2010年1月渤海海冰成因分析

趙金霞 卜清軍 （天津濱海新區(qū)氣象預(yù)警中心 天津300457）

劉春霞 （太原市尖草坪區(qū)氣象局 尖草坪030023）

2010年1月渤海海冰成因分析

趙金霞 卜清軍 （天津濱海新區(qū)氣象預(yù)警中心 天津300457）

劉春霞 （太原市尖草坪區(qū)氣象局 尖草坪030023）

通過對2009—2010年冬季大氣環(huán)流資料的分析發(fā)現(xiàn)：①混合厄爾尼諾年西太平洋高壓減弱，東亞大氣經(jīng)向型環(huán)流的加強，冬季冷空氣活躍氣溫降低，北方雨雪偏多，是渤海冰情加重主要原因。②極渦的變化是影響我國冬季天氣氣候特征變化的重要因素，北極濤動負相位將極地冷空氣擠向中緯度地區(qū)；對渤海氣溫降低及海冰生成起著直接作用。③混合厄爾尼諾和“拉馬德雷”、“冷位相”加強了北半球的經(jīng)向環(huán)流，使西太平洋副高減弱，導(dǎo)致極地冷空氣長期影響東亞地區(qū)；1月渤海有負距平中心，冷空氣長時間控制渤海地區(qū)，導(dǎo)致渤海嚴重冰災(zāi)。

混合厄爾尼諾 北極濤動負相位 拉馬德雷冷相位 渤海海冰

0 引言

黃渤海地處東亞中緯度，是典型的季風(fēng)氣候區(qū)。每年冬季都受西伯利亞寒冷空氣的侵襲，氣溫較低，所以，黃渤海是北半球緯度最低的結(jié)冰海域，暖冬時海冰覆蓋面積不足渤海海域的15%，冷冬時可覆蓋渤海海域80%以上。[1]決定渤海海冰的生消，除海洋物理因素外，最主要的是氣象因素即氣溫，而決定氣溫的高低則與同期大氣環(huán)流的演變有關(guān)。大氣活動中心的強弱及其它們相互的配置，環(huán)流經(jīng)向度的大小以及鋒區(qū)的位置都對氣溫變化存在著直接影響。在全球變暖的背景下，[2]2009年冬季受極地冷空氣南下的影響渤海氣溫持續(xù)偏低，2010年1月3次強冷空氣影響，渤海和黃海北部冰情范圍迅速擴大，1月23日，渤海海冰分布面積占渤?？偯娣e的51%，成為30年來同期最嚴重的冰情。

利用風(fēng)云三號氣象衛(wèi)星對渤海海冰進行連續(xù)監(jiān)測和比較分析，結(jié)果表明：今年1月中旬渤海海冰范圍達到20世紀80年代開展氣象衛(wèi)星監(jiān)測海冰以來同期最大值。與2000年以來同期渤海海冰信息比較，2010年1月中旬渤海海冰面積明顯高于2000年至2009年同期最大值（見圖1，表1），與同期平均值比渤海全海域偏大2.1倍，遼東灣偏大1.4倍，渤海灣偏大4倍，萊州灣偏大10倍，同時，黃海北部出現(xiàn)明顯的海冰。較最大值偏大比例，渤海全海域偏大34%，遼東灣偏大14%，渤海灣偏大40%，萊州灣偏大4倍。從天氣氣候的角度探討這種異常情況發(fā)生的原因，對提高渤海海冰的預(yù)報水平、加強防災(zāi)減災(zāi)的能力是至關(guān)重要的。

1 大氣環(huán)流分析

2010年1月（見圖2），從500 hPa平均位勢高度距平場看，在我國的渤海及黃海北部有一個-30 gpm負距平中心；極地有一個30 gpm正距平中心。1月極渦是明顯的偶極型，同時極渦中心主要偏在亞洲；烏拉爾山高壓脊和北太平洋高壓脊均較強盛，阿留申低壓和東亞大槽深厚而穩(wěn)定，槽區(qū)在東亞地區(qū)明顯加深，兩大高壓脊在70°N以北的高緯地區(qū)經(jīng)常以橋式打通的形式進行超長波的調(diào)整，東亞西風(fēng)急流區(qū)位于40°N以南，由于渤海為負距平中心，所以寒潮和強冷空氣頻繁南下造成渤海持久的寒冷天氣。

表1 衛(wèi)星監(jiān)測2010年1月中旬渤海海冰面積與2000—2009年同期最大值和平均值比較統(tǒng)計

圖2 2010年1月500 hPa平均位勢高度場

圖3 2010年1月500 hPa平均位勢高度距平場

2 海溫變化對天氣系統(tǒng)的影響

根據(jù)美國海洋大氣管理局（NOAA）公布的海水表面溫度（SST）數(shù)據(jù)顯示，2009年6月開始的厄爾尼諾現(xiàn)象在11月至12月達到高峰，赤道太平洋中部海域的表面水溫高出正常水平1.5℃；2010年1月至2月，赤道太平洋東部海域的表面溫度比正常情況高出1℃左右，赤道中部海域的溫度比平均水平高出2.0℃。由于厄爾尼諾是赤道太平洋中東部增溫大于0.5℃且持續(xù)6個月以上，而本次海水持續(xù)增溫開始在赤道中西部太平洋地區(qū)，12月開始向東轉(zhuǎn)移，增溫大值區(qū)在赤道中部海域，表現(xiàn)為混和型厄爾尼諾的特征。

2009年冬季“拉馬德雷”、“冷位相”加強了北半球中高緯度的經(jīng)向環(huán)流?！袄R德雷”是一種高空氣壓流，分別以“暖位相”和“冷位相”兩種形式交替在太平洋上空出現(xiàn)，當“拉馬德雷”現(xiàn)象以“冷位相”形式出現(xiàn)時，北美大陸附近海面的水溫就會異常下降，而北太平洋洋面溫度卻異常升高。與此同時，太平洋高空氣流由太平洋中央向美洲和亞洲兩大陸移動，低空氣流正好相反；因此在北美西海岸形成一個南北向高壓脊；而混合厄爾尼諾使太平洋高空氣流加強，從而導(dǎo)致北美西海岸高壓脊的加強。

北極濤動呈負相位，即北半球中高緯地區(qū)大范圍環(huán)流距平場呈北正、南負的分布；北極是正變壓高于平均氣壓，于是將更多的冷空氣擠向中緯度地區(qū)。在2009年冬季3個月的500 hPa平均位勢高度距平場可以清楚地看到北極地區(qū)均為正距平，負距平中心在中緯度，盛行經(jīng)向環(huán)流；在對流層低層產(chǎn)生異常強的北風(fēng)，將冷空氣從較高的緯度輸送到較低的緯度，導(dǎo)致中緯度地面冷空氣活動頻繁、氣溫持續(xù)降低。2009年冬季極地氣壓偏高的趨勢時間長，強度大，是導(dǎo)致我國北方遲遲不能回暖的主要原因。表2所示西太平洋副高面積和強度標準化指數(shù)，各月均低于平均值，而500 hPa平均位勢高度場上各月北美西海岸高壓脊都很強大，達到60°N至80°N，導(dǎo)致北極濤動負相位和經(jīng)向環(huán)流加強，使極地冷空氣沿亞洲東海岸南下，渤海產(chǎn)生長時間寒冷天氣，出現(xiàn)嚴重的冰情。

表2 西太平洋副熱帶高壓標準化指數(shù)和亞洲環(huán)流標準化指數(shù)

3 天氣形勢與氣象要素變化

3.1 500 hPa高度場和溫度場變化

2010年1月有3次冷空氣影響渤海，第1次3～8日，1月1日08時500 hPa高度場上極地冷空氣沿槽后西北氣流直達貝加爾湖，冷中心為-50℃。北太平洋高壓脊西伸與烏拉爾山高壓脊東伸使東亞大槽成為穩(wěn)定的倒“Ω”型，系統(tǒng)移動緩慢。同時南海高壓加強使我國東部沿海西南暖濕氣流北上；3日渤海處在冷暖空氣的交匯處，出現(xiàn)大雪局地暴雪天氣；3～8日渤海處在冷氣團的控制下出現(xiàn)持續(xù)降溫。500 hPa高度場上渤海最低氣溫維持在-36℃左右。第2次11～15日，11日08時500 hPa烏拉爾山高壓脊迅速加強，極地冷空氣在鄂霍茨克海聚集并向西南方向輸送，12日隨著橫槽轉(zhuǎn)豎，渤海再次出現(xiàn)-40℃強降溫。第3次21～24日，21日隨東亞大槽東移冷空氣爆發(fā)性南下，渤海又一次出現(xiàn)強降溫，500 hPa高度場上氣溫達-30℃，25日隨著南海高壓和大陸高壓的發(fā)展、東移，渤海迅速升溫，極地冷空氣沿60°N附近東移。

3.2 渤海大風(fēng)與海洋測站氣溫變化

2010年1月1～8日地面圖上貝湖冷高壓東移，冷空氣以回流的形式沿渤海南下，渤海灣海面（54646）海洋站觀測到1日至5日連續(xù)6天出現(xiàn)10 m/s以上東北風(fēng)大風(fēng)，氣溫迅速下降，最低氣溫達到-10.6℃；11～15日冷空氣入侵，連續(xù)5天出現(xiàn)10 m/s以上大風(fēng)，12日最低氣溫-9.7℃。20～25日連續(xù)5天出現(xiàn)10 m/s以上大風(fēng)，21日最低氣溫-6.1℃。這3次強降溫使渤海灣海面1～15日最低氣溫小于-4℃，最高氣溫低于0℃。17～19日海面氣溫略有回升，20～25日最低氣溫再次下降-5℃以下。另外，2日至4日渤海先后出現(xiàn)降雪，渤海灣出現(xiàn)18.9 mm的暴雪；萊州灣為中雪，遼東灣是小雪；積雪對陽光的反射致使白天氣溫回升緩慢，夜間氣溫下降迅速，使渤海冰災(zāi)迅速加重。

3.3 渤海海冰變化

從國家海洋局發(fā)布的1月海冰實況看，渤海灣3日海冰外沿線為10海里，17日達30海里，24日最強達38海里。遼東灣3日海冰外沿線為47海里，21日最大是70海里。萊州灣3日海冰外沿線為10海里，22日最大是45海里。黃海北部3日海冰外沿線為20海里，21日最大是23海里。25日以后渤海受暖高壓脊的影響氣溫迅速回升，渤海灣及萊州灣結(jié)冰范圍迅速減小。29日浮冰范圍遼東灣48海里；渤海10海里；萊州灣20海里；北黃海17海里。之后渤海灣及萊州灣的冰情解除。

4 環(huán)流指數(shù)變化

本文采用中國氣象局發(fā)行的氣候監(jiān)測公報中的西北太平洋副熱帶高壓、北半球極渦、亞洲環(huán)流指數(shù)表示氣候變化。副熱帶高壓是暖氣團，其范圍、強度、西伸點和北邊界都是重要指標，對渤海和北黃海冰情具有重要影響。極渦代表北方冷空氣，其面積、強度和位置與渤海、北黃海冰情相關(guān)。下面利用標準化指數(shù)（即距平除以標準差）來進一步說明渤海海冰的成因。如表3中所示，從極渦面積看，從2009年10月變?yōu)檎?.5，11月略有減小，12越迅速增大；2010年1月到2月極渦面積達到最大2.76，之后極渦面積逐漸減小。強度與極渦面積相對應(yīng)，表3中4個月強度均為正值，2010年2月達到最強。中心強度從2009年11月變?yōu)樨撝?，?010年4月轉(zhuǎn)為正值，1月份為-1.27，說明極渦在1月份中心氣壓值達到最低。中心位置2010年1月為正值，其他3個月均為負值。這說明1月極渦中心位置偏東，東亞地區(qū)冷空氣南下強度強，冷空氣控制時間長。

從表1標準化指數(shù)可以看出，2009年冬季4個月西太平洋副熱帶高壓面積和強度均低于各月的平均值，強度最小在2010年1月，最小面積在2010年2月。西伸脊點和北邊界均低于各月平均值，最小值都在2010年2月。

表3 極渦標準化指數(shù)

從亞洲環(huán)流標準化指數(shù)可以看出，2009年11月緯向環(huán)流為1.17，大于經(jīng)向環(huán)流0.38；12月緯向環(huán)流迅速減小，經(jīng)向環(huán)流反過來大于緯向環(huán)流0.17；2010年1月經(jīng)向環(huán)流迅速增大到1.43達到最強，緯向環(huán)流遠小于平均值；2010年2月經(jīng)向環(huán)流明顯減小，緯向環(huán)流在增大，但經(jīng)向環(huán)流仍大于緯向環(huán)流0.99。由此可以看出2009年冬季盛行經(jīng)向環(huán)流，1月經(jīng)向環(huán)流最強，渤海降溫最大，結(jié)冰最嚴重。

5 小結(jié)

2009年6月至11月的海洋出現(xiàn)了“混合厄爾尼諾”現(xiàn)象，海洋增溫的中心在赤道中、西太平洋，12月以后增溫中心逐漸東移，但增溫大值區(qū)始終在赤道中太平洋，這種厄爾尼諾的變化導(dǎo)致大氣環(huán)流異常。

“北極濤動”出現(xiàn)負位相。2009年冬季北極地區(qū)維持正變壓，負變壓在北緯40°及其以南，即極地氣壓逐步升高，原本僅在極地附近繞西風(fēng)帶活動的極地冷空氣開始向南蔓延，以寒潮的形勢爆發(fā)南下，造成我國環(huán)渤海地區(qū)寒冷天氣的產(chǎn)生。

拉馬德雷（即太平洋十年濤動）冷相位，使北美西海岸維持高壓脊；混合厄爾尼諾出現(xiàn)使太平洋高空環(huán)流加強，導(dǎo)致北美西海岸維持高壓脊加強且北抬至極地，使極地冷渦分裂，極渦偏向亞洲，極鋒偏南；經(jīng)向環(huán)流加強，西太平洋副高減弱。

混合厄爾尼諾、拉馬德雷冷相位和“北極濤動”負位相互作用，使2010年1月經(jīng)向環(huán)流達到最強，渤海出現(xiàn)負距平中心，極地寒流侵襲東亞，使渤海長時間處于冷氣團控制下，加之積雪對太陽光的反射作用，造成渤海持續(xù)大范圍結(jié)冰。根據(jù)環(huán)流形勢的發(fā)展和演變，及時做出預(yù)報預(yù)警，可以減少海面冰封造成的重大損失?！?/p>

[1]耿淑琴，王旭.2001—2002年冬季黃渤海天氣氣候特征及對渤海海冰的影響[J].海洋預(yù)報，2002，19（4）:38-47.

[2]耿淑琴，王詠亮，白珊.2000—2001年冬季北半球大氣環(huán)流變化對渤海氣候及海冰的影響[J].海洋預(yù)報，2001，18（3）：25-33.

2012-05-09