霜的綜合觀測(cè)

茅圣仁，許文進(jìn)，張琳琳，黃鵬樑，王萬(wàn)宣

(福建省仙游縣氣象局，福建 仙游 351200)

1 資料

霜的綜合觀測(cè)即在認(rèn)清天氣形勢(shì)、理解霜的“生消期”、判定氣象要素的基礎(chǔ)上對(duì)草、近地物體的觀測(cè)。

本文氣象要素資料是2006—2012年福建省仙游縣氣象局(仙游縣地處福建省中部戴云山脈的東麓、東南沿海中部。仙游站位居仙游縣中心:118°42'E、25°22'N，海拔 77 m)的霜，霜前日、霜日的 2 min風(fēng)向風(fēng)速、云量，霜日地面溫度、相對(duì)濕度。

2 天氣形勢(shì)

2.1 冷空氣路徑

鹿世瑾等［1］分析了福建省寒潮的主要路徑有以下幾條，中路:冷空氣經(jīng)蒙古進(jìn)入我國(guó)河套地區(qū)而后南下，經(jīng)湘贛影響福建;西路:冷空氣經(jīng)新疆于青藏高原東側(cè)南下，影響長(zhǎng)江以南廣大地區(qū)，福建有較強(qiáng)降溫。

夏麗花等［2］在此基礎(chǔ)上統(tǒng)計(jì)出:福建省寒潮中路出現(xiàn)的機(jī)率為19.1%，西路出現(xiàn)的機(jī)率為57.1%。這即是影響仙游縣的主要冷空氣路徑。

2.2 霜的500 hPa分型

如王金萍等［3］的統(tǒng)計(jì)方法，對(duì)1990—2012年仙游縣霜個(gè)例的大氣環(huán)流形勢(shì)普查表明:500 hPa大氣環(huán)流與霜天氣的關(guān)系最為密切，主要的天氣類(lèi)型分為:

①經(jīng)向槽或橫槽型:在110 ～119°E，25 ～45°N區(qū)域內(nèi)，500 hPa有經(jīng)向槽或橫槽。經(jīng)向槽或橫槽其槽的長(zhǎng)度標(biāo)準(zhǔn)為大于1 000 km。出現(xiàn)霜的概率為13.6%。

②槽后西北氣流型:500 hPa高空槽已過(guò)119°E，25°N。在 110 ～119°E，22 ～35°N 區(qū)域內(nèi)為一致的槽后西北氣流控制。出現(xiàn)霜的概率為20.1%。

③長(zhǎng)波槽型:在25°N線上，85～120°E為500 hPa槽后西北偏西氣流。出現(xiàn)霜的概率為37.8%，會(huì)出現(xiàn)連續(xù)性霜天氣。

2.3 霜的主要類(lèi)型

據(jù)蔡文華等［4］統(tǒng)計(jì):福建沿海站平流輻射降溫占89%;福建內(nèi)陸站平流輻射降溫占96%。仙游縣氣象站站址在丘陵地區(qū)，所以，下面探討平流輻射霜的“生消期”、氣象要素特征。

3 霜的“生消期”

3.1 地面最低溫度出現(xiàn)時(shí)間特征

地面最低溫度出現(xiàn)在06時(shí)之前的有13.2%，出現(xiàn)在06—07時(shí)之間的有86.7%。地面最低溫度主要出現(xiàn)在06—07時(shí)［5－9］，霜最大可能在這個(gè)時(shí)間生成，因霜不記開(kāi)始時(shí)間［10］，“可認(rèn)定”06—07時(shí)為霜的“生成時(shí)”。

3.2 霜的風(fēng)向特征

表1為霜前日及霜日各時(shí)次(選擇)風(fēng)向特征。從表1得，傍晚到20時(shí)的風(fēng)向穩(wěn)定在偏東，21時(shí)風(fēng)向變?yōu)槠珫|和偏西各半。22時(shí)的風(fēng)向西或西北，爾后風(fēng)向穩(wěn)定在偏西，是入夜以后，近地層亂流顯著減弱，地面風(fēng)速迅速減小，主導(dǎo)偏北氣流的地面風(fēng)向逆時(shí)針轉(zhuǎn)左偏西［11，13］。09時(shí)的風(fēng)向轉(zhuǎn)偏東，是日出后，近地層亂流顯著加強(qiáng)，地面風(fēng)速迅速增大，主導(dǎo)偏北氣流的地面風(fēng)向順時(shí)針轉(zhuǎn)右偏東［11，13］。09時(shí)，地溫升高，風(fēng)速漸大且吹偏東的“暖風(fēng)”，因霜不記終止時(shí)間［9］，我們把此時(shí)定為霜的“消亡”。

表1 霜前日及霜日各時(shí)次(選擇)風(fēng)向頻率 (單位:%)

霜的“生消期”:霜從風(fēng)向轉(zhuǎn)偏西的22時(shí)開(kāi)始孕育、地面溫度出現(xiàn)最低的06—07時(shí)生成、日出后風(fēng)向轉(zhuǎn)偏東的09時(shí)迅速消融。霜的“生消期”可作為平流輻射霜觀測(cè)的一個(gè)指導(dǎo)性概念。

4 霜的氣象要素特征

霜“易在晴朗風(fēng)小的夜間生成”，要求“地面溫度在0℃以下”，是“水汽在地面和近地面物體上凝華而成的白色松脆的冰晶”［10］。

4.1 地面溫度特征

由表2地面溫度特征可知:地面溫度主要分布在2～4℃，地面最低溫度主要分布在－1～2℃。據(jù)此，地面溫度可作為霜觀測(cè)的一個(gè)指示因子。

霜的“地面溫度在0℃以下”［11］應(yīng)理解為“成霜的物體表面溫度在 0℃以下”［11，13］，即地面溫度在0℃以上也可成霜［9，14－18］。

表2 地面溫度特征及成霜頻率

4.2 風(fēng)速、云量、濕度特征

表3是風(fēng)速、云量、濕度特征。

由表3看出霜生成期風(fēng)速主要分布在0.6～2.0 m/s，平均風(fēng)速1.4 m/s。霜的“風(fēng)小”也可使貼地層空氣得到更換，將新鮮空氣送來(lái)與地面和地面物體表面接觸并將已經(jīng)產(chǎn)生水汽凝華后的“干空氣”帶走，保證有足夠多的水汽供應(yīng)凝華，促進(jìn)霜的生成。風(fēng)可作為霜觀測(cè)的一個(gè)重要指標(biāo)。

云量是天氣晴朗的主要指標(biāo)，它的多寡對(duì)輻射過(guò)程起一定作用。夜間有云，增加向地面的反輻射，大大減少了地面的有效輻射，起到“溫室效應(yīng)”［9］。反之，大大增加地面的有效輻射，促進(jìn)降溫。

由表3看出20時(shí)、02時(shí)“碧空和少云”分別占100%、和 97%［13－16］，是霜的“晴朗”為輻射冷卻創(chuàng)造有利條件［14－18］。據(jù)此，云量可作為霜觀測(cè)的一個(gè)先行指示因子。

由表3看出霜生成時(shí)濕度以50%～80%為適宜。濕度過(guò)小則水汽不足以凝華出冰晶。非常潮濕或有降水時(shí)貼地空氣層中含水量特別高時(shí)，水汽凝華過(guò)程伴隨著潛熱的釋放，從而部分補(bǔ)償了由于輻射而損失的熱量，不利霜的生成［12－13］。據(jù)此，可根據(jù)濕度的大小有選擇地觀測(cè):濕度大選擇枯草觀測(cè)，濕度大易先形成露，而形成露時(shí)伴隨著凝結(jié)潛熱的釋放，使生長(zhǎng)草面附近的溫度比枯草面附近高，不利于生長(zhǎng)草面霜的形成［12－13］;濕度偏小選擇生長(zhǎng)著的草面觀測(cè)，植物都有蒸騰作用，生長(zhǎng)著的草面附近的水汽比干枯的草面附近充足。

表3 風(fēng)速、云量、濕度特征及霜生成頻率

5 觀測(cè)

早晨，首先看自動(dòng)氣象站各氣象要素是否在霜特征范圍內(nèi)，再巡視觀測(cè)場(chǎng)的草、近地物體，當(dāng)觀測(cè)——①用手電筒晃動(dòng)照射草坪、地面溫度表時(shí)出現(xiàn)色彩斑瀾的現(xiàn)象;②夾住草葉并往上抹可感覺(jué)有松脆的“東西”，手像劃過(guò)粗糙的砂紙表面且感覺(jué)較冰冷;③腳在地溫踏板上滑動(dòng)有“滑感”并有白色的物體被“移動(dòng)堆積”，腳印和踏板“黑”、“白”分明;④抹地面溫度表有“滑感”且看不清示值，要用指甲刮去地面溫度表上白色松脆的覆蓋物才能觀測(cè)到示值，即是霜。

日出之前，巡視觀測(cè)場(chǎng)周邊的草、近地物體，特別是地面陰背“小凹地”中“枯草葉”的觀測(cè)，因“小凹地”易冷空氣堆積及水汽聚集。觀測(cè)到視區(qū)矮平房的瓦片有大面積“濕斑”，“濕斑”上可見(jiàn)白色的附著物是霜。

6 小結(jié)

冬季的仙游地區(qū)，當(dāng)500 hPa出現(xiàn)槽后西北氣流型、經(jīng)向槽或橫槽型、長(zhǎng)波槽型形勢(shì)，冷空氣過(guò)境后，要密切關(guān)注云、能、天的演變，時(shí)刻關(guān)注各氣象要素的變化。夜晨天氣晴好、風(fēng)向偏西、風(fēng)速0.6～2.0 m/s、相對(duì)濕度在50% ～80%、地面溫度逐漸降溫并趨于4℃或更低，天亮后至日出之前，要及時(shí)地全面巡視觀測(cè)場(chǎng)及周邊的草、近地物體，做到有準(zhǔn)備地觀測(cè)霜。

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