黔南州凝冻气候特征以及异常凝冻年环流特征

高红梅,陈 波,夏 阳，唐红忠,潘启学

(1.贵州省黔南自治州气象局，贵州 都匀 558000;2.贵州省六盘水市气象局，贵州 六盘水 553000)

0 引言

凝冻主要是指环境温度低于0 ℃的情况下，大气中过冷却云雾滴、雨滴和水汽在地物表面凝结或凝华成冰的一种天气现象，是贵州冬季常见的一种灾害性天气，其对农业、林业、电力、通讯网络等重点行业造成大量的经济损失[1]，同时会威胁到交通安全以及人民生活。凝冻天气主要以降水的形式出现，里面包含多种复杂的天气现象如冻雨、冻毛毛雨、雾等，可导致雨凇、雾凇、混合淞的现象，但在贵州以雨凇为主要形式，雨凇是指过冷却液态水碰到地面物体后直接冻结雨呈的毛玻璃状或透明的坚硬冰层，凝冻灾害是需要出现持续性雨凇天气才会形成。凝冻强度与低纬高原地区独有的地理位置、复杂地形条件以及云贵静止锋天气有密切关系[2]，黔南处于贵州中部到南部，地形北高南低，所以在本区域内气候特征差异性较大，凝冻影响程度也不同。自2008年南方出现大范围雨雪冰冻天气[3]，引起不少气象工作者和专家对凝冻、冻雨、雨凇等天气研究[4-6]，而对于贵州本省凝冻基础研究部分时间过早[7-9],近几年来也有少数地市州对本区域做了凝冻的气候研究[10-12]，目前黔南本地对凝冻天气的分析比较少，所以本文主要对黔南本区域近50 a出现的凝冻天气进行一些基础研究，通过分析历史资料来了解黔南区域的凝冻气候特征，为政府部门针对黔南凝冻灾害防御决策提供科学依据。

1 资料

本文基于黔南12个地面观测站自1968年12月—2018年3月共50 a的雨凇观测资料，并按照《贵州省气象灾害的划分标准》[13],即在每年12月1日—次年2月28日期间，凡日平均气温≤1 ℃、日最低气温≤0 ℃以及日雨量≥0 mm，3者同日出现，持续≥3 d(其中第4 d起允许间隔1 d的日最低气温为0.1～0.5 ℃或无雨)且至少有1 d出现凝冻天气现象的时段，定为一次冬季凝冻天气过程。单站凝冻分级标准为：持续2～3 d为轻级，持续4～5 d为中级，持续6～9 d为重级，持续≥10 d为特重级。以黔南出现凝冻的站数频率为依据，按“定高不定低”的原则自高到低划分，得到黔南本地的区域年度凝冻灾害强度分级标准(表1)。同时根据划分不同级别的凝冻年，利用NCEP/NCAR日平均北半球500 hPa环流资料，分析黔南出现区域性特重级和重级凝冻年的环流场差异，总结出其凝冻异常气候特征。

2 雨凇分布特征

2.1 雨凇年空间分布

黔南地势北高南低，瓮安、福泉、贵定、龙里、惠水、长顺、独山和都匀的气象观测站海拔高度在925～1 140 m，平塘观测站708.7 m，罗甸、荔波、三都海拔高度在419～440.3 m。在纬度上，瓮安在27°N，福泉、贵定、龙里、惠水、长顺、都匀在26°N，罗甸、平塘、独山、荔波、三都在25°N。

表1 黔南区域年度凝冻灾害强度分级标准Tab.1 Standard for classification of annual freezing disaster intensity in Qiannan

图1 黔南1969—2018年平均雨凇日数空间分布图Fig.1 The spatial distribution of average annual glaze days in Qiannan during 1969—2018

雨凇分布是北多南少的特征比较明显(图1)。瓮安出现雨凇日最多，年均15.3 d；26°N中，黔南年均雨凇日在1.8 d(惠水)～9.3 d(福泉)，在这一纬度间，雨凇呈现东多西少的特征；25°N中，50 a来罗甸、荔波未出现有雨凇记录，三都仅出现6次雨凇，独山因地势相比周围要高，形成一个孤立点，所以独山年均雨凇日较多(8.9 d)，其次平塘年均雨凇日1.4 d。

2.2 雨凇月空间分布

黔南雨凇出现在11月—次年的3月，11月出现雨凇占总数0.5%，12月占12.3%，1月占53.8%，2月占30.2%，3月占3.3%，由此可见黔南雨凇多出现在冬季且在1月出现频率最大。11月，50 a来瓮安出现雨凇8次，福泉有3次，长顺和独山仅出现1次；12月雨凇日开始增加(图2a)，瓮安平均出现2 d，其次福泉和独山平均出现1.1 d，龙里0.7 d，贵定和都匀0.6 d，惠水和长顺0.3 d，平塘0.1 d；1月雨凇日大幅增加(图2b)，瓮安平均雨凇日为7.7 d，福泉和独山为5 d，都匀3.1 d，贵定和龙里为2.7 d、2.9 d，平塘、惠水和长顺分别为1 d、1.1 d、1.6 d，三都为0.5 d；2月(图2c)瓮安平均出现5 d，福泉和独山分别为3 d、2.8 d，都匀为1.9 d，贵定和龙里分别为1.4 d、1.5 d，平塘、惠水、长顺分别为0.3 d、0.4 d、0.5 d，三都50 a来仅出现1次；3月雨凇，瓮安平均出现0.8 d，其次福泉和独山平均出现0.3 d，贵定、龙里和都匀平均出现0.1 d，平塘、长顺50 a来仅出现1～2次。

图2 1969—2018年12月(a)、1月(b)、2月(c)平均雨凇日数Fig.2 Average days of glaze in December (a), January (b), February (c), 1969—2018

2.3 雨凇初(终)日

黔南州平均雨凇初日大致出现在12月下旬末到1月下旬(表2)，其中瓮安、福泉和独山雨凇平均初日最早出现在12月下旬末，贵定、龙里、惠水、平塘和都匀的雨凇平均初日在1月上旬，三都在1月中旬，长顺雨凇平均初日在1月下旬。黔南州平均雨凇终日大致在1月下旬—2月下旬，其中雨凇平均终日最早出现在1月下旬的是福泉、平塘和独山，平均终日出现在2月上旬的是龙里、惠水、长顺和三都，平均终日出现在2月中旬的是瓮安和都匀，2月下旬的是贵定。

表2 黔南州12县市平均雨凇初日和雨凇终日Tab.2 the average start date and end date of the glaze weather in Qiannan 12 county

3 凝冻特征

根据黔南区域年度凝冻灾害强度分级标准(表1)，1969—2018年全州共出现有100次凝冻天气过程(表3)，其中区域性特重级凝冻过程有4次(占总数的4%)，重级凝冻有12次(占总数12%)，中级凝冻有21次(占总数21%)，轻级凝冻有8次(占总数8%)，其余55次凝冻过程仅有1～2站出现凝冻，没有达到区域性凝冻天气过程，占55%。区域特重级凝冻过程有4次，分别是1974年1月29日—2月8日、1984年1月16日—2月5日、2008年1月12日—2月7日、2011年1月1—11日；区域重级凝冻过程共12次，20世纪70年代出现3次、80年代出现4次、90年代出现3次、21世纪以来到目前出现2次。

表3 黔南不同等级凝冻过程出现时间表Tab.3 A time table of different grade freezing process in Qiannan

3.1 凝冻初(终)日以及凝冻持续时间

黔南凝冻平均初日(表4)大致出现在1月下旬，其中瓮安凝冻出现最早11月28日，福泉、贵定、龙里、独山最早出现在12月上旬，惠水、长顺和都匀最早出现在12月中旬，平塘最早出现在1月中旬。黔南凝冻平均终日都在1月下旬后期到2月上旬初，长顺最晚凝冻终日在2月下旬，福泉、贵定、龙里、惠水、平塘、独山和都匀最晚终日在3月上旬，瓮安最晚终日在3月下旬。由此可见，瓮安地处黔南最北，是冷空气首先影响的区域，所以瓮安凝冻开始的早，结束得最晚。

表4 黔南12县市平均凝冻初日和凝冻终日Tab.4 the average start date and end date of the freezing weather in Qiannan 12 county

黔南凝冻各地平均持续时间为0.3 d～5.5 d，瓮安平均持续时间最长(5.5 d)，其次福泉、独山分别是2.9 d、2.8 d，都匀为1.9 d，贵定、龙里分别为1.1 d、1.3 d，惠水和长顺为0.5 d、0.6 d，平塘0.3 d。历年凝冻持续时间最长的是2008年1月12日—2月7日，瓮安和都匀持续26 d的凝冻天气，福泉、独山分别持续24 d、23 d的凝冻天气，贵定、龙里、惠水、长顺持续15～16 d，平塘持续9 d。

3.2 凝冻期间最低温度

凝冻期间极端最低温度，瓮安、福泉、贵定、龙里、独山为-9.2 ℃～-8.0 ℃，惠水、长顺、平塘、三都、荔波、都匀为-6.9 ℃～-4.2 ℃，罗甸为-1 ℃，其中福泉、惠水、长顺和都匀4县市极端低温出现在重级凝冻年(1977年)，其余8县市极端低温出现在中级凝冻年(1970、1969年)。凝冻期间平均最低气温瓮安为-5 ℃，福泉、贵定、龙里、独山为-4 ℃，都匀为-3 ℃，惠水、长顺、平塘为-2 ℃，三都为-1 ℃，荔波为0 ℃，罗甸为2 ℃。

4 黔南凝冻年环流异常特征

产生凝冻天气需要强冷空气以及暖湿空气的共同持续影响作用形成，黔南处于中低纬度的喀斯特山地环境中，凝冻天气识别最主要是冷空气的强度以及影响持续时间，影响我国的冷空气最终都可以追溯到北冰洋及其附近地区。以下通过分析黔南出现重级以上凝冻年的500 hPa日平均高度场与30 a(1981—2010年)历史同期的距平场(以下简称高度距平场)的分布特征，了解形成黔南出现重级凝冻的一些环流特点，能在以后凝冻预报业务中提供有用的科学参考。

50 a来黔南重级以上凝冻年共有14 a，其中4 a为特重凝冻年，在黔南区域内凝冻影响范围有7～9个县市，10 a为重级凝冻年，影响黔南区域3～7县市。在这些年的高度距平分布场上有以下几个特点：①在我国高度距平场上，有11个凝冻年(1972、1974、1977、1980、1982、1984、1991、1996、2011、2012、2018年)500 hPa高度场在我国(除我国东北地区以外)都为负距平，距平都在-10～0 hPa之间；3个凝冻年(1981、1988、2008年)500hPa高度场在我国偏东和华南地区为正距平，其余负距平，其正距平为0～5 hPa之间，在我国中西部地区负距平在-10～0 hPa之间，特别在2008年，我国东部的正距平是从北太平洋的强高压带延伸过来，2008年的特重级凝冻说明太平洋副高的作用也是非常重要的影响因素。②有6个凝冻年(1972、1974、1977、1984、2011、2012年)在高纬地区有一共同特点，即有完整的正距平系统覆盖在50°N以北地区，正距平中心在20 hPa以上，正距平显示的是极地高压的存在。其中有3个凝冻年出现特重级凝冻，从极地到乌拉尔山有明显在正距平中心，尤其2011年(图3b)的正距平中心最大(20 hPa)，天气实况显示是由于中高纬度的阻塞高压建立形成的明显正距平中心。在正距平中心偏东地区相应有负距平中心，我国中西部也为负距平。③8个凝冻年(1980、1981、1982、1988、1991、1996、2008、2018年)在极圈附近有负距平中心，所以在中高纬又分裂出多个正距平中心，其中东半球50°N以北地区有1～2个正距平中心，其1个正距平中心占多数，仅有1982年(图3a)有2个正距平中心(中心值为15 hPa)，分别在乌山以西和贝湖以东，中高纬环流呈两高一低，其余凝冻年在东半球正距平中心值在10～30 hPa之间，多数在东半球正距平中心值为15 hPa，但在1980年中西伯利亚有30 hPa正距平中心，正距平副高整个西伯利亚地区。

在出现重级以上凝冻年的环流场中，主要的环流形势是极圈上有负距平，说明有极涡存在，极涡向南发展，对应的在其东西两侧有正距平，在东半球的欧亚大陆中高纬度上，平均正距平中心在15 hPa，在实际环流场上对应的是阻塞高压的存在，通常阻塞高压的建立、崩溃和后退与冷空气的堆积和爆发有紧密的联系，我国中部以西地区均为负距平，距平都在-10～0 hPa之间，黔南500 hPa高度上距平在-5～0 hPa，负距平说明有低槽已经影响，低槽引领冷空气影响我国中部以西地区。在特重凝冻环流年中主要特点是在50°N以北地区有完整的正距平区域，正距平中心在20 hPa以上，在欧亚大陆的环流形势与重级凝冻年一致。综上所述，黔南出现重级以上凝冻年，主要是中高纬阻塞高压的存在以及阻塞高压前的冷空气南下，持续的强冷空气与南方适当的暖湿空气配合才出现影响范围较大的凝冻天气。

图3 1982(a)、2011(b)年500 hPa高度距平场Fig.3 1982(a)、2011(b)500 hPa height anomaly field

5 小结

根据黔南雨凇天气资料统计，雨凇天气在空间分布上和凝冻灾害分布是一致的，即北多南少，这主要与其地理位置和地形地貌有关；黔南雨凇的初日比凝冻初日偏早，尤其是瓮安、福泉、长顺、平塘和独山，偏早13～33 d；黔南凝冻天气平均初日大致出现在1月中旬到下旬初，平均终日出现在1月下旬后期；全州出现区域性凝冻天气过程占45%，多数以局地凝冻天气为主，尤其是黔南北部的瓮安，出现凝冻频次最多、持续时间最长、出现得最早、结束得最晚；黔南南部罗甸、荔波县站在50 a内还未出现过凝冻天气；在区域性凝冻期间，全州最低气温，除南部地区外，其余均在0℃ 以下。

在分析重级以上凝冻的环流特征中，高纬地区极涡、极地高压和阻塞高压的影响非常明显，尤其是极地高压的存在，是黔南出现特重级凝冻天气过程的重要影响因素，高压距平在20 hPa以上；在我国中西部高度距平场均为负距平，距平都在-10～0 hPa之间，配合高纬阻塞高压系统，冷空气南下影响我国中西部大部分地区；太平洋高压西伸点对黔南出现重级以上凝冻年也有密切影响，高压长时间稳定在我国东部和华南地区，高压西侧的暖湿气流与西北强冷空气配合，造成长时间的凝冻天气。

本次研究主要针对黔南州区域性凝冻过程的基础研究，凝冻影响因素有很多，除了大的环流背景，还有微物理机制、云层厚度以及垂直空间的冷暖机制等等因素，所以下一步仍需利用多种观测要素对其影响因素细致分析，才能了解透彻。