2008年我國(guó)南方冰凍雨雪天氣大氣環(huán)流異常分析

崔　洋（大連國(guó)際機(jī)場(chǎng)集團(tuán) 長(zhǎng)海機(jī)場(chǎng)，遼寧 大連116500）

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2008年我國(guó)南方冰凍雨雪天氣大氣環(huán)流異常分析

崔洋
（大連國(guó)際機(jī)場(chǎng)集團(tuán) 長(zhǎng)海機(jī)場(chǎng)，遼寧 大連116500）

摘要：利用NCEP/NCAR再分析資料，以及我國(guó)國(guó)家氣候中心提供的160站逐月平均的氣溫和降水資料，對(duì)我國(guó)冬季冰凍雨雪天氣的大氣環(huán)流特征，影響的系統(tǒng)以及可能的遙相關(guān)型進(jìn)行了分析，結(jié)果表明：（1）烏拉爾山附近的阻塞高壓的形成，與西南氣流的強(qiáng)烈發(fā)展為冰凍雨雪天氣提供了條件。（2）2008年為拉尼娜年，在拉尼娜事件的背景下，阻塞高壓的維持時(shí)間較長(zhǎng)，有利于南北冷暖空氣出現(xiàn)“勢(shì)均力敵”的交綏。（3）北半球冬季500 hPa太平洋西部型遙相關(guān)（WP型）與我國(guó)南方冬季的氣溫和降水有很大的相關(guān)性。

關(guān)鍵詞：阻塞高壓；西南氣流；拉尼娜；WP型

1　引言

我國(guó)是一個(gè)自然災(zāi)害頻發(fā)的國(guó)家，近年來(lái)隨著全球氣候出現(xiàn)的異常變化，冬季我國(guó)南方地區(qū)頻頻出現(xiàn)嚴(yán)重的冰凍雨雪災(zāi)害天氣。其特點(diǎn)有影響面積廣，持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，造成損失大等特點(diǎn)。嚴(yán)重影響了交通運(yùn)輸、通訊設(shè)施、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、群眾生活等方方面面。給我國(guó)經(jīng)濟(jì)造成了巨大的損失。對(duì)人們?nèi)粘Ｉ詈统鲂性斐闪撕艽蟮牟槐恪?/p>

近年來(lái)許多學(xué)者從不同角度，運(yùn)用不同方法對(duì)冰凍雨雪天氣的發(fā)生發(fā)展規(guī)律進(jìn)行了大量研究。（1）關(guān)于冰凍雨雪天氣時(shí)空分布的總結(jié)分析：嚴(yán)小冬等人［1］利用貴州84個(gè)測(cè)站凍雨日數(shù)資料和 NCEP/ NCAR再分析資料，借助EOF展開(kāi)和小波分析及其他診斷技術(shù)分析了貴州凍雨的時(shí)空分布特征、時(shí)間演變規(guī)律及其影響因素，得出凍雨的空間分布特征和時(shí)間演變規(guī)律主要受海拔高度、相對(duì)高度、迎風(fēng)坡、背風(fēng)坡、靜止鋒區(qū)、冷空氣厚度和不同高度冷空氣活動(dòng)等因素影響。（2）關(guān)于冰凍雨雪天氣過(guò)程中的逆溫層的分析：以駱歐陽(yáng)等人研究的金華市為例［2］，發(fā)生凍雨時(shí)，大氣垂直結(jié)構(gòu)有比較明顯的特點(diǎn)：中層暖，上、下層冷，因此凍雨發(fā)生時(shí)的大氣垂直結(jié)構(gòu)大致可分為冰晶層、暖層和冷層。王海軍［3］，暖層厚度對(duì)凍雨產(chǎn)生有影響。因?yàn)榇笥?℃的暖層常被看作為融化層，要是落入其中的冰晶雪花融化為液態(tài)水，它必須要有相當(dāng)?shù)暮穸龋駝t融化的過(guò)冷卻水會(huì)再次凝結(jié)。（3）關(guān)于冰凍雨雪天氣實(shí)際預(yù)報(bào)中的方法和結(jié)論的積累：楊明等人［4］應(yīng)用多元統(tǒng)計(jì)方法，建立了凍雨天氣形勢(shì)下的溫度計(jì)降水預(yù)報(bào)方程，發(fā)現(xiàn)利用SPSS統(tǒng)計(jì)軟件建立的預(yù)報(bào)方程理論擬合效果較好。

以上方面對(duì)于冰凍雨雪天氣的成因，分布和預(yù)測(cè)方法很多文獻(xiàn)都有深入研究。而以上文獻(xiàn)對(duì)于冰凍雨雪天氣的環(huán)流異常過(guò)程并未太多涉及，本文將從冰凍雨雪天氣的大氣環(huán)流異常的角度，運(yùn)用短期氣候預(yù)測(cè)的有關(guān)方法，對(duì)引起我國(guó)南方地區(qū)冰凍雨雪天氣的主要系統(tǒng)，水汽條件，以及環(huán)流背景場(chǎng)的主要特點(diǎn)進(jìn)行分析和探索。

2　資料與方法

2.1資料

（1）2008年逐日NECP/NCAR的2.5°×2.5°的高度場(chǎng)、水平風(fēng)速、高度場(chǎng)以及地表的海平面氣壓場(chǎng)等的再分析資料。

（2）1948年1月-2012年4月逐月NECP/NCAR 的2.5°×2.5°的高度場(chǎng)、水平風(fēng)速、溫度場(chǎng)以及地面海平面氣壓場(chǎng)等的再分析資料。

（3）1948年-2008年逐月NECP/NCAR的2.0°× 2.0°逐月SST資料。

（4）國(guó)家氣候中心統(tǒng)計(jì)的我國(guó)160站1951-2010年逐月平均的氣溫和降水資料。

2.2計(jì)算方法

2.2.1經(jīng)驗(yàn)正交函數(shù)分解（EOF）

利用NCEP/NCAR在1948-2012年逐月的500 hPa高度場(chǎng)，在60°E-120°W，0°-90°N區(qū)域內(nèi)，對(duì)1月份資料進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化距平處理后，運(yùn)用EOF正交分解方法進(jìn)行計(jì)算。所謂經(jīng)驗(yàn)正交分解是指用來(lái)分解氣象要素場(chǎng)的特征向量是由給定的氣象要素場(chǎng)的序列本身的特征所決定的，而不是事先人為規(guī)定好的。EOF是針對(duì)氣象要素場(chǎng)進(jìn)行的，對(duì)包含若干空間點(diǎn)的場(chǎng)沿時(shí)間的變化分解。設(shè)抽取樣本的容量為n的資料，則場(chǎng)中任意一空間點(diǎn)i和任意一時(shí)間點(diǎn)j的距平觀測(cè)值Xij，可看成有p個(gè)空間函數(shù)Vik時(shí)間函數(shù)Ykj（k=1，2，…，p）的線(xiàn)性組合表示成：

2.2.2WP（太平洋西部型遙相關(guān)）指數(shù)

大氣遙相關(guān)是指相隔一定時(shí)間和空間的氣象或者天氣氣候過(guò)程之間穩(wěn)定相關(guān)上網(wǎng)地理分布型。北半球冬季500 hPa高度場(chǎng)遙相關(guān)中太平洋西部型（Western Pacific pattern，WP）：當(dāng)西太平洋副高加強(qiáng)時(shí)，阿留申低壓加深，表現(xiàn)出這兩個(gè)地區(qū)位勢(shì)高度的反相關(guān)的特點(diǎn)。

定義WP指數(shù)為：

相關(guān)系數(shù)的計(jì)算：

3　08年我國(guó)南方冰凍雨雪天氣的環(huán)流分析

王海軍等人［3］通過(guò)對(duì)冰凍日數(shù)，溫度和降水量等要素的分析，對(duì)冰雪凍害天氣進(jìn)行分級(jí)，建立了冰凍指數(shù)等并指出：我國(guó)南方地區(qū)發(fā)生區(qū)域持續(xù)性冰凍災(zāi)害天氣最嚴(yán)重的前5位分別為2008、1955、1984、1964、1957年，其中08年冰雪凍害天氣過(guò)程比較嚴(yán)重，故而本文將以08年為例進(jìn)行分析。

3.1拉尼娜背景場(chǎng)的確定

ENSO事件是一個(gè)涉及赤道中東太平洋的大尺度海洋大氣異常事件，把赤道中東太平洋海溫異常增暖的事件稱(chēng)為El Nino事件；把赤道中東太平洋海面溫度異常變冷的現(xiàn)象稱(chēng)為L(zhǎng)a Nina事件。美國(guó)氣候預(yù)測(cè)中心把赤道中東太平洋海域分為幾個(gè)海區(qū)Nino一區(qū)（5°-10°S，90°-80°W），Nino二區(qū)（0°-5°S，90°-80° W），Nino三區(qū)（5°N-5°S，150°-90°W），Nino四區(qū)（5°N-5°S，160°E-150°W）和Nino3.4區(qū)（5°N-5°S，170°-120° W）。對(duì)于判斷是否為ENSO事件，不同作者規(guī)定的海溫距平數(shù)值上略有所差異，但大體為，半年內(nèi)海表面溫度距平值大于0.5℃，超過(guò)0.5℃的定義為El Nino事件，低于-0.5℃的定義為L(zhǎng)a Nina事件。

圖1　2008年1月全球海溫距平場(chǎng)（相對(duì)于1948-2010年的海溫，單位：℃）

由圖1可看出08年1月份太平洋Nino三區(qū)海域海面溫度負(fù)距可達(dá)-1.5℃。而之前的幾個(gè)月內(nèi)Nino三區(qū)海域的海表面溫度距平均小于-1.5℃，故而2007年全球大氣受La Nina事件影響。期間我國(guó)南方出現(xiàn)大范圍持續(xù)性冰凍雨雪天氣現(xiàn)象也是La Nina事件的表現(xiàn)特征之一。而La Nina事件是08年這次冰雪凍害的發(fā)生和持續(xù)的背景場(chǎng)，它與西伯利亞地區(qū)阻塞高壓的建立和維持有密切的關(guān)系［5］。

3.22008年環(huán)流場(chǎng)分析

結(jié)合500 hPa高度平均場(chǎng)和距平圖，可以看到08年1月中下旬，在拉尼娜事件的背景下，烏拉爾山高壓脊強(qiáng)烈發(fā)展，且持續(xù)時(shí)間很長(zhǎng)。北大西洋500 hPa上的西風(fēng)帶向東到達(dá)歐洲后分為兩支，一支偏北延伸到極地，并在貝加爾湖北側(cè)轉(zhuǎn)向南下，將大量冷空氣向北輸送，這種環(huán)流的阻高位置偏北，阻塞形勢(shì)持續(xù)時(shí)間很長(zhǎng)。另一支向南匯入孟加拉灣地形槽，從高原南部進(jìn)入我國(guó)，西南氣流得到加強(qiáng)。根據(jù)前文利用EOF分析法所做的大氣環(huán)流分型可以明顯看出，我國(guó)08年冬季與第三模態(tài)十分類(lèi)似，東亞一帶為負(fù)距平，西伯利亞附近有強(qiáng)的正距平，阻高很強(qiáng)且十分穩(wěn)定。西太平洋副高位置較為偏北。

3.3水汽條件和垂直運(yùn)動(dòng)

2008年一共出現(xiàn)四次大型冰凍天氣，下面以08 年1月27日為例分析冰凍雨雪災(zāi)害天氣的水汽條件和低層的垂直速度。

由08年1月27日700 hPa的平均風(fēng)場(chǎng)分析可得出，貝加爾湖的西面有強(qiáng)烈的阻塞高壓存在，阻高前部有明顯的偏北氣流，將冷空氣向南方輸送。我國(guó)南方地區(qū)西南氣流強(qiáng)烈，在700 hPa高空可達(dá)30 m/s以上，可將水汽由孟加拉灣向我國(guó)江淮地區(qū)輸送，西太平洋有明顯的副高出現(xiàn)，副高的底后部偏南氣流將南海的暖濕空氣向內(nèi)陸輸送，匯入西南氣流之中。副高脊線(xiàn)位置較往年同期偏北，使得西南氣流攜帶著暖濕空氣向更北的地方輸送。

利用25°-35°N的平均垂直速度可得，08年1月27日，700 hPa高度場(chǎng)在115°E的地方有最大的向上的垂直速度。說(shuō)明這里垂直輸送很強(qiáng)，應(yīng)伴隨有降水等水汽的相變過(guò)程，在地理上該地區(qū)約為江西、湖南一帶。這一帶能出現(xiàn)上升運(yùn)動(dòng)，是由副高底后部的偏南氣流的匯入造成的，帶來(lái)的暖濕空氣以及明顯的垂直運(yùn)動(dòng)，為降水提供了必要條件。

3.4大氣環(huán)流異常影響我國(guó)南方低溫雨雪天氣可能的機(jī)制

據(jù)先前利用EOF分析所得標(biāo)準(zhǔn)化距平分析不難發(fā)現(xiàn)，08年的大氣環(huán)流背景場(chǎng)與第三模態(tài)比較接近，且較為符合北半球500 hPa太平洋西部型遙相關(guān)型，故而對(duì)08年我國(guó)南方冰凍雨雪天氣環(huán)流背景場(chǎng)的可能的影響機(jī)制做初淺的探索。利用1948-2012年的500 hPa的NCEP/NCAR的2.5°×2.5°的再分析資料，以及中國(guó)160站，1951-2010年的逐月平均的溫度和降水資料計(jì)算WP（太平洋西部型）遙相關(guān)指數(shù)有與我國(guó)1月份氣溫和降水的相關(guān)系數(shù)并分析其相關(guān)關(guān)系。

圖2　1948-2011年標(biāo)準(zhǔn)化的WP遙相關(guān)指數(shù)

通過(guò)計(jì)算可得如圖2所示，1948-2011年歷年的標(biāo)準(zhǔn)化遙相關(guān)指數(shù)，其中高指數(shù)年1962、1967、1970、1986、1987、2000、2003、2010年，低指數(shù)年有 1952、1955、1968、1975、1980、1988、1992、1998、2004、2006年。

WP指數(shù)與氣溫的相關(guān)圖（圖3）中可以看出，WP指數(shù)與我國(guó)冬季1月份的氣溫均為這個(gè)相關(guān)。我國(guó)四川湖南江西一帶有很大的正相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)大的可達(dá)0.35。新疆北部小部分地區(qū)氣溫也與WP指數(shù)有很強(qiáng)的相關(guān)性。

圖3　1951-2008年的WP指數(shù)與氣溫的遙相關(guān)（陰影為通過(guò)95%置信檢驗(yàn)的區(qū)域）

WP指數(shù)與降水的相關(guān)圖（圖4）中，江西湖南等地為負(fù)相關(guān)大的地區(qū)，海南島東北部有負(fù)相關(guān)的高值區(qū)，青藏高原南部為負(fù)相關(guān)的高值區(qū)，相關(guān)系數(shù)超過(guò)-0.3，河套地區(qū)附近為正相關(guān)區(qū)。

圖4　1951-2008年的WP指數(shù)與降水的遙相關(guān)（陰影為通過(guò)95%置信檢驗(yàn)的區(qū)域）

4　結(jié)論與討論

本文利用短期氣候預(yù)測(cè)的方法，以08年為例，對(duì)我國(guó)南方發(fā)生持續(xù)性冰凍雨雪天氣的原因和可能的影響機(jī)制進(jìn)行了分析：（1）我國(guó)南方冰凍雨雪天氣發(fā)生時(shí)，烏拉爾山高壓脊發(fā)展強(qiáng)烈，形成穩(wěn)定的阻塞高壓，其脊前的偏北引導(dǎo)氣流將冷空氣源源不斷的向南輸送。與此同時(shí)孟加拉灣地區(qū)的槽前西南氣流很強(qiáng)，將大量水汽向我國(guó)北方輸送，北方冷空氣與南方暖濕氣流交綏，為冰凍雨雪天氣的發(fā)生提供了條件。（2）2007年至2008年為拉尼娜年，在此環(huán)流背景下，烏拉爾山阻塞高壓發(fā)展強(qiáng)烈且穩(wěn)定維持。這使得有持續(xù)的冷空氣由偏北氣流輸送至我國(guó)。這是導(dǎo)致我國(guó)冰凍雨雪天氣持續(xù)性的原因。（3）通過(guò)對(duì)北半球冬季500 hPa太平洋西部型遙相關(guān)型 （WP型）對(duì)我國(guó)氣溫和降水的關(guān)系的分析，發(fā)現(xiàn)WP指數(shù)與我國(guó)華中地區(qū)的氣溫和降水均有很大的相關(guān)性。此外與我國(guó)新疆的部分地區(qū)也有很大的相關(guān)性。

參考文獻(xiàn)

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中圖分類(lèi)號(hào)：P458.1+1

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1002-252X（2016）02-0005-03

收稿日期：2016-3-1

作者簡(jiǎn)介：崔洋（1989-），男，河北省新樂(lè)縣人，南京信息工程大學(xué)，本科生，助理工程師.

Abnormal atmospheric circulation analysis of freezing rain and snow weather in South China in 2008

CUI Yang
（Dalian international airport Changhai airport，Liaoning Dalian 116500）

Abstract：Analyzed the atmospheric circulation characteristics，impact system and possible teleconnection patterns of the winter freezing rain and snow weather in China with the NCEP/NCAR reanalysis data information，160 stations’monthly mean temperature and precipitation data from China＇s National Climate Center.Results show that：（1）the formation of the blocking high near Ural Mountains and strong development of the southwest airstream provide conditions for freezing rain and snow weather.（2）The La Nina event happened in 2008，which made the blocking high pressure maintain a longer period of time.And that is conductive to the cold air from northern part and the warm and wet air from southern part appear evenly matched.（3）The 500 hPa western Pacific tele-connection pattern（WP type）in the winter of northern hemisphere have a great correlation with the temperatures and precipitation in winter of Southern China.

Key words：blocking high；southwest airstream；La Nina；WP