撫順地區(qū)地面氣溫與850 hPa溫差分析

李亞中++呂志紅++隋明++全美蘭++劉帥++李俊樂++馬曉穎++沈斌++劉多文++鄭國(guó)偉++寧大可+李祥明++趙思文++田琳++張昱

摘要 利用撫順市章黨氣象站2007—2011年的逐日最高氣溫和最低氣溫觀測(cè)資料、同期逐日8：00和20：00 EC 850 hPa溫度和相對(duì)濕度（包括700 hPa相對(duì)濕度）分析場(chǎng)資料以及850 hPa垂直速度和溫度平流場(chǎng)格點(diǎn)資料，根據(jù)溫度變化方程分析垂直速度、溫度平流和相對(duì)濕度對(duì)最低和最高氣溫與850 hPa溫度差的影響。結(jié)果表明，日最低和最高氣溫與850 hPa溫度差、850 hPa垂直速度和溫度平流三者的極值不同時(shí)出現(xiàn)，即最大的溫度差絕對(duì)值伴隨著較小的垂直速度和較小的溫度平流，最強(qiáng)垂直運(yùn)動(dòng)伴隨著較小的溫度差絕對(duì)值和較弱的溫度平流，最強(qiáng)溫度平流伴隨著較小的溫度差絕對(duì)值和較弱的垂直運(yùn)動(dòng)。日間的最強(qiáng)暖平流和上升運(yùn)動(dòng)大于夜間的最強(qiáng)暖平流和上升運(yùn)動(dòng)；夜間的最強(qiáng)冷平流和下沉運(yùn)動(dòng)大于日間的最強(qiáng)冷平流和下沉運(yùn)動(dòng)。溫度差、垂直速度和溫度平流極值所伴隨的日間降水次數(shù)和降水量均大于夜間。

關(guān)鍵詞 地面氣溫；850 hPa溫度；溫差；垂直速度；溫度平流；遼寧撫順

中圖分類號(hào) P423 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1007-5739（2017）19-0182-03

氣溫高低變化對(duì)人們?nèi)粘Ｉ詈徒?jīng)濟(jì)建設(shè)都有重要影響，很多氣象工作者在溫度預(yù)報(bào)方面開展了廣泛研究，成果顯著。燕成玉等[1]應(yīng)用溫度變化方程對(duì)秦皇島2次極端最低氣溫天氣過程進(jìn)行對(duì)比分析后指出，在制作溫度預(yù)報(bào)時(shí)，垂直速度的變化和地表狀況不容忽視。周后福[2]應(yīng)用溫度變化方程對(duì)2004年安徽梅汛期分別出現(xiàn)在安慶的一次明顯降水過程和一次大范圍高溫過程進(jìn)行了定量估算分析，明確指出了無論在高溫期還是在降水期間非絕熱變化項(xiàng)對(duì)溫度的升高都起著至關(guān)重要的作用。劉 梅等[3]用日最高氣溫與850 hPa溫度的差值作為預(yù)報(bào)因子成功建立了夏季日最高氣溫預(yù)報(bào)模型，繆國(guó)華等[4]用500 hPa月平均高度場(chǎng)分析了高溫前期的高空環(huán)流特征，陳 芳等[5]討論了高空高度等對(duì)氣溫的影響，冀新琪[6]研究得出8：00 850 hPa的溫度可作為克拉瑪依夏季晴空日最高氣溫的主要預(yù)報(bào)因子。

撫順地區(qū)屬于中溫帶東亞大陸季風(fēng)氣候區(qū)，夏熱多雨，冬寒漫長(zhǎng)，溫差較大，夏季最高氣溫>30 ℃，冬季最低氣溫 <-30 ℃。因此，研究撫順地區(qū)溫度變化的規(guī)律、探討影響溫度變化的各項(xiàng)因子對(duì)最低氣溫和最高氣溫的變化所起的不同作用，對(duì)今后本地的溫度預(yù)報(bào)具有重要意義。

1 資料與方法

本文所用資料為撫順市章黨站2007—2011年的逐日最高氣溫和最低氣溫觀測(cè)資料、同期逐日8：00和20：00 EC 850 hPa溫度和相對(duì)濕度（包括700 hPa相對(duì)濕度）分析場(chǎng)資料以及850 hPa垂直速度和溫度平流場(chǎng)格點(diǎn)資料。在以下的分析中，除特別指明，垂直速度和溫度平流均指在850 hPa，相對(duì)濕度指在850 hPa和700 hPa，同時(shí)定義日最高和最低氣溫與850 hPa溫度的差值分別為高差和低差。本文根據(jù)溫度變化方程分析垂直速度、溫度平流和相對(duì)濕度對(duì)高差和低差的影響。

1.1 測(cè)站上空物理量取值

由于EC 850 hPa溫度和相對(duì)濕度（包括700 hPa相對(duì)濕度）分析場(chǎng)資料以及850 hPa垂直速度和平流場(chǎng)資料都是格點(diǎn)數(shù)據(jù)，所以需要將這些數(shù)據(jù)內(nèi)插到章黨站上空。本文中所有高空物理量數(shù)據(jù)均經(jīng)過轉(zhuǎn)換。

1.2 計(jì)算平均值

夜間各物理量平均值取前一日20：00和當(dāng)日8：00的數(shù)據(jù)計(jì)算平均值；日間各物理量的平均值取當(dāng)日8：00和20：00的數(shù)據(jù)計(jì)算平均值。由于8：00和20：00物理量對(duì)日間最高氣溫和夜間最低氣溫的“貢獻(xiàn)”不同，一般夜間最低氣溫的產(chǎn)生更多受20：00物理量的影響，而日間最高氣溫的產(chǎn)生更多受8：00物理量的影響，且這種不等權(quán)重隨著季節(jié)的變化而變化。因此，在計(jì)算日間和夜間各物理量的平均值時(shí)需按加權(quán)平均的方法進(jìn)行計(jì)算，各月權(quán)重系數(shù)見表1。

2 結(jié)果與分析

2.1 各月平均值年變化特征

無論低差還是高差越到冬季越小，最小值出現(xiàn)在1月。低差在3—8月的值較大，為正值；其他月份為負(fù)值，最大值出現(xiàn)在7月；高差在3—10月的值較大，最大值出現(xiàn)在4—5月。對(duì)于垂直速度和溫度平流，二者的變化呈相反趨勢(shì)。垂直速度9月至翌年3月為正值，最大值出現(xiàn)在1月，4—8月為負(fù)值，最小值出現(xiàn)在7月。溫度平流9月至翌年2月（除10月外）為負(fù)值，最小值出現(xiàn)在1月，其他月份為正值。

如果850 hPa溫度保持不變，則低差越小夜間最低氣溫越低，高差越小日間最高氣溫越低；反之，則夜間最低氣溫越高，日間最高氣溫也越高。如果低差為負(fù)值說明地面相對(duì)于850 hPa有逆溫存在，負(fù)值越大逆溫越強(qiáng)（2007—2011年1月期間只有10 d沒出現(xiàn)過逆溫，最強(qiáng)逆溫出現(xiàn)在2011年1月4日，為13.1 ℃）。

冬季垂直速度為正值，說明大氣以下沉運(yùn)動(dòng)為主。下沉運(yùn)動(dòng)使850 hPa增溫；溫度平流為負(fù)值，有冷平流，冷平流使850 hPa降溫，二者共同作用的結(jié)果使850 hPa的溫度不至于太低。相對(duì)濕度小、地面積雪覆蓋、太陽高度角低等因素使地面在夜間輻射降溫強(qiáng)，在日間輻射增溫弱，因而低差和高差值都小，氣溫低。

夏季垂直速度為負(fù)值，說明大氣以上升運(yùn)動(dòng)為主。上升運(yùn)動(dòng)使850 hPa降溫；溫度平流為正值，有暖平流，850 hPa增溫，二者共同作用的結(jié)果使850 hPa的溫度不至于升得太高。相對(duì)濕度大、太陽高度角高等因素使得地面在夜間輻射降溫弱，在日間輻射增溫強(qiáng)，因而低差和高差值大、氣溫高。

2.2 低差、高差、垂直速度和溫度平流極值分析

此處極值是指低差、高差、垂直速度和溫度平流在每個(gè)月出現(xiàn)的最大值和最小值，表2和表3列出了2007—2011年夜間和日間極值的總平均值。

2.2.1 最小低差和最大高差。最小低差和最大高差的總平均值分別為-6.8 ℃和16.1 ℃，最小低差對(duì)應(yīng)著下沉運(yùn)動(dòng)、暖平流和小的相對(duì)濕度；最大高差對(duì)應(yīng)著下沉運(yùn)動(dòng)、冷平流和小的相對(duì)濕度。

在夜間，下沉運(yùn)動(dòng)使850 hPa絕熱增溫，暖平流使850 hPa平流增溫，相對(duì)濕度小使850 hPa非絕熱變溫可以忽略不計(jì)，根據(jù)溫度變化方程，則850 hPa增溫。因?yàn)橄鲁吝\(yùn)動(dòng)和小的相對(duì)濕度有利于夜間地面輻射降溫，地面氣溫比850 hPa溫度低得多，所以夜間低差值小。

在日間，下沉運(yùn)動(dòng)使850 hPa絕熱增溫，冷平流使850 hPa平流降溫，相對(duì)濕度小使850 hPa非絕熱變溫可以忽略不計(jì)，根據(jù)溫度變化方程，絕熱變溫和平流變溫可能互相抵消，使得850 hPa溫度變化不明顯。下沉運(yùn)動(dòng)和小的相對(duì)濕度有利于日間地面輻射增溫，地面氣溫比850 hPa溫度高得多，因而日間高差值大。

2.2.2 最大低差和最小高差。最大低差和最小高差的總平均值分別為4.8 ℃和6.9 ℃，最大低差對(duì)應(yīng)著下沉運(yùn)動(dòng)、冷平流和大的相對(duì)濕度；最小高差對(duì)應(yīng)著上升運(yùn)動(dòng)、暖平流和大的相對(duì)濕度。

在夜間，下沉運(yùn)動(dòng)使850 hPa絕熱增溫，冷平流使850 hPa平流降溫，相對(duì)濕度大有利于凝結(jié)潛熱釋放，使850 hPa非絕熱增溫，根據(jù)溫度變化方程，有利于850 hPa增溫。相對(duì)濕度大不利于夜間地面輻射降溫，地面氣溫高，低差為正值表明地面氣溫高于850 hPa溫度。

在日間，上升沉運(yùn)動(dòng)使850 hPa絕熱降溫，暖平流使850 hPa平流增溫，相對(duì)濕度大有利于凝結(jié)潛熱釋放，使850 hPa非絕熱增溫，根據(jù)溫度變化方程，有利于850 hPa增溫。相對(duì)濕度大不利于日間地面輻射增溫，地面增溫幅度小，則高差值小。

2.2.3 正、負(fù)垂直速度極值。最小垂直速度在夜間為-10.6 Pa/s，日間為-12.7 Pa/s；最大垂直速度在夜間為13.1 Pa/s，日間為12.0 Pa/s?？梢钥闯?，日間比夜間有更強(qiáng)的上升運(yùn)動(dòng)；夜間比日間有更強(qiáng)的下沉運(yùn)動(dòng)。最強(qiáng)上升運(yùn)動(dòng)和最強(qiáng)下沉運(yùn)動(dòng)分別對(duì)應(yīng)著暖平流、較大的相對(duì)濕度和冷平流、較小的相對(duì)濕度。兩者產(chǎn)生的低差和高差都較小，但前者的低差大于后者，高差小于后者，分別為-0.5 ℃和-2.1 ℃以及10.8 ℃和13.0 ℃。相對(duì)濕度越大，在夜間越不利于輻射降溫、在日間越不利于輻射增溫；反之，相對(duì)濕度越小，在夜間越有利于輻射降溫、在日間越有利于輻射增溫。因此，最強(qiáng)上升運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的低差不如最強(qiáng)下沉運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的低差小。最強(qiáng)上升運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的高差比最強(qiáng)下沉運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的高差小。

2.2.4 冷暖溫度平流極值。最小溫度平流在夜間與在日間分別為-12.1×10-5、-11.7×10-5 ℃/s；最大溫度平流在夜間與在日間分別為11.9×10-5、12.7×10-5 ℃/s?？梢钥闯?，夜間比日間有更強(qiáng)的冷平流；日間比夜間有更強(qiáng)的暖平流。最強(qiáng)冷平流和最強(qiáng)暖平流分別對(duì)應(yīng)著下沉運(yùn)動(dòng)和上升運(yùn)動(dòng)，二者的相對(duì)濕度差別不大，平均為40%～50%。冷平流產(chǎn)生的低差大于暖平流，分別為-0.2 ℃和-1.5 ℃。暖平流產(chǎn)生的高差小于冷平流，分別為10.9 ℃和13.5 ℃。

有冷平流時(shí)，850 hPa降溫。在夜間，當(dāng)?shù)孛鏈囟鹊陀?50 hPa溫度時(shí)，地面溫度與850 hPa溫度差的絕對(duì)值將趨于減小。在日間，因地面溫度高于850 hPa溫度，地面溫度與850 hPa溫度差將趨于增大。同理，有暖平流時(shí)，850 hPa升溫。在夜間，當(dāng)?shù)孛鏈囟鹊陀?50 hPa溫度時(shí)，地面溫度與850 hPa溫度差的絕對(duì)值將趨于增大。在日間，因地面溫度高于850 hPa溫度，地面溫度與850 hPa溫度差將趨于減小。

3 結(jié)論與討論

（1）最小低差、高差和最大低差、高差所對(duì)應(yīng)的垂直速度和溫度平流值都比較小，這說明了2種情況：一是大氣的垂直運(yùn)動(dòng)和冷暖平流都比較弱，即系統(tǒng)弱；二是2種不同性質(zhì)的天氣轉(zhuǎn)換，比如鋒面過境或高壓區(qū)轉(zhuǎn)向低壓區(qū)等，在計(jì)算平均值時(shí)因正負(fù)數(shù)互相抵消而使數(shù)值變小。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，最小低差和最大高差往往處在海平面氣壓場(chǎng)的高壓或弱低壓內(nèi)等氣壓梯度小的地方，高空則處在西北、偏西氣流內(nèi)。850 hPa風(fēng)速小，有時(shí)有弱的切變，很少發(fā)生降水，即使有降水也比較弱。而最大低差和最小高差往往受氣旋、倒槽等低值系統(tǒng)的影響，常處在低壓前部高壓后部或低壓后部高壓前部。在高空850 hPa常受切變的影響，在500 hPa常有高空槽或冷渦活動(dòng)，容易出現(xiàn)降水。以下為最小低差、高差和最大低差、高差所處天氣系統(tǒng)的不同階段：①最小高差在850 hPa所對(duì)應(yīng)的是較弱的上升運(yùn)動(dòng)和暖平流以及較大的相對(duì)濕度，這說明低層處系統(tǒng)的暖區(qū)，如果有降水則處于降水的前期。850 hPa在上升運(yùn)動(dòng)和暖平流的共同作用下氣溫緩慢升高。因相對(duì)濕度大、云層厚，地面氣溫的升高主要受暖平流推升，升幅小，使高差值達(dá)到最小。②最大低差在850 hPa所對(duì)應(yīng)的是較弱的下沉運(yùn)動(dòng)和冷平流以及較大的相對(duì)濕度，這說明低層已經(jīng)進(jìn)入系統(tǒng)的后期，冷空氣剛剛插入，如果有降水則處于降水的后期。850 hPa在下沉增溫和冷平流的共同作用下氣溫可能無明顯變化。因相對(duì)濕度大、云層厚，使地面氣溫較難明顯下降，最低氣溫高，遠(yuǎn)高于850 hPa平均溫度，低差值達(dá)到最大。③最大高差在850 hPa所對(duì)應(yīng)的是較弱的下沉運(yùn)動(dòng)和冷平流，相對(duì)濕度小，這說明高空仍處脊前西北氣流控制，850 hPa雖有下沉運(yùn)動(dòng)所導(dǎo)致的絕熱升溫，但同時(shí)有冷平流降溫，使850 hPa溫度可能無明顯變化或有一定程度的降溫，同時(shí)地面雖然處高壓前部，但因已經(jīng)過了強(qiáng)冷平流區(qū)，相對(duì)濕度小，有利于日間輻射升溫，地面氣溫升幅大，使高差值達(dá)到最大。④最小低差在850 hPa所對(duì)應(yīng)的是較弱的下沉運(yùn)動(dòng)和暖平流，這說明經(jīng)過前期較強(qiáng)下沉絕熱增溫高空已進(jìn)入脊內(nèi)控制，在偏西氣流的作用下形成較弱的暖平流，同時(shí)地面處高壓內(nèi)部控制，高空相對(duì)濕度小，夜間地面輻射降溫強(qiáng)，地面降溫幅度大，最低氣溫低，遠(yuǎn)低于850hPa平均溫度，使低差值達(dá)到最小。同理可以得出，最強(qiáng)暖平流往往處在低值系統(tǒng)前期，是本地水汽和能量不斷蓄積的時(shí)期。最強(qiáng)冷平流往往處在由暖區(qū)向冷區(qū)轉(zhuǎn)換的時(shí)期。最強(qiáng)上升運(yùn)動(dòng)處在低值系統(tǒng)的中心區(qū)。最強(qiáng)下沉運(yùn)動(dòng)區(qū)處在脊前高后區(qū)。

（2）垂直速度極值所對(duì)應(yīng)的溫度平流值的絕對(duì)值相對(duì)較小，即出現(xiàn)最強(qiáng)上升運(yùn)動(dòng)和最強(qiáng)下沉運(yùn)動(dòng)時(shí)大氣的溫度平流相對(duì)較弱；溫度平流極值所對(duì)應(yīng)的垂直速度的絕對(duì)值相對(duì)較小，即出現(xiàn)最強(qiáng)冷暖平流時(shí)大氣的垂直運(yùn)動(dòng)相對(duì)較弱。

（3）日間的最強(qiáng)上升運(yùn)動(dòng)比夜間的最強(qiáng)上升運(yùn)動(dòng)更強(qiáng)，即最強(qiáng)上升運(yùn)動(dòng)更容易出現(xiàn)在日間；夜間的最強(qiáng)下沉運(yùn)動(dòng)比日間的最強(qiáng)下沉運(yùn)動(dòng)更強(qiáng)，即最強(qiáng)下沉運(yùn)動(dòng)更容易出現(xiàn)在夜間。

（4）日間的最強(qiáng)暖平流比夜間的最強(qiáng)暖平流更強(qiáng)，即最強(qiáng)暖平流更容易出現(xiàn)在日間；夜間的最強(qiáng)冷平流比日間的最強(qiáng)冷平流更強(qiáng)，即最強(qiáng)冷平流更容易出現(xiàn)在夜間。

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