杨晓玲,主要从事天气预报及气候研究工作.Email:
利用河西走廊东部1961—2010年5个气象站日最低气温观测资料,计算了50 a强降温24 h(48 h)最低气温下降≥8(10)℃、最低气温≤4℃次数,采用统计学方法系统分析了该区域强降温的时空分布以及强度等气候特征,然后利用1991—2010年ECMWF 500 hPa(2.5°×2.5°)数值预报格点资料,分析了该地强降温的环流特征,最后研究了强降温次数与大气环流特征量的关系。结果表明,受地形地貌、地表植被以及山脉阻挡的影响,河西走廊东部强降温次数的地域分布存在明显差异,海拔较高的山区和北部沙漠边缘强降温次数明显多于绿洲平原区。强降温天气具有明显的区域性特征,随着强降温站数的增多,强降温的次数在减少;24和48 h强降温年代、年次数总体呈减少趋势,其强降温次数时间序列均存在4~6 a的准周期变化,但未出现突变现象。强降温天气主要发生在1—5和9—12月,4月强降温次数最多。各强度强降温次数的变率较大,随着降温强度的增大,强降温次数迅速减少,24 h强降温强度呈较弱减弱趋势,48 h强降温强度呈较弱增强趋势。河西走廊东部强降温天气的典型环流形势分为西北气流型和偏北气流型两大类,其中西北气流型次数多于偏北气流型。河西走廊东部月强降温次数与表征高空冷空气的强度和移动路径的大气环流特征量表现为显著的正相关,说明河西走廊东部强降温次数与高空冷空气的强度和移动路径的关系密切,高空冷空气的强度和移动路径是强降温预测的强信号。
Using daily lowest temperature observation data of five meteorological stations in the east of Hexi Corridor during 1961-2010, the number of strong cooling [the lowest temperature drop rate is ≥ 8 (10)℃ and the minimum temperature is ≤ 4℃ in 24(48 h) in recent 50 years] was calculated. Climatic characteristics of spatio-temperal distribution and intensity of strong cooling were systematically analyzed with statistical methods. Then the ECMWF 500 hPa numerical forecast grid data (2.5°×2.5°) from 1991 to 2010 was used to analyze the strong cooling circulation features in this region. Finally, relations between strong cooling times and atmospheric circulation characteristics were studied. The results show that strong cooling times distribute differently in eastern Hexi Corridor and it is more obviously in high-elevation mountains and northern desert edge than in oasis plain area due to the block of terrain, vegetation and mountains. Strong cool weather has obvious regional characteristics, and the times reduces with the increase of strong cooling station number. The decadal and annual times of strong cooling show a decreasing trend, and time series of strong cooling times has 4-6 year quasi-periodic variation, but no mutations. Such weather occurs mainly from January to May and from September to December, but most in April. Times of strong cooling with different intensities varies greatly reducing rapidly with the increase of cooling intensity. Intensity of 24 h strong cooling has a weak reducing tendency, while that of 48 h strong cooling shows a slightly increasing trend. Typical circulation of strong cooling weather in eastern Hexi Corridor is divided into two categories, including northwest airflow type and northern airflow type, and the number of northwest airflow type is more than that of northern airflow type. A significantly positive correlation exists between monthly strong cooling times and circulation characteristics including high-altitude cold air strength and cold air moving path, which means that a close relationship exists between strong cooling times and the high-level cold air strength and cold air moving path. Intensity and moving path of high-level cold air are strong signals for the forecasting of strong cooling weather.
强降温(寒潮)天气过程是一种大规模的强冷空气活动,强降温天气的主要特点是剧烈降温和大风(
河西走廊东部地处青藏高原东北斜坡面上,地理位置在37°10′~39°24′N、101°06′~104°14′E,海拔高度在1300~4872 m,地势南高北低,由西南向东北倾斜。冬半年经常受极地南下强冷空气侵袭,易出现强降温天气(
据中国气象局 < (气发〔2005〕109号)文关于转发《中短期天气预报质量检验办法》的通知>规定:强降温标准为24(48) h日最低气温下降≥8(10)℃,最低气温≤4℃。根据日常对强降温的统计分析和强降温造成的灾害程度做以下规定:有一站24(48) h最低气温下降≥8(10)℃,日最低气温≤4℃定为一次强降温天气过程;同时有两站或以上达到上述标准定为一次区域性强降温天气过程;24(48) h最低气温下降8~10(10~12)℃,日最低气温≤4℃定为一次一般性降温过程;24(48) h最低气温下降10~12(12~14)℃,日最低气温≤4℃定为一次较强降温天气过程;24(48) h最低气温下降≥12(14)℃,日最低气温≤4℃定为一次特强降温天气过程。
选取河西走廊东部武威市永昌、民勤、凉州、古浪、天祝(乌鞘岭站)5个气象站1961—2010年逐日最低气温观测资料,资料长度50 a。5个气象站在50 a来均未曾迁移,观测数据完整性和连续性较好,且时间序列长,能够满足研究的需要。以逐日最低气温为基础,计算当日与次日或第三日最低气温的差值,根据强降温的标准划分出强降温次数,并规定只要有一站或以上达到强降温的标准,就确定为一个强降温个例。同时,利用1991—2010年ECMWF(2.5°×2.5°)数值预报格点资料,分析了河西走廊东部强降温的环流特征。1961—2010年大气环流特征量资料由国家气候中心气候系统诊断预测室提供。
分析强降温的空间特征时,多年平均强降温次数为同一站点不同年份的平均(
河西走廊东部地处祁连山东麓,境内地形复杂,海拔较高,山区平原并存,强降温天气频繁发生,且强降温的地域分布存在明显差异。分析各地强降温资料发现(
1961—2010年河西走廊东部年平均强降温次数的空间分布
The spatial distribution of annual average strong cooling times in eastern Hexi Corridor during 1961-2010
分析50 a来河西走廊东部5站强降温次数发现,强降温天气具有明显的区域性特征,同时2站及以上出现强降温次数24 h共116次,48 h共133次,分别占全区域平均强降温次数的89.9%、98.2%,其中,同时2站的强降温24 h、48 h均为67次,分别占51.9%、49.5%;同时3站的强降温24 h为27次,48 h为33次, 分别占20.9%、24.4%;同时4站的强降温24 h为16次,48 h为19次,分别占12.4%、14.0%;同时5站的强降温24 h为6次,48 h为14次, 分别占4.7%、10.3%(
1961—2010年河西走廊东部区域性强降温出现频数
Frequency of regional strong cooling times in eastern Hexi Corridor during 1961-2010
1961—2010年河西走廊东部逐年代年平均强降温次数及距平(单位:次)
Average strong cooling times and anomaly of various ages in eastern Hexi Corridor during 1961-2010
60年代 | 70年代 | 80年代 | 90年代 | 10年代 | ||||||
次数 | 距平 | 次数 | 距平 | 次数 | 距平 | 次数 | 距平 | 次数 | 距平 | |
注:10年代为21世纪第一个10年。 | ||||||||||
24 h | 3.2 | 0.6 | 3.0 | 0.4 | 2.2 | -0.4 | 2.4 | -0.2 | 2.1 | -0.5 |
48 h | 3.0 | 0.3 | 2.9 | 0.2 | 2.2 | -0.5 | 2.4 | -0.3 | 2.9 | 0.2 |
河西走廊东部24和48 h年强降温次数逐年总体呈减少趋势(
1961—2010年河西走廊东部年平均强降温次数的年际变化
Annual variation of strong cooling times in eastern Hexi Corridor during 1961-2010
河西走廊东部24 h多年平均强降温次数2.6次,最多4.8次(1971年),次多4.4次(1963和1998年);最少0.4次(2007年),次少1.0次(1985和1987年)。48 h多年平均强降温次数2.7次,最多5.4次(1981年),次多4.8次(2010年);最少0.4次(1975年),次少0.6次(1985年)。
在月际分布上,24、48 h强降温次数均为4月最多,其次为3月,7—8月无强降温出现,6月只有个别年出现了强降温,9月强降温相对较少(
1961—2010年河西走廊东部月强降温次数(单位:次)
Monthly strong cooling times in eastern Hexi Corridor during 1961-2010
时段 | 1月 | 2月 | 3月 | 4月 | 5月 | 6月 | 9月 | 10月 | 11月 | 12月 |
24 h | 15 | 14 | 17 | 22 | 15 | 2 | 6 | 13 | 12 | 12 |
48 h | 13 | 14 | 16 | 25 | 12 | 1 | 8 | 14 | 17 | 14 |
河西走廊东部各强度强降温次数变率很大(
1961—2010年河西走廊东部各强度强降温次数
Each intensity strong cooling times in eastern Hexi Corridor during 1961-2010
时段 | 24 h | 48 h | ||||
降温标准/℃ | 一般强降温 |
较强降温 |
特强降温 |
一般强降温 |
较强降温 |
特强降温 |
强降温/次 | 98.0 | 23.6 | 7.2 | 87.2 | 33.2 | 15.0 |
河西走廊东部24 h强降温强度逐年呈较弱减弱趋势(
1961—2010年河西走廊东部强降温强度年际变化
Annual variation of strong cooling intensity in eastern Hexi Corridor during 1961-2010
河西走廊东部24 h降温最强12.9℃(1998年),次强12.4℃(1971年);最弱7.8℃(2007年),次弱7.9℃(2003年)。48 h降温最强15.4℃(1981年),次强15.2℃(2004年);最弱9.5℃(1975年),次弱9.7℃(1985年)。
本文选取1991—2010年发生在河西走廊东部的强降温个例,24 h共45例,48 h共53例,利用1991—2010年逐日ECMWF 500 hPa数值预报格点场资料,对500 hPa环流形势进行天气分型,归纳出河西走廊东部强降温天气发生的典型环流形势主要为两大类:西北气流型(西北路径)和偏北气流型(北方路径)。环流形势分型的确定是以研究区域甘肃河西走廊东部为基准,如果南下的冷空气(气流)在甘肃河西走廊东部西北方,为西北气流型;如果南下的冷空气(气流)在甘肃河西走廊东部北方,为偏北气流型。
高空500 hPa图上,乌拉尔山附近为高压脊或阻塞高压,高压脊前新疆一带(35°~45°N、75°~95°E)有一明显的低压槽,变高配置为西北—东南向,正负变高差较大,有较强冷温槽伴随,冷中心强度在-45℃左右,且温度槽落后于高度槽,新疆至河西走廊东部的温差较大,温差Δ
河西走廊东部强降温西北气流型500 hPa高空典型形势场
The typical situation of northwest airflow of strong cooling at 500 hPa in eastern Hexi Corridor
高空500 hPa图上,乌拉尔山东部为一东北斜伸的高压脊,脊前蒙古一带(40°~50°N、95°~115°E)有一明显的东—西向横槽,变高配置为南—北向,正负变高差大,且有较强冷温槽落后高度槽,冷中心强度在-50℃左右,蒙古至河西走廊东部的温差大,温差Δ
同
Same as
造成强降温的主要原因是高空冷空气强度和移动路径(
河西走廊东部月强降温次数与月环流特征量的相关系数
Correlation coefficients between monthly strong cooling times and monthly circulation characteristics in eastern Hexi Corridor
环流特征量 | 当月冷空气 | 当月亚洲经向环流指数 | 当月欧亚经向环流指数 | 前一月冷空气 | 前一月亚洲经向环流指数 | 前一月欧亚经向环流指数 |
注:上标***表示通过了0.01的显著性水平检验。 | ||||||
24 h | 0.878*** | 0.746**** | 0.737*** | 0.690*** | 0.763**** | 0.756*** |
48 h | 0.904*** | 0.762*** | 0.770*** | 0.659*** | 0.683*** | 0.686*** |
由
(1) 受地形地貌、地表植被及山脉阻挡的影响,河西走廊东部强降温的地域分布存在明显差异,24 h强降温次数为沙漠区多于山区多于平原区,48 h强降温次数为山区多于沙漠区多于平原区。强降温有明显的区域性特征,随着强降温站次的增多,强降温次数在减少,24 h减小速度比48 h更大。
(2) 河西走廊东部24 h强降温次数年代际变化为20世纪60—70年代较多,80年代到21世纪10年代减少;48 h强降温20世纪60—70年代较多,80—90年代减少,21世纪10年代增多。24、48 h年强降温次数总体呈减少趋势,气候趋势系数通过了
(3) 河西走廊东部各强度强降温次数的变率较大,随着降温强度的增大,强降温次数迅速减少,24 h降温强度呈弱减小趋势,48 h降温强度呈弱增强趋势。
(4) 河西走廊东部强降温天气发生的典型环流形势为西北气流型和偏北气流型2类,西北气流型冷空气移动路径由西北向东南,出现强降温的次数较多,造成的降温幅度和伴随的天气现象相对较弱;偏北气流型冷空气移动路径由北向南,出现强降温的次数相对较少,造成的降温幅度和伴随的天气现象要比西北气流型强烈。
(5) 河西走廊东部月降温次数与表征高空冷空气强度和冷空气移动路径的大气环流特征量表现为显著正相关,说明河西走廊东部强降温次数与高空冷空气强度和冷空气移动路径的关系密切,高空冷空气的强度和移动路径是强降温预测的强信号。
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