彭艷,王釗,劉安麟,張弘,王敏
(1.陜西省氣象科學(xué)研究所,陜西西安 710015;2.陜西省農(nóng)業(yè)遙感信息中心,陜西西安 710015;3.陜西省氣象局,陜西西安 710015;4.西安外國語大學(xué),陜西西安 710128)
2008年1月中國南部低溫雨雪冰凍天氣特征及其與東亞大氣環(huán)流異常探討
彭艷1,王釗2,劉安麟3,張弘1,王敏4
(1.陜西省氣象科學(xué)研究所,陜西西安 710015;2.陜西省農(nóng)業(yè)遙感信息中心,陜西西安 710015;3.陜西省氣象局,陜西西安 710015;4.西安外國語大學(xué),陜西西安 710128)
根據(jù)NCEP/NCAR提供的1968—1996年全球逐月、2008年1月全球逐日再分析資料以及中國氣象局提供的降水資料,分析了2008年1月中國南部持續(xù)低溫雨雪冰凍天氣期間東亞地區(qū)中空大氣環(huán)流異常特征。結(jié)果表明,烏拉爾山阻塞高壓和地面蒙古冷高壓是這次災(zāi)害性天氣重要的冷空氣源地;700 hPa異常偏強(qiáng)的低空西南風(fēng)急流以及低空急流大風(fēng)速中心隨時(shí)間沿急流軸的傳播為此次低溫雨雪冰凍天氣提供了充足的動(dòng)量、熱量和水汽;850 hPa流場西太平洋上空異常東南風(fēng)、印度洋上空異常西南風(fēng)以及850 hPa垂直速度場中國南部大陸異常上升氣流,在很大程度上影響著2008年1月中國南部的天氣;赤道輻合帶、西太平洋副熱帶高壓以及南支槽的異常,致使東亞上空不僅存在異常的南支槽前西風(fēng)帶水汽輸送和西太平洋副熱帶高壓西南側(cè)東風(fēng)帶水汽輸送,還存在異常的由印度洋經(jīng)孟加拉灣向中國南方大陸的水汽輸送。
中國南部;持續(xù)性雨雪冰凍天氣;東亞大氣環(huán)流異常
2008年1月10日,我國南方天氣形勢(shì)發(fā)生了顯著變化,從2007年冬天的晴暖、少雨天氣轉(zhuǎn)變?yōu)榈蜏亍⒂暄┖捅鶅鎏鞖?。直?008年1月31日,整個(gè)東亞地區(qū)大氣環(huán)流穩(wěn)定少變,西南水汽與北方不斷南下的冷空氣在黃河及其以南地區(qū)交匯,造成了建國以來罕見的持續(xù)低溫、雨雪、冰凍天氣,對(duì)中國南部產(chǎn)生了嚴(yán)重的影響。
國內(nèi)學(xué)者對(duì)此次災(zāi)害性天氣已作了很多研究,王東海等[1]分析了災(zāi)害發(fā)生的氣候背景,強(qiáng)調(diào)了北極濤動(dòng)異常活躍,有利于行星尺度波動(dòng)的穩(wěn)定維持。顧雷等[2]討論了此次低溫雨雪冰凍災(zāi)害與東亞季風(fēng)系統(tǒng)異常的關(guān)系。王遵婭等[3]分析了災(zāi)害的主要特征并與歷史資料進(jìn)行比較。布和朝魯?shù)萚4]、施寧等[5]、紀(jì)立人等[6]對(duì)我國南方低溫雨雪天氣進(jìn)行了中期過程分析,研究了亞非副熱帶急流低頻波、西太平洋副熱帶高壓、青藏高壓—孟加拉灣氣壓槽在此次天氣過程中的特征。孫建華和趙思雄[7]對(duì)2008年1月26—29日天氣過程進(jìn)行了模擬研究,并根據(jù)模擬結(jié)果對(duì)1月26—29日的水汽條件、地面特征和大氣層結(jié)條件等進(jìn)行了分析。丁一匯等[8]討論了此次低溫雨雪冰凍災(zāi)害發(fā)生的原因及其與氣候變暖的關(guān)系,并指出,此次低溫雨雪冰凍災(zāi)害形成的原因不是單一的,是多種因素在同一時(shí)段,同一地區(qū)相互配合迭加的結(jié)果,歐亞大氣環(huán)流異常持續(xù)性是造成冷空氣不斷侵襲中國南方的直接原因。
目前,關(guān)于2008年1月低溫雨雪冰凍天氣過程環(huán)流形勢(shì)分析多偏于4次雨雪過程環(huán)流特征的分析[9-10],而對(duì)于東亞地區(qū)中低空環(huán)流異常特征分析較少。本文主要通過分析東亞地區(qū)中、低層異常特征以及整層大氣水汽輸送異常特征,進(jìn)一步探討此次中國南方持續(xù)性低溫雨雪冰凍天氣成因。
采用NCEP/NCAR提供的1968—1996年全球逐月以及2008年1月全球逐日2.5°×2.5°的風(fēng)場、高度場、比濕場(垂直方向?yàn)?層)、地面氣壓場、溫度場再分析資料以及中國氣象局提供的2008年1月10日08時(shí)—2月1日08時(shí)(世界時(shí),下同)的降水資料。其中以1968—1996年的要素平均值作為各場的氣候平均態(tài)。
圖1給出了2008年1月10日08時(shí)—2月1日08時(shí)累計(jì)降水量分布。此次低溫雨雪冰凍天氣降水中心主要位于廣西、廣東和湖南的交界處。河南南部、湖北東部和南部、湖南、安徽南部、江蘇南部、浙江、廣西、廣東等地降水量均大于50 mm;安徽南部、廣西東部、湖南南部、江西南部、廣東北部、福建西部降水量超過100 mm,其中廣西賀縣累計(jì)降水量達(dá)193.3 mm。
圖1 2008年1月10日08時(shí)—2月1日08時(shí)累計(jì)降水量分布(單位:mm)Fig.1 Accumulative precipitation from 08:00 UTC 10 January to 08:00 UTC 1 February 2008(units:mm)
圖2 2008年1月中國南方地區(qū)氣溫距平分布(單位:℃)Fig.2 The averaged temperature anomalies in South China in January 2008(units:℃)
圖2給出了2008年1月中國南方平均溫度距平分布特征,其中陰影部分為負(fù)距平。2008年1月,由圖2可見,中國南方平均溫度較常年偏低1.5℃以上,貴州大部分地方偏低2.5~3.5℃,廣西、湖南南部和廣東大部分地方平均溫度偏低2.5~3.5℃,其中廣西南部以及湖南和廣東交界處氣溫偏低4℃以上。
2008年1月貴州、湖南、江西、安徽、江蘇、浙江和廣西等省遭受了不同程度的冰凍災(zāi)害,其中以貴州和湖南災(zāi)害最為嚴(yán)重。結(jié)合2008年1月10—31日地面溫度分布特征(圖略),貴州和湖南兩省平均氣溫約為-2~0℃,其中湖南西北部平均溫度-4~-2℃。近地面層溫度持續(xù)維持在-2~0℃,對(duì)于凍雨的形成較有利[11]。
圖3給出了1968—1996年1月歐亞上空500 hPa環(huán)流形勢(shì)和2008年1月距平場分布特征。由圖3a可見,亞歐上空為一槽一脊的形勢(shì):西伯利亞為一弱脊,鄂霍次克海為一低槽。中國大陸氣流較平直,長江北部地區(qū)受巴爾喀什湖弱脊前部偏西北氣流控制,長江南部地區(qū)受平直西風(fēng)氣流控制。2008年1月,亞歐上空的環(huán)流形勢(shì)發(fā)生了明顯的改變。由圖3b可見,烏拉爾山北部及以東(約120°E)大部存在顯著的正距平,且中亞至俄羅斯東部存在顯著帶狀分布負(fù)距平。這種強(qiáng)度和范圍均異常偏大的“對(duì)偶式”距平分布,在動(dòng)力學(xué)上是極其穩(wěn)定[1]。由2008年1月500 hPa形勢(shì)場特征(圖略),西太平洋副熱帶高壓較常年偏強(qiáng)且位置偏北,588 dagpm等位勢(shì)線在菲律賓群島東北部的海面上形成一個(gè)穩(wěn)定閉合的中心。南支槽穩(wěn)定維持在青藏高原南部。烏拉爾山阻塞高壓發(fā)展、維持有利于冷空氣持續(xù)經(jīng)西伯利亞向南入侵,與活躍的南支槽前西南暖濕氣流和西太平洋副熱帶高壓西北側(cè)的偏南暖濕氣流在中國南部交匯,導(dǎo)致中國南部地區(qū)1月10日開始,不斷的出現(xiàn)強(qiáng)雨雪天氣過程。
圖4給出了1968—1996年1月和2008年1月700 hPa全風(fēng)速場分布特征。由圖4a可見,在中國東海到日本以東洋面有一強(qiáng)風(fēng)速帶,風(fēng)速最大中心位于日本以東洋面上。中國南部地區(qū),僅貴州南部、湖南南部以及廣西北部存在12 m·s-1大風(fēng)速區(qū),其余地區(qū)風(fēng)速均處于10~12 m·s-1之間。2008年1月,中國東海到日本以東洋面的強(qiáng)風(fēng)速帶較常年加強(qiáng),中國南部地區(qū)存在中心強(qiáng)度達(dá)16 m·s-1的低空急流。異常偏強(qiáng)的低空急流,通過低層暖濕平流的輸送在中國南部地區(qū)產(chǎn)生位勢(shì)不穩(wěn)定層結(jié),以及強(qiáng)的水汽輻合和質(zhì)量輻合,為此次雨雪冰凍天氣的持續(xù)極提供充足的水汽和動(dòng)量。
圖3 1968—1996年500 hPa平均環(huán)流形式場(a)及2008年1月高度場距平(b;單位:dagpm)Fig.3 (a)The average circulation field at500 hPa during 1968—1996 and(b)the height field anomalies in January 2008(units:dagpm)
沿低空急流傳播的中尺度風(fēng)速脈動(dòng)或風(fēng)速最大值,甚至比低空急流本身更為重要[12]。根據(jù)2008年1月1日—2月4日700 hPa全風(fēng)速沿26°N(近似為低空急流軸位置)時(shí)間緯向剖面,進(jìn)一步分析此次低溫雨雪冰凍天氣過程低空急流風(fēng)速最大中心沿急流軸的傳播特征。由圖5可見,1月1—10日,100~120°E無明顯的大風(fēng)速中心存在,僅在102~118°E存在12 m·s-1風(fēng)速區(qū),相應(yīng),中國南部地區(qū)出現(xiàn)了輕霧天氣,無明顯降水;1月11—15日,孟加拉灣有弱南支槽東移,100~120°E之間低空西南急流建立,風(fēng)速最大中心為16 m·s-1,期間,中國南部地區(qū)出現(xiàn)入冬以來首次大范圍低溫雨雪天氣過程;1月17—31日,穩(wěn)定深厚的南支槽建立,100~120°E低空西南風(fēng)急流穩(wěn)定維持,并有大于24 m·s-1大風(fēng)速中心沿急流軸隨時(shí)間向下游傳播。隨著風(fēng)速大值中心的傳播,熱量和水汽也隨時(shí)間傳播,1月18—22日,100~120°E第2次出現(xiàn)急流強(qiáng)風(fēng)速帶,中心最大風(fēng)速大于24 m·s-1,中國南部地區(qū)出現(xiàn)入冬以來范圍最大的雨雪天氣過程;1月25—28日,100~120°E第3次出現(xiàn)急流強(qiáng)風(fēng)速帶,強(qiáng)度較第2次明顯加強(qiáng),中心最大風(fēng)速超過28 m·s-1,中國南部地區(qū)出現(xiàn)入冬以來降水最強(qiáng)、凍雨范圍最大的低溫雨雪冰凍天氣過程[13]。低空急流大風(fēng)速中心沿急流軸隨時(shí)間的傳播為此次天氣的形成和維持提供了充足的動(dòng)量、熱量和水汽,每一個(gè)大風(fēng)速中心均對(duì)應(yīng)著一次較強(qiáng)的雨雪天氣過程。
圖4 1968—1996年1月(a)及2008年1月(b)700 hPa平均全風(fēng)速場(單位:m·s-1)Fig.4 The average total wind velocity at 700 hPa in(a)January during 1968—1996 and(b)January 2008(units:m·s-1)
圖5 2008年1月1日—2月4日700 hPa全風(fēng)速沿26°N時(shí)間—經(jīng)度剖面(單位:m·s-1)Fig.5 Time-longitude profile along 26°N of total velocity at 700 hPa from January 1 to February 4,2008(units:m·s-1)
圖6給出了2008年1月850 hPa流場及其距平,2008年1月,東亞上空850 hPa流場上存在3個(gè)氣旋性環(huán)流異常和2個(gè)反氣旋性環(huán)流異常。3個(gè)氣旋性環(huán)流異常分別位于印度半島西南方洋面、孟加拉灣北部和中國南部的貴州、湖南、廣西上空。其中以印度半島西南方洋面的氣旋性環(huán)流異常最強(qiáng),并且在其東側(cè)印度洋上空有異常的西南氣流存在。2個(gè)反氣旋性環(huán)流異常分別位于貝加爾湖南方與臺(tái)灣以東洋面。西太平洋上空異常的東南風(fēng)與印度洋上空異常的西南風(fēng)的存在,很大程度上影響了2008年1月中國南方的天氣。
2008年1月(圖6b),印度洋赤道輻合帶位置較常年偏強(qiáng)且位置偏北,西太平洋副熱帶高壓較常年偏強(qiáng)位置偏北,蒙古冷高壓維持且位置偏南,致使位于中國北方大陸的東亞冬季風(fēng)西北風(fēng)分量并未按照歷年的路徑南下,而是在河南、安徽、湖北一帶轉(zhuǎn)向西,并與來自南支槽前的西南暖濕氣流和西太平洋副熱帶高壓西側(cè)東南暖濕氣流在長江中下游沿線匯合,形成持久穩(wěn)定的冷暖空氣交綏區(qū)。從而導(dǎo)致我國南方發(fā)生了低溫雨雪冰凍災(zāi)害。
圖7給出了2008年1月850 hPa等壓面上垂直速度場以及垂直速度距平場分布特征。由圖7b可見,除了在云南存在垂直速度的正距平外,中國南方大部分地區(qū)垂直速度均為負(fù)距平,結(jié)合圖7a,2008年1月850 hPa中國南方垂直運(yùn)動(dòng)特征發(fā)生了明顯的變化,除江西、廣東東部以及浙江外,其余地區(qū)均由上升氣流取代了常年的下沉氣流,大范圍上升氣流的存在,有利于動(dòng)量、熱量以及水汽在中國南方匯合,為中國南方持續(xù)性雨雪冰凍天氣形成提供了充足的動(dòng)力條件。
圖6 2008年1月850 hPa流場(a)與流場距平(b)Fig.6 (a)The stream field and(b)its anomalies at 850 hPa in January 2008
圖7 2008年1月850 hPa垂直速度場(a;陰影表示上升運(yùn)動(dòng))及其距平場(b;陰影表示負(fù)異常)(單位:10-2Pa/s)Fig.7 (a)The vertical velocity(shaded areas denote the upward movement)and(b)its anomaly(shaded areas denote the negative value)at 850 hPa in January 2008(units:10-2Pa/s)
水汽對(duì)于此次大范圍持續(xù)性雨雪天氣而言是至關(guān)重要的。周長艷等[14]分析了此次低溫雨雪冰凍天氣整層水汽通量的特征以及4次天氣過程的水汽輸送。本文主要從整層經(jīng)向、緯向水汽輸送異常來討論水汽輸送特征。
圖8給出了1968—1996年1月東亞地區(qū)整層緯向水汽輸送通量及2008年1月整層緯向水汽輸送距平場特征,其中,以由西向東水汽輸送為正。由圖8a可見,在東亞地區(qū)存在兩支緯向水汽輸送帶,一支是位于0~20°N之間的東風(fēng)水汽輸送帶,另一支是高原東南側(cè)的偏西風(fēng)水汽輸送帶,它經(jīng)過孟加拉灣北部向我國南方地區(qū)源源不斷地輸送水汽。由圖8b可見,東風(fēng)帶水汽輸送在110~140°E存在明顯的負(fù)異常,其中心最大值達(dá)-250 kg·s-1·m-1,印度洋和孟加拉灣亦存在兩個(gè)弱的負(fù)異常中心;西風(fēng)帶水汽輸送在孟加拉灣北部到青藏高原東側(cè)存在50 kg·s-1·m-1的正異常區(qū)。2008年1月,由于西太平洋副熱帶高壓偏強(qiáng)位置偏北,西太平洋經(jīng)菲律賓群島向我國南海的東風(fēng)帶水汽輸送加強(qiáng)且位置偏北;南支槽異常活躍,孟加拉灣經(jīng)中南半島向我國南方的西風(fēng)帶的水汽輸加強(qiáng)。
圖9給出了1968—1996年1月東亞地區(qū)整層經(jīng)向水汽輸送通量及2008年1月水汽輸送距平場特征,其中,由南向北水汽輸送為正。由圖9a可見,東亞地區(qū)上空存在三個(gè)由北向南的水汽輸送帶,分別位于孟加拉灣、中國南海南部和菲律賓以東洋面。正的經(jīng)向水汽輸送較少,僅在安達(dá)曼海到中國南方存在弱的由南向北的水汽輸送,在中國廣西有50 kg·s-1·m-1輸送中心。2008年1月,印度洋經(jīng)孟加拉灣向中國南方的水汽輸送明顯加強(qiáng)。由整層經(jīng)向水汽輸送距平場(圖9b)可見,孟加拉灣和中國南部地區(qū)分別存在水汽輸送正距平區(qū),表明,2008年1月,由印度洋經(jīng)孟加拉灣向中國南部大陸的水汽輸送較常年增強(qiáng)。
對(duì)比文獻(xiàn)[14],2008年1月中國南方持續(xù)性低溫雨雪冰凍災(zāi)害期間,整層水汽輸送除緯向上存在異常的南支槽前西風(fēng)帶水汽輸送和西太平洋副熱帶高壓西南側(cè)東風(fēng)帶水汽輸送外,經(jīng)向上還存在著異常的由印度洋經(jīng)孟加拉灣到中國南方大陸的水汽輸送。
圖8 1968—1996年1月平均緯向水汽通量(a)及2008年1月整層緯向水汽通量距平場(b)(單位:kg·s-1·m-1)Fig.8 (a)The average latitudinal moisture transport from 1968—1996 and(b)anomaly of latitudinal moisture transport in January 2008(units:kg·s-1·m-1)
圖9 1968—1996年1月平均經(jīng)向水汽通量(a)及2008年1月整層緯經(jīng)向水汽通量距平場(b)(單位:kg·s-1·m-1)Fig.9 (a)The average longitudinal moisture transport from 1968—1996 and(b)anomaly of longitudinal moisture transport in January 2008(units:kg·s-1·m-1)
采用NCEP/NCAR提供的1968—1996年全球逐月、2008年1月全球逐日再分析資料以及中國氣象局提供的多年降水資料,對(duì)2008年1月中國南方持續(xù)低溫雨雪冰凍天氣的特征及東亞中低空大氣環(huán)流的異常進(jìn)行了分析。主要結(jié)論有:
(1)500 hPa烏拉爾山阻塞高壓的建立和維持以及地面蒙古冷高壓的長期維持,是2008年1月中國南方出現(xiàn)大范圍低溫雨雪冰凍天氣重要的冷空氣源地。
(2)700 hPa異常偏強(qiáng)的低空西南風(fēng)急流,為此次大范圍雨雪天氣過程建立了重要的動(dòng)量、熱量和水汽輸送通道,低空急流大風(fēng)速中心隨時(shí)間沿急流軸的傳播對(duì)2008年1月低溫雨雪冰凍天氣的形成和維持極為重要,每一個(gè)大風(fēng)速中心均對(duì)應(yīng)著一次較強(qiáng)的雨雪天氣過程。
(3)850 hPa流場蒙古冷高壓維持且位置偏南,致使位于中國北方大陸的東亞冬季風(fēng)西北風(fēng)分量異常,與來自南支槽前的西南暖濕氣流和西太平洋副熱帶高壓西側(cè)東南暖濕氣流在長江中下游沿線匯合,形成持久穩(wěn)定的冷暖空氣交綏區(qū)。
(4)850 hPa等壓面上垂直速度場中國南方大陸上空存在大范圍的上升氣流,此種形式對(duì)降水的產(chǎn)生極為有利。
(5)赤道輻合帶、西太平洋副熱帶高壓和南支槽的異常,導(dǎo)致東亞整層水汽輸送異常:緯向上存在異常的南支槽前西風(fēng)帶水汽輸送和西太平洋副熱帶高壓西南側(cè)東風(fēng)帶水汽輸送,經(jīng)向存在由印度洋經(jīng)孟加拉灣向中國南方大陸的水汽輸送。
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Characteristics of the Freezing Rain/Heavy Snow Process in South China and the Anomalies of Atmospheric Circulation over East Asia in January 2008
PENG Yan1,WANG Zhao2,LIU An-lin3,ZHANG Hong1,WANGMin4
(1.Meteorological Institute of Shaanxi Province,Xi'an 710015,China;2.Shaanxi Remote Sensing Information Center forAgriculture,Xi'an 710015,China;3.Shaanxi Meteorological Bureau,Xi'an 710015,China;4.Xi'an International Studies University,Xi'an 710128,China)
Based on the precipitation data from CMA and NCEP/NCAR global monthly reanalysis data from 1968 to 1996 and daily reanalysis data in January 2008,the atmospheric circulation anomaly over East Asia during the freezing rain/heavy snow process in South China in January 2008 was analyzed.The result shows that the anomalous strength of the Ural blocking high and the Mongolia cold anticyclone were the main cold air source for the freezing rain/heavy snow process in South China in January 2008.The anomalous strength of low level south-west jet at 700 hPa and the trans mission of the high wind speed center along its axis produced abundant momentum,heat and water vapor.The weather in South China in January 2008 was severely influenced by the anomalous southeast wind at 850 hPa stream field over west Pacific,the anomalous southwest wind over Indian Ocean and a large range of upward current at 850 hPa vertical velocity field over South China.Moreover,the anomaly of equatorial belt of convergence,West Pacific subtropical high and the southern branch of currents brought more moisture to South China in January 2008.
South China;lasting freezing rain/heavy snow process;anomalies of atmospheric circulation in East Asia
P434
A
1674-7097(2010)05-0634-07
2009-02-23;改回日期:2009-04-20
彭艷(1979—)女,吉林白城人,工程師,研究方向?yàn)榇髿膺吔鐚右约疤鞖鈿夂蚍治?penbird@sohu.com.
彭艷,王釗,劉安麟,等.2008年1月中國南部低溫雨雪冰凍天氣特征及其與東亞大氣環(huán)流異常探討[J].大氣科學(xué)學(xué)報(bào),2010,33(5):634-640.Peng Yan,Wang Zhao,Liu An-lin,etal.Characteristics of the freezing rain/heavy snow process in South China and the anomalies of atmospheric circulation over East Asia in January 2008[J].Trans Atmos Sci,2010,33(5):634-640.
(責(zé)任編輯:劉菲)