我國東西部850 hPa溫度場的轉(zhuǎn)變及對魯西南天氣的影響

孔劉備，席曉彤

(1.山東省菏澤市鄄城縣氣象局，山東菏澤 274600；2.山東省菏澤市氣象局，山東菏澤 274000)

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我國東西部850 hPa溫度場的轉(zhuǎn)變及對魯西南天氣的影響

孔劉備1，席曉彤2

(1.山東省菏澤市鄄城縣氣象局，山東菏澤 274600；2.山東省菏澤市氣象局，山東菏澤 274000)

利用2010～2013年逐日08：00和20：00探空資料，統(tǒng)計對比分析850 hPa上空溫度場，結(jié)果表明，我國青藏高原夏季是一強大熱源而冬季是一冷源，春季西部溫度上升與秋季西部溫度下降均比東部快；東、西部溫度場的這種相對變化影響大氣環(huán)流，冬季與夏季的溫度場結(jié)構(gòu)發(fā)生逆變，同時降水天氣系統(tǒng)的作用機制也發(fā)生較大變化。

東西部；850 hPa溫度場；轉(zhuǎn)變；魯西南；天氣影響

氣候異常是人們最關(guān)心的問題。青藏高原面積占陸地的1/4，是我國乃至北半球夏季最強大的熱源區(qū)，其熱源的異常作用是研究大氣環(huán)流變化必須考慮的重要問題[1]。許多專家學(xué)者關(guān)于高原熱源對我國及亞洲甚至全球大氣環(huán)流和氣候的影響已做過大量的研究[2-5]，不少研究均是從宏觀方面對大氣環(huán)流和較大區(qū)域季節(jié)性降水變化進行研究，具體到在天氣預(yù)報實際工作中，青藏高原熱源的變化對某一個地區(qū)天氣形勢及天氣系統(tǒng)的變化這方面的研究并不多。天氣預(yù)報實踐證明，從冬季到夏季高原熱源特征發(fā)生很大的變化，由于其影響，某一個地區(qū)降水天氣系統(tǒng)及相互作用機制也會隨之發(fā)生變化，所以冬夏季降水天氣形勢要點有很大的不同。筆者考查了特定緯度帶格點上各月850 hPa溫度的變化，并對比分析東西部溫度場的差異，以此變化為基礎(chǔ)，進一步探討溫度場變化對天氣系統(tǒng)和天氣形勢的影響，為了解不同季節(jié)不同天氣形勢的形成原因、做好日常天氣預(yù)報提供參考依據(jù)。

1 資料與方法

利用2010～2013年逐日850 hPa 08:00和20：00探空資料。選取30°N、35°N和40°N 3個緯度，分別在3個緯度帶上選取格點，格點間隔是5個經(jīng)度。每個緯度分別選取經(jīng)度100°E、105°E、110°E、115°E、120°E共5個格點；逐日讀取2010～2013年逐日850 hPa 08：00和20：00實際觀測溫度，如果某一個格點無觀測值就用內(nèi)插取值，然后對各個格點溫度值按月求月平均溫度值。用此平均值分別考查3個緯度帶上東西部各月平均溫度的變化并分析這種東西部溫度變化對天氣系統(tǒng)和天氣形勢的作用。

2 東西部溫度場的演變特征

2.1 850 hPa溫度場的變化把40°N 5格點850 hPa月平均溫度按月進行時間展開，每4 ℃間隔劃一根等溫線，橫坐標是經(jīng)度，縱坐標為月份(圖1)。30°N和35°N緯度帶上展開圖與40°N基本相似。從圖1可以看出，3～5和9～11月從西到東等溫線較密集，3～5月各格點溫度迅速上升，9～11月各格點溫度迅速下降，西部的溫度較東部升降較快；6～8月和12月～次年2月等溫線稀疏，各月間各格點溫度變化明顯偏小；6～8月溫度西部明顯高于東部，是一個大熱源；12月～次年2月東西部溫度差較小，西部略低于東部，高原地區(qū)冬季是一個弱冷源?？梢姶呵锛緶囟茸兓^大，冬夏季溫度變化較小，年內(nèi)北半球溫度徑向交換主要在春秋季，溫度變化的拐點在冬夏季，青藏高原熱源作用主要在5～9月。上述結(jié)論與有關(guān)研究[6-8]基本一致。

圖1 沿40°N 5格點850 hPa月平均溫度展開圖

把30°N、35°N和 40°N緯度帶上最西部格點月平均溫度和最東部月平均溫度相減，得到本月東西部溫差，把此溫差按月份展開(圖2)。從圖2可以看出，夏季西部高于東部的溫度，其溫差較大，5～9月西部的熱源作用明顯，春季西部熱源作用逐漸增加，秋季西部熱源作用迅速減弱，冬季西部溫度略低于東部，可見西部在冬季是冷源[9]。30°N、35°N和 40°N緯度帶曲線進行比較，隨著緯度的遞減東西部的溫差略有減小，曲線形狀基本一致。

圖2 40°N緯度帶上各月東西部溫差變化

2.2 夏季溫壓場的特征由于我國東西部850 hPa溫度隨季節(jié)發(fā)生變化，而使環(huán)流場也產(chǎn)生了變化。夏季在高原和新疆地區(qū)在850 hPa大多數(shù)時間維持一暖區(qū)。此暖區(qū)外圍形狀受外圍環(huán)流的影響不斷發(fā)生變化，同時也影響了外圍的天氣形勢。熱源以脊的形勢向外伸展，其活動范圍及形狀變化比較復(fù)雜，它的活動規(guī)律吳國雄等已做過研究[1-2]，暖區(qū)以波列的形式伸向東北、向東伸展為多數(shù)，其次是向西北伸展。向東向東北伸展的暖脊，由于此暖脊常在寧夏到黃土高原、黃淮及華北地區(qū)活動，所以往往形成魯西南地區(qū)溫度場倒置[10]，即北部溫度高于南部溫度，西部溫度高于東部溫度。此溫度場是北方冷空氣向南入侵的重要屏障，它的存在往往導(dǎo)致西風(fēng)帶南支和北支西風(fēng)急流分支的形成，在兩支西風(fēng)氣流之間850 hPa上空(有時伸至700 hPa上空)是一個緯向反氣旋環(huán)流帶，此環(huán)流帶對北方冷空氣的南侵和南方暖濕氣流北上有阻止作用。據(jù)2001～2013年850 hPa探空資料普查(表1)，魯西南地區(qū)5～6月溫度場倒置日數(shù)較多，這個時期魯西南地區(qū)往往干燥少雨，7～8月份溫度場倒置日數(shù)較少，這個時期850 hPa暖脊多伸向蒙古和東北。

表1 魯西南地區(qū)各月溫度場倒置日數(shù) d

由于熱源的作用，在地面上，夏季在高原及周圍維持低壓區(qū)，在我國形成東高西低的氣壓場，地面多偏南風(fēng)，所以夏季季風(fēng)的存在與高原熱源有重要關(guān)系；低壓形成的倒槽基本與850 hPa暖脊位置相重合，有時在暖脊下形成熱低壓。夏季青藏高原地區(qū)基本上是一個恒定的暖低壓區(qū)，僅外圍地區(qū)有所變化，通過個例普查，由于東部或東北部有冷空氣侵入，熱源向西收縮占58%，分裂小股暖氣團東移或東北移各占18%，東南移占6%。從2013年6月6日08：00個例的850 hPa和地面形勢圖(圖3)可看出，850 hPa高原暖脊向東北伸展，溫度場呈西高東低，地面氣壓場呈西高東低；我國大部以偏南風(fēng)為主；地面上，高原上是一低壓區(qū)，倒槽隨著850 hPa的暖脊向東北向伸展，并在暖脊的頂部蒙古地區(qū)形成低壓中心，我國大部氣壓場是東高西低。

圖3 2013年6月6日08：00 850 hPa溫度場(a)及地面氣壓場(b)

2.3 冬季溫壓場的特征冬季，東西部的溫差變小，大多數(shù)時間西部溫度低于東部，高原暖低壓區(qū)向西向南收縮到孟加拉灣和印度半島[9]，使西北和北方多冷空氣南下，新疆地區(qū)和蒙古地區(qū)多有高壓脊向東南方向伸展，夏季西低東高的氣壓場到冬季變成北高南低或西高東低的氣壓場。由于氣壓場的改變，夏季盛行偏南風(fēng)到冬季盛行偏北風(fēng)。冬季較常見的天氣圖(圖4)與夏季(圖3)相比有很大不同。

3 東西溫度場結(jié)構(gòu)對魯西南天氣的影響

冬夏季降水的天氣形勢有很大的不同，春秋季是冬夏2種天氣形勢的過渡期。 冬季，西部熱源的作用已消失，東西部的溫差變小，且我國東部溫度略高于西部，南部溫度高于北部，這種情況下有西風(fēng)槽東移，西部有冷空氣推動南方暖濕空氣東移北上，由于冬季多為南高北低的溫度場，北部空氣密度較大，暖空氣上升產(chǎn)生降水。在冬季，由于青藏高原熱源西退南壓，冷空氣多從新疆和蒙古東移南下，魯西南地區(qū)多受西北向東南伸的冷高壓控制，地面多吹偏北風(fēng)天氣干燥降水較少。而夏季與冬季溫度場恰恰相反，由于西部熱源的存在，氣壓場在冬季一般是西高東低或北高南低，而夏季氣壓場則是西低東高、南高北低。多數(shù)情況下，冬夏季的氣壓場是反位相的，夏季北支西風(fēng)已北退至45°N以北，高原和新疆常維持熱低壓，冷空氣很難進入高原和新疆，產(chǎn)生降水的天氣形勢及降水系統(tǒng)作用機制發(fā)生了很大變化，這里僅舉出3種情況進行討論。

圖4 2014年1月17日08：00 850 hPa溫度場(a)和地面氣壓場(b)

3.1 冷切變線南壓西部暖舌東伸至黃淮地區(qū)，魯西南在東伸暖舌的邊緣，華北或東北高空冷空氣南下，侵入暖舌邊緣上空，這樣在這個地區(qū)就會產(chǎn)生不穩(wěn)定天氣。如果這種形勢不變，冷空氣從北部或東部下來，西部暖脊就向西收縮，冷空氣過后，西部暖脊又向東伸展，若又有冷空氣南掉，在這個地區(qū)又會產(chǎn)生不穩(wěn)定天氣，這樣會多日產(chǎn)生對流性降水。在溫度場西高東低的情況下，如果在西部暖脊的控制下活在暖脊的南側(cè)，魯西南地區(qū)地區(qū)往往高溫晴熱少雨。

3.2 溫度場倒置夏季溫度場呈西高東低、北高南低，從天氣學(xué)角度分析，在溫度西高東低的情況下，空氣密度比西部大，東部空氣較西部產(chǎn)生下沉運動，在溫度場北高南低情況下，南部空氣密度大，是下沉運動，夏季溫度場對產(chǎn)生降水是不利的。這種形勢下，若有偏南風(fēng)吹來，由于西部北部溫度高，抬升作用受到遏制。但在沒有平流冷空氣來源的情況下，有時仍然有較大的降水產(chǎn)生。降水一旦出現(xiàn)，降水區(qū)的西北部卻出現(xiàn)了冷區(qū)，而西部、北部卻沒有冷空氣的支援，有些人感到很矛盾，不知冷空氣從哪里來。習(xí)慣上認為冷空氣的平移運動是冷空氣的來源，可忽略了冷暖空氣的垂直對流運動。在某些情況下，冷空氣的垂直運動造成的降溫比空氣的水平運動影響程度大，所以應(yīng)當(dāng)引起人們的注意。在夏季，沒有平流冷空氣來源產(chǎn)生較大降水的個例幾乎每年都有。

3.3 切變線到了夏季，在北支西風(fēng)南側(cè)由于風(fēng)速切變反氣旋渦度作用，西風(fēng)帶南側(cè)700 hPa以下形成以緯向反氣旋高壓帶。這時若有南方暖濕氣流北上與此高壓帶側(cè)面相遇，南支氣流的沖擊使緯向高壓帶南側(cè)偏東風(fēng)加大，這就形成了切變線。偏東風(fēng)回流作用使東部冷空氣浸入切變線北側(cè)產(chǎn)生降溫，除回流降溫以外，也可能與切變線北側(cè)空氣下沉運動有關(guān)，在魯西南地區(qū)往往有較大降水。

4 小結(jié)

(1)我國西部和東部近地面層溫度有明顯的不同，冬季西部相較東部，是一個冷源，夏季西部氣溫明顯高于東部，是一個強大的熱源。春季溫度迅速上升，秋季溫度迅速下降，變化幅度西部大于東部。

(2)西部溫度場的變化對東亞大氣環(huán)流有明顯的影響。

(3)影響魯西南的降水系統(tǒng)及相互作用機制冬季和夏季不同，這與西部熱源作用有主要關(guān)系。

(4)降水系統(tǒng)相互作用所產(chǎn)生的垂直下沉運動，在冷空氣來源上是值得考慮的重要因素。

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The Change of the Temperature Field at 850 hPa in Eastern and Western China and the Influence on the Weather of Southwest Shandong Province

KONG Liu-bei1, XI Xiao-tong2

(1. Juancheng Meteorological Bureau, Heze, Shandong 274600; 2. Heze Meteorological Bureau, Heze, Shandong 274000)

Based on the daily sounding data at 08:00 and 09:00 during 2010-2013, taking advantage of statistical and comparative analysis, the paper concentrates on the characteristics of the temperature field at 850 hPa. The results show that, the Tibetan Plateau is a strong atmospheric heat source in summer but a cold one in winter. The temperature rising in spring and dropping in autumn of the western part are both faster than the eastern part. The relative change of the eastern and western temperature field has an effect on atmospheric circulation, the temperature structure in winter and summer inverted, at the same time the interaction mechanism of precipitation weather system also has great changes.

The eastern and western China; 850 hPa temperature field; Change; Southwest Shandong Province; Weather influence

孔劉備(1986-)，男，山東菏澤人，助理工程師，從事天氣預(yù)報與氣候研究。

2014-12-17

S 161.2

A

0517-6611(2015)04-214-03