滇黔準(zhǔn)靜止鋒背景下黔西南冬季要素特征

王 芬，唐浩鵬，楊春艷，范 倩，李 陽，劉 相

(貴州省黔西南布依族苗族自治州氣象局，貴州 興義 562400)

0 引言

滇黔準(zhǔn)靜止鋒是指東亞冷空氣爆發(fā)并向南擴(kuò)展時，受西南高原地形阻擋形成的一種獨(dú)特的鋒面系統(tǒng)[1],是影響貴州冬季天氣氣候形勢最為重要的天氣系統(tǒng)之一，鋒后受冷空氣影響,陰雨綿綿,而鋒前受西南暖氣團(tuán)控制,往往天氣晴好，當(dāng)準(zhǔn)靜止鋒加強(qiáng)向西南移出時,常會引起鋒后降溫降雨,冬季可引起低溫、寒潮、凝凍,夏季則會觸發(fā)強(qiáng)對流、暴雨[2],也是造成貴州有“天無三日晴”之稱的主要天氣系統(tǒng)。2008年1月10日—2月2日中國南方經(jīng)歷了歷史上罕見的大范圍低溫、雨雪和冰凍災(zāi)害，災(zāi)害持續(xù)時間長，影響嚴(yán)重，致使南方近20個省(區(qū)、市)1億多人受災(zāi)[3]。2011年1月1日—2月5日，中國南方再次出現(xiàn)嚴(yán)重的低溫雨雪冰凍災(zāi)害。這兩次大范圍氣象災(zāi)害都與滇黔準(zhǔn)靜止鋒系統(tǒng)密切相關(guān)。

目前，針對滇黔準(zhǔn)靜止鋒國內(nèi)開展了大量的研究工作[4-24]，主要研究靜止鋒上的暴雨、強(qiáng)對流、寒潮、倒春寒、雨雪、凝凍等，主要研究方向?yàn)榭陀^方法研究、鋒生機(jī)制、與地形的關(guān)系、氣候變率、氣候結(jié)構(gòu)、環(huán)流特征等方面，針對滇黔準(zhǔn)靜止鋒的個例分析則主要集中在鋒區(qū)強(qiáng)烈逆溫的成因、水汽來源及準(zhǔn)靜止鋒維持和進(jìn)退機(jī)理研究等方面。目前開展的有關(guān)準(zhǔn)靜止鋒系列研究的資料多為再分析資料，使用實(shí)況觀測資料的研究成果較少，時間長度偏短，且研究結(jié)論尚不十分明確，特別是針對滇黔準(zhǔn)靜止鋒背景下的天氣要素研究甚少。

本文利用地面觀測資料，分析近5 a滇黔準(zhǔn)靜止鋒在黔西南出現(xiàn)的規(guī)律，找出Ⅰ型靜止鋒背景下黔西南天氣要素特征，以期深入認(rèn)識Ⅰ型靜止鋒背景下黔西南精細(xì)化要素特征，為進(jìn)一步提高黔西南對該類天氣預(yù)報準(zhǔn)確率提供指導(dǎo)背景。

1 數(shù)據(jù)及來源

本文研究對象為黔西南州8個縣級臺站的地面觀測資料，數(shù)據(jù)來源為MICAPS資料及CIMISS數(shù)據(jù)庫，時間長度為2014—2018年每年的冬季。

2 滇黔準(zhǔn)靜止鋒在黔西南冬季出現(xiàn)的規(guī)律

2.1 滇黔準(zhǔn)靜止鋒出現(xiàn)天數(shù)

統(tǒng)計(jì)冬季靜止鋒對黔西南有影響的天數(shù)，在云南曲靖—貴陽之間出現(xiàn)的靜止鋒認(rèn)為是對黔西南有重要影響的，在云南曲靖—昆明之間出現(xiàn)的靜止鋒未統(tǒng)計(jì)在內(nèi)。

統(tǒng)計(jì)2014年12月—2019年2月共5個冬季滇黔準(zhǔn)靜止鋒在黔西南出現(xiàn)的天數(shù)，可知(圖1)，黔西南共出現(xiàn)187 d靜止鋒天氣，其中2018年12月—2019年2月出現(xiàn)天數(shù)最多(58 d)，2014年次之(41 d)，2016年34 d，2015年28 d，2017年最少(26 d)。

圖1 冬季靜止鋒累計(jì)天數(shù)分布圖

分析冬季各月靜止鋒在黔西南出現(xiàn)的天數(shù)，可知2014—2017年冬季靜止鋒在1月出現(xiàn)最多，12月次之，2月最少，2018年冬季與這4 a相比 ，月分布特征明顯不同：2月最多，12月最少。2014—2018年冬季，平均每個冬季出現(xiàn)靜止鋒天氣37.4 d，占冬季全天數(shù)的41.6%，其中1月最多，共出現(xiàn)88 d，月平均17.6 d，月占比56.8%。12月次之，近5 a共出現(xiàn)55 d，月平均11 d，月占比35.5%。2月最少，共計(jì)44 d，月平均8.8 d，月占比31.4%。

2.2 不同類型靜止鋒在黔西南冬季出現(xiàn)的規(guī)律

滇黔準(zhǔn)靜止鋒控制下的區(qū)域天氣多樣，這些天氣現(xiàn)象的類型與鋒前后氣團(tuán)的屬性、鋒區(qū)的強(qiáng)弱、冷空氣的路徑、水汽條件等密切相關(guān)，特別是靜止鋒鋒區(qū)所處位置對天氣現(xiàn)象及氣溫有重要影響。本文根據(jù)實(shí)際預(yù)報經(jīng)經(jīng)驗(yàn)結(jié)合前人研究結(jié)果[5-6]，根據(jù)靜止鋒鋒區(qū)所處位置分為以下3種類型：

Ⅰ型靜止鋒：偏東路徑冷空氣影響，鋒區(qū)呈偏準(zhǔn)南—北向，鋒面位于羅平、沾益附近，鋒后為冷氣團(tuán)控制的陰雨天氣，鋒前為暖氣團(tuán)控制，天氣晴朗。

Ⅱ型靜止鋒：偏北路徑冷空氣影響，鋒區(qū)位于貴陽至安順附近，經(jīng)向度減弱，呈西北—東南向，西進(jìn)東退。

Ⅲ型靜止鋒：鋒區(qū)在興仁附近擺動，鋒后區(qū)域?yàn)殛幱晏鞖?，鋒前天氣晴朗，或隨著夜進(jìn)晝退的日變化，部分區(qū)域表現(xiàn)為陰雨轉(zhuǎn)多云或多云轉(zhuǎn)陰雨的天氣。

根據(jù)2014—2018年冬季滇黔靜止鋒出現(xiàn)的實(shí)況資料，結(jié)合以上對靜止鋒的定義，統(tǒng)計(jì)可知(圖2)，5 a冬季Ⅰ型靜止鋒累計(jì)出現(xiàn)82 d，占比43.9%，Ⅱ型60 d，占比32.1%，Ⅲ型45 d，占比24%。對比3種類型靜止鋒各月占比可知：Ⅰ型靜止鋒在12月、1月最多，Ⅱ型次之，Ⅲ型最少，而2月則表現(xiàn)為Ⅱ型最多，Ⅰ型次之，3類靜止鋒均在1月出現(xiàn)最多。5 a冬季Ⅰ型靜止鋒在黔西南平均出現(xiàn)天數(shù)最多(16.4 d)，Ⅱ型次之(12 d)，Ⅲ型最少(9 d)。根據(jù)索渺清、杜正靜、張精華等研究可知[1,4-6]：12月北方冷空氣勢力較強(qiáng)，鋒前暖氣團(tuán)勢力往往不強(qiáng)，鋒面位置大多在昆明—曲靖一帶，Ⅰ型靜止鋒相對較多，Ⅱ、Ⅲ型相對較少；1月西南熱低壓開始發(fā)展，北方冷空氣活動仍然頻繁，冷、暖勢力交替，Ⅱ、Ⅲ型靜止鋒天氣明顯增多；2月西南熱低壓進(jìn)一步發(fā)展強(qiáng)盛，冷空氣勢力開始減弱，靜止鋒東退至貴陽附近及其以東地區(qū)，甚至趨于鋒消，對黔西南有影響的靜止鋒天氣明顯變少。

圖2 不同類型靜止鋒累計(jì)出現(xiàn)天數(shù)

2.3 不同強(qiáng)度靜止鋒出現(xiàn)的規(guī)律

為尋找不同強(qiáng)度靜止鋒在黔西南出現(xiàn)的規(guī)律，根據(jù)實(shí)際預(yù)報經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合前人的研究結(jié)果[5]，按照靜止鋒鋒面前后的溫差來定義靜止鋒的強(qiáng)弱，共分為以下3種強(qiáng)度：

弱：鋒前后溫度差異7 ℃以下；

中等：鋒前后溫度差異8～15 ℃；

強(qiáng)：鋒前后溫度差異15 ℃以上。

根據(jù)以上劃分標(biāo)準(zhǔn)，分析不同強(qiáng)度靜止鋒出現(xiàn)規(guī)律，可知(圖3)，中等強(qiáng)度靜止鋒在黔西南冬季出現(xiàn)最多，5 a冬季累計(jì)出現(xiàn)107 d，強(qiáng)靜止鋒次之，共出現(xiàn)65 d，弱靜止鋒最少(15 d)。強(qiáng)靜止鋒、中等強(qiáng)度靜止鋒均在1月出現(xiàn)最多，其中強(qiáng)靜止鋒出現(xiàn)27 d，2月次之(25 d)，12月最少(13 d)。中等強(qiáng)度靜止鋒1月出現(xiàn)54 d，12月次之(34 d)，2月最少(19 d)。弱靜止鋒主要出現(xiàn)在12月及1月，分別為8 d、7 d。分析不同強(qiáng)度靜止鋒出現(xiàn)的平均天數(shù)可知，中等強(qiáng)度靜止鋒每年冬季平均出現(xiàn)21.4 d，占所有靜止鋒天數(shù)的57.2%，占所有冬季總天數(shù)的23.8%，強(qiáng)靜止鋒平均出現(xiàn)13 d，占所有靜止鋒的34.8%，弱靜止鋒平均出現(xiàn)3 d，占比8%。

圖3 不同強(qiáng)度靜止鋒累計(jì)出現(xiàn)天數(shù)

結(jié)合靜止鋒的類型及強(qiáng)度，統(tǒng)計(jì)近5 a冬季不同強(qiáng)度、不同類型靜止鋒的分布情況，分析圖4可知，近5 a冬季3種類型的靜止鋒都是中等強(qiáng)度出現(xiàn)最多，強(qiáng)靜止鋒出現(xiàn)次數(shù)次之，且無論哪種強(qiáng)度靜止鋒均是Ⅰ型出現(xiàn)最多，總計(jì)出現(xiàn)達(dá)82 d，Ⅱ型次之，Ⅲ型最少。

圖4 不同強(qiáng)度、不同類型靜止鋒分布

3 Ⅰ型強(qiáng)靜止鋒附近黔西南要素分布特征

根據(jù)以上統(tǒng)計(jì)結(jié)果，結(jié)合實(shí)際工作需要，本文挑選對黔西南有影響的Ⅰ型強(qiáng)靜止鋒26個，以期找出Ⅰ型靜止鋒背景下黔西南要素特征，并與過去5 a冬季的平均值進(jìn)行對比分析。

3.1 氣溫

統(tǒng)計(jì)分析這26個Ⅰ型靜止鋒背景下黔西南8個縣級臺站的的低溫(圖5)，發(fā)現(xiàn)其空間基本呈現(xiàn)“東高西北低”的特征，平均最低氣溫4.7 ℃，最高的為望謨8.6 ℃，最低的為普安1.8 ℃。Ⅰ型靜止鋒背景下的低溫與近5 a冬季低溫平均值的空間特征基本一致，但Ⅰ型靜止鋒背景下的低溫明顯偏低，平均偏低2 ℃，其中晴隆、貞豐偏低最為明顯，偏低2.6～2.7 ℃，望謨、冊亨偏低最少，偏低1.4 ℃。

圖5 Ⅰ型強(qiáng)靜止鋒背景下黔西南縣站低溫分布及其與冬季平均的對比

Ⅰ型靜止鋒背景下高溫空間分布基本呈現(xiàn)“東南高西北低”的特征(圖6)，平均9.4 ℃，最高為東部的望謨12.8 ℃，最低為西北部的普安、晴隆6.2 ℃。其空間分布與近5 a冬季高溫平均值的特征基本一致，但Ⅰ型靜止鋒背景下的高溫明顯偏低，平均偏低4.2 ℃，其中普安偏低5.1 ℃最為明顯，望謨、晴隆偏低4.6 ℃，興義、貞豐偏低最少(3.6 ℃)。

圖6 Ⅰ型強(qiáng)靜止鋒背景下黔西南縣站高溫分布及其與冬季平均的對比

3.2 雨日

Ⅰ型靜止鋒背景下雨日基本呈現(xiàn)“西高東低”的特征(圖7a)，26個例中有17.1 d雨日，雨日最多的為興義、晴隆(22 d)，最少的為望謨(12 d)。對比發(fā)現(xiàn)冬季平均雨日分布與Ⅰ型靜止鋒背景下的并不一致(圖7b)，冬季平均雨日空間特征為“西北高東南少”，平均34.8 d雨日，其中晴隆最多(44.8 d)，望謨最少(27.6 d)。對比二者雨日比例可知，Ⅰ型靜止鋒背景下雨日占比的空間分布為“西高東低”(圖7c)，平均比率為66%，興義、晴隆占比最高(85%)，望謨最低(46%)。而冬季雨日占比特征為“西北高東南低”(圖7d)，平均比率為39%，晴隆最高(50%)，望謨最低(31%)。對比圖7c、7d可知，Ⅰ型靜止鋒背景下黔西南州雨日發(fā)生概率為66%，明顯高于冬季平均狀態(tài)的39%。

圖7 雨日分布及占比

3.3 相對濕度

Ⅰ型靜止鋒背景下每日平均相對濕度基本呈現(xiàn)“東南低西北高”的特征(圖8)，平均相對濕度88%，最高為西北部的普安96%，最低的為東部望謨77%。其空間分布特征與近5 a冬季平均相對濕度基本一致，但Ⅰ型靜止鋒背景下的相對濕度偏高7%，其中普安偏高最為明顯(13%)，望謨偏高最少(2%)。

圖8 Ⅰ型強(qiáng)靜止鋒背景下黔西南縣站平均相對濕度分布及其與冬季平均的對比

3.4 日照

Ⅰ型靜止鋒背景下黔西南8個縣級臺站的日照都很少(圖9)，僅望謨和興義每日平均有0.1 h的日照。而近5 a冬季平均日照為2.74 h，安龍日照最長，每天有3.4 h，其次為興仁，日照最少的為貞豐及冊亨，每天2.3 h。

圖9 Ⅰ型強(qiáng)靜止鋒背景下日照及其與冬季平均的對比

3.5 平均風(fēng)速

Ⅰ型靜止鋒背景下平均風(fēng)基本呈現(xiàn)“中間高兩頭低”的特征(圖10)，全州平均風(fēng)速為2.1 m/s，最高的為安龍3.1 m/s，最低的為望謨1.3 m/s。Ⅰ型靜止鋒背景下的平均風(fēng)速空間分布特征與近5 a冬季基本一致，但平均風(fēng)速比冬季平均偏大0.3 m/s，其中安龍偏大最為明顯(0.7 m/s)，興義偏大最少(0.1 m/s)。

3.6 最大風(fēng)速

Ⅰ型靜止鋒背景下最大風(fēng)基本呈現(xiàn)“中間高兩頭低”的特征(圖11)，全州平均最大風(fēng)力為4.5 m/s，最大的為安龍4.9 m/s，最小的為望謨2.4 m/s。Ⅰ型靜止鋒背景下最大風(fēng)空間特征與冬季平均基本一致，但Ⅰ型靜止鋒背景下最大風(fēng)速偏小0.2 m/s，其中普安偏小最為明顯(0.8 m/s)，望謨、貞豐偏小最少(0.1 m/s)。對比圖10、圖11可知，Ⅰ型靜止鋒背景下平均風(fēng)比冬季平均偏大，但最大風(fēng)卻比冬季平均偏小。

圖10 Ⅰ型強(qiáng)靜止鋒背景下黔西南縣站平均風(fēng)及其與冬季平均的對比

圖11 Ⅰ型強(qiáng)靜止鋒背景下黔西南縣站最大風(fēng)及其與冬季平均的對比

4 結(jié)論與討論

通過以上分析，得出如下結(jié)論：

①2014—2018年冬季滇黔準(zhǔn)靜止鋒在黔西南累計(jì)出現(xiàn)187 d，占冬季全天數(shù)的41.6%，其中1月最多，月平均出現(xiàn)17.6 d，12月次之，2月最少。冬季Ⅰ型靜止鋒出現(xiàn)最多，為16.4 d，Ⅱ型次之(12 d)，Ⅲ型最少(9 d)。Ⅰ型靜止鋒在12月、1月均為最多，Ⅱ型次之，Ⅲ型最少，而2月則表現(xiàn)為Ⅱ型最多，Ⅰ型次之，3類型靜止鋒均在1月出現(xiàn)最多。中等強(qiáng)度靜止鋒在黔西南出現(xiàn)最多，平均出現(xiàn)21.4 d，占所有靜止鋒天數(shù)的57.2%，占所有冬季總天數(shù)的23.8%，強(qiáng)靜止鋒次之，平均出現(xiàn)13 d，占所有靜止鋒的34.8%。強(qiáng)靜止鋒及中等強(qiáng)度靜止鋒均在1月出現(xiàn)天數(shù)最多， 2月次之，12月最少。3類靜止鋒都是中等強(qiáng)度出現(xiàn)最多，強(qiáng)靜止鋒次之，且無論哪種強(qiáng)度均是Ⅰ型靜止出現(xiàn)最多，Ⅱ型次之，Ⅲ型最少。

②Ⅰ型靜止鋒背景下高低溫均低于冬季平均，偏低幅度分別為4.2 ℃、2 ℃，普安高溫偏低最為明顯(5.1 ℃)，晴隆、貞豐低溫偏低最為明顯(2.6～2.7 ℃)。Ⅰ型靜止鋒背景下雨日發(fā)生概率66%，明顯高于冬季平均的39%，冬季所有降水中，由靜止鋒造成的占49%。Ⅰ型靜止鋒背景下相對濕度88%，偏高冬季平均的81%，其中普安偏高最為明顯(13%)，望謨偏高最少。日照空間分布特征與冬季平均差異明顯：Ⅰ型靜止鋒背景下僅望謨和興義每日平均有0.1 h的日照。Ⅰ型靜止鋒背景下的平均風(fēng)速比冬季平均偏大0.3 m/s，其中安龍偏大最為明顯(0.7 m/s)。最大風(fēng)比冬季平均偏小0.2 m/s，其中普安偏小最為明顯(0.8 m/s)。