石河子地区霜冻天气的气候特征

.石河子气象局 （832000） 魏 勇 安冬亮

本文利用实测资料和历史天气图资料，对1971-2009年石河子地区出现的霜冻地理分布规律、年际变化以及环流特征、影响天气系统进行了分析，给出了霜冻发生的天气学条件和一些对预报有用的判据。

1 资料的选取

本文所指的霜冻定义为：当日最低气温小于等于0℃[2]。统计资料选取了1971-2009年石河子地区4个气象观测站为研究对象，分别为：石河子气象站（站号51356，位于东经85°81′，北纬44°29′）、乌兰乌苏气象站（站号51358，位于东经86°41′，北纬44°32′）、莫索湾气象站（站号51353，位于东经86°08′，北纬45°41′）、炮台气象站（站号51352，位于东经85°23′北纬44°87′）。对所选气象观测站1971-2009年出现霜冻日最低气温≤0℃进行了统计。

2 霜冻的分布

2.1 初霜冻的分布特征

从9月中旬石河子地区陆续开始出现霜冻，最早与最晚出现日期之间相差33-40天，在统计得到各测站及该区平均初霜日期，分别为：51356站为10月11日、51358站为10月10日、51353站为10月10日、51352为10月13日、该区平均初霜为10月11日，得到石河子地区初霜地域分布特征：北部较南部略偏早。从图1可以看出：除个别年份51358站初霜特别偏早外，其他主要集中在9月30日-10月20日之间。制作石河子地区初霜距平图，得图2，可以看出：从80年代末到现在，初霜期偏晚的年份较多，而且在偏晚的幅度上也有所增加，初霜期偏晚，有利于农业的生产和丰收。

图1 石河子地区初霜期分布图

图2 石河子地区平均初霜期分布图

2.2 终霜冻的分布特征

3月份下旬石河子地区陆续开始出现霜冻，最早与最晚出现日期之间相差39-54天，统计得到各测站及该区平均终霜日期，分别为：51356站为4月14日、51358站为4月14日、51353站为4月13日、51352为4月10日、该区平均初霜为4月13日，得到石河子地区终霜期分布特征：北部较南部略偏早，51356站离城市较近，由于城市效益致使其气温较51358站略高，使东西部空间分布特征不明显。

从图3可以看出，除51353站特别偏早和51358站特别偏晚的个别年份外，终霜主要集中在4月5-25日之间。制作石河子地区终霜距平图，得图4，可以看出：80年代终霜普遍偏晚，到2000年后，终霜偏早的较多。

3 霜冻的天气学模型

石河子地区的霜冻产生在一定的大尺度环流背景下，其主要原因是冷空气的入侵导致温度下降，产生霜冻。按具体成因可分为3类：平流霜冻、辐射霜冻和平流辐射霜冻。石河子地区的霜冻一般都为平流辐射霜冻。根据它发生前后的天气学条件，对38年的环流形势特征进行分析，得到以下的结果：霜冻发生一般都伴有冷空气的入侵，前期石河子地区有不同程度的降水，在天气转晴后，脊前的偏北气流引导北方的冷空气南下，地面由冷高压控制，以晴好天气为主，平流降温与辐射降温共同造成了石河子地区的霜冻天气。

3.1 高空环流

在发生霜冻的前期高空500hpa上欧亚范围为一槽一脊的环流形势占多数，有少数为两脊一槽。无论是一槽一脊还是两脊一槽，槽区都处于乌拉尔山到西伯利亚之间，一槽一脊型槽区较宽，从西伯利亚到巴尔喀什湖，有时到里咸海，而欧洲到乌拉尔山为脊区，乌拉尔山高压脊东北方向发展，西伯利亚低槽西南方向发展，同时温度场与高度场的槽脊系统一致。而两脊一槽型槽区窄而深厚，东西伯利亚和我国东部为脊区，欧洲脊仍存在。相对两种环流型，一槽一脊易造成全区大面积的霜冻。在850hpa图上，石河子地区为一高值系统控制，并有温度槽在我区，中心值在148-164之间，我区的等温线在-8-4℃之间，高值中心值与等温线有很好的相关性，一般高值中心值越大所对应的等温线值越低。此种高空图配置的地面形势为：至少有弱的冷锋过境。在霜冻发生前两天，乌拉尔山高脊开始向西南方向减弱衰退，致使低槽南端迅速东移，影响石河子地区，脊前的偏北气流引导北方冷空气入侵石河子地区。在低层850hpa上，冷高东移，当低槽东移，低层石河子地区处在冷高的控制下，天气转晴，造成石河子地区的霜冻。

图3 石河子地区终霜期分布图

图4 石河子地区平均终霜期分布图

3.2 地面形势

一般情况下地面是受北部、西部或西北部的冷高压控制，这种地面系统一般都是晴空少云的天空状况，而且无风或风很小，非常有利于辐射降温。另外有时在低涡后部，在冷锋过境后，也是晴空少云、无风的天空状况，但由于前期有不同程度的降水，使地面的湿度加大，出现地温比气温高的情况，从而导致空报。

3.3 霜冻物理量分析

由于霜冻的预报重点在温度的预报，因此有关温度的物理量在预报中就显得尤为重要，这里重点讨论温度平流与霜冻的关系。空气是水平运动的，空气水平运动将引起气温局地变化。根据气温局地变化公式[1]：石河子地区为类似以平原，因此垂直运动项可忽略不计，就剩下平流项和非局地加热项。冷平流使局地气温下降，冷平流越强，局地气温下降越明显；冷平流的强弱与降温层次成正比，降温层次越高，冷空气越厚，降温越大。分析霜冻发生前两天各层的温度平流和垂直剖面图可以发现：前期850hpa有明显的冷平流在石河子地区，并有加强的趋势，由于地面的滞后性，霜冻天气并不是发生在高空冷平流最强的时候，同时，冷平流的发展随时间的发展从低层向高层发展，当从低层到高层的冷平流开始减弱时才出现。

4 小结

经对石河子地区霜冻的天气气候特征分析，可得到以下一些主要结果：（1）石河子地区霜冻的特征：北部较南部略偏早；（2）石河子地区霜冻发生在亚洲中高纬呈一槽两脊或两槽一脊环流形势下，由西西伯利亚附近的冷空气活动所造成的；（3）霜冻天气不是发生在冷平流最强的时候，一般发生在当从低层到高层的冷平流开始减弱时。

[1]朱乾根，林锦瑞，寿绍文，等.《天气学原理与方法》[M].北京：气象出版社，2000：114-120.