2011年1月安顺市凝冻天气特点及成因浅析

时间：2024-08-31

李显良，潘影，邓世有，杨朝萍

(1.贵州省平坝县气象局，贵州平坝 561100;2.贵州省安顺市气象局，贵州安顺 561000)

李显良1，潘影1，邓世有2，杨朝萍1

(1.贵州省平坝县气象局，贵州平坝 561100;2.贵州省安顺市气象局，贵州安顺 561000)

2011年1月贵州继2008年后又一次出现了历史罕见的低温雨雪凝冻灾害，具有开始时间早、日平均气温低、凝冻日数持续时间长等特点。该文利用气候整编资料、中国国家气候中心资料和NCEP逐日再分析资料对此次过程的环流背景以及物理量场进行了分析。分析表明：此次过程是在“La Nina”事件的大背景下发生的;北半球极涡活动异常，且中心偏向于东半球，强而稳定，欧亚大陆500hPa位势高度距平呈“北高南低”的分布，这种分布是贵州省冬季重凝冻年的主要环流形势之一;青藏高原的南北支槽异常活跃，不断输送水汽和引导冷空气南下;高原南侧、孟加拉湾北部的偏西风水汽输送和来源于西太平洋副高南侧的偏东风水汽输送为贵州省源源不断地输送水汽;逆温层的存在和阶段性的维持是贵州大范围冻雨持续出现的重要原因。

凝冻日数;La Nina;极涡;水汽输送通量;逆温层

1 引言

近年来随着全球气候变暖，出现暖冬的极端天气气候事件发生的频率增加，但局地也有例外。2011年1月我市出现继2008年的南方大范围低温凝冻灾害以来的又一次低温凝冻天气，这再一次提醒人们在关注气候变暖的同时要注意防范极端低温天气的影响。

此次凝冻过程相比2008年的主要特点是今年气温有波动起伏，有短暂回暖，有利于冰层的融化，而2008年则是持续低温，气温更低。

2 资料和方法

本文主要使用了安顺市1961—2011年的气候整编资料和NECP资料，分别用于分析本次低温雨雪凝冻灾害天气过程的特点和成因。为了更好地体现此次过程特点，使用了凝冻日数(指日平均气温＜1℃且当日出现降水的日数)这个评估指标［1］。

3 过程实况及特点

3.1 天气实况

2011年1月1日—2月1日，我市出现了近1个月的低温凝冻天气，其间受5轮较明显的冷空气影响，出现4次短暂相对缓和期(见图1)。

图1 安顺市区2011年1月1日—2月1日日平均温度(℃)时序图

观测到的最大电线积冰直径为安顺基本站3日08时40 mm(含观测导线直径26.8 mm)，最低气温为平坝一般站10日夜间观测到的-4.6℃，18—20日出现了明显的降雪过程，最大积雪深度为平坝的8 cm，累计凝冻日数26 d。

3.2 天气过程特点

此次低温凝冻灾害具有开始时间早、持续时间长、分阶段持续影响、气温偏低、雨雪天气明显等特点。

3.2.1 开始时间早，持续时间长根据历史资料统计，我市凝冻天气的开始时期多发生于1月中下旬，而此次低温凝冻天气发生相对较早。从1日开始，我市北部最低气温开始低于0℃，且低温范围不断扩大，其中只有5—6日、9日、14—15日、20—22日4次短暂的相对回暖期，截止2月1日，低温凝冻天气持续了32 d。

3.2.2 平均气温和凝冻日数突破历史同期记录 1月1日到2月1日，全市各县(区)平均气温为-1.1(平坝)～1.6℃(关岭)，较历史同期平均值偏低4.9～5.4℃，为有气象记录以来的历史同期最低值(见图2)。安顺市区凝冻日数达26 d，为1961年以来历史同期最大值(见图3)。

3.2.3 雨雪天气明显从1日开始，我市开始出现雨雪天气，除12、16日外，均有小雨或小雨夹雪出现，降雨量较历史同期偏多7%～90%。

18—20日我市出现明显的降雪过程，平坝3 d的积雪深度均在6 cm以上，19—20日为8 cm，其余地区均在3 cm以上，这次降雪过程的持续时间和强度均为历史同期罕见。

4 过程成因浅析

4.1 环流背景分析

4.1.1 500hPa环流分析 2011年1月的500hPa平均环流(图4a)显示，极涡呈2波型，主中心略偏于东半球，中心区位势高度低达505dagpm，较多年平均偏低7dagpm(图4b);另外在亚洲北部和极涡轴线沿140°E向南伸至55°N，即鄂霍次克海附近，有2个次中心，位势高度较多年平均分别偏低9dagpm和6 dagpm(图4b)。

由图4b可以看出60°N以北包括贝湖的脊区为正距平，60°N以南为宽广的负距平区，由文献［2］和［3］中指出，整个亚欧地区50°N以北为大范围的正距平区，50°N以南为负距平区，中高纬度以宽广的正距平占优势，也就是欧亚大陆呈“北高南低”的距平分布，在这种“北高南低”的环流形势背景下，亚洲地区维持稳定的经向环流，有利于高纬度的冷空气不断向中低纬度扩散及东亚大槽持续稳定。冷空气容易南侵影响贵州省，这是贵州省冬季凝冻重的一主要环流形势。

图4 2011年1月500hPa平均高度(a)与距平(b)单位(dagpm)

此次持续性雨雪天气的主要影响系统是中高纬阻塞高压、西太平洋副高及南支槽青藏高原南缘的南支槽异常活跃。从200 hPa区域平均的相对涡度时间—经度剖面(图5)可以看到，每次雨雪天气过程的发生，都伴随着高原槽分裂东移，且在东移过程中受青藏高原大地形阻挡，分裂为北支槽和南支槽，北支槽在东移过程中与中高纬系统叠加，槽后西北气流引导冷空气南下。南支槽则在东移过程中途经北印度洋和孟加拉湾，槽前西南气流输送大量水汽。尤其是15日左右的过程，位于90°E附近的南支主槽强烈向南加深发展，南支锋区明显增强。200 hPa出现了中心值为7.0×10-5s-1正相对涡度中心，使得东移低涡强度得以维持和发展。

4.1.2 La Nina事件与极涡异常活动的影响由图6(来源于中国国家气候中心)可见，2010年6月开始赤道中东太平洋海温进入La Nina状态，并且发展十分迅速，至2011年1月NINO3区海温已经持续8个月较常年同期偏低0.5℃以上。2010年10—12月负距平值甚至持续超过1.5℃，是近年来强度与2008年持平的一年。

根据文献［7］中的研究表明亚洲区极涡面积对贵州影响显著，因此本文做了2000年以来的亚洲区(60°～150°E)极涡面积指数1月时间序列图(资料来源：中国国家气候中心气候系统诊断预测室)。从图7可以看出近12 a来，2011年1月的面积指数达到了最大值，为冷空气频繁南下提供了重要的环流背景。这同上面分析的500hPa上亚洲区为位势高度负距平一样，都说明了极涡偏南偏强。

图7 亚洲极涡面积指数1月份时间序列图

4.2 物理量分析

4.2.1 温度场结构分析《大气科学词典》(1994年版)所指出的，中层的逆温以及有一层温度高于0℃的暖层，是冻雨产生的天气条件，因此形成凝冻(冰冻)天气的一个重要原因是要有逆温层的存在。当高空的固体降水落入暖层中时融化为雨滴，再下落至0℃以下的冷气层，且不冻结，而形成过冷却水滴状态，落到地面后与物体接触后凝结形成冻雨。图8可以看出有明显的5次逆温层的形成，分别是2日、6—8日、10—11日、15—17日、26—27日，体现此次凝冻天气的主要特点就是间断性;其中8、26日700 hPa与850 hPa温差高达4℃以上。18—20日虽然温度很低，但没有逆温层，所以这3 d以降雪为主，也说明了冻雨的产生与逆温层的存在是分不开的。

图8 2011年1月700 hPa平均(25°～29°N，105°～120°E)温度时序图------------700hPa(单位：;) — —850 hPa(单位：℃)

4.2.2 水汽条件分析根据文献［6］可以计算出2011年1月月平均垂直积分的水汽通量(单位：kg·m-1·s-1)(图9)。在1月月平均的水汽输送图上(图9)主要有两支近乎纬向分布的水汽输送带，一支是赤道地区的强东风水汽输送带，另一支则是高原南侧的偏西风水汽输送带，它经过阿拉伯海北部、高原南侧、孟加拉湾北部向贵州地区源源不断地输送水汽，部分西太平洋副热带高压南侧的偏东风水汽在中南半岛、南海及西太平洋地区转向向北进入贵州省。从而为安顺市持续的雨雪天气提供了充足的水汽条件。

图9 2011年1月月平均整层(地面～300hPa)水汽输送通量分布