，平均溫度約為-68.7℃。極地對流層的平均高度（第一對流層的上部）為11 380 m，平均氣壓約為225hPa，平均溫度約為-55.7℃。

（2）隴南地區第二對流層頂平均高度，全年走勢呈現出大寫W形態。從1月份16 879m降到2月份＼16 420m再一路上揚，高度逐月升高，六月份出現全年最高點17 306m，最低點出現在11月份的16 110m，12月份又上升到16 973m，全年月平均高度最大波動之差達1 196m。

（3）隴南地區第一對流層頂在3、4月份出現的頻率最高，1月、2月、5月、11月、12月份次之，6、10月份最少，7、8、9月份不存在，全年（除7、8、9月）平均每月出現12次。平均高度為11 380m，平均氣壓處于225hPa附近，平均溫度約為-55.7℃。

（4）隴南地區高空是對流層復合帶和斷層帶共存的區域。一年中有9個月（從1月到6月以及從10月到12月）并存著高空對流層復合體兩種類型。在7月、8月和9月，隴南地區的高空只有一個第二對流層頂，第一對流層頂出現斷裂帶。在兩種對流層共存的條件下，兩種對流層之間的年平均厚度為5 550 m，年平均溫度差約為18℃，年平均壓力差為142 hPa。

（5）隴南地區的兩類對流層頂，在春季，平均高度快速升高，而平均溫度持續下降，這兩種類型的氣象特征變化呈正相關。第一對流層頂極少出現在夏季，春、秋季出現頻率較高。冬季是兩種對流層共存的季節，平均高度最低，平均氣壓最高，平均溫度最高。