本溪初霜天氣學(xué)特征及短期預(yù)報(bào)流程設(shè)計(jì)

寇思聰 高艷波 魏海寧 唐秋艷 吳荷

摘要 利用本溪地區(qū)4個(gè)國(guó)家氣象觀測(cè)站逐日地面觀測(cè)數(shù)據(jù)及NCPE再分析數(shù)據(jù)、歷史天氣圖等資料，對(duì)本溪地區(qū)初霜出現(xiàn)時(shí)天氣學(xué)特征進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)在兩槽一脊和一槽一脊有渦及冷空氣配合的形勢(shì)下容易出現(xiàn)初霜，不同路徑冷空氣會(huì)給本溪帶來不同范圍的初霜，并據(jù)此進(jìn)行短期時(shí)效內(nèi)預(yù)報(bào)流程設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞 初霜;天氣學(xué)特征;預(yù)報(bào)流程設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：S425 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-3305（2019）05-060-02

DOI： 10.19383/j.cnki.nyzhyj.2019.05.024

The Synoptic Characteristics of Benxi Initial Frost and the Design of Short？鄄term Forecast Procedure

KOU Si-cong? ?et al（Benxi Meteorological Bureau，Benxi，Liaoning 117000）

Abstract The synoptic characteristics of the initial frost in Benxi area were analyzed by using the daily ground observation data of four national meteorological observatories，NCPE reanalysis data and historical weather maps. It was found that the initial frost was prone to occur when there were eddies and cold air in the two-through and one-ridge and one-trough and one-ridge. Different paths of cold air will bring different range of initial frost to Benxi. Based on this，the short-term time-limited forecasting process was designed.

Key words? ?Initial frost;Synoptic characteristics;Design of forecast procedure

霜凍是指春秋轉(zhuǎn)換季節(jié)土壤表面和植物表面溫度下降到0℃以下足以使植物遭受傷害甚至死亡的一種農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害，初霜凍是秋季發(fā)生的第一次霜凍，會(huì)影響植物生長(zhǎng)發(fā)育，造成糧食品質(zhì)變差、大面積減產(chǎn)，初霜越早危害性越大。我國(guó)不少專家學(xué)者對(duì)初霜的氣候特征、預(yù)報(bào)指標(biāo)和預(yù)測(cè)方法做了大量研究工作[1-3]，李輯[4]等對(duì)遼寧近50年霜的氣候變化特征進(jìn)行了研究，陸忠艷等[5]對(duì)遼寧省初霜特征及預(yù)報(bào)技術(shù)進(jìn)行了研究，周彬等[6]對(duì)無錫地區(qū)霜凍特征進(jìn)行了研究，姬興杰等[7]研究了1971—2010年河南省霜期的時(shí)空分布及其對(duì)氣溫的響應(yīng)，本溪地區(qū)目前尚未見對(duì)初霜專門研究的報(bào)道。本溪地處遼寧東部山區(qū)，地形復(fù)雜，可耕種面積少，且只有一季作物。根據(jù)吉奇等[8]的研究，本溪地區(qū)初霜呈波動(dòng)性推遲，如果在農(nóng)作物生長(zhǎng)后期遭遇初霜凍，將給農(nóng)業(yè)帶來巨大損失，因此有必要對(duì)本溪地區(qū)初霜進(jìn)行研究，進(jìn)而對(duì)初霜進(jìn)行科學(xué)預(yù)測(cè)，為本溪農(nóng)作物生產(chǎn)防災(zāi)減災(zāi)提供可靠的參考依據(jù)。

1 資料與方法

1.1 研究區(qū)域概況

本溪地區(qū)位于遼寧省東部山地丘陵地帶，地理坐標(biāo)123°34′～125°46′E，40°49′～41°35′N，呈啞鈴狀分布。本溪地區(qū)共有4個(gè)國(guó)家氣象觀測(cè)站，分別位于明山區(qū)、本溪縣小市鎮(zhèn)、桓仁縣桓仁鎮(zhèn)和本溪縣草河口鎮(zhèn)（圖1）。

1.2 資料來源與處理

選取本溪地區(qū)4個(gè)國(guó)家氣象觀測(cè)站觀測(cè)數(shù)據(jù)，以及1971—2015年NCPE再分析資料和歷史天氣圖等氣象資料。利用NCEP再分析資料和歷史天氣圖對(duì)初霜時(shí)的天氣形勢(shì)、冷空氣來源等進(jìn)行天氣學(xué)分析，并總結(jié)初霜短期預(yù)報(bào)指標(biāo)。

2 結(jié)果與分析

2.1 初霜環(huán)流背景特征分析

通過對(duì)1981—2015年本溪地區(qū)出現(xiàn)初霜的高空地面氣象觀測(cè)資料分析發(fā)現(xiàn)，本溪地區(qū)初霜前日500 hPa高度場(chǎng)上中高緯度主要為兩槽一脊型或一槽一脊形勢(shì)，本溪地區(qū)多處于槽后或槽底，45°～65°N、105°～145°E范圍內(nèi)有中心強(qiáng)度（512～547.5）×10 gpm的渦存在，占初霜總天數(shù)的62.1%。經(jīng)統(tǒng)計(jì)還發(fā)現(xiàn)市區(qū)、本溪縣初霜前日渦的位置比桓仁縣、草河口初霜前日偏西10個(gè)經(jīng)度左右（表1），即渦的位置偏西有利于市區(qū)、本溪縣出現(xiàn)初霜。850 hPa溫度場(chǎng)上有冷中心或冷舌落后或接近于高度槽，初霜出現(xiàn)前日20：00本溪地區(qū)850 hPa氣溫多為-9～-3℃，其中市區(qū)多年平均氣溫0.1℃左右，其他3站從低到高依次是本溪縣、桓仁縣和草河口（表1），說明本溪市區(qū)出現(xiàn)初霜需要比其他3站更低的溫度環(huán)境。

本溪地區(qū)出現(xiàn)初霜前，我國(guó)中西部地區(qū)地面受低壓系統(tǒng)控制，東北、東南、華南是一條冷高壓帶，本溪位于其前方弱氣壓梯度區(qū)內(nèi)。初霜多出現(xiàn)在晴朗、少云（低云）、風(fēng)速小的后半夜，少數(shù)初霜前一日有弱（微量）降水。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，初霜發(fā)生時(shí)風(fēng)速多在3 m/s以下，風(fēng)向有明顯特征：市區(qū)偏東風(fēng)（E、ENE、ESE、SE）占83%，本溪縣靜風(fēng)占48%、偏南風(fēng)（S、SSE、SSW、WSW）占40%，桓仁縣靜風(fēng)占64%、偏北風(fēng)（NNW、NNE、NE）占36%，草河口靜風(fēng)占88%。初霜前各站氣溫日較差平均比前一日下降4～5℃，最低氣溫下降幅度在0～12℃。

2.2 冷空氣路徑與初霜關(guān)系分析

造成本溪地區(qū)初霜的冷空氣主要分3種路徑：一是東北路徑，二是西北路徑，三是偏北路徑。

東北路徑的冷空氣中心位于鄂霍克次海附近，在初霜出現(xiàn)前3～4 d貝加爾湖附近逐漸形成高壓脊，并且不斷北伸并向東北方向傾斜，阻斷了西風(fēng)帶冷空氣下傳，冷空氣沿著脊前南下過程中在鄂霍克次海堆積、暴發(fā)，由東北向西南方向傳遞，影響本溪地區(qū)，這種路徑的冷空氣在本溪地區(qū)一般會(huì)形成2站以上的初霜。

西北路徑冷空氣主體在極地生成，冷空氣較為強(qiáng)盛，烏拉爾山到貝加爾湖一帶高壓脊不明顯，歐亞地區(qū)為西北或偏西氣流控制，緯向性較強(qiáng)，冷空氣隨著西風(fēng)帶從西北向東南傳播，途經(jīng)貝加爾湖，達(dá)到本溪，這種路徑的冷空氣往往連續(xù)幾天持續(xù)降溫，在本溪地區(qū)各地陸續(xù)形成初霜。

偏北路徑其實(shí)是東北和西北路徑冷空氣的變種，是在中高緯度如果鄂霍克次海高壓偏西偏北、貝加爾湖地區(qū)也有高壓脊北抬，歐亞形成兩槽兩脊或者一槽兩脊的形勢(shì)下，冷空氣容易在125°～135°E、50°～70°N區(qū)域內(nèi)形成冷舌甚至冷中心，隨著冷空氣的不斷堆積向南滲透，或者阻高崩潰、橫槽轉(zhuǎn)豎冷空氣暴發(fā)，本溪地區(qū)也容易出現(xiàn)2站以上初霜。

2.3 短期時(shí)效內(nèi)初霜預(yù)報(bào)流程設(shè)計(jì)

根據(jù)本溪地區(qū)初霜天氣形勢(shì)特征分析結(jié)果，將110°～140°E、45°～60°N作為初霜預(yù)報(bào)關(guān)鍵區(qū)，以關(guān)鍵區(qū)內(nèi)500 hPa形勢(shì)和850 hPa溫度作為關(guān)鍵預(yù)報(bào)要素，設(shè)計(jì)了短期時(shí)效內(nèi)的初霜預(yù)報(bào)流程，具體流程如下：

（1）是否進(jìn)入9月下旬。

（2）判斷關(guān)鍵區(qū)內(nèi)500 hPa是否有槽或者冷渦、850 hPa是否有冷中心或冷槽。

（3）850 hPa 120°～140°E內(nèi)2℃線是否越過50°N，同時(shí)本溪地區(qū)溫度控制線是否達(dá)到4℃或以下。

（4）如同時(shí)滿足以上3步，則考慮次日凌晨本溪地區(qū)出現(xiàn)初霜。

（5）500 hPa關(guān)鍵區(qū)冷渦（或冷槽）與烏拉爾山到貝加爾湖一帶有高壓脊、鄂霍克次海高壓，三者同時(shí)存在或前者與后兩個(gè)中的一個(gè)同時(shí)存在;850 hPa關(guān)鍵區(qū)有中心強(qiáng)度低于-10℃的冷中心或冷舌存在，冷舌位于120°～130°E，-3℃線越過50°N，本溪地區(qū)的溫度控制線在2℃附近或以下，則次日早晨容易出現(xiàn)3站以上的初霜，如果溫度控制線在2～4℃，但45°～55°N等溫線密集，溫差≥10℃，則次日早晨容易出現(xiàn)3站以上的初霜。

（6）關(guān)鍵區(qū)內(nèi)無明顯低壓中心、冷中心，500 hPa槽線位于130°E附近（偏東）、850 hPa冷舌位于125°～135°E，0℃線越過50°N，控制線2～4℃，則考慮次日早晨桓仁縣和草河口出現(xiàn)初霜;前期其他2站已經(jīng)出現(xiàn)初霜，當(dāng)500 hPa槽線位于120°E附近（偏西）、850 hPa冷舌位于115°～125°E，-3℃線越過50°N，控制線<0℃時(shí)，則考慮本溪市區(qū)和本溪縣出現(xiàn)初霜。

（7）500 hPa形勢(shì)場(chǎng)無明顯特征，但在850 hPa溫度場(chǎng)冷空氣勢(shì)力較弱，2℃線越過50°N，控制線<4℃，草河口地區(qū)容易出現(xiàn)單站初霜;若其他3站已經(jīng)出現(xiàn)初霜，-6℃線越過50°N，冷舌位于115°～125°E，控制線<-3℃，則市區(qū)將出現(xiàn)初霜。

以上預(yù)報(bào)流程在2016—2018年本溪初霜短期預(yù)報(bào)中起到了較好的效果。

3 小結(jié)與討論

（1）本溪初霜多出現(xiàn)在晴朗少云微風(fēng)的后半夜，地面上，我國(guó)中西部地區(qū)受低壓系統(tǒng)控制，東部為冷高壓帶，本溪處于高壓帶前弱氣壓梯度區(qū)。初霜前，500 hPa中高緯度主要為兩槽一脊型或一槽一脊形勢(shì)，本溪地區(qū)多處于槽后或槽底，62.1%初霜前，45°～65°N、105°～145°E范圍內(nèi)有中心強(qiáng)度（512～547.5）×10 gpm的渦，渦位置和冷空氣強(qiáng)度會(huì)影響初霜影響的范圍。850 hPa溫度場(chǎng)上有冷中心或冷舌落后或接近于高度槽，初霜出現(xiàn)前日20：00本溪地區(qū)850 hPa氣溫多為-9～-3℃。

（2）根據(jù)冷空氣的3種不同路徑，本溪地區(qū)會(huì)出現(xiàn)不同影響范圍的初霜，西北路徑的冷空氣會(huì)陸續(xù)在本溪各地出現(xiàn)初霜，東北路徑和偏北路徑的冷空氣容易在本溪造成2站以上的初霜。

（3）目前根據(jù)本溪地區(qū)初霜天氣學(xué)特征設(shè)計(jì)的是初霜短期預(yù)報(bào)流程，在實(shí)際業(yè)務(wù)工作中可與數(shù)值預(yù)報(bào)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)初霜的中期預(yù)報(bào)，具有可操作性強(qiáng)的實(shí)際意義。

參考文獻(xiàn)

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責(zé)任編輯：鄭丹丹

基金項(xiàng)目 本溪市氣象局科研課題（BXSQXJ201607）。

作者簡(jiǎn)介 寇思聰（1982-），女，陜西西安人，工程師，從事短期天氣預(yù)報(bào)、氣象服務(wù)工作。

收稿日期 2019-07-02