兩次冷空氣過程對西北太平洋海況影響的對比分析

李慶，馬衛(wèi)民，王力群

（中國衛(wèi)星海上測控部，江蘇江陰 214431）

兩次冷空氣過程對西北太平洋海況影響的對比分析

李慶，馬衛(wèi)民，王力群

（中國衛(wèi)星海上測控部，江蘇江陰 214431）

利用NCEP FNL、ECMWF的預報資料、NMWW3（Multi-grid WAVEWATCHⅢ）模式的后報海浪資料和JMH氣象傳真，對2010年1月東亞的兩次冷空氣過程進行了對比分析，詳細分析了天氣形勢和對西北太平洋海況的影響，揭示了影響程度差異的本質。對比分析表明：長波槽在東亞大槽氣候位置的維持有利于西北太平洋發(fā)生惡劣海況；孟加拉灣上空南支槽的增強，下游半個波長處副高脊增強，進一步加強我國東部地區(qū)500 hPa上的西南氣流，造成冷空氣南侵減弱；ECMWF對兩次冷空氣過程高低空96 h和168 h形勢預報準確，240 h的海平面形勢預報也有較高的參考價值。

冷空氣；海況；副高；南支槽

1 引言

冬季東亞強冷空氣的突然爆發(fā)常常會給我國近海帶來災難性的海況，因此，學者們對其關注較多[1—3]。較強冷空氣南下入侵我國后，一般以變性高壓單體的形式東移入海，強度與剛入海時相差較大，但在其南和東南側的中低緯海區(qū)仍可維持7級以上大風和3 m以上的大浪，對在西北太平洋航行和作業(yè)的船舶影響較大。做好冷空氣形勢下的中期（4—10天）海洋預報對海上作業(yè)任務的組織實施具有非常重要的意義。2010年1月12—17日的冷空氣過程是一次中等強度的冷空氣過程（中心最高氣壓在1040—1050 hPa之間），卻在西北太平洋造成了持續(xù)惡劣的海況。2010年1月18—23日冷空氣過程是入冬以來最強的冷空氣，中心最高氣壓曾達到1078 hPa（20日00時，JMH傳真地面分析），但對西北太平洋的海況影響不大。本文利用NCEP FNL 1o×1o分析資料、JMH氣象傳真、ECMWF 0.5o×0.5o的預報資料和NMWW3模式后報0.5o×0.5o海浪資料，分析這兩次冷空氣過程對西北太平洋海況影響的差異，從對比分析中找出冷空氣形勢下對西北太平洋中期海洋預報有利的預報要點。本文中所采用時間均為世界時（UTC）。

2 天氣形勢對比分析

2.1 中高緯天氣形勢對比分析

1月9日，從蒙古國到西伯利亞是南北向排列的一對切斷氣旋和阻塞高壓，貝加爾湖附近有強冷空氣堆積。隨后切斷低壓緩慢向東南方向移動，11日并入東亞大槽氣候位置的冷渦，形成一東北-西南-西的橫槽，橫槽北部的阻高繼續(xù)維持。橫槽上游短波脊在強暖平流的作用下迅速發(fā)展，12日與北方崩潰的阻高合并，形成一強脊，橫槽轉成東北-西南向，12—13日，隨著傾斜槽的逐漸轉豎東移，東亞大槽在氣候位置加深。13日在脊前又有橫槽發(fā)展，脊后有短波槽發(fā)展并快速向東移動，14日短波槽與脊前轉豎的橫槽同相疊加，形成較深的槽，并逐漸并入冷渦，即又有一次冷空氣補充南下。脊后從西伯利亞到整個歐洲北部是一對切斷氣旋和阻塞高壓。14—16日由于上游阻塞形勢的存在，東亞大槽氣候位置附近的冷渦幾乎維持在原地減弱，而冷渦后脊的形勢維持不變，不斷有小股冷空氣向南補充。

18—23日的強冷空氣源地可以追溯到9日在北歐形成的阻塞高壓（見圖1），阻高前烏拉爾山附近迅速切斷出一氣旋，發(fā)展加強并向東南移動。從圖1可以分析出，阻高在14—15日有一個崩潰和重組的過程，16日切斷氣旋受極渦分裂變形影響轉為東北-西南向的橫槽，最西端在里海附近，上游的阻高崩潰轉為西北-東南走向的脊，脊上有短波槽發(fā)展，18日在脊上發(fā)展的短波槽迅速切斷出一氣旋，迫使下游的橫槽迅速向東移動，槽線位置移到貝加爾湖-巴爾喀什湖一帶。18—19日，切斷氣旋向西倒退，氣旋北部的阻高不斷向東移動，20日阻高移到了切斷氣旋的東面。上游阻塞形勢的存在，橫槽南部移動慢，而北部的長波槽移動較快，21日即移動到東亞大槽的氣候位置。21日阻高崩潰成脊，脊前的橫槽轉豎，冷空氣向南爆發(fā)，盤踞北方的冷高壓迅速減弱。18—23日前期堆積的冷空氣很強，但是由于橫槽與長波槽移速的差異，導致冷空氣大規(guī)模南侵的環(huán)流條件不具備。

圖1 NCEP FNL資料65°N 500 hPa高度場距平

2.2 副熱帶形勢對比分析

12—13日南支槽處在阿拉伯半島與印度半島之間，14日東移到孟加拉灣上空，強度減弱，15—16日減弱的南支槽與北支槽合并，我國東南近海500 hPa的引導氣流由偏西-西南向轉為偏西-西北向，有利于冷空氣入海。12—17日副高呈東西向的長條狀，在我國東部沒有西伸較強脊出現(xiàn)。17日巴爾喀什湖一帶的大槽東移，在印度半島激發(fā)了一較強的南支槽，中高緯的長波槽稍稍落后于南支槽的位相，18日兩槽位相一致，南支槽發(fā)展很快，并向東移動。19日南支槽移到孟加拉灣上空，副高脊點西伸進我國華南，副高有很明顯的發(fā)展，19—22日副高維持較大的面積（見圖2），并保持位置的相對穩(wěn)定，副高穩(wěn)定偏強也是導致橫槽轉豎后的相位與長波槽相位偏差較大，轉豎后的槽偏淺的原因之一，因此冷空氣過程對南方的影響較小。在1月南支槽比常年同期偏弱的環(huán)流背景下[4]，18—23日冷空氣過程期間南支槽偏強，造成我國東部地區(qū)上空維持較強的西南風，也不利于冷空氣南下入海。

圖2 NCEP FNL資料1月20日00時500 hPa高度場（單位/10 gpm）與風場

2.3 地面形勢對比分析

12日00時JMH氣象傳真地面形勢上，在我國江南有一分裂的冷高壓單體，中心氣壓1034 hPa，向東移速5m/s左右，我國東南沿海等壓線非常密集，臺灣海峽、臺灣島以東洋面和巴士海峽風力標注“GW”（8—9級大風警報）。我國北方到貝加爾湖一帶有冷空氣堆積，高壓中心氣壓1050 hPa。13日北方冷空氣南下與南方的高壓單體合并入海，高壓單體中心在30oN以南，中心氣壓1032 hPa，菲律賓以東洋面及南海北部部分海域風力達到8—9級。13—14日，1020 hPa等值線維持在20oN以南。15—16日又有冷空氣補充入海，17日00時在黃海的冷高壓單體中心氣壓為1036 hPa，17—18日高壓單體緩慢向東南移動。12—17日冷空氣地面形勢特點是高壓單體入海，位置偏南，中心氣壓偏強，并不斷有冷空氣補充，移動緩慢，造成高壓單體南部等值線非常密集，風力較大。

18日地面形勢上在貝加爾湖以西地區(qū)有一冷高壓，中心氣壓在1052 hPa以上，以5 m/s左右的移速向東南移動，19日高壓分裂成兩個中心，靠近貝加爾湖的高壓中心氣壓增強到1076 hPa，20日00時最強達到1078 hPa，地面冷鋒在淮河流域附近，18時迅速進入江南地區(qū)，北方冷中心開始減弱，21日冷空氣影響華南，并開始向西北太平洋擴散，冷高壓中心開始迅速減弱，23日18時有一高壓單體（中心氣壓1028 hPa）在長江口附近入海，并迅速減弱。18—23日冷空氣過程地面形勢的特點是強度強，給我國大部分地區(qū)尤其是北方地區(qū)造成較大的降溫，由于入海高壓較弱，并未給西北太平洋帶來持續(xù)的惡劣海況。

圖3 1月12—22日00時間隔48 h風場與有效波高（陰影區(qū)風速大于7級，浪高單位/m）

3 對西北太平洋海況影響的對比分析

圖3是1月12—22日00時間隔48 h風場與有效波高。12日我國東部沿海浪高開始迅速增大，最大浪高超過5 m，3 m以上浪高區(qū)較小，13日3 m以上區(qū)域迅速增大，菲律賓以北洋面浪高都在3 m以上，14日我國東部近海風和浪迅速減小，風力在7級以下，3 m以上浪高區(qū)域迅速減小，菲律賓以東洋面風力增大到7級以上，大范圍海區(qū)的浪高在4 m以上，中心區(qū)域浪高甚至達到6 m，15—17日仍維持較大的風和浪。18—20日大風浪區(qū)向東移動，3 m以上浪高區(qū)域向東擴大，21日開始，菲律賓以東洋面的海況開始好轉，風力和3 m以上浪高區(qū)開始減小，到23日，3 m以上浪高區(qū)域范圍很小。

12—17日冷空氣過程海況特點是冷空氣入海時對東海的影響較大，風力迅速增大到7級以上，浪高最大達到5 m以上，但是維持時間不長，菲律賓以東洋面維持3 m以上浪高時間較長。18—23日的冷空氣過程并未給西北太平洋中低緯海域帶來較大影響。

圖4 ECMWF預報的20日500 hPa高度場（單位/10 gpm）

4 ECMWF的數(shù)值預報

4.1ECMWF預報的高空形勢

對圖2和圖4進行對比分析可知，ECMWF 96 h和168 h對橫槽的位置、強度和形態(tài)預報均比較準確，240 h漏報橫槽，在橫槽位置報出一短波槽。96 h和168 h對南支槽的位置和強度預報準確，240 h對南支槽的預報偏差較大。96 h、168 h和240 h對副高的西伸脊點和形態(tài)預報很準確，面積稍有偏差?？偟膩碚f對18—23日冷空氣過程，96 h和168 h的高空形勢預報非常準確，240 h的副高形態(tài)、面積、西伸脊點都有很大的參考價值，根據(jù)240 h的預報，西北太平洋中低緯海域不會受冷空氣過程影響，對中期的海洋預報非常有意義。

圖5 ECMWF 0h/96h/168h/240h預報14、19日00時的海平面氣壓場（單位/hPa）

4.2ECMWF預報的海平面形勢

圖5是ECMWF 0h/96 h/168 h/240 h預報的14、19日00時的海平面氣壓場。14日，96 h預報的入海高壓中心位置準確，高壓中心強度稍偏強，1020和1024 hPa等值線形態(tài)與實況相似。168 h預報入海高壓移速稍偏快，形態(tài)基本相似，強度預報偏弱，因此預報的等值線密度偏稀疏，但是根據(jù)該形勢，入海冷空氣對中低緯海域還是有較大的影響。240 h預報移速偏慢，冷空氣整體仍處在我國北方，與13日實況較為相似，預報的移速誤差達到將近1天，但還是報出了整體趨勢。19日，96 h預報的入海高壓位置、強度和形態(tài)非常準確，中低緯海域等值線密度的預報也很準確。168 h預報的中心強度較好，移速稍偏快，高壓面積稍偏大，中低緯度等值線密度預報很好。240 h預報的中心位置偏差較小，中心強度一致，高壓形態(tài)差異稍偏大，等值線密度預報也很好。

對上述兩次冷空氣過程，ECMWF都表現(xiàn)出了良好的預報性能，168 h預報的高空形勢和地面形勢均很準確，240 h的預報也有很高的參考價值。

5 結論

通過對兩次冷空氣過程的對比分析，本文得出以下主要結論：

（1）長波槽處在東亞大槽氣候位置附近，而其上游大范圍區(qū)域維持阻塞形勢，則西北太平洋中低緯海域容易維持較長時間的惡劣海況；

（2）橫槽底部上游的阻塞形勢會造成長波槽北部和南部移速的差異，影響橫槽的整體轉豎，從而造成冷空氣過程南侵強度減弱；

（3）印度半島上空南支槽的生成增強，并移入孟加拉灣上空，下游副高脊增強西伸，會影響冷空氣的引導氣流造成冷空氣南侵減弱；

（4）冷空氣的強度、爆發(fā)重點關注中高緯的環(huán)流形勢，入海高壓對西北太平洋的影響則不但要關注長波槽脊的強度，還要關注中低緯南支槽、副高的形勢；

（5）ECMWF對12—17日冷空氣過程兩次入海高壓96和168 h預報西北太平洋中低緯海域的海平面形勢準確，240 h的預報也有很高的參考價值；

（6）ECMWF對18—23日冷空氣過程96 h、168 h預報的中高緯高空形勢、南支槽和副高非常準確，240 h預報的副高也較好。

[1]王雷.一次冷空氣強風的成因分析[J].海洋預報,2005,22(4):96-101.

[2]李慶,馬衛(wèi)民,張學禮.中國東南近海秋末冬初一次強冷空氣大風過程分析[J].海洋預報,2007,24(3):83-89.

[3]張曉慧,盛立芳,張紅巖.渤海秋末初冬一次強寒潮天氣過程分析[J].海洋預報,2004,21(3):51-56.

[4]徐輝.2010年1月大氣環(huán)流和天氣分析[J].氣象,2010,36(4):137-141.

[5]許愛華,喬林,詹豐興,等.2005年3月一次寒潮天氣過程的診斷分析[J].氣象,2006,32(3):49-55.

Comparative analysis of the impact of two cold air events on the Western North Pacific

LI Qing MAWei-min WANG Li-qun
(China Satellite Maritime Tracking and controlling Department,Jiangyin,214431 China)

By using NCEP FNL,ECMWF forecast,NMWW3 hindcast data and facsimiles from JMH,the comparative analysis of two cases of cold air was carried out.By investigating the weather situation and impact on the Western North Pacific(WNP)intensively,the essential distinctions were revealed.The results are shown as follows:(1)The long-wave trough holding in the climate position of East Asia major trough is in favor of the burst of poor sea condition in the WNP;(2)The Southern branch trough developing in the Bay of Bengal results in the subtropical high ridge enhancing and westward extending in its downstream half wave length position,which will strengthen the upper southwest airflow in Eastern China;(3)ECMWF provides reasonable 96-and 168-hour weather prediction for the two cases of cold air,and also the 240-hour surface sea level prediction was useful for the reference.

cold air;sea condition;subtropical high;southern branch trough

P732

A

1003-0239（2012）01-0060-05

2011-03-02

李慶（1979-），男，工程師，主要從事遠洋氣象預報。E-mail:liqing@ustc.edu