2010年1月渤海海冰成因分析

赵金霞 卜清军 （天津滨海新区气象预警中心 天津300457）

刘春霞 （太原市尖草坪区气象局 尖草坪030023）

2010年1月渤海海冰成因分析

赵金霞 卜清军 （天津滨海新区气象预警中心 天津300457）

刘春霞 （太原市尖草坪区气象局 尖草坪030023）

通过对2009—2010年冬季大气环流资料的分析发现：①混合厄尔尼诺年西太平洋高压减弱，东亚大气经向型环流的加强，冬季冷空气活跃气温降低，北方雨雪偏多，是渤海冰情加重主要原因。②极涡的变化是影响我国冬季天气气候特征变化的重要因素，北极涛动负相位将极地冷空气挤向中纬度地区；对渤海气温降低及海冰生成起着直接作用。③混合厄尔尼诺和“拉马德雷”、“冷位相”加强了北半球的经向环流，使西太平洋副高减弱，导致极地冷空气长期影响东亚地区；1月渤海有负距平中心，冷空气长时间控制渤海地区，导致渤海严重冰灾。

混合厄尔尼诺 北极涛动负相位 拉马德雷冷相位 渤海海冰

0 引言

黄渤海地处东亚中纬度，是典型的季风气候区。每年冬季都受西伯利亚寒冷空气的侵袭，气温较低，所以，黄渤海是北半球纬度最低的结冰海域，暖冬时海冰覆盖面积不足渤海海域的15%，冷冬时可覆盖渤海海域80%以上。[1]决定渤海海冰的生消，除海洋物理因素外，最主要的是气象因素即气温，而决定气温的高低则与同期大气环流的演变有关。大气活动中心的强弱及其它们相互的配置，环流经向度的大小以及锋区的位置都对气温变化存在着直接影响。在全球变暖的背景下，[2]2009年冬季受极地冷空气南下的影响渤海气温持续偏低，2010年1月3次强冷空气影响，渤海和黄海北部冰情范围迅速扩大，1月23日，渤海海冰分布面积占渤海总面积的51%，成为30年来同期最严重的冰情。

利用风云三号气象卫星对渤海海冰进行连续监测和比较分析，结果表明：今年1月中旬渤海海冰范围达到20世纪80年代开展气象卫星监测海冰以来同期最大值。与2000年以来同期渤海海冰信息比较，2010年1月中旬渤海海冰面积明显高于2000年至2009年同期最大值（见图1，表1），与同期平均值比渤海全海域偏大2.1倍，辽东湾偏大1.4倍，渤海湾偏大4倍，莱州湾偏大10倍，同时，黄海北部出现明显的海冰。较最大值偏大比例，渤海全海域偏大34%，辽东湾偏大14%，渤海湾偏大40%，莱州湾偏大4倍。从天气气候的角度探讨这种异常情况发生的原因，对提高渤海海冰的预报水平、加强防灾减灾的能力是至关重要的。

1 大气环流分析

2010年1月（见图2），从500 hPa平均位势高度距平场看，在我国的渤海及黄海北部有一个-30 gpm负距平中心；极地有一个30 gpm正距平中心。1月极涡是明显的偶极型，同时极涡中心主要偏在亚洲；乌拉尔山高压脊和北太平洋高压脊均较强盛，阿留申低压和东亚大槽深厚而稳定，槽区在东亚地区明显加深，两大高压脊在70°N以北的高纬地区经常以桥式打通的形式进行超长波的调整，东亚西风急流区位于40°N以南，由于渤海为负距平中心，所以寒潮和强冷空气频繁南下造成渤海持久的寒冷天气。

表1 卫星监测2010年1月中旬渤海海冰面积与2000—2009年同期最大值和平均值比较统计

图2 2010年1月500 hPa平均位势高度场

图3 2010年1月500 hPa平均位势高度距平场

2 海温变化对天气系统的影响

根据美国海洋大气管理局（NOAA）公布的海水表面温度（SST）数据显示，2009年6月开始的厄尔尼诺现象在11月至12月达到高峰，赤道太平洋中部海域的表面水温高出正常水平1.5℃；2010年1月至2月，赤道太平洋东部海域的表面温度比正常情况高出1℃左右，赤道中部海域的温度比平均水平高出2.0℃。由于厄尔尼诺是赤道太平洋中东部增温大于0.5℃且持续6个月以上，而本次海水持续增温开始在赤道中西部太平洋地区，12月开始向东转移，增温大值区在赤道中部海域，表现为混和型厄尔尼诺的特征。

2009年冬季“拉马德雷”、“冷位相”加强了北半球中高纬度的经向环流。“拉马德雷”是一种高空气压流，分别以“暖位相”和“冷位相”两种形式交替在太平洋上空出现，当“拉马德雷”现象以“冷位相”形式出现时，北美大陆附近海面的水温就会异常下降，而北太平洋洋面温度却异常升高。与此同时，太平洋高空气流由太平洋中央向美洲和亚洲两大陆移动，低空气流正好相反；因此在北美西海岸形成一个南北向高压脊；而混合厄尔尼诺使太平洋高空气流加强，从而导致北美西海岸高压脊的加强。

北极涛动呈负相位，即北半球中高纬地区大范围环流距平场呈北正、南负的分布；北极是正变压高于平均气压，于是将更多的冷空气挤向中纬度地区。在2009年冬季3个月的500 hPa平均位势高度距平场可以清楚地看到北极地区均为正距平，负距平中心在中纬度，盛行经向环流；在对流层低层产生异常强的北风，将冷空气从较高的纬度输送到较低的纬度，导致中纬度地面冷空气活动频繁、气温持续降低。2009年冬季极地气压偏高的趋势时间长，强度大，是导致我国北方迟迟不能回暖的主要原因。表2所示西太平洋副高面积和强度标准化指数，各月均低于平均值，而500 hPa平均位势高度场上各月北美西海岸高压脊都很强大，达到60°N至80°N，导致北极涛动负相位和经向环流加强，使极地冷空气沿亚洲东海岸南下，渤海产生长时间寒冷天气，出现严重的冰情。

表2 西太平洋副热带高压标准化指数和亚洲环流标准化指数

3 天气形势与气象要素变化

3.1 500 hPa高度场和温度场变化

2010年1月有3次冷空气影响渤海，第1次3～8日，1月1日08时500 hPa高度场上极地冷空气沿槽后西北气流直达贝加尔湖，冷中心为-50℃。北太平洋高压脊西伸与乌拉尔山高压脊东伸使东亚大槽成为稳定的倒“Ω”型，系统移动缓慢。同时南海高压加强使我国东部沿海西南暖湿气流北上；3日渤海处在冷暖空气的交汇处，出现大雪局地暴雪天气；3～8日渤海处在冷气团的控制下出现持续降温。500 hPa高度场上渤海最低气温维持在-36℃左右。第2次11～15日，11日08时500 hPa乌拉尔山高压脊迅速加强，极地冷空气在鄂霍茨克海聚集并向西南方向输送，12日随着横槽转竖，渤海再次出现-40℃强降温。第3次21～24日，21日随东亚大槽东移冷空气爆发性南下，渤海又一次出现强降温，500 hPa高度场上气温达-30℃，25日随着南海高压和大陆高压的发展、东移，渤海迅速升温，极地冷空气沿60°N附近东移。

3.2 渤海大风与海洋测站气温变化

2010年1月1～8日地面图上贝湖冷高压东移，冷空气以回流的形式沿渤海南下，渤海湾海面（54646）海洋站观测到1日至5日连续6天出现10 m/s以上东北风大风，气温迅速下降，最低气温达到-10.6℃；11～15日冷空气入侵，连续5天出现10 m/s以上大风，12日最低气温-9.7℃。20～25日连续5天出现10 m/s以上大风，21日最低气温-6.1℃。这3次强降温使渤海湾海面1～15日最低气温小于-4℃，最高气温低于0℃。17～19日海面气温略有回升，20～25日最低气温再次下降-5℃以下。另外，2日至4日渤海先后出现降雪，渤海湾出现18.9 mm的暴雪；莱州湾为中雪，辽东湾是小雪；积雪对阳光的反射致使白天气温回升缓慢，夜间气温下降迅速，使渤海冰灾迅速加重。

3.3 渤海海冰变化

从国家海洋局发布的1月海冰实况看，渤海湾3日海冰外沿线为10海里，17日达30海里，24日最强达38海里。辽东湾3日海冰外沿线为47海里，21日最大是70海里。莱州湾3日海冰外沿线为10海里，22日最大是45海里。黄海北部3日海冰外沿线为20海里，21日最大是23海里。25日以后渤海受暖高压脊的影响气温迅速回升，渤海湾及莱州湾结冰范围迅速减小。29日浮冰范围辽东湾48海里；渤海10海里；莱州湾20海里；北黄海17海里。之后渤海湾及莱州湾的冰情解除。

4 环流指数变化

本文采用中国气象局发行的气候监测公报中的西北太平洋副热带高压、北半球极涡、亚洲环流指数表示气候变化。副热带高压是暖气团，其范围、强度、西伸点和北边界都是重要指标，对渤海和北黄海冰情具有重要影响。极涡代表北方冷空气，其面积、强度和位置与渤海、北黄海冰情相关。下面利用标准化指数（即距平除以标准差）来进一步说明渤海海冰的成因。如表3中所示，从极涡面积看，从2009年10月变为正值0.5，11月略有减小，12越迅速增大；2010年1月到2月极涡面积达到最大2.76，之后极涡面积逐渐减小。强度与极涡面积相对应，表3中4个月强度均为正值，2010年2月达到最强。中心强度从2009年11月变为负值，到2010年4月转为正值，1月份为-1.27，说明极涡在1月份中心气压值达到最低。中心位置2010年1月为正值，其他3个月均为负值。这说明1月极涡中心位置偏东，东亚地区冷空气南下强度强，冷空气控制时间长。

从表1标准化指数可以看出，2009年冬季4个月西太平洋副热带高压面积和强度均低于各月的平均值，强度最小在2010年1月，最小面积在2010年2月。西伸脊点和北边界均低于各月平均值，最小值都在2010年2月。

表3 极涡标准化指数

从亚洲环流标准化指数可以看出，2009年11月纬向环流为1.17，大于经向环流0.38；12月纬向环流迅速减小，经向环流反过来大于纬向环流0.17；2010年1月经向环流迅速增大到1.43达到最强，纬向环流远小于平均值；2010年2月经向环流明显减小，纬向环流在增大，但经向环流仍大于纬向环流0.99。由此可以看出2009年冬季盛行经向环流，1月经向环流最强，渤海降温最大，结冰最严重。

5 小结

2009年6月至11月的海洋出现了“混合厄尔尼诺”现象，海洋增温的中心在赤道中、西太平洋，12月以后增温中心逐渐东移，但增温大值区始终在赤道中太平洋，这种厄尔尼诺的变化导致大气环流异常。

“北极涛动”出现负位相。2009年冬季北极地区维持正变压，负变压在北纬40°及其以南，即极地气压逐步升高，原本仅在极地附近绕西风带活动的极地冷空气开始向南蔓延，以寒潮的形势爆发南下，造成我国环渤海地区寒冷天气的产生。

拉马德雷（即太平洋十年涛动）冷相位，使北美西海岸维持高压脊；混合厄尔尼诺出现使太平洋高空环流加强，导致北美西海岸维持高压脊加强且北抬至极地，使极地冷涡分裂，极涡偏向亚洲，极锋偏南；经向环流加强，西太平洋副高减弱。

混合厄尔尼诺、拉马德雷冷相位和“北极涛动”负位相互作用，使2010年1月经向环流达到最强，渤海出现负距平中心，极地寒流侵袭东亚，使渤海长时间处于冷气团控制下，加之积雪对太阳光的反射作用，造成渤海持续大范围结冰。根据环流形势的发展和演变，及时做出预报预警，可以减少海面冰封造成的重大损失。■

[1]耿淑琴，王旭.2001—2002年冬季黄渤海天气气候特征及对渤海海冰的影响[J].海洋预报，2002，19（4）:38-47.

[2]耿淑琴，王咏亮，白珊.2000—2001年冬季北半球大气环流变化对渤海气候及海冰的影响[J].海洋预报，2001，18（3）：25-33.

2012-05-09