舟山群島海域一次大風(fēng)過程的診斷分析

徐哲永，王雷，王堅(jiān)侃

（舟山市氣象局，浙江舟山316021）

舟山群島海域一次大風(fēng)過程的診斷分析

徐哲永，王雷，王堅(jiān)侃

（舟山市氣象局，浙江舟山316021）

對(duì)舟山群島一次冷空氣大風(fēng)過程進(jìn)行了診斷分析。結(jié)果表明：大風(fēng)產(chǎn)生在典型的貝湖脊型橫槽形勢(shì)下，高空橫槽的轉(zhuǎn)豎使得冷空氣從低層到高層開始向南爆發(fā)。冷空氣南下與東海低壓強(qiáng)烈發(fā)展造成的強(qiáng)氣壓梯度以及中低層冷平流的作用是造成強(qiáng)風(fēng)的重要原因。高低層散度場(chǎng)的耦合以及高空鋒區(qū)過境時(shí)產(chǎn)生的動(dòng)力下沉運(yùn)動(dòng)造成強(qiáng)烈的動(dòng)量下傳，進(jìn)一步加大了地面風(fēng)速。

高空橫槽；冷空氣大風(fēng)；低壓發(fā)展；動(dòng)量下傳

1 引言

近年來隨著海上航運(yùn)交通、救撈等海上作業(yè)的不斷增加，海面強(qiáng)風(fēng)的預(yù)報(bào)和服務(wù)在預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)中也越來越受到重視[1]。舟山地處長江口南側(cè)和杭州灣外緣的東海洋面上，極易受到海上大風(fēng)的影響。造成舟山市海上大風(fēng)的天氣系統(tǒng)主要有冷空氣、臺(tái)風(fēng)和海上低壓[2]。其中，春、冬季節(jié)的舟山群島，由冷空氣引起的海上大風(fēng)最具危險(xiǎn)性。

2010年3月9—10日舟山海域出現(xiàn)了一次10—11級(jí)北到西北大風(fēng)過程。其中9日白天到夜里，沿海普遍出現(xiàn)9—10級(jí)大風(fēng)，而9日上半夜到次日早晨風(fēng)力最強(qiáng)：浪崗測(cè)站出現(xiàn)12級(jí)大風(fēng)，梁橫、北鼎星等8個(gè)測(cè)站出現(xiàn)11級(jí)大風(fēng)，嵊泗、小洋山等31個(gè)測(cè)站出現(xiàn)10級(jí)大風(fēng)。全市10級(jí)大風(fēng)持續(xù)時(shí)間長達(dá)24 h，過程降溫幅度達(dá)5°—7℃。舟山市氣象臺(tái)對(duì)這次冷空氣強(qiáng)風(fēng)過程預(yù)報(bào)比較成功，風(fēng)力強(qiáng)度、10級(jí)大風(fēng)起止時(shí)間以及過程降溫幅度與實(shí)況一致，只是對(duì)于極大風(fēng)速起始時(shí)間的預(yù)報(bào)卻比實(shí)況稍微提前。

考慮不同個(gè)例都各有其自身的特點(diǎn)，本文借鑒已有的研究總結(jié)，對(duì)本次大風(fēng)出現(xiàn)的原因進(jìn)行分析診斷，以期為今后的預(yù)報(bào)服務(wù)工作提供參考。

2 環(huán)流形勢(shì)分析

2.1 冷空氣的形成與堆積

3月5日500 hPa圖上亞洲大陸中高緯地區(qū)為西高東低的一槽一脊形勢(shì)，此時(shí)烏拉爾山阻塞高壓已經(jīng)形成，西伯利亞地區(qū)為一寬廣的低壓區(qū)，低壓區(qū)內(nèi)有一東西向的橫槽，處于阻塞高壓脊前,橫槽前有比較密集的高空鋒區(qū)。6—7日，隨著高空極渦東移，推動(dòng)烏拉爾山阻高北段不斷東移，使得阻高脊軸順轉(zhuǎn)，由N-S向轉(zhuǎn)成NE-SW向，在脊軸轉(zhuǎn)向的同時(shí)，脊前的橫槽不斷南壓,至8日08時(shí)，橫槽已壓至烏蘭巴托南面,槽前的密集鋒區(qū)堆積在我國華北地區(qū)，槽后冷中心強(qiáng)度達(dá)到-40℃（見圖1a），可見強(qiáng)冷空氣已經(jīng)形成并堆積。

700 hPa形勢(shì)與500 hPa相似。8日08時(shí)，貝湖附近的脊區(qū)呈NE-SW軸向分布，橫槽南傾，位于河套北部；槽后也有一個(gè)-28℃的冷中心配合；在35°—45°N之間有6根等溫線，尤其是橫槽前部40°N附近有鋒區(qū)密集堆積；槽前后的正負(fù)變高分別為10 dagpm和-1 dagpm，相差11 dagpm。中低緯有一支NEE-SWW向的南支槽。

與低層850 hPa形勢(shì)相似,地面圖上，自6日起冷高壓中心自貝加爾湖西側(cè)快速南壓并加強(qiáng)，至8日08時(shí)冷高壓中心位于阿爾泰山脈的東南側(cè),強(qiáng)度達(dá)1078.6 hPa；冷鋒處于通遼-赤峰-呼和浩特-蘭州一線，在40°—45°N五個(gè)緯距內(nèi)有8根等壓線。與700 hPa的南支槽相對(duì)應(yīng)，20°—30°N之間的地面圖中有一支靜止鋒呈NE-SW向分布。此時(shí)，東海至南海一帶為低壓倒槽區(qū)，氣壓場(chǎng)呈東（南）低西（北）高形勢(shì)，有利于引導(dǎo)冷空氣南下。

而地面24 h變壓場(chǎng)上：冷鋒后部是大片的正變壓區(qū)，其中在甘肅與內(nèi)蒙古接壤處，有一塊變壓大于20 hPa的區(qū)域，其中心值為23 hPa，冷鋒前部安徽、江西、湖南等地是負(fù)變壓區(qū)，安徽南部有一負(fù)變壓中心，中心值為-2 hPa，正負(fù)變壓中心絕對(duì)值之和為25 hPa。

這是典型的貝湖脊型橫槽形勢(shì)[3]，當(dāng)橫槽下擺引起冷空氣南下時(shí)，就容易造成浙北、浙中南沿海的偏北大風(fēng)。

2.2 冷空氣的爆發(fā)-橫槽轉(zhuǎn)豎

8日20時(shí)500 hPa高空?qǐng)D上，冷渦位于錫林浩特市附近，冷渦西伸的橫槽已南壓至內(nèi)蒙古地區(qū)，此時(shí)橫槽前的鋒區(qū)中有小槽東傳，中低緯也有南支槽東傳，南北兩支槽呈階梯狀分布，從而造成橫槽前部等高線疏散，產(chǎn)生正渦度平流。同時(shí)，橫槽前部有冷平流，槽前的正渦度平流和冷平流使橫槽東南方產(chǎn)生負(fù)變高-11 dagpm，加上橫槽后部又是暖平流正變高15 dagpm，這就預(yù)示著橫槽將轉(zhuǎn)豎并向南加深[4]。8日夜間500 hPa西段橫槽開始快速轉(zhuǎn)豎，高空冷渦東移并南掉，帶動(dòng)北方冷空氣快速南下，9日20時(shí)，冷渦移至丹東附近，南、北兩支高空槽合并，形成東亞大槽，槽線位于大連-上海-杭州-贛州一線，切斷中心延伸出的長長的東亞大槽一直插到華南地區(qū)。此時(shí)的高空槽前后的正負(fù)變高呈準(zhǔn)東西向分布，分別為17 dagpm和-28 dagpm（見圖1b），9日上半夜500 hPa橫槽完全轉(zhuǎn)豎且經(jīng)過舟山群島。在橫槽轉(zhuǎn)豎過程中，冷空氣自低層到高層朝南爆發(fā)，中低層850 hPa和700 hPa的槽線相繼于9日早上和下午經(jīng)過舟山海域，舟山沿海海面風(fēng)力逐漸增大。

圖1 500hPa高空?qǐng)D（實(shí)線為等高線,單位/dagpm、虛線為等溫線,單位/℃）

3 大風(fēng)成因分析

3.1 地面氣壓場(chǎng)分析

在中高緯度，風(fēng)場(chǎng)與氣壓場(chǎng)基本上符合地轉(zhuǎn)風(fēng)、梯度風(fēng)原理[4]。8日20時(shí)，地面中高緯地區(qū)仍處一個(gè)龐大的冷高壓內(nèi)，其中新疆-內(nèi)蒙古地區(qū)有一個(gè)分裂冷高壓，中心氣壓為1055 hPa。此時(shí)，低緯位于臺(tái)灣西南的弱倒槽在高空700—500 hPa西南氣流的引導(dǎo)下，開始朝東北方向，即500 hPa正渦度平流與暖平流中心附近移動(dòng)，并且在移動(dòng)過程中該系統(tǒng)得到發(fā)展，其強(qiáng)度逐漸增大。9日08時(shí)，在河套西側(cè)分裂出1050 hPa的一個(gè)冷高壓，與嵊泗站（氣壓1029.5 hPa）相距19個(gè)緯距，氣壓差達(dá)20.5 hPa，此時(shí)倒槽波動(dòng)中心位于28.5°N、130.5°E，中心值為1013.9 hPa，倒槽的發(fā)展加大了地面氣壓梯度，加上冷空氣南下，于是在浙北沿海形成了較大的氣壓梯度，120°—125°E之間的5個(gè)經(jīng)距內(nèi)共有5根等壓線（見圖2a），大的氣壓梯度產(chǎn)生大的風(fēng)速，舟山海域開始出現(xiàn)10級(jí)偏北大風(fēng)。

之后該倒槽緩慢東移，并繼續(xù)在外海發(fā)展：9日11時(shí)在31°N、134°E處發(fā)展成低壓，中心值為1012.5 hPa，14時(shí)在31°N、136°E處低壓中心值加深為1007.5 hPa，17時(shí)，低壓中心繼續(xù)發(fā)展為1005 hPa。外海低壓的緩慢東移和強(qiáng)烈發(fā)展，加上冷空氣的持續(xù)補(bǔ)充使得地面氣壓梯度一直在浙北沿海堆積，10級(jí)大風(fēng)維持。9日20時(shí)，隨著冷空氣南下，在安徽、湖北交界處出現(xiàn)一個(gè)1037.5 hPa的分裂冷高壓，與嵊泗站相距6—7個(gè)經(jīng)距，二者氣壓差達(dá)5.7 hPa，此時(shí)120°—125°E之間的5個(gè)經(jīng)距內(nèi)有4根等壓線（見圖2b）,舟山海域開始出現(xiàn)11級(jí)偏北大風(fēng)。

圖2 海平面氣壓圖（單位：hPa）

顯然，9日08時(shí)的10級(jí)大風(fēng)的產(chǎn)生與沿海氣壓梯度密切相關(guān)；而維持在海面上的大的氣壓梯度也是11級(jí)大風(fēng)出現(xiàn)的一個(gè)有利因素。但為何在此過程中，當(dāng)沿海的氣壓梯度減小時(shí)，風(fēng)力反而從10級(jí)增強(qiáng)到11級(jí)呢?

3.2 冷平流作用

3月8日20時(shí)，由于700—500 hPa西南氣流和850 hPa低空切變的作用，在30°N附近有南支鋒區(qū)存在。9日08時(shí)850 hPa高空槽已經(jīng)過境，冷空氣自低層到高層侵入，850 hPa圖中，南下的北支鋒區(qū)與之前的南支鋒區(qū)疊加，在30°—35°N之間有3條等溫線，且850 hPa低層急流垂直于溫度場(chǎng)，從而產(chǎn)生較強(qiáng)的低層冷平流（圖略）。

9日20時(shí)，700 hPa高空槽已經(jīng)過舟山海域，而500 hPa高空槽也將過境。此時(shí)700 hPa圖中，30°N以北5個(gè)緯距內(nèi)有3條等溫線，且分布較密（集中在30°—32.5°N的2.5個(gè)緯距之內(nèi)），在強(qiáng)的西北氣流作用下，產(chǎn)生較強(qiáng)的中層冷平流，有利于鋒生，鋒生導(dǎo)致力管環(huán)流加強(qiáng)，700 hPa及以下各層風(fēng)速也普遍加大[5]，自20時(shí)起舟山海域開始出現(xiàn)11級(jí)大風(fēng)（見圖3）。

圖3 9日20時(shí)700 hPa高空?qǐng)D

綜上可見，強(qiáng)的地面氣壓梯度和中低層的冷平流作用對(duì)地面強(qiáng)風(fēng)的產(chǎn)生起到了十分重要的作用?？墒窃趯?shí)際預(yù)報(bào)中，通常情況下，舟山海域的最大風(fēng)力要達(dá)到10級(jí)，地面氣壓場(chǎng)上120°—125°E之間一般要有5根等壓線，在中低空30°—35°N之間的鋒區(qū)至少要達(dá)到4條，而11級(jí)大風(fēng)產(chǎn)生的要求則更高。除了上述原因外，到底還有什么因素造成了如此猛烈的強(qiáng)風(fēng)呢？

3.3 動(dòng)力條件分析

3.3.1 高空輻合、低空輻散的散度場(chǎng)配置造成下沉運(yùn)動(dòng)

一次強(qiáng)天氣過程的發(fā)生必定伴有強(qiáng)的動(dòng)力條件。9日20時(shí)，700 hPa高空槽過境舟山不久，舟山海域在散度場(chǎng)上處于零線附近，其以下各層均處于槽后的輻散區(qū)內(nèi)，而500 hPa維持著槽前輻合。此時(shí)舟山的上游地區(qū)，116°—117°E的高空500 hPa以上有一輻合中心-32×10-6s-1，118oE的低空850 hPa有一輻散中心36×10-6s-1，其差值達(dá)68×10-6s-1，且中心幾乎呈垂直分布（見圖4a），對(duì)流層上部的高空輻合與對(duì)流層下部的輻散相耦合，這種強(qiáng)而陡峭的配置，意味著在高低空之間存在著一支強(qiáng)大的動(dòng)力強(qiáng)迫下沉氣流[6]。之后500 hPa高空槽快速東移影響，高低空的輻合、輻散中心也隨之東移，10日08時(shí)此配置系統(tǒng)移至124°E的海面上，其中心分布為垂直結(jié)構(gòu)，舟山海域仍處于強(qiáng)的地面輻散區(qū)內(nèi)（見圖4b）。

圖4 沿30°N的散度剖面（單位:10-6s-1）

這說明，在9日20時(shí)之后的夜間，高層輻合與低層輻散中心經(jīng)過舟山群島，由此造成的強(qiáng)的動(dòng)力強(qiáng)迫下沉氣流將高空西北急流的動(dòng)量下傳至低層，致使舟山海域大風(fēng)產(chǎn)生。

3.3.2 鋒區(qū)過境導(dǎo)致下沉運(yùn)動(dòng)

圖5a是沿122°E的空間垂直剖面圖。由圖可見，最大風(fēng)速出現(xiàn)在鋒區(qū)附近的上空200 hPa，為80 m.s-1。鋒區(qū)附近有次級(jí)環(huán)流（見圖5b），鋒區(qū)暖邊界為強(qiáng)烈的上升氣流，其最大上升速度為20×10-3hPa.s-1，位于0—200 hPa之間，舟山海域正處于該上升中心區(qū)內(nèi)；而冷邊界一側(cè)是劇烈的下沖氣流，其下沉速度最大的區(qū)域在500 hPa附近，其最大中心值為80×10-3hPa.s-1。到了10日08時(shí)，舟山已處于強(qiáng)大的下沉運(yùn)動(dòng)區(qū)域內(nèi)。這表明在9日上半夜20時(shí)后，舟山海域上空的大氣質(zhì)量快速調(diào)整，通過大氣質(zhì)量的調(diào)整使得暖空氣迅速被冷空氣代替，并造成強(qiáng)烈的動(dòng)量下傳，使得低層風(fēng)速加大[6]。

圖5 9日20時(shí)沿122OE與沿30ON垂直剖面

以上海站為例，8日20時(shí)后，上海站的溫度隨時(shí)間急劇下降，表明鋒區(qū)入侵，尤其是9日08—20時(shí)12 h之內(nèi)，700 hPa溫度由原先的-10℃降至-20℃。與此同時(shí)，等風(fēng)速線也隨時(shí)間急速下沉（見圖6），表明在鋒區(qū)入侵時(shí)有動(dòng)量下傳。9日08時(shí)低層850 hPa及以下各層的風(fēng)向均轉(zhuǎn)為西北，風(fēng)速猛增，其中850 hPa的風(fēng)速達(dá)14 m.s-1；9日20時(shí)700 hPa也轉(zhuǎn)成西北氣流，各層風(fēng)速繼續(xù)增大，其中，850—700 hPa的風(fēng)速均超過22 m.s-1。之后，從9日20時(shí)—10日08時(shí)中低層各層風(fēng)速和氣溫幾乎維持不變。

圖6 上海站8日20時(shí)—10日20時(shí)風(fēng)速時(shí)間剖面圖（單位：/（m.s-1））

正是因?yàn)樯鲜鲆蛩卦斐傻膹?qiáng)烈的動(dòng)量下傳作用，造成了9日20時(shí)之后的夜間舟時(shí)間剖面圖山群島11級(jí)大風(fēng)的產(chǎn)生與維持。

4 小結(jié)

（1）大風(fēng)產(chǎn)生在典型的貝湖脊型橫槽形勢(shì)下，高空橫槽的轉(zhuǎn)豎使得冷空氣從低層到高層開始向南爆發(fā)；

（2）冷空氣南下與東海低壓強(qiáng)烈發(fā)展造成的強(qiáng)氣壓梯度以及中低層冷平流的作用是造成本次猛烈強(qiáng)風(fēng)的重要原因；

（3）高低層散度場(chǎng)的耦合以及高空鋒區(qū)過境時(shí)產(chǎn)生的動(dòng)力下沉運(yùn)動(dòng)造成強(qiáng)烈的動(dòng)量下傳，進(jìn)一步加大了地面風(fēng)速。

[1]蘇百興,段朝霞.廣東一次寒潮8級(jí)大風(fēng)物理過程分析[J].海洋預(yù)報(bào),2009,26(1)：14-18.

[2]項(xiàng)素清.一次爆發(fā)性東海低壓發(fā)展引起的海上強(qiáng)風(fēng)分析[J].海洋預(yù)報(bào),2007,24(4)：20-25.

[3]祝啟恒,張淑云.浙江省災(zāi)害性天氣預(yù)報(bào)[M].北京：氣象出版社,1992,108-111.

[4]朱乾根,林錦瑞,壽紹文,等.天氣學(xué)原理和方法(第四版)[M].北京：氣象出版社,2007.

[5]李秀連.首都機(jī)場(chǎng)寒潮強(qiáng)風(fēng)極值出現(xiàn)條件的分析[J].氣象, 2002,28(11)：42-44.

[6]王雷.一次冷空氣強(qiáng)風(fēng)的成因分析[J].海洋預(yù)報(bào),2005,22(4)：96-101.

Diagnosis analysis of a strong gale in Zhoushan islands

XU Zhe-yong，WANG Lei，WANG Jian-kan

(Zhoushan Meteorological Bureau,Zhejiang Province,316021 China)

In this paper,a strong cold air gale process in March 2010 was analyzed.The results showed that the strong cold air gale appeared in the typical synoptic situation of the horizontal trough before the ridge of Lake Baikal.The cold air breaked out from lower levels to higher levels because the upper lever trough changed from the horizontal direction to vertical direction.The main reason of this strong gale was the pressure gradient caused by the interaction of the cold air and the intense development of depression in the East China Sea,and the strong cold temperature advection in low and middle layer.In addition,the coupling of divergence with a negative(positive)value at upper(low)level and intense momentum transportation downward,caused by the dynamic forcing descending due to the upper frontal zone passage,further increased the ground wind speed.

horizontal trough at the upper level；cold air gale；depression development；Momentum transportation downward

book=256,ebook=256

P732

：A

：1003-0239（2012）05-0053-06

2011-09-17

徐哲永（1982-），男，工程師，主要從事短期天氣預(yù)報(bào)工作。E-mail:xuzheyongzi@163.com