2011年黑龍江省區(qū)域性初霜凍天氣過程分析

張治，趙廣娜，馬國忠，周一，張金峰

（1.黑龍江省氣象服務(wù)中心，黑龍江哈爾濱 150036；2.黑龍江省氣象臺(tái)，黑龍江哈爾濱 150030）

2011年黑龍江省區(qū)域性初霜凍天氣過程分析

張治1，趙廣娜2，馬國忠2，周一2，張金峰1

（1.黑龍江省氣象服務(wù)中心，黑龍江哈爾濱 150036；2.黑龍江省氣象臺(tái)，黑龍江哈爾濱 150030）

本文利用常規(guī)氣象資料和地面自動(dòng)觀測資料，應(yīng)用天氣分析和統(tǒng)計(jì)比較的方法，分析了2011年9月16-18日黑龍江省中西部發(fā)生的一次初霜凍天氣過程，并進(jìn)行了天氣學(xué)成因探討，在原有的霜凍預(yù)報(bào)經(jīng)驗(yàn)指標(biāo)基礎(chǔ)上得到霜凍預(yù)報(bào)新的著眼點(diǎn)。結(jié)果表明強(qiáng)冷空氣是造成霜凍災(zāi)害性天氣的直接原因，當(dāng)?shù)孛嫣幵诟叩蛪哼^渡帶中，T850hPa、RH500hPa梯度大值區(qū)和地面氣壓的變化對霜凍出現(xiàn)區(qū)域有很重要的影響。

霜凍；天氣特征；分析

1 引言

在初秋和晚春，當(dāng)?shù)孛孀畹蜏囟冗_(dá)到或低于0℃（TD≤0℃），夜間土壤表面和植物表層的溫度下降到足以引起植物遭受傷害或死亡的短時(shí)間低溫凍害現(xiàn)象，稱之為霜凍。霜凍是影響范圍較大的災(zāi)害性天氣，發(fā)生地區(qū)幾乎遍及全國各地，并危害多種農(nóng)林作物，引起了各學(xué)科的廣泛關(guān)注，氣象學(xué)家竺可楨早就指出，霜凍與農(nóng)業(yè)有重大的關(guān)系。張養(yǎng)才、何維勛、李世奎［1］研究了霜凍對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的危害和預(yù)防措施。馮玉香、何維勛［2］對霜凍的形成機(jī)理進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。楊克明、陳秀鳳、王東生等［3］分析了東北地區(qū)霜凍的天氣氣候特征。

霜凍天氣來勢猛，影響范圍大，危害重，是天氣預(yù)報(bào)工作的重點(diǎn)和難點(diǎn)。本文選取典型個(gè)例進(jìn)行分析，希望能得到霜凍天氣發(fā)生的一般規(guī)律和特征以及造成凍害嚴(yán)重的原因。

2 天氣實(shí)況

2011年9月1日開始，黑龍江省自北向南部分地區(qū)出現(xiàn)初霜凍。其中，1日大興安嶺北部，9-10日大興安嶺南部、嘉蔭，15日黑河，17-18日黑河大部、松嫩平原部分縣（市）及依蘭、林口出現(xiàn)初霜凍（表1、2）。2011年已經(jīng)出現(xiàn)初霜凍的縣（市）多數(shù)比歷年同期早1-5 d，偏晚的縣（市）分布在黑河市及齊齊哈爾市北部。

表1 2011年9月17日晨霜凍實(shí)況

表2 2011年9月18日晨霜凍實(shí)況

3 霜凍的類型

霜凍按天氣學(xué)角度劃分可以分為平流霜、輻射霜和平流輻射霜3類，根據(jù)研究，黑龍江出現(xiàn)的霜大都屬于平流輻射霜［4］。

4 高空形勢演變分析

2011年9月16日20 時(shí)，亞歐中高緯度為兩槽一脊型，巴爾喀什湖與貝加爾湖之間有強(qiáng)盛暖高壓脊，脊前有冷空氣不斷進(jìn)入黑龍江省，在黑龍江省上空以階梯槽形式存在，槽后有-28℃的冷中心（圖1a）。溫度槽西伸，0℃線穿越黑龍江省中西部地區(qū)（圖1b），到17日08時(shí)0℃線繼續(xù)向東南方向移動(dòng)，穿過雞西-牡丹江-哈爾濱東南部，16日20時(shí)-17日08時(shí)等壓線與等溫線幾乎垂直，黑龍江中西部地區(qū)不斷有強(qiáng)冷平流輸送，致使地面強(qiáng)烈降溫，從而造成霜凍天氣出現(xiàn)。

圖1 2011年9月16日20時(shí)高空圖

5 地面形勢及各要素的預(yù)報(bào)指示意義分析

16日20 時(shí)-17日08時(shí)，黑龍江省處在地面高低壓過渡帶中（圖2），地面等壓線稀疏，地面氣壓梯度風(fēng)較小。

圖2 海平面氣壓場

根據(jù)黑龍江省霜凍預(yù)報(bào)經(jīng)驗(yàn)指標(biāo)：當(dāng)?shù)孛嫣幵诟叩蛪褐g，輻射條件較差，850 hPa溫度值在0～2℃或者有-4℃閉合等值線，并且冷平流較強(qiáng)有霜凍出現(xiàn)。17日晨齊齊哈爾、綏化、黑河南部、哈爾濱北部大部分地區(qū)滿足這個(gè)指標(biāo)，出現(xiàn)霜凍。但是17日晨鶴崗、佳木斯兩個(gè)站點(diǎn)也滿足這個(gè)指標(biāo)，卻未出現(xiàn)霜凍。18日晨，泰來、哈爾濱兩個(gè)站點(diǎn)地面處在高低壓過渡帶中，850 hPa溫度值在0～2℃，有弱暖平流，不滿足經(jīng)驗(yàn)指標(biāo)，但出現(xiàn)了霜凍天氣。

16日20 時(shí)之前鶴崗、佳木斯有弱降水，降水結(jié)束后，天空云層較厚，不利于地面輻射降溫，因此未出現(xiàn)霜凍天氣。比較分析各層相對濕度與紅外云圖的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)500 hPa相對濕度場上的梯度大值區(qū)與紅外云圖上云系對應(yīng)關(guān)系比較好，相對濕度場梯度較大的地方，通常有云層覆蓋，即不利于地面長波輻射降溫，不利于霜凍出現(xiàn)?？梢娽槍@次霜凍天氣，500 hPa相對濕度場上的梯度大值區(qū)是預(yù)報(bào)有云的一個(gè)比較好的指標(biāo)（圖3）。因此，在這次過程中，當(dāng)?shù)孛嫣幵诟叩蛪哼^渡帶中，有弱降水或弱降水結(jié)束時(shí)，500 hPa相對濕度場上的梯度大值區(qū)所對應(yīng)的區(qū)域不利于霜凍出現(xiàn)。

圖3 500hPa相對濕度場與紅外云圖疊加

18日08時(shí)，泰來、哈爾濱兩個(gè)站點(diǎn)地面雖然仍處在高低壓過渡帶中，但是地面氣壓場較前24 h有所升高，地面氣壓的升高表明有冷空氣下沉，溫度場與氣壓場之間存在著結(jié)構(gòu)上的關(guān)系，即冷空氣有下沉趨勢，暖空氣有上升趨勢（圖4）。根據(jù)這個(gè)溫壓場關(guān)系，在冷空氣下沉導(dǎo)致地面降溫和地面輻射降溫共同作用下，泰來和哈爾濱18日早晨出現(xiàn)霜凍。在這次過程中，如果注意到黑龍江省西部地區(qū)的地面圖上等壓線的變化，則能發(fā)現(xiàn)有冷空氣下沉，從而能夠預(yù)報(bào)出泰來和哈爾濱等地的霜凍天氣?？梢姡诟叩蛪哼^渡帶中，當(dāng)冷空氣完全控制，850 hPa溫度值處在0～2℃時(shí)，地面氣壓升高，易導(dǎo)致霜凍天氣出現(xiàn)。

6 T639數(shù)值預(yù)報(bào)性能檢驗(yàn)

針對2011年9月17日晨初霜凍天氣過程，對T639數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品進(jìn)行了天氣學(xué)檢驗(yàn)?？傮w來看，除相對濕度場預(yù)報(bào)較差外，其他要素在48 h預(yù)報(bào)時(shí)效內(nèi)誤差均較小（表3），對這次霜凍預(yù)報(bào)來說是可用的。海平面風(fēng)場72 h預(yù)報(bào)時(shí)效內(nèi)誤差較小，在實(shí)際預(yù)報(bào)中參考性較高，但是相對濕度場預(yù)報(bào)較差，850 hPa和500 hPa的相對濕度場可參考性不大。但500 hPa的相對濕度場48 h的相對濕度梯度大值區(qū)預(yù)報(bào)誤差較小，在實(shí)際預(yù)報(bào)中可以參考。

圖4 溫度場與氣壓場結(jié)構(gòu)關(guān)系

表3 T639數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品檢驗(yàn)

7 小結(jié)

通過分析2011年9月16-18日黑龍江省中西部的初霜凍天氣過程，總結(jié)了這次霜凍形成的主要原因，并針對這次霜凍天氣訂正了原有的霜凍天氣預(yù)報(bào)經(jīng)驗(yàn)指標(biāo)，嘗試尋找到新的預(yù)報(bào)著眼點(diǎn)，同時(shí)結(jié)合該過程對T639數(shù)值預(yù)報(bào)進(jìn)行了檢驗(yàn)：

（1）貝加爾湖脊前偏北強(qiáng)冷空氣入侵是黑龍江省中西部地區(qū)出現(xiàn)區(qū)域性霜凍的主要原因。

（2）當(dāng)?shù)孛嫣幵诟叩蛪褐g，輻射條件較差，850 hPa溫度值在0～2℃或者有-4℃閉合等值線有霜凍出現(xiàn)。

（3）500 hPa相對濕度場上的梯度大值區(qū)是預(yù)報(bào)有云的一個(gè)比較好的指標(biāo)。因此，在這次過程中，當(dāng)?shù)孛嫣幵诟叩蛪哼^渡帶中，有弱降水或弱降水結(jié)束時(shí)，500 hPa相對濕度場上的梯度大值區(qū)所對應(yīng)的區(qū)域不利于霜凍出現(xiàn)。

（4）在地面高低壓過渡帶中，當(dāng)冷平流影響結(jié)束，850 hPa溫度值處在0～2℃時(shí)，地面氣壓升高，易導(dǎo)致霜凍天氣出現(xiàn)。

（5）T639海平面風(fēng)場72 h預(yù)報(bào)時(shí)效內(nèi)誤差較小，在實(shí)際預(yù)報(bào)中可參考性較高，各層相對濕度場預(yù)報(bào)誤差較大。但500 hPa的相對濕度場，48 h的相對濕度梯度大值區(qū)預(yù)報(bào)誤差較小，可用來預(yù)報(bào)天空狀況。

[1]張養(yǎng)才,何維勛,李世奎.中國農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害概論[M].北京:氣象出版社,1991:129-199.

[2]馮玉香,何維勛.霜凍的研究[M].北京:氣象出版社, 1995:40-42.

[3]楊克明,陳秀鳳,王東生,等.東北地區(qū)初霜凍的天氣氣候特征[J].氣象,1999,25（6）:13-18.

[4]黑龍江省天氣預(yù)報(bào)經(jīng)驗(yàn)和方法[M].黑龍江省氣象局，1988:95-99.

A weather process study on the regional initial frost in Heilongjiang province in 2011

ZHANG Zhi1,ZHAO Guang-na2,MA Guo-zhong2,ZHOU Yi2,ZHANG Jin-feng1
（1.Heilongjiang Meteorological Service Center,Heilongjiang Haerbin 150036; 2.Meteorological Observatory of Heilongjiang Province,Heilongjiang Haerbin 150030）

Applying weather analysis and statistical comparison method,analyzed weather process feature and the synoptic cause of initial frost happened during September 16-18,2011 in the middle and west areas of Heilongjiang province with the meteorological routine data and ground automatic observation data.On the basis of former frost forecast experience index,new point of view of frost forecast was obtained.The results showed that the strong cold air was the direct cause of the frost disaster weather,when the region located in the transition zone of high and low pressure,the change of surface pressure and high gradient value zone of T850hPaand RH500hPacan influence the frost areas significantly.

frost;weather characteristics;analysis

P458.1+2

A

1002－252X（2012）01－0013－04

2011－12－6

張治（1979-），男，吉林省農(nóng)安縣人，蘭州大學(xué)，本科生，工程師.