玉樹強震前低層大氣的奇特結(jié)構(gòu)①

彭小桐，鄧文彬，李盛林

（中國人民解放軍61936部隊天氣預(yù)報室，海南海口 571100）

玉樹強震前低層大氣的奇特結(jié)構(gòu)①

彭小桐，鄧文彬，李盛林

（中國人民解放軍61936部隊天氣預(yù)報室，海南?？?571100）

地震前地殼輻射熱會使大氣出現(xiàn)非規(guī)則氣象信息，探空資料反映了非正常的熱量不穩(wěn)定分布，大氣結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)“奇特”的超不穩(wěn)定性。本文運用V－3θ圖對2010年玉樹地震發(fā)生前后大氣結(jié)構(gòu)進行分析，并將溫度信息“數(shù)字化”，再次證明了歐陽首承先生的預(yù)測理論，即能量的積聚必然涉及物質(zhì)結(jié)構(gòu)的非均勻，其非規(guī)則信息必然涉及事件的轉(zhuǎn)折性變化。

地殼輻射熱；非規(guī)則氣象信息；玉樹地震；V－3θ圖；預(yù)測

Abstract：Before earthquake the radiant heat from the crust can cause atmosphere appears irregular information．Sounding data reflects“exotic”atmospheric structure and super instability．In this paper，V－3θdiagram is used to analyse the atmospheric structure before Yushu earthquake and normal situation，and the temperature information is digitized．The result proves the Ouyang Shoucheng forecasting theory：energy accumulation will inevitably involve non－uniform in physical structure and irregurlar information will inevitably involve event head－turning change．Key words：Radiant heat of the crust；Irregular atmosphere information；Yushu earthquake；V－3θ diagram；Forecasting

0 引言

歐陽首承先生在其著作《信息數(shù)字化與預(yù)測》中認為目前將氣象和地震分開的認識和做法至少還存在認識觀念的問題，并在某種程度上還干擾了預(yù)測科學(xué)的發(fā)展。自然災(zāi)害屬于特殊事件而有共同性，業(yè)務(wù)人士可以相互借鑒、溝通討論。歐陽先生在運用探空資料以熱量分布不均的方式分析大氣的變化時，認為若地震問題與地殼的熱量分布有關(guān)，則必然影響到大氣。遂在進行天氣分析時發(fā)現(xiàn)了地殼輻射熱的影響，并明顯地體現(xiàn)于夜間，也因此運用氣象信息提出地震預(yù)測的幾個要點。歐陽先生在沿襲傳統(tǒng)的“時序”信息分析時，發(fā)現(xiàn)凡是遇到不穩(wěn)定的重要災(zāi)害天氣，屢屢遇到事件發(fā)生前的“平靜”。由此逐步認識到任何事件的發(fā)生、發(fā)展都在事件發(fā)生前需要一個“能量或熱量”的“收、蘊”的積聚階段，觀測要素的“平靜”，不等于“能量儲備過程”的“平靜”。例如汶川大地震前的前3個小時的信息數(shù)字化，則是“時序”性的“平靜”，而信息數(shù)字化后顯示的卻是變化的“天翻地覆”，所以傳統(tǒng)“時序”性分析方法不能細致或明確地揭示信息的變化，甚至歪曲變化事件［1］。

本文在此運用歐陽先生提出的非規(guī)則氣象信息，對2010年4月的玉樹大地震作一分析與驗證，以期對地震預(yù)測有一定的意義和啟示。

1 V－3θ圖與大氣結(jié)構(gòu)

V－3θ圖是以溫度T為橫坐標(biāo)，氣壓P為縱坐標(biāo)，其中的V是探空資料中直接觀測的風(fēng)向、風(fēng)速信息，歐陽首承先生設(shè)計的3θ分別為θ、θsed、θ＊，其中θ是位溫、θsed是以露點溫度計算出的假相當(dāng)位溫，θ＊為當(dāng)時氣溫的純飽和位溫，它們能夠反映大氣的溫度和濕度，以此可以判斷大氣層結(jié)構(gòu)是否穩(wěn)定。本文3θ分別為位溫θ、假相當(dāng)位溫θse、飽和假相當(dāng)位溫θ＊se，這與歐陽先生的設(shè)計略有出入，但是對整體信息影響不大，所以本文以此圖進行分析。

（1）若3條θ曲線隨著P的增大向右傾呈現(xiàn)線性增長，則表示大氣對流層內(nèi)的結(jié)構(gòu)是均勻的，但是實際很難見到純粹均勻的大氣狀態(tài)，所以純粹均勻的線性分布只是應(yīng)用中便于比較，而極易識別非均勻或超均勻的結(jié)構(gòu)狀態(tài)［2］。

圖1 玉樹強震前大氣結(jié)構(gòu)Fig．1 Atmosphere structure before the Yushu earthquake over Yushu area．

（2）若3條θ曲線隨著P的增大向左呈線性遞減，或隨著P的增大不變或少變，則表示對流層大氣的垂直結(jié)構(gòu)極度不均勻，聚集了不穩(wěn)定能量有待釋放。

（3）若θse、θ＊se曲線接近或重合狀態(tài)說明空氣濕度很大，若θ、θse接近或重合說明大氣很干燥。

（4）根據(jù)風(fēng)矢量V，可以判斷垂直方向的“滾流”，“滾流”是河流的水利學(xué)名詞，大氣的“滾流”對天氣演化的轉(zhuǎn)折性變化非常重要，可用于天氣轉(zhuǎn)折性變化的預(yù)測［2］。

2 玉樹地震前的V－3θ圖和大氣結(jié)構(gòu)

地震前地殼熱量輻射是以紅外方式進行的，于08時信息中不能見到，若20時出現(xiàn)超常結(jié)構(gòu)，而08時不出現(xiàn)，則可斷定為地殼“發(fā)燒”，并且已經(jīng)有地殼的板塊擠壓或地幔熱量異常滾動了。當(dāng)θ線呈現(xiàn)出準(zhǔn)90°或大于90°，這不是大氣本身熱量分布所能構(gòu)成的異常不穩(wěn)定，并且如此強大的熱量不穩(wěn)定分布如果不出現(xiàn)大風(fēng)，則表明如此強烈不均勻的熱量分布不是大氣本身熱量所能構(gòu)成的，而是地殼熱量的輻射造成大氣結(jié)構(gòu)的“奇特性”。如圖1中（a）、（b）所示，玉樹地震前整層θ線與T軸幾乎垂直，這是強對流天氣中最不穩(wěn)定的一種形式；其次θ、θse線非?？拷f明大氣相當(dāng)干燥，并且整層風(fēng)為偏西風(fēng)，風(fēng)速隨高度加大，構(gòu)成了風(fēng)速切變的“順時針”滾流。在此種大氣結(jié)構(gòu)下，作為不穩(wěn)定能量的唯一轉(zhuǎn)換方式，只能是災(zāi)害性的大風(fēng)天氣，然而20時前后三個小時中并未出現(xiàn)6級以上的大風(fēng)。4月12日天氣實況為：20時前17時風(fēng)速為6m／s；20時為靜風(fēng)，23時為1m／s。除17時勉強為4級風(fēng)，前后3小時風(fēng)很弱。13日20時前后3小時，風(fēng)速分別為6m／s、4m／s、1m／s。

20時“超?！贝髿饨Y(jié)構(gòu)很明顯，但是12日、13日08時V－3θ圖（圖1（c）、（d））反映出，500hPa以下θ線右傾很明顯，說明中下層大氣層很穩(wěn)定。超常大氣結(jié)構(gòu)出現(xiàn)于20時，08時卻不出現(xiàn)，這種“非規(guī)則”氣象信息說明地殼正以紅外方式對大氣進行熱量輻射，所以在夜間大氣結(jié)構(gòu)明顯呈現(xiàn)出強烈的不穩(wěn)定，可以判斷地殼已經(jīng)有異常滾動。同樣，在大震之后的余震期間大氣結(jié)構(gòu)有同樣的反映，說明地殼仍在發(fā)生變化，不斷進行熱量輻射。

另外從圖1（a）、（b）可以看出，θse線在中低層與θ線明顯靠近，但在高層θse線與θ＊se曲線幾乎重合，說明大氣整個水汽分布狀態(tài)為“下干、上濕”，這種水汽分布對于氣象問題應(yīng)當(dāng)是穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。但是本次“下干、上濕”卻配合強烈不穩(wěn)定的大氣結(jié)構(gòu)，則是“非氣象因素”造成的。由V－3θ圖綜合判斷，應(yīng)當(dāng)警惕地震的發(fā)生。

以上為地震前大氣結(jié)構(gòu)分析，為了對非規(guī)則氣象信息有所了解和更清楚的認識，現(xiàn)將4月20時玉樹大氣結(jié)構(gòu)的平均態(tài)進行圖示（圖2）。與強震前大氣結(jié)構(gòu)比較，平均態(tài)趨于正常規(guī)則，550hPa以上大氣明顯右傾，說明層結(jié)相對穩(wěn)定。

圖2 2010年4月份20時玉樹大氣結(jié)構(gòu)平均態(tài)Fig．2 Monthly mean atmosphere structure over Yushu area in Apr．2010．

3 溫度信息的數(shù)字化

作者所能得到的玉樹溫度資料，僅為每隔3小時觀測到的氣溫資料。由于9日、10日部分時次天氣實況缺失，所以圖3中除14時，其它時次均出現(xiàn)斷裂。圖3反映溫度峰值基本出現(xiàn)在19日，說明14日大震后繼續(xù)有余震，導(dǎo)致地殼輻射熱不斷增強，在19日達到一個峰值，之后溫度下降。這與19日前余震頻繁，之后余震減少相吻合。據(jù)統(tǒng)計19日08時前測的余震為1 206個，而月末的峰值與4月28日四川道孚地震相關(guān)，且夜間表現(xiàn)更明顯。

另外可以看出各時次溫度距平震前震后均呈波浪式升降，說明溫度的“時序性”還無法判斷，或無法明確地揭示地震前兆。所以傳統(tǒng)“時序”性分析方法不能細致或明確地揭示信息的變化，甚至歪曲變化事件。

如果將溫度信息“數(shù)字化”后，顯示的卻是溫度變化的“天翻地覆”，本文的“數(shù)字化”分析體系不以時間作為“參數(shù)維”，而是將傳統(tǒng)的時序性轉(zhuǎn)化為相空間分布，以sinA為縱坐標(biāo)，cos A為橫坐標(biāo)，其中A為實際觀測的要素，這樣既體現(xiàn)了時間不占物質(zhì)維，又因三角函數(shù)含有折返性，信息的非規(guī)則可以用圖像的折線疏密程度來表示，并由此可以看出結(jié)構(gòu)的差異性。圖4為14日08時前后溫度的“數(shù)字化”反映。

圖3 玉樹4月各時次溫度月距平（單位：℃）Fig．3 Monthly mean temperature anomalies over Yushu area in Apr．2010．

圖4 14日08時前后溫度變化Fig．4 Variation of temperature before and after 8：00，14Apr．．

由圖4可以看出大震前溫度呈集中性發(fā)散，大震后溫度呈分散性發(fā)散，這正好說明大震發(fā)生前“能量或熱量”的“收、蘊”的積聚階段，大震后“能量或熱量”的“釋、放”。

4 總結(jié)

（1）地震前，整層θ線幾乎垂直于T軸，說明熱量分布強烈不均勻、不穩(wěn)定。

（2）震前出現(xiàn)超常大氣結(jié)構(gòu)，尤其中下層，于20時表現(xiàn)很明顯，于08時無表現(xiàn)，這是夜間地殼強烈的紅外輻射熱造成的。

（3）震前θse線在中低層與θ線明顯靠近，大氣呈現(xiàn)“下干、上濕”，此水汽結(jié)構(gòu)配合強烈不穩(wěn)定熱量結(jié)構(gòu)，則是“非氣象”因素。

（4）出現(xiàn)以上超強不穩(wěn)定大氣結(jié)構(gòu)狀態(tài)時，其前后3小時無災(zāi)害性大風(fēng)出現(xiàn)，可以判斷地殼有異常變化發(fā)生，應(yīng)當(dāng)警惕地震。

（5）傳統(tǒng)溫度“時序”性分析方法，不能細致或明確地揭示信息的變化。將溫度信息“數(shù)字化”后，可以明顯看出大震前溫度呈集中性發(fā)散，大震后溫度呈分散性發(fā)散，這正好說明大震發(fā)生前“能量或熱量”的“收、蘊”的積聚階段和大震后“能量或熱量”的“釋、放”。

［1］ 歐陽首承，陳剛毅，林益（美）．信息數(shù)字化預(yù)測［M］．北京：氣象出版社，2009．

［2］ 歐陽首承．天氣演化與結(jié)構(gòu)預(yù)測［M］．北京：氣象出版社，1998．

［3］ 歐陽首承，D H麥克內(nèi)爾，林益（美）．走進非規(guī)則［M］．北京：氣象出版社，2002．

［4］ 湯懋蒼，惠小英，郭維棟，等．強震前的“干熱異?！迸c地溫、降水波及應(yīng)變?nèi)跬＃跩］．西北地震學(xué)報，2010，32（1）：99－104．

［5］ 馬禾青，羅國富，王銀．藏、青、川、滇交界地區(qū)地震活動性分析［J］．西北地震學(xué)報，2007，29（4）：357－363．

［6］ 郭增建，郭安紅．對2006年川渝特大旱災(zāi)成因的新看法［J］．西北地震學(xué)報，2007，29（2）：200－200．

［7］ 李亞榮，榮代潞，韓曉明．2003年岷縣5．5級地震地震學(xué)前兆特征及預(yù)報意義［J］．西北地震學(xué)報，2007，29（2）：150－155．

“Exotic”Structure of Lower Atmosphere before Yushu Earthquake

PENG Xiao－tong，DENG Wen－bin，LI Sheng－ling

（Weather Forecast Office of PLA Unite 61936，Haikou 571100，China）

P315．728

A

1000－0844（2012）03－0308－05

10．3969／j．issn．1000－0844．2012．03．0308

2010－12－05

彭小桐（1975－），女（漢族），新疆人，碩士研究生，氣象工程師，主要從事災(zāi)害性天氣預(yù)報工作．．