云南楚雄州霜凍天氣分析

王金萍，徐順瓊，李宏波，楊若華

(1.云南大學(xué)大氣科學(xué)系，云南 昆明 650091;2.云南省楚雄州氣象局，云南 楚雄 675000;3.云南省楚雄師范學(xué)院，云南 楚雄 675000)

云南楚雄州霜凍天氣分析

王金萍1，2，徐順瓊3，李宏波2，楊若華2

(1.云南大學(xué)大氣科學(xué)系，云南 昆明 650091;2.云南省楚雄州氣象局，云南 楚雄 675000;3.云南省楚雄師范學(xué)院，云南 楚雄 675000)

通過分析楚雄州1980—2008年楚雄州出現(xiàn)的91次霜凍災(zāi)害天氣，得到楚雄州霜凍天氣出現(xiàn)的時間、空間以及地理分布規(guī)律，統(tǒng)計該91次天氣過程的影響系統(tǒng)及影響頻率，得到霜凍天氣的影響系統(tǒng)分類。同時通過分析2009年3月14日的霜凍災(zāi)害天氣，發(fā)現(xiàn)西風(fēng)槽東移后整個高原突轉(zhuǎn)為西北氣流控制引導(dǎo)冷空氣南下，冷平流的輸送從高層延伸到中低層是產(chǎn)生“3·14”嚴(yán)重霜凍的主要原因。另外，低層冷高壓控制，水汽輻合稀少，天氣晴朗輻射降溫也是霜凍產(chǎn)生的重要原因。

霜凍;強降溫;冷平流

1 引言

霜凍是指春秋季節(jié)，地面或者植物表面溫度下降至足以使植物遭受傷害甚至死亡的一種氣象災(zāi)害，造成的災(zāi)害范圍廣、損失大，通常把地面最低溫度＜0℃當(dāng)作霜凍標(biāo)準(zhǔn)。對云南危害較大的是發(fā)生在2—4月春季的晚霜凍，段旭(1998年)等通過對低溫、葉溫和氣溫之間的關(guān)系統(tǒng)計估算和分析研究，給出了春季晚霜凍客觀定量的指標(biāo)，結(jié)合我州實際，霜凍業(yè)務(wù)標(biāo)準(zhǔn)定義為：

2月，TMIN≤0℃，全州5站次及以上達到標(biāo)準(zhǔn)為全州性霜凍天氣;

3月，TMIN≤1℃，全州5站次及以上達到標(biāo)準(zhǔn)為全州性霜凍天氣;

4月，TMIN≤2℃，全州5站次及以上達到標(biāo)準(zhǔn)為全州性霜凍天氣;

其它月份，TMIN＜0℃，全州7站次及以上達到標(biāo)準(zhǔn)為全州性霜凍天氣;

其中TMIN表示日最低氣溫。由于楚雄州霜凍天氣危害主要在2—4月更為突出，霜凍的預(yù)報也主要在2—4月開展。統(tǒng)計1980—2008年2—4月霜凍天氣，29a中我州共出現(xiàn)了93次全州性霜凍天氣過程。

2 雄州霜凍發(fā)生的時空分布規(guī)律及特征

2.1 楚雄州霜凍年際分布特征

分析全州性霜凍天氣次數(shù)，20世紀(jì)80年代、90年代發(fā)生均較為頻繁，80年代年平均出現(xiàn)次數(shù)為4.3次，90年代年平均出現(xiàn)次數(shù)為3.6次，出現(xiàn)次數(shù)最多的1983年共出現(xiàn)10次全州性霜凍，進入21世紀(jì)后霜凍發(fā)生次數(shù)明顯減少，2000—2008年年平均次數(shù)減少到1.6次，特別是2000年、2001年，沒有發(fā)生霜凍災(zāi)害。分析表明，楚雄州霜凍災(zāi)害天氣呈明顯減少趨勢(圖1)。

2.2 楚雄州霜凍月際分布特征

按照楚雄州全州性霜凍的業(yè)務(wù)標(biāo)準(zhǔn)進行統(tǒng)計，全州性霜凍2月共出現(xiàn)75次，占總次數(shù)的81%，3月共出現(xiàn)18次，占總次數(shù)的19%，4月沒有出現(xiàn)全州性霜凍災(zāi)害。

圖2 楚雄州霜凍次數(shù)地理分布圖

2.3 楚雄州霜凍次數(shù)地理分布特征

楚雄州霜凍災(zāi)害的地理分布極為不均，熱壩元謀為霜凍最少的縣，29 a中僅1986年3月2日出現(xiàn)過，其次是雙柏縣，29 a共出現(xiàn)了10次，霜凍災(zāi)害最為頻繁的是南華縣、武定縣。統(tǒng)計結(jié)果表明，北部元謀、永仁，南部雙柏、楚雄霜凍災(zāi)害的發(fā)生頻率相對偏低，霜凍影響頻次相對偏高的為南華、武定、姚安、祿豐、大姚、牟定等中部縣(市)(圖2)。

3 楚雄州霜凍災(zāi)害的主要影響天氣系統(tǒng)

霜凍災(zāi)害的預(yù)報一直是天氣預(yù)報員的一個重要預(yù)報內(nèi)容，隨著經(jīng)濟的發(fā)展，農(nóng)作物種植呈現(xiàn)多樣化的態(tài)勢，對霜凍天氣的預(yù)報也提出了新的要求。1980—2008年，楚雄州全州性霜凍災(zāi)害共出現(xiàn)93次，其中2月出現(xiàn)75次，3月出現(xiàn)18次。分析這93次災(zāi)害天氣(其中1985年2月14，1993年2月1日缺資料，分析個例為91個)，導(dǎo)致楚雄州出現(xiàn)霜凍的500hPa天氣系統(tǒng)主要為偏北氣流、橫槽、南支槽、高原東南部位于四川西部的低槽(高原槽)4類系統(tǒng)，700hPa天氣系統(tǒng)主要為偏北氣流、滇中輻合區(qū)、南支槽、川滇(低渦)切變、緬甸至滇西北小高壓5類系統(tǒng)。

通過分析91次個例的天氣背景，楚雄州霜凍災(zāi)害主要有以下幾類環(huán)流形勢：第一類，冷平流從高層經(jīng)偏北氣流引導(dǎo)南下下沉，導(dǎo)致氣溫夜間驟降引起霜凍;這種情況天氣晴朗無雨。第二類，南支槽過境后，楚雄州為槽后偏西或西北氣流控制，此時如果北方冷平流輸送較強，天氣轉(zhuǎn)晴輻射加強伴隨冷空氣造成霜凍。切變線南壓后，我州為偏北或東北氣流，冷空氣及強輻射引起霜凍。這種情況天氣為雨后快速轉(zhuǎn)晴。第三類，700hPa川滇切變快速南壓，強冷空氣到達我州引起霜凍，有時會有天氣現(xiàn)象如雨雪等伴隨，發(fā)生概率較少。

表1 楚雄州霜凍災(zāi)害的主要影響系統(tǒng)及頻次

4 霜凍天氣典型個例分析

2009年3月14日凌晨，由于受高空強冷平流和地面輻射降溫的共同影響，滇中包括楚雄州境內(nèi)出現(xiàn)了一次明顯的霜凍天氣。楚雄州全州10縣(市)測站有南華、大姚、武定、祿豐和姚安5個縣最低氣溫＜0℃，全州農(nóng)作物受災(zāi)嚴(yán)重，特別是姚安縣全縣共有6 821 hm2小春糧食和經(jīng)濟作物受災(zāi)，其中蠶桑受災(zāi)1 261 hm2，大蒜 190 hm2，洋芋 63 hm2，油菜 1 341 hm2，蠶豆 1 736 hm2，小麥1 244hm2，大麥626 hm2，葡萄30 hm2，經(jīng)濟林果304 hm2，造成全縣范圍內(nèi)經(jīng)濟損失達2 748.24萬元。

4.1 環(huán)流背景分析

4.1.1 500hPa環(huán)流背景分析 2009年3月12日08時，烏拉爾山到巴爾喀什湖間為高壓脊區(qū)，西風(fēng)槽位于青海東部—四川西部—西藏南部—孟灣一線，云南處于槽前西南氣流區(qū)控制，西風(fēng)槽13日東移，位于外蒙古的西風(fēng)大槽13日同時東移，兩支低槽合并形成強大的從我國東北到西南的東亞大槽，整個高原13日08時變?yōu)榇蠓秶鷱妱疟逼鳉饬骺刂?，風(fēng)速最大在四川西北部達到24 m/s，滇西北風(fēng)速達到18 m/s。東亞大槽的西段位于四川東南—我州北部—滇西，低槽后部的冷舌在玉樹達到了-26℃，滇西北麗江也達到了-18℃，槽后強勁的西北氣流有利于引導(dǎo)冷空氣南下，13日20時，冷空氣已經(jīng)到達我州北部上空，西北氣流隨即控制我州。從500hPa的分析可以看出，冷空氣在西風(fēng)槽的東移過程中在高原上堆積，然后隨著低槽西段的東南移快速南下，特點是高原迅速轉(zhuǎn)為大范圍強勁偏北氣流控制，速度快，強度大。

4.1.2 700hPa環(huán)流背景分析 分析700hPa形勢，3月12日08時新疆—青海西部為高壓脊控制，四川盆地—西藏中部有一弱的切變，阻塞形勢明顯，312hPa控制了云南大部，13日08時高原上的高脊區(qū)東南移到達四川西部及西藏東南部，中心強度為317hPa，阻塞崩潰，我省轉(zhuǎn)為西北氣流控制，最大風(fēng)速達18m/s，20時高壓東南移，云南為冷高壓控制，冷高壓中心318hPa位于昆明，我州天氣晴朗，溫度下降，配合凌晨輻射，產(chǎn)生霜凍。

從環(huán)流形勢的分析來看，高層強冷平流的快速南下，低層冷高壓的控制，導(dǎo)致了我州冷空氣降溫的同時天空晴朗輻射加強，形成霜凍。

4.2 溫度、氣壓分析

3月14日霜凍天氣，區(qū)域氣象站測出氣溫最低值出現(xiàn)在姚安縣的前場鎮(zhèn)，極端最低氣溫達-3.7℃，南華岔河-3.3℃，武定白露-2.8℃，大姚新街-2.5℃、金碧 -1.2℃，姚安彌興 -2.3℃、太平 -2.1℃，南華龍川-1.7℃，武定貓街-1.6℃、獅山-0.9℃。從姚安氣象站的溫度情況來看(圖3)，由于冷空氣的南下及輻射降溫，14日6時測站氣溫下降達到0℃，7—9時一直維持在0℃以下，霜凍災(zāi)害在此期間發(fā)生。9時以后氣溫迅速回升。從氣壓情況來看，由于冷空氣從高層南下，高原到我省為強勁西北氣流控制造成氣流下沉，氣壓升高。從姚安氣壓變化情況來看，22時以后氣壓維持較高值，14日8時以后氣壓突然增大，維持時間為3 h左右，即為昆明冷高壓主體到達并影響楚雄州產(chǎn)生霜凍時段。

4.3 溫度場分析

圖3 3月13日20時-14日20時姚安觀測站氣溫、氣壓變化圖(粗實線為氣溫，細(xì)實線為氣壓)

分析3月13-14日的溫度平流輸送情況(圖4)，可以看到13日20時，85～105°E整個中高層均為冷平流輸送，冷平流中心輸送區(qū)位于200hPa，強度達到-28×10-5k·s-1，另外在400hPa還有一個-16×10-5k·s-1的冷平流中心，冷平流的輸送向低層延伸到700hPa，只有700hPa以下及近地面層沒有明顯冷平流輸送，但是105°E及以東地區(qū)，冷平流輸送已經(jīng)到達地面并引起地面氣溫的下降。14日08時，冷平流輸送縮減到500hPa以上的高層，500hPa以下的低層出現(xiàn)弱暖平流輸送，特別是近地面也出現(xiàn)了弱暖平流，預(yù)示未來溫度回升。從分析來看，13日夜間，從高層到中低層的強冷空氣傾瀉而下首先影響我省東部進而影響滇中是滇中發(fā)生霜凍的主要原因。

圖4 3月13日20時(a)、3月14日08時(b)溫度平流沿25.02°N剖面圖 單位：10-5k·s-1

4.4 風(fēng)場分析

分析2009年3月13-14日風(fēng)場(圖5)，可以看到13日20時500hPa在貴州—昆明—楚雄—麗江有一明顯的風(fēng)向切變，后部為西北氣流，此為東亞大槽西段位于云貴高原的部分，隨著東亞大槽的東南移動，我州轉(zhuǎn)為西北氣流控制。到14日08時，我州已全部為西偏北氣流控制，低槽已經(jīng)東南移動到兩廣地區(qū)。分析700hPa風(fēng)場，可以看到13日20時四川盆地有輻散，我州處于輻散前沿，14日08時輻散中心位于我州，我州天氣晴朗，利于輻射降溫。

4.5 水汽條件分析

分析水汽通量散度(圖6)，可以看到，本次霜凍天氣，13日20時在楚雄州以東地區(qū)低層有弱的水汽輸送，隨著高層阻塞高壓的崩潰南壓控制我省，水汽的輸送非常稀少，到14日08時，幾乎沒有水汽的輻合，利于輻射的加強。分析衛(wèi)星云圖(略)，13日08時及14時，可以看到我省滇東南有南支云系，后部邊沿光滑，顯示西北氣流在增強，利于引導(dǎo)冷空氣南下，我省為南支影響后少云區(qū)控制，利于輻射降溫的發(fā)生。

5 結(jié)語

①楚雄州霜凍災(zāi)害進入21世紀(jì)后明顯減少，從月份來看，2月最為頻繁，其次是3月，地理分布特征是南華、武定、姚安、祿豐、大姚、牟定等中部縣(市)出現(xiàn)次數(shù)偏多。

②霜凍天氣影響系統(tǒng)以偏北氣流為最多，引導(dǎo)冷平流南下引起霜凍。

③2009年3月14日的霜凍天氣，是高層強大西北氣流引導(dǎo)冷空氣南下，低層冷高壓控制，平流降溫為主配合輻射降溫引起的災(zāi)害性天氣。高層到中低層的強冷空氣傾瀉而下首先影響我省東部進而影響滇中是滇中發(fā)生此次霜凍的主要原因。

④2009年3月14日的霜凍天氣，水汽通量顯示水汽輸送稀少，沒有水汽的輻合，導(dǎo)致天空晴朗，輻射降溫加重霜凍天氣。

［1］ 秦劍，琚建華，解明恩.低緯高原天氣氣候［M］.北京：氣象出版社，1997：107-112.

［2］ 朱乾根，等.天氣學(xué)原理與方法［M］.北京：氣象出版社，1992.

P458

B

1003-6598(2011)02-0018-04

2011-03-16

王金萍(1972-)，女，高工，主要從事中短期天氣預(yù)報工作。

國家自然科學(xué)基金地區(qū)基金項目(40965002);云南省自然科學(xué)基金資助項目(2005D0077M2)。