2008年我国南方冰冻雨雪天气大气环流异常分析

崔　洋（大连国际机场集团 长海机场，辽宁 大连116500）



2008年我国南方冰冻雨雪天气大气环流异常分析

崔洋
（大连国际机场集团 长海机场，辽宁 大连116500）

摘要：利用NCEP/NCAR再分析资料，以及我国国家气候中心提供的160站逐月平均的气温和降水资料，对我国冬季冰冻雨雪天气的大气环流特征，影响的系统以及可能的遥相关型进行了分析，结果表明：（1）乌拉尔山附近的阻塞高压的形成，与西南气流的强烈发展为冰冻雨雪天气提供了条件。（2）2008年为拉尼娜年，在拉尼娜事件的背景下，阻塞高压的维持时间较长，有利于南北冷暖空气出现“势均力敌”的交绥。（3）北半球冬季500 hPa太平洋西部型遥相关（WP型）与我国南方冬季的气温和降水有很大的相关性。

关键词：阻塞高压；西南气流；拉尼娜；WP型

1　引言

我国是一个自然灾害频发的国家，近年来随着全球气候出现的异常变化，冬季我国南方地区频频出现严重的冰冻雨雪灾害天气。其特点有影响面积广，持续时间较长，造成损失大等特点。严重影响了交通运输、通讯设施、农业生产、群众生活等方方面面。给我国经济造成了巨大的损失。对人们日常生活和出行造成了很大的不便。

近年来许多学者从不同角度，运用不同方法对冰冻雨雪天气的发生发展规律进行了大量研究。（1）关于冰冻雨雪天气时空分布的总结分析：严小冬等人［1］利用贵州84个测站冻雨日数资料和 NCEP/ NCAR再分析资料，借助EOF展开和小波分析及其他诊断技术分析了贵州冻雨的时空分布特征、时间演变规律及其影响因素，得出冻雨的空间分布特征和时间演变规律主要受海拔高度、相对高度、迎风坡、背风坡、静止锋区、冷空气厚度和不同高度冷空气活动等因素影响。（2）关于冰冻雨雪天气过程中的逆温层的分析：以骆欧阳等人研究的金华市为例［2］，发生冻雨时，大气垂直结构有比较明显的特点：中层暖，上、下层冷，因此冻雨发生时的大气垂直结构大致可分为冰晶层、暖层和冷层。王海军［3］，暖层厚度对冻雨产生有影响。因为大雨0℃的暖层常被看作为融化层，要是落入其中的冰晶雪花融化为液态水，它必须要有相当的厚度，否则融化的过冷却水会再次凝结。（3）关于冰冻雨雪天气实际预报中的方法和结论的积累：杨明等人［4］应用多元统计方法，建立了冻雨天气形势下的温度计降水预报方程，发现利用SPSS统计软件建立的预报方程理论拟合效果较好。

以上方面对于冰冻雨雪天气的成因，分布和预测方法很多文献都有深入研究。而以上文献对于冰冻雨雪天气的环流异常过程并未太多涉及，本文将从冰冻雨雪天气的大气环流异常的角度，运用短期气候预测的有关方法，对引起我国南方地区冰冻雨雪天气的主要系统，水汽条件，以及环流背景场的主要特点进行分析和探索。

2　资料与方法

2.1资料

（1）2008年逐日NECP/NCAR的2.5°×2.5°的高度场、水平风速、高度场以及地表的海平面气压场等的再分析资料。

（2）1948年1月-2012年4月逐月NECP/NCAR 的2.5°×2.5°的高度场、水平风速、温度场以及地面海平面气压场等的再分析资料。

（3）1948年-2008年逐月NECP/NCAR的2.0°× 2.0°逐月SST资料。

（4）国家气候中心统计的我国160站1951-2010年逐月平均的气温和降水资料。

2.2计算方法

2.2.1经验正交函数分解（EOF）

利用NCEP/NCAR在1948-2012年逐月的500 hPa高度场，在60°E-120°W，0°-90°N区域内，对1月份资料进行标准化距平处理后，运用EOF正交分解方法进行计算。所谓经验正交分解是指用来分解气象要素场的特征向量是由给定的气象要素场的序列本身的特征所决定的，而不是事先人为规定好的。EOF是针对气象要素场进行的，对包含若干空间点的场沿时间的变化分解。设抽取样本的容量为n的资料，则场中任意一空间点i和任意一时间点j的距平观测值Xij，可看成有p个空间函数Vik时间函数Ykj（k=1，2，…，p）的线性组合表示成：

2.2.2WP（太平洋西部型遥相关）指数

大气遥相关是指相隔一定时间和空间的气象或者天气气候过程之间稳定相关上网地理分布型。北半球冬季500 hPa高度场遥相关中太平洋西部型（Western Pacific pattern，WP）：当西太平洋副高加强时，阿留申低压加深，表现出这两个地区位势高度的反相关的特点。

定义WP指数为：

相关系数的计算：

3　08年我国南方冰冻雨雪天气的环流分析

王海军等人［3］通过对冰冻日数，温度和降水量等要素的分析，对冰雪冻害天气进行分级，建立了冰冻指数等并指出：我国南方地区发生区域持续性冰冻灾害天气最严重的前5位分别为2008、1955、1984、1964、1957年，其中08年冰雪冻害天气过程比较严重，故而本文将以08年为例进行分析。

3.1拉尼娜背景场的确定

ENSO事件是一个涉及赤道中东太平洋的大尺度海洋大气异常事件，把赤道中东太平洋海温异常增暖的事件称为El Nino事件；把赤道中东太平洋海面温度异常变冷的现象称为La Nina事件。美国气候预测中心把赤道中东太平洋海域分为几个海区Nino一区（5°-10°S，90°-80°W），Nino二区（0°-5°S，90°-80° W），Nino三区（5°N-5°S，150°-90°W），Nino四区（5°N-5°S，160°E-150°W）和Nino3.4区（5°N-5°S，170°-120° W）。对于判断是否为ENSO事件，不同作者规定的海温距平数值上略有所差异，但大体为，半年内海表面温度距平值大于0.5℃，超过0.5℃的定义为El Nino事件，低于-0.5℃的定义为La Nina事件。

图1　2008年1月全球海温距平场（相对于1948-2010年的海温，单位：℃）

由图1可看出08年1月份太平洋Nino三区海域海面温度负距可达-1.5℃。而之前的几个月内Nino三区海域的海表面温度距平均小于-1.5℃，故而2007年全球大气受La Nina事件影响。期间我国南方出现大范围持续性冰冻雨雪天气现象也是La Nina事件的表现特征之一。而La Nina事件是08年这次冰雪冻害的发生和持续的背景场，它与西伯利亚地区阻塞高压的建立和维持有密切的关系［5］。

3.22008年环流场分析

结合500 hPa高度平均场和距平图，可以看到08年1月中下旬，在拉尼娜事件的背景下，乌拉尔山高压脊强烈发展，且持续时间很长。北大西洋500 hPa上的西风带向东到达欧洲后分为两支，一支偏北延伸到极地，并在贝加尔湖北侧转向南下，将大量冷空气向北输送，这种环流的阻高位置偏北，阻塞形势持续时间很长。另一支向南汇入孟加拉湾地形槽，从高原南部进入我国，西南气流得到加强。根据前文利用EOF分析法所做的大气环流分型可以明显看出，我国08年冬季与第三模态十分类似，东亚一带为负距平，西伯利亚附近有强的正距平，阻高很强且十分稳定。西太平洋副高位置较为偏北。

3.3水汽条件和垂直运动

2008年一共出现四次大型冰冻天气，下面以08 年1月27日为例分析冰冻雨雪灾害天气的水汽条件和低层的垂直速度。

由08年1月27日700 hPa的平均风场分析可得出，贝加尔湖的西面有强烈的阻塞高压存在，阻高前部有明显的偏北气流，将冷空气向南方输送。我国南方地区西南气流强烈，在700 hPa高空可达30 m/s以上，可将水汽由孟加拉湾向我国江淮地区输送，西太平洋有明显的副高出现，副高的底后部偏南气流将南海的暖湿空气向内陆输送，汇入西南气流之中。副高脊线位置较往年同期偏北，使得西南气流携带着暖湿空气向更北的地方输送。

利用25°-35°N的平均垂直速度可得，08年1月27日，700 hPa高度场在115°E的地方有最大的向上的垂直速度。说明这里垂直输送很强，应伴随有降水等水汽的相变过程，在地理上该地区约为江西、湖南一带。这一带能出现上升运动，是由副高底后部的偏南气流的汇入造成的，带来的暖湿空气以及明显的垂直运动，为降水提供了必要条件。

3.4大气环流异常影响我国南方低温雨雪天气可能的机制

据先前利用EOF分析所得标准化距平分析不难发现，08年的大气环流背景场与第三模态比较接近，且较为符合北半球500 hPa太平洋西部型遥相关型，故而对08年我国南方冰冻雨雪天气环流背景场的可能的影响机制做初浅的探索。利用1948-2012年的500 hPa的NCEP/NCAR的2.5°×2.5°的再分析资料，以及中国160站，1951-2010年的逐月平均的温度和降水资料计算WP（太平洋西部型）遥相关指数有与我国1月份气温和降水的相关系数并分析其相关关系。

图2　1948-2011年标准化的WP遥相关指数

通过计算可得如图2所示，1948-2011年历年的标准化遥相关指数，其中高指数年1962、1967、1970、1986、1987、2000、2003、2010年，低指数年有 1952、1955、1968、1975、1980、1988、1992、1998、2004、2006年。

WP指数与气温的相关图（图3）中可以看出，WP指数与我国冬季1月份的气温均为这个相关。我国四川湖南江西一带有很大的正相关性，相关系数大的可达0.35。新疆北部小部分地区气温也与WP指数有很强的相关性。

图3　1951-2008年的WP指数与气温的遥相关（阴影为通过95%置信检验的区域）

WP指数与降水的相关图（图4）中，江西湖南等地为负相关大的地区，海南岛东北部有负相关的高值区，青藏高原南部为负相关的高值区，相关系数超过-0.3，河套地区附近为正相关区。

图4　1951-2008年的WP指数与降水的遥相关（阴影为通过95%置信检验的区域）

4　结论与讨论

本文利用短期气候预测的方法，以08年为例，对我国南方发生持续性冰冻雨雪天气的原因和可能的影响机制进行了分析：（1）我国南方冰冻雨雪天气发生时，乌拉尔山高压脊发展强烈，形成稳定的阻塞高压，其脊前的偏北引导气流将冷空气源源不断的向南输送。与此同时孟加拉湾地区的槽前西南气流很强，将大量水汽向我国北方输送，北方冷空气与南方暖湿气流交绥，为冰冻雨雪天气的发生提供了条件。（2）2007年至2008年为拉尼娜年，在此环流背景下，乌拉尔山阻塞高压发展强烈且稳定维持。这使得有持续的冷空气由偏北气流输送至我国。这是导致我国冰冻雨雪天气持续性的原因。（3）通过对北半球冬季500 hPa太平洋西部型遥相关型 （WP型）对我国气温和降水的关系的分析，发现WP指数与我国华中地区的气温和降水均有很大的相关性。此外与我国新疆的部分地区也有很大的相关性。

参考文献

［1］严小冬，吴战平，古书鸿.贵州冻雨时空分布变化特征及其影响因素浅析 ［J］.高原气象2009，28（3），695-701.

［2］骆欧阳，项素清.2008年2月初金华市罕见冻雨灾害成因分析［J］.海洋预报2010，27（3），50-58.

［3］王海军，覃军，张峻，中国南方7省冰冻天气时空分布规律研究.长江流域资源与环境，2010，19（7），840-846.

［4］杨明，毛显后.冻雨天气形势下的贵州单站温度和降水预报［J］.贵州气象，2009，33增刊，45-47.

［5］DingYihui，WANGZunya，SONGYafang，and ZHANG Jin.The Unprecedent Freezing Disaster in January 2008 in Southern China and Its Association with the Golbal Warming［J］.ACTA METEOROLOGICA SINCA 2008，22（4）538-558.

中图分类号：P458.1+1

文献标识码：A

文章编号：1002-252X（2016）02-0005-03

收稿日期：2016-3-1

作者简介：崔洋（1989-），男，河北省新乐县人，南京信息工程大学，本科生，助理工程师.

Abnormal atmospheric circulation analysis of freezing rain and snow weather in South China in 2008

CUI Yang
（Dalian international airport Changhai airport，Liaoning Dalian 116500）

Abstract：Analyzed the atmospheric circulation characteristics，impact system and possible teleconnection patterns of the winter freezing rain and snow weather in China with the NCEP/NCAR reanalysis data information，160 stations’monthly mean temperature and precipitation data from China＇s National Climate Center.Results show that：（1）the formation of the blocking high near Ural Mountains and strong development of the southwest airstream provide conditions for freezing rain and snow weather.（2）The La Nina event happened in 2008，which made the blocking high pressure maintain a longer period of time.And that is conductive to the cold air from northern part and the warm and wet air from southern part appear evenly matched.（3）The 500 hPa western Pacific tele-connection pattern（WP type）in the winter of northern hemisphere have a great correlation with the temperatures and precipitation in winter of Southern China.

Key words：blocking high；southwest airstream；La Nina；WP