隴南地區(qū)對流層頂氣象特征研究

王小偉，陳素娟，蒲 靜，劉 靜

(1.甘肅隴南市氣象局，甘肅隴南 746000；2.甘肅省氣象局，甘肅蘭州 730000)

0 引言

對流層上部是對流層和平流層之間的過渡層，其厚度為幾百米到兩公里，對流層頂部具有較深且穩(wěn)定的阻擋層，會干擾積雨云頂部的垂直發(fā)育以及氣溶膠和水蒸氣的垂直交換，對流層中的水汽、塵埃等常受到對流層頂?shù)淖钃蹙奂湎?，致使能見度較差。在對流層頂以上，空氣干燥清潔，能見度良好，氣流平穩(wěn)。對流層通常伴有高空急流、大雨、冰雹和其他強對流天氣，這與對流層的存在密切相關(guān)。對流層頂分為兩類，根據(jù)規(guī)定等壓面150hPa相對應(yīng)的平均高度14 000米為界限，凡低于這個高度為第一對流層頂，高于或等于這個高度為第二對流層頂。

平流層和對流層中的對流層斷裂帶是物質(zhì)和能量交換的主要區(qū)域，許多研究表明，對流層斷裂經(jīng)常發(fā)生在亞第二地區(qū)，最有利于平流層和對流層中的空氣交換。處于亞第二的隴南地區(qū)，是否也存在對流層頂斷裂帶？隴南探空站自建站以來，從未進行過相關(guān)資料的研究工作，因此本文試圖通過隴南武都探空站近五年的高空資料研究分析隴南地區(qū)上空對流層頂?shù)臍庀筇卣?，高度、對流層頂平均高度、平均氣壓、平均溫度隨季節(jié)變化的趨勢。通過圖1大氣的垂直分布層和氣溫的垂直分布層可以了解大氣層的分布情況，有利于理解對流層頂在大氣層中的作用。

1 第二對流層頂?shù)臍庀筇卣?/h2>

氣象數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析可以看出，近5年隴南地區(qū)的第二對流層頂平均高度約16 930m，平均氣壓約95hPa，平均溫度在-68.7℃左右。

圖1 大氣的垂直分布層和氣溫的垂直分布層

（1）從圖2中可見：逐月平均高度曲線，全年走勢呈現(xiàn)出大寫W形態(tài)。從1月份16 879m降到2月份16 420m再一路上揚，高度逐月升高，6月的年內(nèi)最高點為17 306 m，以后各月平均高度曲線逐漸降低，最低點為11月份達(dá)到16 110 m，到12月增加到16 973 m，最大高度波動之差為1 196 m。

圖2 第二對流層頂逐月平均高度曲線

（2）從圖3中可見：逐月平均氣壓曲線，全年走勢呈現(xiàn)出一個大寫的M形態(tài)，氣壓值由1月的91.4hPa上升到2月份的98.9hPa，再逐漸下降到4月份全年最低點90.7hPa，然后月平均氣壓曲線一路走高，5-10月份氣壓值處于96hPa上下波動狀態(tài)，直到11月份氣壓值顯著上升，氣壓最大值高達(dá)107hPa，為全年氣壓值之最。12月份氣壓又降到92.9hPa，比1月份略高一點，全年月平均氣壓的最大變化差值為16.3 hPa。

圖3 第二對流層頂逐月平均氣壓曲線

（3）從圖4可見：第二對流層頂?shù)脑缕骄鶞囟惹€顯示兩頭高、中間低的狀態(tài)，1月和2月之間的平均溫度在-63.0℃附近移動，到9月逐月下降，呈下降趨勢。9月的平均氣溫只有-74.0℃。它在9月以后繼續(xù)上升，從9月到11月迅速上升。11月的最高溫度為-65.6℃，11月至12月的溫度在-65.0℃附近波動。從形態(tài)學(xué)的角度來看，7月、8月和9月是一年中的最低值，接近-73℃，1月、2月、11月和12月是一年中的較高月份，在-63℃和-65℃之間。全年最高和最低氣溫之間的差是-11.2℃。

圖4 第二對流層逐年平均溫度曲線

2 第一對流層頂?shù)念l率特征

從圖5可見：全年（除7、8、9三個月）外，每個月平均出現(xiàn)11次第一對流層頂。第一對流層頂不是每個月出現(xiàn)，夏天的7、8、9月不會出現(xiàn)第一對流層頂。在3月、4月，每月出現(xiàn)約22次，1月、2月和12月出現(xiàn)10次左右，5月和11月的次數(shù)為8次，6月和10月的次數(shù)相對較少約為3次。全年出現(xiàn)的次數(shù)柱狀分布為漏斗形狀，漏斗的底部是7、8、9月份。表明在這三個月中，隴南地區(qū)的高空對流非常強烈，難以形成一個穩(wěn)定的大氣層結(jié)。

圖5 第一對流層頂逐年出現(xiàn)的平均次數(shù)

3 第一對流層頂?shù)臍庀筇卣?/h2>

（1）第一對流層頂?shù)哪昶骄叨葹?1 380m，處于225hPa附近，平均溫度約為-55.7℃。平均高度趨勢線在上半年的1-5月份，是一個逐月升高狀態(tài)，從1月份的10 174m開始一路上升，5月份達(dá)全年的最高點12 563m，10月份以后平均高度出現(xiàn)逐月下降。10、11月平均高度下降不大，11月份后明顯下降到12月份全年最低值10 112m，最高最低之差為2 450m，全年形態(tài)中間高兩頭低。

圖6 第一對流層頂逐年月平均高度曲線

（2）第一對流層頂?shù)脑缕骄鶜鈮呵€，呈現(xiàn)出一個前高中低后翹的形態(tài)。1月份氣壓是261hPa是全年氣壓次高點，1-5月份呈逐月大幅下降的形態(tài)，5月份降到全年的最低點190hPa，6月份、10月份氣壓依次小幅回升，但11月份氣壓與10月份之間波動很小，11月份以后又大幅升高，到12月份氣壓回升到全年氣壓最高點267hPa。全年最高最低氣壓之差為77hPa。圖7可見。

圖7 第一對流層頂逐年月平均氣壓曲線

（3）第一對流層頂?shù)脑缕骄鶜鉁?，?月份氣溫-53.5℃后逐月下降到3月份的全年最低點-58.7℃，其后3-5月份氣溫穩(wěn)定在-58.0℃左右，6月份回升到-55.6℃，10月份依次升高到-52.8℃，11月份又下降到-55.2℃，12月份再次升高達(dá)到全年氣溫最高值-51.3℃。通過圖5至圖8結(jié)合起來看，可以發(fā)現(xiàn)第一對流層頂在出現(xiàn)次數(shù)逐月減少的時候，平均氣溫卻在逐月下降，說明只有較強的冷空氣過境的時候才可能出現(xiàn)穩(wěn)定的大氣層結(jié)，形成第一對流層頂。

圖8 第一對流層頂逐年平均溫度曲線

（4）第一對流層頂小結(jié)

綜合四張圖的分析表明，隴南地區(qū)在1月、2月和3月的高空氣流相對穩(wěn)定，并且第一對流層頂?shù)拇蟛糠謺r間都存在。隨著5月和6月氣溫的升高，大氣對流越高，第一對流層頂部的壓力越低，海拔越高，發(fā)生頻率越低。在七月、八月和九月是隴南地區(qū)一年的溫度最高的季節(jié)，平均溫度處于一年中的最高水平。大氣對流和湍流非常強烈，通常會發(fā)生大雨、冰雹和大風(fēng)等災(zāi)害天氣。對流層不能形成穩(wěn)定的大氣層，也沒有第一對流層頂?shù)某霈F(xiàn)。

4 復(fù)合對流層頂?shù)臍庀筇卣?/h2>

隴南地區(qū)高空是一個對流層頂復(fù)合帶與斷裂帶并存的地區(qū)，通過兩類對流層頂高度，溫度曲線圖直觀看出，1-6月和10-12月，全年有9個月，在高空共存兩種類型的對流層頂。在7月、8月和9月，高空只有一個第二對流層頂。存在第一對流層頂?shù)膮^(qū)域衰竭。出現(xiàn)第一對流層頂斷裂帶。盡管第一對流層頂?shù)臍庀笠夭▌臃却笥诘诙α鲗禹?，這是因為第一對流層頂離下墊面較近，受高空氣流影響較大的緣故。但還是可以看出兩類對流層頂?shù)牟ㄐ椭g存在正相關(guān)。

5 對流層頂?shù)募竟?jié)性特征

（1）在春季隴南地區(qū)上空大部分時間會出現(xiàn)兩類對流層頂同時存在，第一對流層頂在3、4、5月份共出現(xiàn)57次，其中3-4月份出現(xiàn)次數(shù)最多，季度出現(xiàn)率為63%。春季3月份的第一對流層頂?shù)钠骄叨葟?1 333m快速上升到5月份的12 563m，平均氣壓在205hPa區(qū)域迅速下降，平均溫度保持在-58.4℃左右。春季第二類對流層頂?shù)钠骄叨戎鹪律?，?月份的16 826m升高到5月份的17 268m，平均氣壓從92hPa上下波動，平均溫度在3月份的-65.2℃下降到5月份-70.2℃，降幅達(dá)5.0℃。這說明隴南地區(qū)春季冷空氣活動頻繁。兩類對流層頂?shù)臍庀筇卣髯兓钦嚓P(guān)的，但第一對流層頂氣象要素變化更劇烈，這是因為第一對流層頂?shù)母叨容^低，受到下墊面的影響更大的緣故。

（2）隴南地區(qū)上空夏季只在6月份出現(xiàn)了3次第一對流層頂，7、8月份從未出現(xiàn)過，季度出現(xiàn)率只有3%。同期的第二類對流層頂?shù)钠骄叨扰腔苍?17 190m上下。氣壓在94hPa上下。平均溫度-72.7℃，呈緩慢下降趨勢，降幅1.3℃，7、8月份的平均溫度基本上處于全年趨勢中的谷底區(qū)域。說明在夏季隴南地區(qū)很少有冷空氣活動。

（3）秋季9月份還是沒有第一對流層頂?shù)某霈F(xiàn)，10月份開始少量出現(xiàn)，11月份以后逐月增加。第二類對流層頂?shù)钠骄叨瘸尸F(xiàn)下落狀態(tài)，由9月份的17 015m回落到11月份的16 110m，回落幅度達(dá)815m。同期氣壓呈小幅升高態(tài)勢。平均溫度卻呈現(xiàn)出大幅上升，由9月份全年最低值-74.0℃上升到11月份的-65.6℃，升幅達(dá)8.4℃。這也從側(cè)面說明了隴南地區(qū)在10月份只有極少量的冷空氣過境，11月份之后冷空氣活動增多，才會有第一對流層頂?shù)某霈F(xiàn)。

（4）隴南地區(qū)在冬季由于地理環(huán)境，冷空氣影響，高空風(fēng)大多是西南風(fēng)，施放的探空氣球在施放后30分鐘左右由于高空大風(fēng)緣故，飛行仰角偏低，大山干擾探空儀回波，造成雷達(dá)接收信號弱，記錄接收不完整，這樣無疑就影響到第一對流層頂?shù)挠^測次數(shù)。從除過山遮記錄外現(xiàn)有正常接收的記錄中分析，冬季是第一對流層頂出現(xiàn)最多的季節(jié)，這說明隴南地區(qū)冬季冷空氣活動非常頻繁。冬季第一對流層頂?shù)钠骄祻?2月份全年最低值10 112m緩慢升高到2月份的 10 868。平均氣壓在全年最高值267hPa緩慢下降到2月份234hPa。平均溫度在12月份全年最高值-51.3℃降低到2月份全年氣溫次低值-57.6℃。冬季第二對流層頂?shù)钠骄叨仍?6 757m一帶小幅降低，平均氣壓在94hPa上下波動，平均溫度在-64℃上下徘徊。

6 結(jié)論與討論

（1）過去五年中，隴南地區(qū)第二對流層的平均高度（第二對流層的頂部）為16 930 m，平均氣壓約為95hPa，平均溫度約為-68.7℃。極地對流層的平均高度（第一對流層的上部）為11 380 m，平均氣壓約為225hPa，平均溫度約為-55.7℃。

（2）隴南地區(qū)第二對流層頂平均高度，全年走勢呈現(xiàn)出大寫W形態(tài)。從1月份16 879m降到2月份＼16 420m再一路上揚，高度逐月升高，六月份出現(xiàn)全年最高點17 306m，最低點出現(xiàn)在11月份的16 110m，12月份又上升到16 973m，全年月平均高度最大波動之差達(dá)1 196m。

（3）隴南地區(qū)第一對流層頂在3、4月份出現(xiàn)的頻率最高，1月、2月、5月、11月、12月份次之，6、10月份最少，7、8、9月份不存在，全年（除7、8、9月）平均每月出現(xiàn)12次。平均高度為11 380m，平均氣壓處于225hPa附近，平均溫度約為-55.7℃。

（4）隴南地區(qū)高空是對流層復(fù)合帶和斷層帶共存的區(qū)域。一年中有9個月（從1月到6月以及從10月到12月）并存著高空對流層復(fù)合體兩種類型。在7月、8月和9月，隴南地區(qū)的高空只有一個第二對流層頂，第一對流層頂出現(xiàn)斷裂帶。在兩種對流層共存的條件下，兩種對流層之間的年平均厚度為5 550 m，年平均溫度差約為18℃，年平均壓力差為142 hPa。

（5）隴南地區(qū)的兩類對流層頂，在春季，平均高度快速升高，而平均溫度持續(xù)下降，這兩種類型的氣象特征變化呈正相關(guān)。第一對流層頂極少出現(xiàn)在夏季，春、秋季出現(xiàn)頻率較高。冬季是兩種對流層共存的季節(jié)，平均高度最低，平均氣壓最高，平均溫度最高。