2010—2019年春季影響大連的溫帶氣旋特征及爆發(fā)性氣旋成因分析

李燕 賽瀚 黃艇 高燕

(1.大連市氣象臺(tái)，遼寧 大連 116001；2.普蘭店市氣象局,遼寧 大連 116200)

引言

溫帶氣旋是影響中高緯度地區(qū)大范圍天氣變化的重要天氣系統(tǒng)之一，多在鋒區(qū)附近產(chǎn)生風(fēng)雨天氣，嚴(yán)重時(shí)伴有暴雨、暴雪或強(qiáng)對(duì)流天氣，近地面最大風(fēng)力甚至可達(dá)10級(jí)以上，能夠造成大范圍劇烈的天氣災(zāi)害，直接或間接導(dǎo)致較嚴(yán)重的人民生命財(cái)產(chǎn)損失，因此研究溫帶氣旋的氣候特征以及所造成的災(zāi)害性天氣具有重要的科學(xué)和實(shí)際意義[1-2]。

目前國內(nèi)外很多專家學(xué)者對(duì)溫帶氣旋的發(fā)展、變化以及所造成的影響進(jìn)行過研究[3-5]。很多學(xué)者發(fā)現(xiàn)溫帶氣旋的路徑有明顯的北移特征。王新敏等[6]研究氣候變暖背景下溫帶氣旋變化，發(fā)現(xiàn)在全球變暖背景下，北半球氣旋活動(dòng)的變化顯示出在中緯度活動(dòng)明顯減少，而在高緯度增加的趨勢(shì)，意味著氣旋的路徑已經(jīng)明顯北移。研究其原因，發(fā)現(xiàn)氣旋活動(dòng)的變化與對(duì)流層斜壓性、急流以及北大西洋濤動(dòng)、海溫梯度等有關(guān)。秦聽和魏立新[7]對(duì)出現(xiàn)在中國近海的溫帶氣旋(氣旋生命史1 d以上，移動(dòng)距離大于500 km)的時(shí)空分布特征進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)進(jìn)入中國近海的溫帶氣旋數(shù)量呈現(xiàn)春夏多而秋冬少的特點(diǎn)。氣旋數(shù)量呈增加趨勢(shì)，其中北部海區(qū)氣旋數(shù)量增加達(dá)到顯著水平，影響中國近海的氣旋路徑有北移的趨勢(shì)。進(jìn)入中國近海的溫帶氣旋主要有4個(gè)生成源地，按比例由高到低分別是江淮氣旋(38.9%)，東海氣旋(25.2%)，黃河氣旋(24.3%)以及蒙古氣旋(11.6%)。氣旋入海后，當(dāng)大氣海洋條件適合時(shí)，可以爆發(fā)性增長。

大連位于溫帶氣旋密集活動(dòng)的中高緯東部沿海地區(qū)，從近幾年的天氣形勢(shì)演變可以看出，受溫帶氣旋影響災(zāi)害嚴(yán)重，例如2007年3月4日溫帶氣旋北上和2016年5月3日溫帶氣旋北上，大連地區(qū)均出現(xiàn)了暴雨天氣和11級(jí)以上大風(fēng)天氣，造成了極其嚴(yán)重的災(zāi)害和經(jīng)濟(jì)損失。因此有必要針對(duì)溫帶氣旋對(duì)大連的影響進(jìn)行研究。這兩次造成大連嚴(yán)重災(zāi)害的北上溫帶氣旋均出現(xiàn)在春季，并且有專家研究發(fā)現(xiàn)溫帶氣旋活動(dòng)以春季最為顯著[8]。本文針對(duì)2010—2019年春季影響大連的溫帶氣旋進(jìn)行分析，在此基礎(chǔ)上，對(duì)春季的爆發(fā)性溫帶氣旋路徑進(jìn)行分析。為了進(jìn)一步理解爆發(fā)性氣旋的致災(zāi)原理，對(duì)春季兩次爆發(fā)性溫帶氣旋(即2016年5月3日和2007年3月4日)北上造成大連地區(qū)極端天氣的物理機(jī)制進(jìn)行對(duì)比分析，著重研究氣旋在入海后的性質(zhì)變化以及造成大連地區(qū)暴雨、大風(fēng)的物理機(jī)制，分析春季影響大連地區(qū)的溫帶氣旋的共性特征，為今后此類過程的預(yù)報(bào)預(yù)警提供參考。

1 資料與方法

1.1 資料來源

利用常規(guī)和加密氣象觀測(cè)資料、逐6 h的NCEP 0.25°×0.25°再分析資料[9]、Micaps高空和地面實(shí)況資料，對(duì)2010—2019年春季進(jìn)入黃渤海的溫帶氣旋以及對(duì)大連造成天氣影響的氣候特征進(jìn)行分析。利用Micaps高空和地面實(shí)況資料、云圖資料等從環(huán)流形勢(shì)、物理量場(chǎng)方面對(duì)發(fā)生在大連地區(qū)的2016年5月2—3日(簡稱“20160503過程”)和2007年3月3—5日(簡稱“20070304過程”)的兩次溫帶氣旋產(chǎn)生的極端天氣過程進(jìn)行對(duì)比分析。

1.2 研究方法

本文研究的溫帶氣旋是指源地位于30°N以北區(qū)域的氣旋。春季是指3—5月。使用海平面氣壓場(chǎng)數(shù)據(jù)，采用計(jì)算機(jī)客觀識(shí)別[10]和主觀識(shí)別兩種方法，分析溫帶氣旋的強(qiáng)度和路徑等信息[11]。計(jì)算機(jī)識(shí)別會(huì)受大尺度系統(tǒng)和小尺度噪聲影響，結(jié)果與實(shí)際會(huì)有偏差，所以先利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行初步篩選，然后再主觀判斷。氣旋中心的計(jì)算機(jī)初步識(shí)別方法[11-12]，一是5°范圍內(nèi)的局地最小值，且氣壓值小于1020 hPa；二是局地內(nèi)的氣壓差值大于2 hPa，并通過分析其分布，發(fā)現(xiàn)當(dāng)其值大于1×10-5hPa·km-2時(shí)，該點(diǎn)一般位于閉合等壓線內(nèi)；三是▽2p>1×10-5hPa·km-2。

氣旋路徑識(shí)別[11-12]：設(shè)t時(shí)刻的位點(diǎn)A，t+1時(shí)刻的位點(diǎn)B，當(dāng)B滿足：(1)AB間氣旋平均移動(dòng)速率小于50 m·s-1；(2)B點(diǎn)相對(duì)A點(diǎn)經(jīng)度上向西不超過5°[8]；(3)B是滿足這些條件的距A最近的位點(diǎn)，則視AB為同一個(gè)氣旋過程。

對(duì)客觀識(shí)別結(jié)果，主觀分析天氣圖資料進(jìn)行核對(duì)篩選，最終確定所要研究的溫帶氣旋數(shù)據(jù)信息。客觀選出2010—2019年春季進(jìn)入黃渤海的溫帶氣旋77個(gè)，主觀篩選結(jié)果為71個(gè)，空選率為8%。

2 結(jié)果分析

2.1 春季進(jìn)入渤海和黃海溫帶氣旋的氣候特征

2.1.1 氣旋頻數(shù)

對(duì)2010—2019年春季進(jìn)入到渤海、黃海的溫帶氣旋的頻次特征統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)10 a中進(jìn)入渤海、黃海的氣旋的頻數(shù)共71例，以2011年和2018年頻數(shù)最多(10個(gè))，2014年最少(3個(gè))。就月份而言，4月最多(30個(gè))，平均每年3個(gè)；3月最少(18個(gè))，平均每年1.8個(gè)，其中2014年、2016年、2017年3月沒有進(jìn)入到渤海、黃海的氣旋。從這10 a的總平均狀況來看，每年春季平均有7.1個(gè)氣旋進(jìn)入到渤海、黃海，月平均為2.4個(gè)。由此可見，春季進(jìn)入大連周邊海域并有可能對(duì)大連地區(qū)造成嚴(yán)重天氣的溫帶氣旋發(fā)生頻次是比較多的。

2.1.2 氣旋路徑

本文氣旋路徑主要是統(tǒng)計(jì)分析溫帶氣旋先進(jìn)入大連周邊哪個(gè)海域，通過分析發(fā)現(xiàn)，進(jìn)入黃海北部的氣旋最多，為67.6%，進(jìn)入渤海的氣旋次之，為29.6%，進(jìn)入渤海海峽的氣旋最少，只有2.8%。而進(jìn)入渤海的氣旋中有一半以上(57%)經(jīng)過遼東半島南部進(jìn)入黃海，也就是說，共有84.5%的溫帶氣旋會(huì)進(jìn)入黃海北部，說明春季溫帶氣旋北上對(duì)大連東部沿海的影響幾率遠(yuǎn)高于其他地區(qū)。

2.1.3 大風(fēng)降水天氣

對(duì)2010—2019年春季進(jìn)入渤海、黃海的溫帶氣旋對(duì)大連地區(qū)造成的大風(fēng)、降水天氣影響進(jìn)行分析(表1)，發(fā)現(xiàn)沒有產(chǎn)生大風(fēng)、降水天氣影響的較少，只占17%，73%入黃渤海氣旋均對(duì)大連造成大風(fēng)或降水影響，其中49%風(fēng)雨影響同時(shí)發(fā)生。說明春季溫帶氣旋進(jìn)入大連周邊的渤海和黃海后，常會(huì)給大連地區(qū)帶來大風(fēng)、降水等嚴(yán)重天氣，因此溫帶氣旋是春季影響大連地區(qū)天氣變化的重要天氣系統(tǒng)之一。

表1 2010—2019年進(jìn)入到渤海、黃海的氣旋造成大連地區(qū)大風(fēng)、降水天氣次數(shù)

2.1.4 爆發(fā)性氣旋

Sanders和Gyakum[13]于1980年提出貝吉龍定義法：一個(gè)溫帶氣旋在60°N，24 h取其平均中心氣壓降低率至少為1 hPa·h-1時(shí)，則此溫帶氣旋為“氣象炸彈”或爆發(fā)性發(fā)展氣旋[14-17]。在實(shí)際工作中，為使用方便多采用標(biāo)準(zhǔn)緯度貝吉龍定義法，也就是不論氣旋中心在哪一緯度上，加深率24 h達(dá)到60°N上的臨界值24 hPa或者12 h達(dá)到45°N上的臨界值12 hPa的氣旋，均稱為爆發(fā)性氣旋[18]。

根據(jù)地面觀測(cè)資料普查了2010—2019年進(jìn)入黃渤海氣旋中爆發(fā)性氣旋，一共出現(xiàn)了10次。對(duì)于黃渤海來說，爆發(fā)性氣旋沒有明顯的年際變化，集中發(fā)生在春季和秋季，頻率最大在4月、5月、11月，其中春季最多，為50%。爆發(fā)性氣旋路徑基本均由西南向東北方向移動(dòng)(圖1)，影響大連氣旋爆發(fā)性發(fā)展的初始位置具有明顯的季節(jié)性變化。夏季爆發(fā)性氣旋主要發(fā)生在30°—35°N，春秋兩季均在35°—40°N。

圖1 2010—2019年黃渤海爆發(fā)性氣旋路徑

由圖1統(tǒng)計(jì)的春季發(fā)生的爆發(fā)氣旋可以看出，2015年5月11—12日和20160503過程路徑比較接近，但通過對(duì)兩次過程的氣旋移動(dòng)路徑和中心氣壓變化進(jìn)行對(duì)比分析可知，雖然兩次過程氣旋的路徑基本一致，但2015年5月11—12日氣旋快速發(fā)展時(shí)已經(jīng)離開大連進(jìn)入遼寧中北部地區(qū)，所以對(duì)大連地區(qū)的影響較?。欢?0160503過程氣旋快速發(fā)展時(shí)正位于黃海北部至大連東北部，所以對(duì)大連地區(qū)的影響較大，出現(xiàn)暴雨和強(qiáng)風(fēng)天氣，與歷史上20070304過程的江淮氣旋北上造成大連地區(qū)強(qiáng)風(fēng)暴雨天氣有相似之處，因此對(duì)這兩次春季江淮氣旋北上影響大連地區(qū)的天氣過程進(jìn)行對(duì)比分析。

2.2 兩次典型春季溫帶氣旋天氣實(shí)況

20160503過程主要發(fā)生在2016年5月2日夜間至3日夜間(時(shí)長約36 h)，大連地區(qū)出現(xiàn)了大到暴雨，個(gè)別站點(diǎn)出現(xiàn)大暴雨天氣，暴雨以上量級(jí)主要出現(xiàn)在中部及西北部地區(qū)，全區(qū)8個(gè)主要站點(diǎn)中，有4個(gè)達(dá)到了暴雨量級(jí)，其中位于大連西北部的瓦房店最大，為68 mm，有三個(gè)站達(dá)到了大暴雨量級(jí)，分別為瓦房店的東馬屯107 mm、老帽山100 mm，普蘭店的同益100 mm，這是2016年大連地區(qū)首場(chǎng)暴雨，主要降水時(shí)間集中在2日半夜后至3日白天(時(shí)長約20 h)。降水的同時(shí)還伴有西北大風(fēng)，從3日凌晨至半夜大風(fēng)持續(xù)時(shí)間20 h左右，極大風(fēng)速達(dá)到了9—11級(jí)，其中最大出現(xiàn)在瓦房店，為32.3 m·s-1。大風(fēng)造成大棚、房屋、廣告牌嚴(yán)重受損，養(yǎng)殖雞(牛)舍大量損毀，樹木倒伏嚴(yán)重，果樹開花、坐果掉落，通電、通訊線桿倒伏，10 kV線路跳閘造成停電停水，經(jīng)濟(jì)損失嚴(yán)重。

20070304過程主要發(fā)生在2007年3月3日半夜至4日夜間(時(shí)長約33 h)，大連地區(qū)出現(xiàn)暴雨天氣，全區(qū)主要站點(diǎn)均出現(xiàn)了暴雨量級(jí)，其中大連東北部的莊河最大為77 mm。由于降水時(shí)間在3月初，氣溫較低，降水相態(tài)有雨凇、冰粒、降雪等，但由于降溫時(shí)間較降水時(shí)間偏晚，因此主要以降雨為主。出現(xiàn)暴雨天氣同時(shí)，同樣也伴有大風(fēng)天氣，從4日上午至5日大風(fēng)持續(xù)時(shí)間48 h左右，主要強(qiáng)風(fēng)時(shí)段在4日夜間到5日白天(時(shí)長約24 h)。此次過程為偏北大風(fēng)，陸地平均最大風(fēng)力7—9級(jí)，陣風(fēng)9—12級(jí)；海區(qū)平均最大風(fēng)力9—11級(jí)，最大陣風(fēng)13級(jí)(成山頭)；2 min最大風(fēng)速旅順最大，為21.2 m·s-1；極大風(fēng)速旅順和金州均為33 m·s-1。這次過程極大風(fēng)速也是1981年以來的極值。此次暴雨大風(fēng)過程造成人身傷亡事故4起，7人死亡；全市農(nóng)漁業(yè)生產(chǎn)嚴(yán)重受災(zāi)，工業(yè)企業(yè)基本停產(chǎn)；電網(wǎng)嚴(yán)重受損，大面積停電，城市公用設(shè)施受損嚴(yán)重，出現(xiàn)大面積停水、停熱、停氣，中小學(xué)校停課。

兩次過程不同之處是20160503過程發(fā)生在春末，降水相態(tài)為雨，主要站點(diǎn)50%出現(xiàn)暴雨，主要在中、西北部，大風(fēng)風(fēng)向?yàn)槲鞅憋L(fēng)，造成災(zāi)害損失的天氣現(xiàn)象主要是大風(fēng)；20070304過程發(fā)生在春初，降水相態(tài)復(fù)雜，主要站點(diǎn)均出現(xiàn)了暴雨，大風(fēng)風(fēng)向?yàn)楸憋L(fēng)，造成災(zāi)害損失的天氣現(xiàn)象是復(fù)雜的強(qiáng)降水現(xiàn)象和大風(fēng)。兩次過程均出現(xiàn)了暴雨，降雨時(shí)間均為33—36 h；均出現(xiàn)了大風(fēng)，大風(fēng)持續(xù)時(shí)間為20—24 h，主要站點(diǎn)最大陣風(fēng)均為12級(jí)；并且均有很嚴(yán)重的災(zāi)害損失。

2.3 兩次典型春季溫帶氣旋的天氣形勢(shì)

2.3.1 20160503過程

2016年5月2日08時(shí)，500 hPa冷空氣從貝加爾湖地區(qū)南下至中國河套地區(qū)形成大槽，大槽東移加強(qiáng)，2日20時(shí)大連位于加深的大槽前，降水開始，但量級(jí)不大，3日08時(shí)大槽東北移過程中繼續(xù)加強(qiáng)，在渤海形成低渦，中心值為548 dagpm(圖2a)。低層850 hPa槽前西南急流在1日已經(jīng)建立，位于渤海西岸，最大風(fēng)速可以達(dá)到16 m·s-1，之后冷槽向東北移動(dòng)并加強(qiáng)，2日08時(shí)在山東半島形成低渦，2日20時(shí)冷渦繼續(xù)加強(qiáng)北移至渤海海峽，中心值為140 dagpm，在低渦的東南和西北象限隨著低渦的旋轉(zhuǎn)，對(duì)應(yīng)有南北兩個(gè)水汽輸送帶，低渦經(jīng)過渤海海峽有明顯加強(qiáng)。從溫度平流剖面圖上看(圖3a)，3日02時(shí)開始大連上空由暖平流向冷平流轉(zhuǎn)換，3日08時(shí)大連上空400 hPa以下均為冷平流，并且達(dá)到最強(qiáng)，850 hPa附近達(dá)-52×10-5℃·s-1，表明中低層有強(qiáng)冷空氣入侵，此時(shí)冷渦中心強(qiáng)度為124 dagpm(12 h下降了16 dagpm)出現(xiàn)大風(fēng)天氣，大連的西部、南部地區(qū)位于低渦的西北象限，而東部地區(qū)位于低渦東側(cè)，大連全區(qū)位于水汽輸送帶和強(qiáng)的上升運(yùn)動(dòng)區(qū)，主要降水時(shí)段開始，3日20時(shí)低渦位于遼寧和吉林交界處，中心值為120 dagpm，說明在這段時(shí)間，冷渦加強(qiáng)并且移動(dòng)緩慢。從云圖上看，低渦在緩慢向東北移動(dòng)過程中，不斷逆轉(zhuǎn)，其西北象限的水汽輸送不斷加強(qiáng)，西北方向有冷空氣匯入，冷空氣和暖濕水汽交匯，使低渦西北象限上空有降水云系不斷發(fā)展和維持，大連的西北部地區(qū)一直位于其發(fā)展的降水云帶中，因此大連的西北部地區(qū)降水較大。

位勢(shì)高度單位為dagpm，風(fēng)矢量每條短劃線為2 m·s-1、每條長劃線為4 m·s-1(下同);圖c和圖d單位為hPa

地面圖上，2016年5月1日夜間在河套東側(cè)有弱氣旋形成，中心值為1002.5 hPa，之后氣旋向東北方向移動(dòng)，2日20時(shí)氣旋中心位于山東半島，緩慢向東北移動(dòng)，經(jīng)過渤海海峽，強(qiáng)度迅速加強(qiáng)，中心氣壓以每3 h近5 hPa的速度減小，至3日08時(shí)中心氣壓降為985 hPa，中心位于莊河?xùn)|部海面上。氣旋移動(dòng)過程中，其西北象限的強(qiáng)梯度區(qū)和強(qiáng)降水區(qū)從大連的南部向北推進(jìn)，降水增大、大風(fēng)增強(qiáng)，大連東部的莊河、長海位于氣旋的北偏東位置，降水和大風(fēng)稍弱。3日14時(shí)氣旋強(qiáng)度達(dá)到此次過程的最強(qiáng)，中心值為977.5 hPa，位于遼寧的東部地區(qū)，此時(shí)大連地區(qū)全區(qū)均位于氣旋的西側(cè)(圖2c)，此時(shí)段出現(xiàn)了11級(jí)陣風(fēng)。由于氣旋中心偏北，冷空氣匯入?yún)^(qū)底部即螺旋云帶尾部位于大連的西北部，此時(shí)大連的南部地區(qū)降水開始減弱，而大連西北部的瓦房店地區(qū)降水較強(qiáng)，氣旋向東北移動(dòng)速度較慢，并不斷旋轉(zhuǎn)，因此這個(gè)螺旋云帶的尾部長時(shí)間影響瓦房店地區(qū)，出現(xiàn)了6 h內(nèi)50 mm的短時(shí)暴雨。3日20時(shí)氣旋中心進(jìn)入吉林境內(nèi)，大連降水結(jié)束，大風(fēng)逐漸減弱。

2.3.2 20070304過程

2007年3月3日08時(shí)500 hPa貝加爾湖以北地區(qū)有一冷渦，冷渦中心位勢(shì)高度值為504 dagpm，并有一個(gè)-48 ℃的強(qiáng)冷中心，河套地區(qū)有一經(jīng)向型西風(fēng)槽；4日08時(shí)，貝加爾湖附近的低渦槽稍有東移，到蒙古國東部上空，槽后不斷有冷空氣南下，影響內(nèi)蒙古東部、中國東北地區(qū)，河套槽的北段移速較快，槽呈東北—西南向，其北部移到中國華北地區(qū)上空，槽前的西南氣流輻合，為此次極端暴雨大風(fēng)天氣過程提供了水汽和動(dòng)力條件(圖2b)。對(duì)流層低層700 hPa上3日20時(shí)有一支西南強(qiáng)風(fēng)速中心從中國華北南部經(jīng)山東半島伸向大連南部地區(qū)，低空急流開始建立；由于北支槽后冷空氣不斷匯入南支河套槽，使河套槽加強(qiáng)，在江淮一帶形成低渦，4日08時(shí)低渦進(jìn)入渤海海峽、黃海北部后低渦繼續(xù)加強(qiáng)，中心強(qiáng)度為292 dagpm(圖略)。對(duì)應(yīng)850 hPa圖上，3日08時(shí)，江淮地區(qū)也有一低渦生成，低渦迅速向東北方向移動(dòng)，4日08時(shí)低渦的中心位置移到山東半島北部至渤海海峽，低渦強(qiáng)度明顯增強(qiáng)，位勢(shì)降低6 dagpm以上(圖略)。從溫度平流剖面圖上看(圖3b)，4日08時(shí)前大連上空均為暖平流，并且在4日08時(shí)大連上空925 hPa附近有84×10-5℃·s-1的強(qiáng)暖平流中心，說明在早春季節(jié)海洋有增溫作用，有利于氣旋增強(qiáng)，水汽輻合抬升增強(qiáng)，有利于降水增強(qiáng)，為降水提供水汽，4日08時(shí)之后從近地層開始向中高層逐漸轉(zhuǎn)為負(fù)溫度平流，大風(fēng)降溫開始，降水相態(tài)由液態(tài)向固態(tài)轉(zhuǎn)變。

單位為10-5 ℃·s-1

地面圖上，3日20時(shí)在內(nèi)蒙中部至中國西北地區(qū)有一條東北—西南向的冷鋒，安徽中南部有一氣旋東北移加強(qiáng)，4日02時(shí)中心位于江蘇北部，中心氣壓1005 hPa，氣旋外圍云系已到達(dá)內(nèi)蒙古中東部和黑龍江南部，主要強(qiáng)降水云帶位于遼寧，在降水云帶上有中小尺度對(duì)流云團(tuán)生成，并自南向北影響大連地區(qū)。4日08時(shí)氣旋中心位于山東半島，中心氣壓為1002.5 hPa，強(qiáng)降水云系已經(jīng)覆蓋大連全區(qū)，這一時(shí)段為大連的主要降水時(shí)段，這時(shí)西北冷鋒南壓，其前鋒已經(jīng)影響遼寧西北部。4日14時(shí)氣旋中心位于黃海北部，中心氣壓為997.5 hPa，其西北側(cè)冷鋒后冷空氣從東北方南下卷入氣旋促使其發(fā)展加強(qiáng)(6 h中心氣壓加深5 hPa)，大連位于其西北側(cè)降水云帶中，大連東北部的普蘭店、莊河、長海位于西北側(cè)冷鋒與氣旋的交匯區(qū)(圖2d)，降水偏大，此時(shí)由于強(qiáng)冷空氣的匯入，降水性質(zhì)發(fā)生了變化，以雪為主。4日17時(shí)氣旋中心位于莊河和丹東交界的南部海面上，中心氣壓維持在997.5 hPa不變，大連主要位于其西側(cè)，降水主體基本結(jié)束，由于氣旋較強(qiáng)，與其西側(cè)大陸高壓形成較強(qiáng)的氣壓梯度，偏北大風(fēng)持續(xù)至4日夜間。

2.3.3 兩次過程對(duì)比

20160503過程爆發(fā)氣旋位于莊河略偏東的黃海上，冷空氣從北—西北方向南下，冷平流最強(qiáng)時(shí)氣旋爆發(fā)，3 h下降5 hPa，中心氣壓為977.5 hPa，20070304過程爆發(fā)氣旋位于長海東部的黃海上，冷空氣從東北方向南下，經(jīng)過暖洋面近地層為強(qiáng)暖平流時(shí)氣旋爆發(fā)，6 h下降5 hPa，中心氣壓為997.5 hPa；20160503過程大連只有中部、西北部位于氣旋的西北象限冷暖空氣交匯處，所以中部、西北部出現(xiàn)暴雨，20070304過程大連主要站點(diǎn)均位于氣旋的西北象限冷暖空氣交匯處，所以全區(qū)出現(xiàn)暴雨。但兩次過程均有江淮氣旋北上入海后變成爆發(fā)性氣旋，爆發(fā)性氣旋是暴雨大風(fēng)天氣過程的主要影響系統(tǒng)；貝加爾湖有冷空氣匯入與氣旋東南象限旋轉(zhuǎn)至西北象限的暖濕空氣交匯，大連位于冷暖空氣交匯處。

2.4 兩次典型春季溫帶氣旋災(zāi)害性天氣機(jī)制分析

2.4.1 高、低空急流與溫帶氣旋變化

20160503過程中，200 hPa有西北和西南兩支急流，當(dāng)5月2日08時(shí)西南急流開始加強(qiáng)時(shí)，氣旋開始發(fā)展，當(dāng)2日20時(shí)至3日14時(shí)達(dá)到最強(qiáng)時(shí)，氣旋快速發(fā)展；3日20時(shí)西南急流開始減弱時(shí)，氣旋減弱。從850 hPa流場(chǎng)上可以看出氣旋出現(xiàn)在低空西南急流出口區(qū)左側(cè)、加速發(fā)展的渦旋中心附近(圖略)。

20070304過程中，200 hPa上7月3日02時(shí)在內(nèi)蒙古中部至中國東北地區(qū)北部有一強(qiáng)風(fēng)速中心即高空急流中心，急流中心也不斷東移，急流軸從東西向旋轉(zhuǎn)為西南—東北向，3日17時(shí)850 hPa有一支東南急流建立，4日02時(shí)開始低空急流的次級(jí)環(huán)流的強(qiáng)上升支和高空急流的強(qiáng)輻散重合的區(qū)域從大連西部和南部向東移動(dòng)，形成深厚的上升氣流，使地面氣旋加強(qiáng)發(fā)展。低空急流中心北移強(qiáng)度增強(qiáng)，江淮氣旋也不斷北移增強(qiáng)，4日08時(shí)急流達(dá)到最強(qiáng)，中心值為28 m·s-1，此時(shí)低空急流出口區(qū)左側(cè)次級(jí)環(huán)流的強(qiáng)上升和高空急流入口區(qū)右側(cè)的輻散強(qiáng)度均達(dá)到最強(qiáng)，江淮氣旋位于此重疊區(qū)域(圖略)，東北移過程中開始爆發(fā)性發(fā)展。

從兩次過程高低空急流分析中可以看出，20160503過程受兩支高空急流中的西南急流影響，20070304過程一支高空急流東移旋轉(zhuǎn)為西南向。但兩次過程中江淮氣旋均位于低空急流出口區(qū)左側(cè)強(qiáng)上升運(yùn)動(dòng)和高空急流的強(qiáng)輻散重合的區(qū)域，此區(qū)域有明顯的水汽輻合、強(qiáng)上升運(yùn)動(dòng)和正切變渦度，有利于氣旋發(fā)生爆發(fā)性發(fā)展。

2.4.2 鋒區(qū)、冷暖空氣與溫帶氣旋變化關(guān)系

20160503過程中，氣旋上空對(duì)應(yīng)θse高值中心，其北側(cè)冷空氣堆上空向南推動(dòng)，高空鋒區(qū)的坡度、溫度水平梯度同時(shí)增大。底層假相當(dāng)位溫為302—318 K(圖4a)，500 hPa冷平流勢(shì)力強(qiáng)(為1×10-5—3×10-5K·s-1)，有強(qiáng)烈的不穩(wěn)定層結(jié)，底層的暖濕空氣爬升速度加強(qiáng)。鋒區(qū)的加強(qiáng)，配合強(qiáng)不穩(wěn)定層結(jié)，使上升運(yùn)動(dòng)加強(qiáng)。冷空氣鍥入暖空氣底層后，中空冷空氣更強(qiáng)更快形成陡立的高空強(qiáng)鋒區(qū)，迫使其前方較高位溫的暖空氣加速上升釋放不穩(wěn)定能量，地面氣旋急速減壓。鋒區(qū)前部暖脊加強(qiáng)發(fā)展為暖中心，起到阻擋作用，爆發(fā)氣旋維持少動(dòng)，影響時(shí)間延長，有利于降水累積。

20070304過程中，從西南有暖濕空氣向北輸送，貝加爾湖有冷舌向南輸送，7月3日17時(shí)暖舌伸到渤海海峽，冷空氣已南壓到30°N，東移到110°E。之后高能的暖舌繼續(xù)北伸，冷空氣向東南補(bǔ)充。4日02時(shí)開始冷暖空氣在大連的西北部交匯(圖4b)，形成強(qiáng)暖濕舌和濕斜壓鋒區(qū)，地面氣旋發(fā)展。直至5日05時(shí)，強(qiáng)暖舌伸展到大連北部，氣旋移離大連。假相當(dāng)位溫的暖舌為上升運(yùn)動(dòng)提供能量，西南氣流帶來的水汽和熱量在上升運(yùn)動(dòng)作用下使得暖舌增強(qiáng)，中低層強(qiáng)的濕不穩(wěn)定能量，又促使上升運(yùn)動(dòng)發(fā)展，有利于地面氣旋的強(qiáng)烈發(fā)展。

黑線為假相當(dāng)位溫，單位為K；色斑圖為鋒生函數(shù)，單位為10-9 K·s-1·m-1

從兩次過程鋒區(qū)、冷暖空氣分析可以看出，鋒區(qū)增強(qiáng)、坡度加大、移速放緩，鋒區(qū)兩側(cè)冷暖空氣的對(duì)峙明顯加強(qiáng)，強(qiáng)暖空氣上升速度加速釋放了強(qiáng)不穩(wěn)定能量，促使其前部江淮氣旋快速減壓呈爆發(fā)性發(fā)展。

2.4.3 溫帶氣旋與極端天氣的關(guān)系

兩次過程，溫帶氣旋經(jīng)過黃海后，均爆發(fā)性發(fā)展，溫帶氣旋前側(cè)有充足的暖濕氣流源源不斷輸送。大連位于水汽輸送帶前側(cè)，氣旋爆發(fā)性發(fā)展有利于上升運(yùn)動(dòng)加強(qiáng)，促使水汽垂直輸送，整層水汽充沛。當(dāng)?shù)涂占绷靼l(fā)展和冷、暖空氣交綏時(shí)，高濕、高溫的濕斜壓鋒區(qū)上便出現(xiàn)強(qiáng)降水。

大連地區(qū)均處于200 hPa急流輻散區(qū)、500 hPa低槽前急流、850 hPa急流頂部、高空鋒區(qū)，低空強(qiáng)正渦度、強(qiáng)輻合，高空強(qiáng)負(fù)渦度、強(qiáng)輻散，為強(qiáng)降水提供了水汽和動(dòng)力條件，強(qiáng)降水區(qū)與低層輻合中心和正渦度中心對(duì)應(yīng)(圖5和圖6)，與強(qiáng)鋒生區(qū)對(duì)應(yīng)(圖4a和圖4b)。強(qiáng)高能舌、高低層冷暖空氣對(duì)峙，為暴雨產(chǎn)生提供了熱力條件。低層低渦、爆發(fā)性氣旋東北部偏南氣流與偏北氣流形成的近地面切變輻合線為暴雨產(chǎn)生提供了觸發(fā)條件。

圖a風(fēng)速≥30 m·s-1；圖b風(fēng)速≥20 m·s-1；圖c風(fēng)速≥12 m·s-1；圖d黑線為渦度，單位為10-5·s-1，陰影為散度，單位為10-5·s-1

圖a風(fēng)速≥30 m·s-1；圖b風(fēng)速≥20 m·s-1；圖c風(fēng)速≥12 m·s-1；圖d黑線為渦度，單位為10-5·s-1，陰影為散度，單位為10-5·s-1

兩次過程的大風(fēng)天氣，是由于氣旋爆發(fā)性發(fā)展出現(xiàn)超強(qiáng)氣旋與周圍氣壓場(chǎng)形成強(qiáng)氣壓梯度、強(qiáng)3 h變壓及變壓梯度，在強(qiáng)高空風(fēng)動(dòng)力傳導(dǎo)下形成的。

3 結(jié)論與討論

(1)2010—2019年春季進(jìn)入到渤海、黃海的氣旋平均每年7.1個(gè)，平均每月為2.4個(gè)；溫帶氣旋進(jìn)入黃海北部的頻次最多，說明春季溫帶氣旋北上對(duì)大連東部沿海的影響幾率要遠(yuǎn)高于其他地區(qū)。近10 a進(jìn)入渤海、黃海的氣旋73%對(duì)大連造成大風(fēng)或降雨影響。

(2)近10 a進(jìn)入黃渤海的氣旋中爆發(fā)性氣旋集中發(fā)生在春季和秋季，其中春季最多占50%。爆發(fā)性氣旋路徑基本都是由西南向東北方向移動(dòng)。

(3)春季造成大連地區(qū)極端天氣的溫帶氣旋主要是因?yàn)榻?jīng)過黃渤海后短時(shí)間快速降壓，到大連陸地發(fā)生爆發(fā)性發(fā)展。溫帶氣旋的發(fā)展是由斜壓不穩(wěn)定使擾動(dòng)增幅引起，發(fā)展從低層開始，具有較強(qiáng)的鋒區(qū)和斜壓性。氣旋爆發(fā)階段位于正渦度平流最大的高空急流出口區(qū)，對(duì)應(yīng)低空位于低空急流左前方輻合。氣旋加強(qiáng)的主要原因是較強(qiáng)的冷、暖溫度平流匯入。

(4)暖濕空氣的異?；钴S并北上和冷空氣密切配合，是造成極端天氣事件的主要因素。暴雨的形成主要是溫帶氣旋帶來的暖濕氣流不斷輸送，強(qiáng)上升運(yùn)動(dòng)有利于水氣垂直輸送，整層水汽充沛。當(dāng)?shù)涂占绷靼l(fā)展和冷、暖空氣交綏時(shí)，出現(xiàn)了在高濕、高溫的濕斜壓鋒區(qū)上的強(qiáng)降水。北路強(qiáng)冷空氣與黃、渤海上爆發(fā)性發(fā)展的溫帶氣旋結(jié)合，造成大風(fēng)天氣。

(5)每個(gè)爆發(fā)性氣旋都有其不同特點(diǎn)，發(fā)生的季節(jié)、冷暖空氣的來源和強(qiáng)度、鋒區(qū)位置和強(qiáng)度等均有區(qū)別。例如春季后期海陸溫差不大，氣旋經(jīng)過海面，冷平流最強(qiáng)時(shí)氣旋爆發(fā)(20160503過程)，早春季節(jié)海陸溫差較大，氣旋經(jīng)過暖洋面近地層為強(qiáng)暖平流時(shí)氣旋爆發(fā)(20070304過程)等，由此造成的災(zāi)害性天氣的落區(qū)和強(qiáng)度也有各自的特點(diǎn)。因此，需要在共性特點(diǎn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行具體分析。