2011年桂西长时间低温天气成因分析

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1、注：本文仅用于交流会上交流，请不要发表于增刊上）2011 年桂西长时间低温天气成因分析卢小丹1，2 刘国忠 2 戴雨菡 2（1. 南京信息工程大学，江苏 南京 210044；2.广西百色市气象局，广西 百色 533000.）摘要利用实况观测资料和NCEP/NCAR再分析资料，通过统计学和天气诊断分析的方法，对桂西2011年1月 持续的低温天气进行分析，结果表明：极涡呈偶极型且位于亚洲北部的中心偏东、偏南是此次低温天气维 持的环流背景特点；华南沿海的静止锋维持但坡度较大，不利于形成明显的逆温条件，是桂西主要出现阴 雨天气而不出现冻雨的主要原因，海拔较高的北部山区局部出现的冻雨天气是由于特殊地形下

2、的逆温层结 造成的，维持时间较短；阻塞形势的建立和维持是低温天气维持的主要原因，阻高崩溃、横槽转竖的过程 使桂西气温更明显下降；南支槽的两次东移使桂西产生较明显降水，对降温有明显影响。 关键词：长时间低温；极涡；阻塞形势；静止锋引言2011 年 1 月至 2 月初，桂西经历了一次长时间的低温天气过程，期间伴有冰冻、冻 雨等灾害性天气出现。长时间低温天气给桂西农业生产、交通运输、人民生活等造成了严重 影响，特别是桂西北部，由于海拔较高及地形等原因，受灾尤为严重，且在 10-12日、18-21 日出现了降雪、冻雨等灾害性天气。研究表明【1-3】，大范围的持续天气气候异常普遍同大气 环流的时间异常有

3、密切关系，而李崇银等【4】对 2008年南方雨雪冰冻异常天气的分析也表明， 大气环流的组合型异常是造成此类灾害性异常天气气候的直接原因。高安宁【5】等对 2008年 华南西部低温冷害分析指出，在北半球中高纬双阻形势稳定的大尺度环流背景下，广西出现 长时间低温阴雨天气与华南静止锋、低层水汽含量充沛等有关，而大范围冻雨的形成与深厚 的逆温层结有密切关系。目前在持续的低温雨雪冰冻天气的研究上成果颇多，但对长时间持 续低温阴雨天气的预报仍然存在一定的困难，本文对桂西此次长时间低温天气过程的大气环 流特点及其成因进行了进一步分析，并试图总结归纳出此类天气过程的一些预报着眼点。1 资料和方法使用的资料主要

4、包括：（1）2011年 1-2月地面、高空实况观测资料，桂西12个站气温作者简介：卢小丹（1984.1-），女，广西南宁人，大学本科，理学学士，南京信息工程大学2010级研修 班学生，工程师，主要从事天气预报服务工作。资料；(2) 2011年1-2月NCEP/NCAR全球lxl每日4次的再分析资料；(3) 2011年1-2 月 NCEP/NCAR 全球 2.5x2.5 日平均再分析资料(4)1971-2000 年 1-2 月 NCEP/NCAR 全球 2.5x 2.5再分析日长期平均资料。利用一般统计学方法对实况资料进行统计分析，得出低温天气过程特点；利用天气学诊 断分析的方法对NCEP/NC

5、AR日平均再分析资料与近30年同期气候平均做对比分析，得出此 次过程的环流异常特征,并利用NCEP/NCAR每日4次的再分析资料对此次低温天气过程进行 进一步成因分析，得出此类天气过程的一些预报着眼点。2 低温天气过程特点分析1月3日至2月1日，受冷空气活动频繁影响，桂西经历了一场持续30天日平均气温低 于12C的低温天气过程，此次过程具有如下特点：(1)气温异常偏低(图1a) 1月3日至2月1日，桂西各站平均气温2.49.0C，与历年同期相比偏低4.05.3C ；平均气温6.9C，比常年同期偏低4.6C，偏低程度仅次于2008年1-2月低温雨雪冰冻过程。历年同期平均气温对比图(a)和,201

6、 年1月 1日-2月42)低温持续时间长。根据气候异同特征，可以把桂西分成北部山区、南部山区、右 江河谷及高寒山区四个区域，百色站可代表右江河谷，隆林站可代表北部山区，靖西站可代 表南部山区，乐业站可代表高寒山区，如(图1b)所示，2011年1月3 日-2月1日，桂西 各站连续30天日平均气温低于12C，其中山区日平均气温低于10C，且北部山区低于南部 山区，而高寒山区日平均气温均低于5C。(3)北部受影响较重。此次低温天气过程给桂西的农业生产、交通运输、人民生活等造成了不利影响，特别是对桂西北部的影响较为严重。 1月10-12日、18-21日，桂西北部 出现了降雪、冰冻、冻雨等灾害。唐熠【6

7、】等对广西冻雨天气分布特征进行分析发现，桂西北部尤其乐业一带比较容易出现冻雨天气，上述两次出现冻雨天气的过程落区与此吻合。3 成因分析3.1 环流背景分析2011年1月1日-31日的500hPa平均环流（图2a）显示，极涡呈偶极型，分裂成两个 中心，一个位于极区至加拿大，一个位于亚洲北部（鄂霍次克海附近），且亚洲北部的极涡 中心位置较偏东且偏南，位于50 N附近，乌拉尔山以东地区存在一个平均的高压脊，从鄂 霍次克海一带的低值区向贝加尔湖以西延伸出一个近于东西向的横槽。由500hPa平均高度 距平场（图2b）上可看出，鄂霍次克海一带的位势高度较多年平均偏低8gpdm左右，贝加 尔湖以西至巴尔喀什

8、湖之间也存在一个 6gpdm 的负距平中心，乌拉尔山以东则存在一个达 16gpdm 的正距平中心，这表明乌拉尔山以东存在一个稳定且偏强的阻塞高压。由于这两个 强盛的系统造成了地面强大的蒙古冷咼压的存在，中心值在1050hPa以上（图略）。研究表 明【7】，稳定的极涡偶极型形势，在亚洲北部维持一个稳定的大低压，为冷空气活动提供了冷 源，使中纬度地区高空维持一支较强而平直的锋区，不利于北方冷空气向南爆发，但是有利 于北方冷空气从低层向南扩散，且维持较长时间。而阻塞形式建立后，阻高的每一次崩溃- 重建过程是一次强冷空气向南影响的过程。（a） （b）图2 2011年1月1日至31日500hPa平均高度

9、场（a）和距平场（b）（单位：gpdm）3.2 阻塞形势分析分析图 2 得知， 1 月 1 日-31 日期间乌拉尔山以东地区存在一个异常稳定强盛的阻塞高 压，选取7090 E区域的平均500hPa位势高度随时间变化（图3a）来分析阻高的强度变 化。分析发现，该区域同期多年平均（实线）气流较为平直，偶有小波动，544gpdm线位于50 N附近，而2011年1月1日一31日该区域平均位势高度（阴影）则出现了明显异常。1-9日、13-21日及26-28日，544gpdm线都处于55 N以北的地区，其中5 6日，552gpdm 线甚至北推至62 N附近，高度的增加表明阻高的建立加强，而1012日、22

10、25日及29 日后，544gpdm线南落到50 N附近或其以南，高度急剧减小是阻高崩溃的表现，是一次强 冷空气向南爆发的过程。 29 日后，乌拉尔山以东的阻高崩溃，阻塞形势被破坏，此后亚洲 中高纬的环流形势出现明显调整。与阻塞高压对应的，在贝加尔湖附近存在东西向横槽，选 取90100范围的平均纬向风u纬度一时间演变（图3b）来分析横槽的变化，负值表示东 风，正值表示西风，北面负值中心与南面正值中心之间的零线可表示横槽的位置。分析发现， 1 8日，45 N附近有北负南正中心的形势存在，而9日后这种形势消失，表示横槽转竖， 这与阻高的第一次崩溃-重建过程发生的时间相对应；15日后，这种形势再次发展

11、，并在21 26日再次发生一次横槽转竖-重新形成过程，30日后这种形势趋于减弱消失。阻塞形势形 成后稳定维持时，从横槽中分裂低槽东移，引导冷空气南下，地面蒙古冷高压强大有利于引 导冷空气不断补充南下影响南方地区，使桂西低温天气维持。而阻高的崩溃、横槽转竖的过 程，引导强冷空气大举向南爆发，这与桂西1月3日后的3次幅度较大的降温有直接的联系， 分别在10-11日、 18-20日及31日。 31日后，由于阻塞形势遭到破坏，中高纬度环流逐渐 调整，桂西低温天气也趋于结束。(a) (b)图 3 2011 年 1 月 1 日-31 日 7090 E 范围平均 500hPa 位势高度（阴影 ）和同期多年平

12、均位势高度（实线）纬度一时间演变（a）（单位：gpdm）、90100。范围平均纬向风u纬度一时间演变（b）（单位：m/s）3.3 锋区特征及其影响分析对逐日地面形势进行分析（图略），发现 1 月地面静止锋在华南南部至沿海一带维持，因此，在此用T -T 的南北温差来表示锋区的强度。由105 E115 E平均锋区强度 18N 28NT -T （图4a）可以看出，1月初750hPa以下锋区加强，3日锋区最强，南北10个纬度18 N 28 N的温差达到22C，这也意味着有强冷空气影响华南地区，桂西出现了第一次明显的降温天 气；之后中高纬阻塞形势的建立，有源源不断的冷空气南下影响华南地区，锋区维持，使得

13、 3日后桂西的低温天气一直维持。图上几个锋区强度中心也对应了桂西几次幅度明显的降温 过程，分别是1月1-4日、 6-8日、 9-12日及17-21日， 21日后锋区趋于减弱， 2月1日后 锋区强度明显减弱，这也预示着低温天气趋于结束。IjMFEB(a)1002MW- 4QQ- SOT- BOO- 7008M- QOO-（b）图4 2011年1月1日一2月2日105 E115 E平均的锋区强度（人8厂丁28 N）高度一时间演变（a）（单位：。C）、2011年1月1-4日、9-12日、17-21日平均6 s （实线，单位：K）、温度（虚线，单O ty位：C）沿106 E高度-纬度剖面（b）分别对1

14、月1-4日、9-12日及17-21日三次过程的平均8（图4b,实线）、温度（图se4b,虚线）沿106 E的高度-纬度剖面图发现，近地面锋区逐渐向南推进，第一次过程位于23 N附件，而第2、3次过程南推到20附近。对2008年南方低温雨雪冰冻灾害的许多研究表明，锋面坡度小、明显的逆温条件是冻雨天气发生和维持的有利条件，而图4显示，此 三次过程中，锋面坡度都较大，不利于形成明显的逆温条件，海拔较高的北部山区出现的冻 雨天气是由于特殊地形下的逆温层结形成的，但维持天数不长。3.4 南支槽活动对低温天气的影响分析分析1月1日一至31日500hPa沿25 N经向风v的时间演变（图5）,正值表示南风，

15、负值表示北风，由于槽前一般是西南风，槽后西北风，因此当左侧是负值，右侧是正值时， 正、负值之间的零线可表示南支槽的位置。由图上可以看出， 1月 6日南支槽建立，槽线位 置在85 E附近，广西（105112 E）位于南支槽前偏南气流影响，6日后，南支槽有 两次东移影响桂西的过程，分别在1011日、1820日。南支槽前西南气流有利于对桂西 的水汽输送，槽东移时与北方冷空气南下共同作用下，桂西在这两次过程中产生了较明显的 降水，而降水有利于降温，这与桂西11日、1820日两次降温有明显对应关系。图 5 2011 年 1 月 1 日 -31 日 500hPa 沿 25 N 经向风 v 时间演变 （ 单位： m/s）3.5 湿度条件分析分析2011年1月1日-2月2日桂西区域内（104 -104 E，22 -25 N）平均相对湿 度高度-时间演变图（图略）发现，1月1-21日，桂西上空900-700hPa间存在相对湿度在 80%以上的湿层，且在10-12日、17-20日湿层厚度明显增大， 11日大于80%的相对湿度达 450hPa高度，而17-20日湿层也从近地面伸到600hPa左右。21日后，湿层厚度逐渐减小， 29日后大于80%的相对湿度只存在于850-750hPa间。结合水汽通量散度的高度-时间演变（图 略）来看，整个低温天气持续过程中，水汽的辐合条件较弱，只有在