石河子地區(qū)霜凍天氣的氣候特征

.石河子氣象局 （832000） 魏 勇 安冬亮

本文利用實(shí)測(cè)資料和歷史天氣圖資料，對(duì)1971-2009年石河子地區(qū)出現(xiàn)的霜凍地理分布規(guī)律、年際變化以及環(huán)流特征、影響天氣系統(tǒng)進(jìn)行了分析，給出了霜凍發(fā)生的天氣學(xué)條件和一些對(duì)預(yù)報(bào)有用的判據(jù)。

1 資料的選取

本文所指的霜凍定義為：當(dāng)日最低氣溫小于等于0℃[2]。統(tǒng)計(jì)資料選取了1971-2009年石河子地區(qū)4個(gè)氣象觀測(cè)站為研究對(duì)象，分別為：石河子氣象站（站號(hào)51356，位于東經(jīng)85°81′，北緯44°29′）、烏蘭烏蘇氣象站（站號(hào)51358，位于東經(jīng)86°41′，北緯44°32′）、莫索灣氣象站（站號(hào)51353，位于東經(jīng)86°08′，北緯45°41′）、炮臺(tái)氣象站（站號(hào)51352，位于東經(jīng)85°23′北緯44°87′）。對(duì)所選氣象觀測(cè)站1971-2009年出現(xiàn)霜凍日最低氣溫≤0℃進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)。

2 霜凍的分布

2.1 初霜凍的分布特征

從9月中旬石河子地區(qū)陸續(xù)開(kāi)始出現(xiàn)霜凍，最早與最晚出現(xiàn)日期之間相差33-40天，在統(tǒng)計(jì)得到各測(cè)站及該區(qū)平均初霜日期，分別為：51356站為10月11日、51358站為10月10日、51353站為10月10日、51352為10月13日、該區(qū)平均初霜為10月11日，得到石河子地區(qū)初霜地域分布特征：北部較南部略偏早。從圖1可以看出：除個(gè)別年份51358站初霜特別偏早外，其他主要集中在9月30日-10月20日之間。制作石河子地區(qū)初霜距平圖，得圖2，可以看出：從80年代末到現(xiàn)在，初霜期偏晚的年份較多，而且在偏晚的幅度上也有所增加，初霜期偏晚，有利于農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)和豐收。

圖1 石河子地區(qū)初霜期分布圖

圖2 石河子地區(qū)平均初霜期分布圖

2.2 終霜凍的分布特征

3月份下旬石河子地區(qū)陸續(xù)開(kāi)始出現(xiàn)霜凍，最早與最晚出現(xiàn)日期之間相差39-54天，統(tǒng)計(jì)得到各測(cè)站及該區(qū)平均終霜日期，分別為：51356站為4月14日、51358站為4月14日、51353站為4月13日、51352為4月10日、該區(qū)平均初霜為4月13日，得到石河子地區(qū)終霜期分布特征：北部較南部略偏早，51356站離城市較近，由于城市效益致使其氣溫較51358站略高，使東西部空間分布特征不明顯。

從圖3可以看出，除51353站特別偏早和51358站特別偏晚的個(gè)別年份外，終霜主要集中在4月5-25日之間。制作石河子地區(qū)終霜距平圖，得圖4，可以看出：80年代終霜普遍偏晚，到2000年后，終霜偏早的較多。

3 霜凍的天氣學(xué)模型

石河子地區(qū)的霜凍產(chǎn)生在一定的大尺度環(huán)流背景下，其主要原因是冷空氣的入侵導(dǎo)致溫度下降，產(chǎn)生霜凍。按具體成因可分為3類(lèi)：平流霜凍、輻射霜凍和平流輻射霜凍。石河子地區(qū)的霜凍一般都為平流輻射霜凍。根據(jù)它發(fā)生前后的天氣學(xué)條件，對(duì)38年的環(huán)流形勢(shì)特征進(jìn)行分析，得到以下的結(jié)果：霜凍發(fā)生一般都伴有冷空氣的入侵，前期石河子地區(qū)有不同程度的降水，在天氣轉(zhuǎn)晴后，脊前的偏北氣流引導(dǎo)北方的冷空氣南下，地面由冷高壓控制，以晴好天氣為主，平流降溫與輻射降溫共同造成了石河子地區(qū)的霜凍天氣。

3.1 高空環(huán)流

在發(fā)生霜凍的前期高空500hpa上歐亞范圍為一槽一脊的環(huán)流形勢(shì)占多數(shù)，有少數(shù)為兩脊一槽。無(wú)論是一槽一脊還是兩脊一槽，槽區(qū)都處于烏拉爾山到西伯利亞之間，一槽一脊型槽區(qū)較寬，從西伯利亞到巴爾喀什湖，有時(shí)到里咸海，而歐洲到烏拉爾山為脊區(qū)，烏拉爾山高壓脊東北方向發(fā)展，西伯利亞低槽西南方向發(fā)展，同時(shí)溫度場(chǎng)與高度場(chǎng)的槽脊系統(tǒng)一致。而兩脊一槽型槽區(qū)窄而深厚，東西伯利亞和我國(guó)東部為脊區(qū)，歐洲脊仍存在。相對(duì)兩種環(huán)流型，一槽一脊易造成全區(qū)大面積的霜凍。在850hpa圖上，石河子地區(qū)為一高值系統(tǒng)控制，并有溫度槽在我區(qū)，中心值在148-164之間，我區(qū)的等溫線在-8-4℃之間，高值中心值與等溫線有很好的相關(guān)性，一般高值中心值越大所對(duì)應(yīng)的等溫線值越低。此種高空?qǐng)D配置的地面形勢(shì)為：至少有弱的冷鋒過(guò)境。在霜凍發(fā)生前兩天，烏拉爾山高脊開(kāi)始向西南方向減弱衰退，致使低槽南端迅速東移，影響石河子地區(qū)，脊前的偏北氣流引導(dǎo)北方冷空氣入侵石河子地區(qū)。在低層850hpa上，冷高東移，當(dāng)?shù)筒蹡|移，低層石河子地區(qū)處在冷高的控制下，天氣轉(zhuǎn)晴，造成石河子地區(qū)的霜凍。

圖3 石河子地區(qū)終霜期分布圖

圖4 石河子地區(qū)平均終霜期分布圖

3.2 地面形勢(shì)

一般情況下地面是受北部、西部或西北部的冷高壓控制，這種地面系統(tǒng)一般都是晴空少云的天空狀況，而且無(wú)風(fēng)或風(fēng)很小，非常有利于輻射降溫。另外有時(shí)在低渦后部，在冷鋒過(guò)境后，也是晴空少云、無(wú)風(fēng)的天空狀況，但由于前期有不同程度的降水，使地面的濕度加大，出現(xiàn)地溫比氣溫高的情況，從而導(dǎo)致空?qǐng)?bào)。

3.3 霜凍物理量分析

由于霜凍的預(yù)報(bào)重點(diǎn)在溫度的預(yù)報(bào)，因此有關(guān)溫度的物理量在預(yù)報(bào)中就顯得尤為重要，這里重點(diǎn)討論溫度平流與霜凍的關(guān)系?？諝馐撬竭\(yùn)動(dòng)的，空氣水平運(yùn)動(dòng)將引起氣溫局地變化。根據(jù)氣溫局地變化公式[1]：石河子地區(qū)為類(lèi)似以平原，因此垂直運(yùn)動(dòng)項(xiàng)可忽略不計(jì)，就剩下平流項(xiàng)和非局地加熱項(xiàng)。冷平流使局地氣溫下降，冷平流越強(qiáng)，局地氣溫下降越明顯；冷平流的強(qiáng)弱與降溫層次成正比，降溫層次越高，冷空氣越厚，降溫越大。分析霜凍發(fā)生前兩天各層的溫度平流和垂直剖面圖可以發(fā)現(xiàn)：前期850hpa有明顯的冷平流在石河子地區(qū)，并有加強(qiáng)的趨勢(shì)，由于地面的滯后性，霜凍天氣并不是發(fā)生在高空冷平流最強(qiáng)的時(shí)候，同時(shí)，冷平流的發(fā)展隨時(shí)間的發(fā)展從低層向高層發(fā)展，當(dāng)從低層到高層的冷平流開(kāi)始減弱時(shí)才出現(xiàn)。

4 小結(jié)

經(jīng)對(duì)石河子地區(qū)霜凍的天氣氣候特征分析，可得到以下一些主要結(jié)果：（1）石河子地區(qū)霜凍的特征：北部較南部略偏早；（2）石河子地區(qū)霜凍發(fā)生在亞洲中高緯呈一槽兩脊或兩槽一脊環(huán)流形勢(shì)下，由西西伯利亞附近的冷空氣活動(dòng)所造成的；（3）霜凍天氣不是發(fā)生在冷平流最強(qiáng)的時(shí)候，一般發(fā)生在當(dāng)從低層到高層的冷平流開(kāi)始減弱時(shí)。

[1]朱乾根，林錦瑞，壽紹文，等.《天氣學(xué)原理與方法》[M].北京：氣象出版社，2000：114-120.