2023年1月延吉機場氣溫異常偏高成因分析

馬利柱

(吉林機場集團有限公司航務管理部延吉氣象分隊,延吉 133001)

0 引言

延吉機場位于吉林省東部一個四周環(huán)山的盆地里。延吉市屬于寒溫帶大陸性季風氣候,受西風帶環(huán)流和天氣系統(tǒng)的影響,冬季漫長寒冷,降雪較少[1]。2023-01-11延吉機場自觀實測氣溫達到3.8 ℃,遠遠高于該月最高氣溫平均值,屬于較極端的高溫事件。

為此,文章分析了延吉機場2012—2023年1月平均氣溫和最高氣溫的變化,得出氣溫呈上升趨勢,并通過延吉機場實際測得的較極端高溫事件分析天氣形勢及大氣環(huán)流的熱動力影響,得出延吉機場高溫天氣的形成機制。

1 資料來源和分析方法

1.1 資料來源

文章所用資料為中國氣象局提供的2023-01-11前后的高空各層天氣資料和地面天氣資料,延吉機場氣象臺2012—2023年1月自觀每小時氣溫、地面風速數據,數據總量為19,488個。

1.2 分析方法

用統(tǒng)計比較方法從19,488個數據中找出各種數據的變化情況及主要數據的平均值等。再用天氣形勢資料分析氣溫的變化原因。利用熱力學第一定律分析延吉機場氣溫變化的主要原因。

2 氣溫異常成因分析

2.1 氣溫異常特征及危險

2023-01-11/01-13,延吉機場13:00-15:00均出現連續(xù)3 h以上氣溫超過0 ℃的情況,尤其在11日13:18氣溫超過3.8 ℃,直接造成機坪邊緣的積雪和跑道、滑行道邊的積雪融化,融化形成的水流淌到機坪的停機位和跑道的低洼處,隨著15:00后的降溫凍結成冰,嚴重影響了飛機起降和飛機泊入機位。

從2012—2023年1月平均氣溫的變化情況(圖1)分析得出,2012年1月平均氣溫最低(-15.7 ℃),2019年1月平均氣溫最高(-10.0 ℃),2023年1月平均氣溫為-13.1 ℃,2012—2023年1月平均氣溫呈波浪式變化[2]。2012—2015年1月平均氣溫逐年上升,上升幅度為4.6 ℃;2015—2019年1月平均氣溫處于“三高兩低”的波浪式變化中;2019—2021年1月平均氣溫快速下降,最大降幅為4.2 ℃;2022—2023年1月平均氣溫變化相對平穩(wěn),2023年1月平均氣溫比2022年只降低了0.1 ℃。

圖1 2012—2023年1月平均氣溫的變化

由2012—2023年1月最高平均氣溫的變化情況(圖2)分析得出,2012年1月最高平均氣溫最低,為-8.1 ℃,2019年1月最高平均氣溫為-2.3 ℃,2023年1月最高平均氣溫為-5.8 ℃。2013—2015年1月最高平均氣溫逐年上升,最大上升幅度為6.0 ℃;2015—2019年1月最高平均氣溫處于“三高兩低”的波浪式變化中,與該時期1月平均氣溫的變化趨勢相同;2019—2021年1月最高平均氣溫處在下降的區(qū)間,最大降幅為5.2 ℃;2022—2023年最高平均氣溫相對上升,2023年1月最高平均氣溫比2022年1月最高平均氣溫上升了0.2 ℃。2023年1月最高平均氣溫約等于2012—2023年1月最高平均氣溫的平均值(-5.8 ℃)。

圖2 2012—2023年1月最低/最高平均氣溫的變化

從2012—2023年1月最低平均氣溫的變化情況(圖2)分析得出,2012年1月的最低平均氣溫為-21.8 ℃,2013年1月最低平均氣溫(-24.5 ℃)為12 a來最低值,2023年1月最低平均氣溫為-21.5 ℃。2013—2015年1月最低平均氣溫逐年上升,最大上升幅度為8.8 ℃;2015—2019年1月最低平均氣溫處于“三高兩低”的波浪式變化中,與該時期1月最高平均氣溫的變化情況相同;2019—2021年1月最低平均氣溫處在下降的區(qū)間,最大降幅為4.1 ℃;2022—2023年最低平均氣溫變化相對平穩(wěn),2023年1月最低平均氣溫比2022年1月最低平均氣溫降低了1.0 ℃。2023年1月最低平均氣溫低于2012—2023年1月最低平均氣溫的平均值(3 ℃)。

從2012—2023年1月13:00,14:00和15:00氣溫平均值變化(圖3)分析得出,2012年1月13:00氣溫的平均值為-9.4 ℃,2019年1月13:00氣溫的平均值為-3.7 ℃,2012—2014年1月13:00氣溫平均值溫和上升,2014—2015年1月13:00氣溫平均值上升幅度較大,上升值為2.6 ℃,2015—2019年1月13:00氣溫平均值處于“三高兩低”的波浪式變化中,2018—2019年1月13:00氣溫平均值上升幅度最大(4.8 ℃),2019—2021年1月13:00氣溫平均值處于下降區(qū)間,最大降幅為3.7 ℃(2020—2021年),降幅超過2014—2015年上升幅度(2.6 ℃)1.1 ℃;2022—2023年1月13:00氣溫平均值沒有變化,均為-7.3 ℃。

圖3 2012—2023年1月13:00,14:00和15:00氣溫平均值變化

2012—2023年1月14:00和15:00氣溫平均值變化趨勢與13:00相同。

2023-01-10/01-13延吉機場12:00—15:00氣溫均異常,在0 ℃以上,最高氣溫在11日13:18達到3.8 ℃,該溫度較2012—2023年1月平均氣溫(-13.1 ℃)高16.9 ℃,較2012—2023年1月最高氣溫平均值(-5.8 ℃)高9.6 ℃,較2012—2023年1月13:00氣溫平均值(-6.3 ℃)高10.1 ℃,同時較2019年1月13:00氣溫平均值(-3.7 ℃)高7.5 ℃,這說明2023-01-11T13:00氣溫異常偏高,大大超出了1月氣溫正常變化范圍,給延吉機場飛機飛行安全帶來了很大的威脅,影響了航班的正常起降,給飛行保障工作造成很大的困難和成本支出。

2.2 氣溫異常與大氣環(huán)流相關性分析

2.2.1 500 hPa大氣環(huán)流分析

根據10日08:00 500 hPa大氣環(huán)流形勢分析得出,延吉機場西北側中高緯度為平直的緯向環(huán)流,西風帶較為平直,只是略有上揚。平直的緯向環(huán)流西起50°E,東到115°E,跨越了65個經度,平直的緯向環(huán)流有效地阻擋了較冷的西北氣流南下,為11日的增溫奠定了基礎。從11日08:00 500 hPa大氣環(huán)流形勢中分析得出,平直緯向環(huán)流向東移動了一定經度,在延吉機場西北側較高緯度有西風指數較大的區(qū)域[3]。由于太陽的輻射是隨緯度的升高而減弱的,因此在西風指數較大的區(qū)域南北兩側形成輻射強度的較大差異,造成西風帶中的南北溫度梯度增大,鋒區(qū)較強,表現為鋒區(qū)等壓線密集。在緯向環(huán)流控制下,南北向氣流沒有明顯的能量交換,較冷的空氣很難穿過鋒區(qū)向南移動,只能隨鋒區(qū)自西向東移動。

根據熱力學第一定律可知,引起某地氣溫變化的因子主要有溫度平流和垂直運動及非絕熱因子,延吉機場高空北側有較強的緯向鋒區(qū)阻擋,很難受到冷空氣帶來的冷平流影響,加上太陽對延吉機場的輻射增強,造成了11日延吉機場中午氣溫異常偏高。

2.2.2 地面形勢分析

從10日和11日的地面天氣資料分析得出,吉林省中東部、華北南部到山東半島以及朝鮮半島西部均為地面高壓控制,有下沉運動,有下沉增溫和不利于云的形成,同時地面風速較小,有利于太陽輻射增溫,地面形勢是造成延吉機場氣溫偏高的因素之一。

2.3 氣溫異常與大氣的垂直運動、云量分析

根據11日高空500 hPa和700 hPa天氣資料分析,延吉機場對流層中高層為高壓脊控制,是反氣旋環(huán)流。根據天氣學原理可知,垂直運動是影響氣溫變化的主要因子。反氣旋控制下的區(qū)域大氣產生下沉運動,延吉機場上空正好處于大氣的下沉運動中,下沉運動造成延吉機場上空大氣絕熱增溫,為延吉機場出現氣溫異常偏高提供了有利的垂直運動絕熱增溫因素。

當反氣旋位于延吉機場上空時,產生大氣下沉運動增溫的同時,還會造成延吉機場上空云量的減少,根據延吉機場例行天氣觀測實況記錄,11日00:00—12日14:00均沒有中、低云,只有少量的6000 m的高云記錄,使得太陽射入地表的短波輻射大大增加,同時延吉機場上空大氣的水汽含量較少,吸收和反射太陽短波輻射較少,更有利于地表氣溫的升高,這也是造成延吉機場11日中午氣溫異常偏高的因素之一。當延吉機場11日中午的氣溫達到3.8 ℃時,主要產生兩個方面的影響:其一是延吉機場地面因增溫而產生空氣上升運動,地表氣壓略有下降;其二是機場停機坪邊緣和跑道兩側的積雪融化,積雪融化后近地面層大氣的水汽含量增加?？諝馍仙\動及近地面水汽含量增加導致機場上空大氣水汽含量的相對增加,也會增大水汽吸收和反射的太陽短波輻射,從而改變太陽短波輻射到達地面的量及強度,加之冬季的太陽輻射角度因素,延吉機場的氣溫快速下降,融化產生的液態(tài)水在沒有被完全蒸發(fā)的情況下又被凍結成冰層,給機場的安全運行帶來很大的隱患。

2.4 氣溫異常與地面風向風速分析

根據延吉機場10日00:00—12日24:00共72 h的例行天氣報告,統(tǒng)計10日00:00—13日24:00地面風向風速得出,最大風速為2 m/s的有22時次,約占72個時次的30%;靜風(風速為0 m/s)有29個時次,約占72個時次的40%;21個時次為微風(風速為1 m/s),約占72個時次的30%。在風速為2 m/s的22個時次中,風向為偏南的有12個時次,約占22個時次的55%;風向偏西的有5個時次,約占22個時次的23%;風向偏東的有4個時次,約占22個時次的17%;風向不定的有1個時次,約占22個時次的5%。風速為2 m/s的情況中風向偏南占比達50%以上,說明偏南風帶來了較暖的空氣,有利于延吉機場11日中午氣溫異常偏高的出現[4]。

延吉機場自觀設備安裝在跑道北側廣大平坦的土地上,冬季有積雪覆蓋,沒有被加熱的可能,因此不受非絕熱因子的影響[5-7]。

3 結束語

文章通過統(tǒng)計分析延吉機場2012—2023年1月氣溫數據后得出以下結論:

1)2012—2023年1月平均氣溫呈階段性波動變化特征;2012—2023年1月最低平均氣溫、最高平均氣溫的變化與2012—2023年1月平均氣溫的階段性波動變化基本相同;2012—2023年1月13:00,14:00和15:00氣溫平均值變化情況與上述相同。

2)2023-01-11T13:18出現氣溫異常偏高與500 hPa大氣環(huán)流有關,在緯向環(huán)流控制下,氣流南北向交換減弱,冷平流難以向延吉機場方向移動。

3)2023-01-11T13:18出現氣溫異常偏高與地面高壓控制有關,下沉運動不利于低云的形成,同時地面風速較小,有利于太陽輻射增溫。

4)2023-01-11T13:18出現氣溫異常偏高與延吉機場上空反氣旋控制有關,反氣旋控制產生大氣下沉運動增溫的同時,造成了延吉機場上空云量的減少,有利于太陽輻射增溫。

5)2023-01-11T13:18出現氣溫異常偏高與延吉機場偏南風帶來較暖的空氣有關,偏南風帶來較暖的溫度平流有利于延吉機場11日中午氣溫異常偏高的出現。