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摘要利用宝鸡市渭滨站、太白站气象站1957~2012年常规地面观测资料、2005~2009年地面、高空天气图资料和太白剖面站资料,分析太白县最高气温异常的时间分布、异常高温日气象要素及天气形势特征。结果表明,太白县最高气温年均异常39.6 d,呈上升趋势,趋势倾向率为1.7 d/10a;异常高温主要出现在冬、秋季,冬季最多,占总数的58.3%,秋、冬季合计占82.2%;异常高温的地面主要影响系统为低压,其可分为暖倒槽型和锋前暖区型;异常高温的出现和14:00逆温有密切关系;两者风向的局地差异是异常高温出现的主要原因之一。
关键词 异常高温;特征;气象要素;降水;风向
中图分类号 S164 文献标识码 A 文章编号 0517-6611(2015)22-157-03
气温预报是天气预报的重要组成部分,对于温度预报的研究一直是气象业务人员的工作重点。韩世刚等运用不同的气温预报方法对当地的最高、最低温度进行了研究,提高了温度预报的准确率[1-2]。肖明静等运用不同的数值预报温度产品进行本地化的分析与订正,得到模式的最佳应用效果[3-4]。梁理新等研究指出在没有大尺度系统过境时,近地层中影响气温变化的主要是非绝热过程[5]。宝鸡的气象科研人员也先后多次对宝鸡温度的气候变化规律和温度预报方法进行研究[6-10]。但近年来温度预报准确率仍然不尽理想,特别是最高气温预报准确率明显低于最低气温预报准确率。
通过近几年分县温度预报准确率结果来看,山区站温度预报准确率明显低于平原四县,进而影响了宝鸡整体温度预报准确率的提高,因此加强山区站的温度预报研究很有必要。太白气象站在秦岭腹地,海拔达1 536 m,而渭滨站海拔仅有630 m,通常渭滨站最高气温高于太白站[7],但在秋、冬季节会出现太白站最高气温高于渭滨站,从而使太白站的最高气温预报出现较大偏差,影响温度预报准确率。为此笔者分析了近50多年来这种异常现象的规律、气象要素场及近几年地面、高空天气形势,寻找到一些关系,力图为太白站温度异常寻找预报依据,进而提高温度预报准确率。
1 资料与方法
所用常规资料为宝鸡市渭滨区气象站和太白县气象站1957~2012年常规地面观测资料及2005~2009年地面、高空图资料。将渭滨站最高气温和太白站最高气温进行逐日对比,当太白站最高气温大于渭滨站最高气温时,定义为太白异常高温日,记为天数1 d。所用太白剖面站资料为2012年4月开始依太白山体海拔高度分别为755、907、1 376、1 988、2 000、2 253、2 329、2 768、3 213、3 378 m所建的10个乡镇级自动站资料。
2 异常高温的气候特征
2.1 年际变化
根据1957~2012年逐日渭滨站、太白站最高气温资料统计分析得出,56年间太白县共出现异常高温日2 218 d,年均39.6 d。从年际变化看(图1),异常高温天数呈现上升趋势,以1.7 d/10a的速率略微上升;1969年异常高温最多,为64 d,1961年最少,为13 d。
2.2 年代际变化
从年代际变化看,太白异常高温天数在1960~1969、1970~1979、1980~1989、1990~1999、2000~2009年分别为385、434、381、408、432 d,20世纪70年代、90年代、2000~2009年均为正距平,其余为负距平,其中20世纪70年代最高。
2.3 季变化
从季节变化看,太白异常高温主要发生在秋、冬季。冬季(12月~次年2月)共有1 293 d,为最多,占总数的58.3%;其次为秋季,有530 d,占总数的23.9%;春季有342 d,占总数的15.4%;夏季最少,有53 d,占总数的2.4%。秋、冬季出现的异常高温天数共占总数的82.2%。
2.4 月变化
由图2可见,太白异常高温全年每月均可出现。12月最多,异常高温天数共有544 d,占总日数的24.5%;其次为1月,有478 d,占总日数的21.6%;11月有347 d,占15.6%;2月有271 d,占总日数的12.2%;最少为6月,仅有3 d,占总日数的0.1%。11月~次年2月出现的异常高温天数共占总日数的74.0%。
3 气象条件分析
气象要素与大尺度天气形势密切相关。天气形势的变化必将导致气象要素的变化,影响温度变化的因子主要有云、风速、风向、低层大气稳定度、降水、相对湿度及地理环境等。
3.1 天气形势
3.1.1
地面天气形势。由于日最高气温主要受低层大气结构特征的影响,在此以地面天气图为主,依太白出现异常高温时宝鸡在天气系统中所处位置把地面天气形势归纳为:暖
倒槽型、锋前暖区型、高压底部型、高压后部型4类(图3)。
2005~2009年共发生太白异常高温213 d,通過对2005~2009年的地面天气形势进行分类,发现当地面天气形势为暖倒槽型时,太白异常高温天数最多,为89 d,占总日数的41.8%;其次为锋前暖区型,为87 d,占总日数的40.8%;第三位高压后部型,为19 d,占总日数的8.9%;最后为高压底部型,为18 d,约占总日数的8.5%。暖倒槽型和锋前暖区型出现的异常高温天数共占总日数的82.6%。
天气形势是不断演变的,且具有连续性。当冷空气从40°N附近东移由华北南下时,就使高压底部型转化为高压后部型;当冷空气从40°N附近东移从华北南下,104°E四川到陇东有倒槽发展时,高压底部型就转化为暖倒槽型;暖倒槽减弱东南移动,且西路有冷空气入侵,就使暖倒槽型转化为锋前暖区型。暖倒槽型和锋前暖区型主要为低压系统影响,可以归纳为低压系统影响型。 3.1.2
850 hPa温度场。太白站海拔为1 536 m,在高空图上处于850 hPa附近,分别分析太白异常高温日08:00和20:00 850 hPa温度场发现,08:00温度场上100°E青海湖附近通常有南北向或东北-西南向冷温槽(图4a)及冷中心,20:00温度场上104°E四川到陇东有暖脊(图4b)或暖区影响宝鸡,暖脊位置与地面图上暖倒槽位置对应较好。通过对2005~2009年的850 hPa温度场进行分类,发现08:00以青海湖冷温槽型或冷中心型为主,共168 d,占总日数的78.9%,其中冷温槽型111 d;其次为陕西冷温槽影响型,冷温槽位于陕西省上空,共26 d,占总日数的12.2%;其余类型共19 d,占总日数的8.9%。20:00以暖脊型为主,共138 d,占总日数的64.8%;其次为暖区影响型,暖区影响宝鸡,共59 d,占总日数的27.7%;其余类型共16 d,仅占总日数的7.5%。
3.2 相对湿度
异常高温出现时,太白站平均相对湿度为41%,渭滨站为55%,太白站平均相对湿度小于渭滨站平均相对湿度。太白站相对湿度小于渭滨站相对湿度有1 784 d,占总数的80.4%。渭滨站相对湿度大于太白站相对湿度是异常高温出现的原因之一。
3.3 降水
降水会促使最高气温下降。当渭滨站出现局地降水,最高气温出现下降,而太白没有出现降水,从而使太白站温度高于渭滨站。统计发现,上述情况只有75 d,仅占总数的3.4%;当渭滨站和太白站同时出现降水时,共计135 d,占总数的6.1%;当渭滨站无降水,而太白站出现降水时,共计50 d,占总数的2.3%;当渭滨站和太白站均未出现降水时,共计1 958 d,占总数的88.3%。由此说明,降水和异常高温的出现并无明显的相关关系。
3.4 风
通过对比14:00的风向发现,异常高温出现时,太白站风向以偏西风为主,有1 478 d,占总数的66.6%;其次为偏东风,有513 d,占总数的23.1%;第3为偏南风,有111 d,占总数的5.0%;最后为偏北风,有45 d,占总数的2.0%。而渭滨站的风向以偏东风为主,共1 742 d,占总数的78.5%;其次为静风,有314 d,占总数的14.2%;第3为偏西风,有59 d,占总数的2.7%;最后为偏北风,有28 d,占总数的1.3%。宝鸡地处青藏高原东侧,地势为西高东低。当吹西风时,气流下沉出现增温。因此,太白站与渭滨站风向的局地差异是异常高温出现的主要原因之一。
3.5 云
太阳辐射使地表温度升高,进而提高空气温度。当白天天空中云量增多时,部分太阳辐射会被反射、散射,影响最高气温的升高。通过统计异常高温日的云量发现,太白站平均云量为4成,渭滨站平均云量为5成,两者天空云量状况相当,所以云量造成的高温局地差异影响不大。
3.6 逆温
逆温是大气层结中低层温度低于高层温度的大气层结现象,有无逆温及逆温层结的高度将直接影响不同海拔高度气温的变化。分析2012年10~12月太白异常高温日的太白剖面站資料,统计10个站点14:00逆温表明(表1),25个异常高温日中,逆温有23 d,占异常高温日数的92.0%,其中接地逆温17 d,占68.0%,悬浮逆温6 d,占24.0%。接地逆温时,逆温层最高达2 253 m,逆温层结平均厚度为746 m;悬浮逆温时,逆温层最高2 253 m,逆温层结平均厚度为589 m。
宝鸡川塬区三面环山,山坡上的冷空气沿山坡下沉到川塬区(“喇叭口”)内,川塬区内的较暖空气被冷空气抬挤上升,从而出现温度的倒置现象,形成地形逆温。地形逆温也是异常高温出现的重要原因之一。
4 结论
(1)太白站年均异常高温天数39.6 d,呈上升趋势,趋势倾向率为1.7站次/10a。
(2)在季节变化上,太白站异常高温主要发生在冬、秋季。冬季为最多,占总数的58.3%;在月份变化上,12月最多,1月次之,两者分别占异常高温总数的24.5%、21.6%。
(3)太白站出现异常高温的地面天气形势有暖倒槽型、锋前暖区型、高压后部型、高压底部型4类。其中暖倒槽型和锋前暖区型产生的异常高温天数占总数的82.6%。低压影响宝鸡时,是太白高温高于渭滨高温的主要影响系统。
(4)850 hPa温度场形势中,08:00以青海湖冷温槽型或冷中心型为主,共168 d,占总日数的78.9%;20:00以暖脊型为主,共138 d,占总日数的64.8%。
(5)太白站风向以偏西风为主,渭滨站风向以偏东风为主,两者风向的局地差异是异常高温出现的主要原因之一。
参考文献
[1]韩世刚,吉莉,苟思,等.最高(低)温度PP法预报修正方案的比较研究[J].高原山地气象研究,2009,29(3):66-68.
[2] 李玉华,耿勃,吴炜,等.MOS,PP方法在降水及温度预报中的效果对比检验[J].山东气象,2000,20(4):14-16.
[3] 肖明静,隋明,范苏丹,等. 3种数值模式温度预报产品在山东应用的误差分析与订正[J].干旱气象,2012,30(3):472-477.
[4] 吴爱敏,路亚奇,李祥科,等.利用ECMWF产品对庆阳极端气温使用效果分析[J].干旱气象,2009,27(3):288-293.
[5] 梁理新,黄国宗.单站最高最低气温预报方法研究[J].广西气象,2006,27(S3):4-6,17.
[6] 李建芳,庞翻,李建军,等.宝鸡高温天气的气候特征[J].陕西气象,2007(3):30-32.
[7] 庞翻,李建芳,韩洁.近50年宝鸡气温变化趋势及规律[J].陕西气象,2012(6):28-32.
[8] 梁新兰,孟妙志.2006年春季宝鸡高温天气分析[J].陕西气象,2007(4):23-25.
[9] 李建芳.宝鸡市热岛效应变化特征分析[J].陕西气象,2009(4):5-7.
[10] 陈卫东,梁新兰,张雅斌,等.T213数值预报产品的温度预报释用技术[J].陕西气象,2003(6):7-9.
关键词 异常高温;特征;气象要素;降水;风向
中图分类号 S164 文献标识码 A 文章编号 0517-6611(2015)22-157-03
气温预报是天气预报的重要组成部分,对于温度预报的研究一直是气象业务人员的工作重点。韩世刚等运用不同的气温预报方法对当地的最高、最低温度进行了研究,提高了温度预报的准确率[1-2]。肖明静等运用不同的数值预报温度产品进行本地化的分析与订正,得到模式的最佳应用效果[3-4]。梁理新等研究指出在没有大尺度系统过境时,近地层中影响气温变化的主要是非绝热过程[5]。宝鸡的气象科研人员也先后多次对宝鸡温度的气候变化规律和温度预报方法进行研究[6-10]。但近年来温度预报准确率仍然不尽理想,特别是最高气温预报准确率明显低于最低气温预报准确率。
通过近几年分县温度预报准确率结果来看,山区站温度预报准确率明显低于平原四县,进而影响了宝鸡整体温度预报准确率的提高,因此加强山区站的温度预报研究很有必要。太白气象站在秦岭腹地,海拔达1 536 m,而渭滨站海拔仅有630 m,通常渭滨站最高气温高于太白站[7],但在秋、冬季节会出现太白站最高气温高于渭滨站,从而使太白站的最高气温预报出现较大偏差,影响温度预报准确率。为此笔者分析了近50多年来这种异常现象的规律、气象要素场及近几年地面、高空天气形势,寻找到一些关系,力图为太白站温度异常寻找预报依据,进而提高温度预报准确率。
1 资料与方法
所用常规资料为宝鸡市渭滨区气象站和太白县气象站1957~2012年常规地面观测资料及2005~2009年地面、高空图资料。将渭滨站最高气温和太白站最高气温进行逐日对比,当太白站最高气温大于渭滨站最高气温时,定义为太白异常高温日,记为天数1 d。所用太白剖面站资料为2012年4月开始依太白山体海拔高度分别为755、907、1 376、1 988、2 000、2 253、2 329、2 768、3 213、3 378 m所建的10个乡镇级自动站资料。
2 异常高温的气候特征
2.1 年际变化
根据1957~2012年逐日渭滨站、太白站最高气温资料统计分析得出,56年间太白县共出现异常高温日2 218 d,年均39.6 d。从年际变化看(图1),异常高温天数呈现上升趋势,以1.7 d/10a的速率略微上升;1969年异常高温最多,为64 d,1961年最少,为13 d。
2.2 年代际变化
从年代际变化看,太白异常高温天数在1960~1969、1970~1979、1980~1989、1990~1999、2000~2009年分别为385、434、381、408、432 d,20世纪70年代、90年代、2000~2009年均为正距平,其余为负距平,其中20世纪70年代最高。
2.3 季变化
从季节变化看,太白异常高温主要发生在秋、冬季。冬季(12月~次年2月)共有1 293 d,为最多,占总数的58.3%;其次为秋季,有530 d,占总数的23.9%;春季有342 d,占总数的15.4%;夏季最少,有53 d,占总数的2.4%。秋、冬季出现的异常高温天数共占总数的82.2%。
2.4 月变化
由图2可见,太白异常高温全年每月均可出现。12月最多,异常高温天数共有544 d,占总日数的24.5%;其次为1月,有478 d,占总日数的21.6%;11月有347 d,占15.6%;2月有271 d,占总日数的12.2%;最少为6月,仅有3 d,占总日数的0.1%。11月~次年2月出现的异常高温天数共占总日数的74.0%。
3 气象条件分析
气象要素与大尺度天气形势密切相关。天气形势的变化必将导致气象要素的变化,影响温度变化的因子主要有云、风速、风向、低层大气稳定度、降水、相对湿度及地理环境等。
3.1 天气形势
3.1.1
地面天气形势。由于日最高气温主要受低层大气结构特征的影响,在此以地面天气图为主,依太白出现异常高温时宝鸡在天气系统中所处位置把地面天气形势归纳为:暖
倒槽型、锋前暖区型、高压底部型、高压后部型4类(图3)。
2005~2009年共发生太白异常高温213 d,通過对2005~2009年的地面天气形势进行分类,发现当地面天气形势为暖倒槽型时,太白异常高温天数最多,为89 d,占总日数的41.8%;其次为锋前暖区型,为87 d,占总日数的40.8%;第三位高压后部型,为19 d,占总日数的8.9%;最后为高压底部型,为18 d,约占总日数的8.5%。暖倒槽型和锋前暖区型出现的异常高温天数共占总日数的82.6%。
天气形势是不断演变的,且具有连续性。当冷空气从40°N附近东移由华北南下时,就使高压底部型转化为高压后部型;当冷空气从40°N附近东移从华北南下,104°E四川到陇东有倒槽发展时,高压底部型就转化为暖倒槽型;暖倒槽减弱东南移动,且西路有冷空气入侵,就使暖倒槽型转化为锋前暖区型。暖倒槽型和锋前暖区型主要为低压系统影响,可以归纳为低压系统影响型。 3.1.2
850 hPa温度场。太白站海拔为1 536 m,在高空图上处于850 hPa附近,分别分析太白异常高温日08:00和20:00 850 hPa温度场发现,08:00温度场上100°E青海湖附近通常有南北向或东北-西南向冷温槽(图4a)及冷中心,20:00温度场上104°E四川到陇东有暖脊(图4b)或暖区影响宝鸡,暖脊位置与地面图上暖倒槽位置对应较好。通过对2005~2009年的850 hPa温度场进行分类,发现08:00以青海湖冷温槽型或冷中心型为主,共168 d,占总日数的78.9%,其中冷温槽型111 d;其次为陕西冷温槽影响型,冷温槽位于陕西省上空,共26 d,占总日数的12.2%;其余类型共19 d,占总日数的8.9%。20:00以暖脊型为主,共138 d,占总日数的64.8%;其次为暖区影响型,暖区影响宝鸡,共59 d,占总日数的27.7%;其余类型共16 d,仅占总日数的7.5%。
3.2 相对湿度
异常高温出现时,太白站平均相对湿度为41%,渭滨站为55%,太白站平均相对湿度小于渭滨站平均相对湿度。太白站相对湿度小于渭滨站相对湿度有1 784 d,占总数的80.4%。渭滨站相对湿度大于太白站相对湿度是异常高温出现的原因之一。
3.3 降水
降水会促使最高气温下降。当渭滨站出现局地降水,最高气温出现下降,而太白没有出现降水,从而使太白站温度高于渭滨站。统计发现,上述情况只有75 d,仅占总数的3.4%;当渭滨站和太白站同时出现降水时,共计135 d,占总数的6.1%;当渭滨站无降水,而太白站出现降水时,共计50 d,占总数的2.3%;当渭滨站和太白站均未出现降水时,共计1 958 d,占总数的88.3%。由此说明,降水和异常高温的出现并无明显的相关关系。
3.4 风
通过对比14:00的风向发现,异常高温出现时,太白站风向以偏西风为主,有1 478 d,占总数的66.6%;其次为偏东风,有513 d,占总数的23.1%;第3为偏南风,有111 d,占总数的5.0%;最后为偏北风,有45 d,占总数的2.0%。而渭滨站的风向以偏东风为主,共1 742 d,占总数的78.5%;其次为静风,有314 d,占总数的14.2%;第3为偏西风,有59 d,占总数的2.7%;最后为偏北风,有28 d,占总数的1.3%。宝鸡地处青藏高原东侧,地势为西高东低。当吹西风时,气流下沉出现增温。因此,太白站与渭滨站风向的局地差异是异常高温出现的主要原因之一。
3.5 云
太阳辐射使地表温度升高,进而提高空气温度。当白天天空中云量增多时,部分太阳辐射会被反射、散射,影响最高气温的升高。通过统计异常高温日的云量发现,太白站平均云量为4成,渭滨站平均云量为5成,两者天空云量状况相当,所以云量造成的高温局地差异影响不大。
3.6 逆温
逆温是大气层结中低层温度低于高层温度的大气层结现象,有无逆温及逆温层结的高度将直接影响不同海拔高度气温的变化。分析2012年10~12月太白异常高温日的太白剖面站資料,统计10个站点14:00逆温表明(表1),25个异常高温日中,逆温有23 d,占异常高温日数的92.0%,其中接地逆温17 d,占68.0%,悬浮逆温6 d,占24.0%。接地逆温时,逆温层最高达2 253 m,逆温层结平均厚度为746 m;悬浮逆温时,逆温层最高2 253 m,逆温层结平均厚度为589 m。
宝鸡川塬区三面环山,山坡上的冷空气沿山坡下沉到川塬区(“喇叭口”)内,川塬区内的较暖空气被冷空气抬挤上升,从而出现温度的倒置现象,形成地形逆温。地形逆温也是异常高温出现的重要原因之一。
4 结论
(1)太白站年均异常高温天数39.6 d,呈上升趋势,趋势倾向率为1.7站次/10a。
(2)在季节变化上,太白站异常高温主要发生在冬、秋季。冬季为最多,占总数的58.3%;在月份变化上,12月最多,1月次之,两者分别占异常高温总数的24.5%、21.6%。
(3)太白站出现异常高温的地面天气形势有暖倒槽型、锋前暖区型、高压后部型、高压底部型4类。其中暖倒槽型和锋前暖区型产生的异常高温天数占总数的82.6%。低压影响宝鸡时,是太白高温高于渭滨高温的主要影响系统。
(4)850 hPa温度场形势中,08:00以青海湖冷温槽型或冷中心型为主,共168 d,占总日数的78.9%;20:00以暖脊型为主,共138 d,占总日数的64.8%。
(5)太白站风向以偏西风为主,渭滨站风向以偏东风为主,两者风向的局地差异是异常高温出现的主要原因之一。
参考文献
[1]韩世刚,吉莉,苟思,等.最高(低)温度PP法预报修正方案的比较研究[J].高原山地气象研究,2009,29(3):66-68.
[2] 李玉华,耿勃,吴炜,等.MOS,PP方法在降水及温度预报中的效果对比检验[J].山东气象,2000,20(4):14-16.
[3] 肖明静,隋明,范苏丹,等. 3种数值模式温度预报产品在山东应用的误差分析与订正[J].干旱气象,2012,30(3):472-477.
[4] 吴爱敏,路亚奇,李祥科,等.利用ECMWF产品对庆阳极端气温使用效果分析[J].干旱气象,2009,27(3):288-293.
[5] 梁理新,黄国宗.单站最高最低气温预报方法研究[J].广西气象,2006,27(S3):4-6,17.
[6] 李建芳,庞翻,李建军,等.宝鸡高温天气的气候特征[J].陕西气象,2007(3):30-32.
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[8] 梁新兰,孟妙志.2006年春季宝鸡高温天气分析[J].陕西气象,2007(4):23-25.
[9] 李建芳.宝鸡市热岛效应变化特征分析[J].陕西气象,2009(4):5-7.
[10] 陈卫东,梁新兰,张雅斌,等.T213数值预报产品的温度预报释用技术[J].陕西气象,2003(6):7-9.