基于NCEP FNL資料的環(huán)渤海地區(qū)低空急流的時(shí)空分布特征

賽瀚,苗峻峰

(1.南京信息工程大學(xué) 大氣科學(xué)學(xué)院,江蘇 南京 210044;2.大連市氣象臺(tái),遼寧 大連 116001)

基于NCEP FNL資料的環(huán)渤海地區(qū)低空急流的時(shí)空分布特征

賽瀚1,2,苗峻峰1

(1.南京信息工程大學(xué) 大氣科學(xué)學(xué)院,江蘇 南京 210044;2.大連市氣象臺(tái),遼寧 大連 116001)

摘要：利用2008年NCEP FNL全球分析資料,研究了環(huán)渤海地區(qū)低空急流的時(shí)空特征,并與探空資料結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。結(jié)果表明:環(huán)渤海地區(qū)低空急流的日變化特征明顯,18時(shí)(世界時(shí))達(dá)到最大;季節(jié)變化非常明顯,春季出現(xiàn)的次數(shù)最多;它的風(fēng)速范圍為12～14 m/s,風(fēng)向以SW為主,主要出現(xiàn)在925 hPa上;環(huán)渤海地區(qū)低空急流在西北部以高層(700和850 hPa)為主,在東北部和南部以低層(925 hPa)為主;在700 hPa上,各時(shí)次出現(xiàn)低空急流的個(gè)數(shù)差異不大,在850 hPa上出現(xiàn)低空急流最多的時(shí)次主要是12時(shí),在925 hPa和1 000 hPa上出現(xiàn)低空急流最多的時(shí)次是18時(shí);由高層到低層,低空急流的中心由西北部逐漸向東北部移動(dòng),低空急流的強(qiáng)度在春季逐漸增強(qiáng),在秋冬季逐漸減弱。NCEP FNL分析資料能夠捕捉到更多的低空急流。

關(guān)鍵詞：環(huán)渤海地區(qū);低空急流;NCEP FNL全球分析資料

中圖分類號(hào)：

文章編號(hào)：1674-7097(2015)05-0599-12P442.1

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：碼：A

doi：10.13878/j.cnki.dqkxxb.20130618001

Abstract:Spatial and temporal characteristics of low-level jet(LLJ) are derived from four times per day NCEP FNL operational global analysis data in 2008 over the Bohai rim.Comparison between the conclusion and the analysis results obtained from twice-daily radiosonde data indicates that NCEP FNL analysis data are able to capture more LLJs.The results show that the frequency of LLJ over the Bohai rim has evident diurnal and seasonal variations reflected in that the LLJ occurred more frequently at 1800 UTC and in spring,respectively.The wind speed of LLJ is mainly around 12—14 m/s,the wind direction of LLJ is predominately from SW,and the height of LLJ mostly occurs at 925 hPa.The LLJ in the northwest of Bohai rim are usually found at high level(700 hPa and 850 hPa),while in the northeast and south of Bohai rim,it typically occurs at the lower level(925 hPa).Small differences in the number of LLJ occues at each times at 700 hPa.LLJ frequently happens at 850 hPa at 1200 UTC,but at 925 hPa and 1 000 hPa at 1800 UTC.From the high level to the low level,the center of LLJ over the Bohai rim gradually moves toward northeast from northwest,and LLJ’s intensity gradually increases in spring and decreases in autumn and winter.

收稿日期：2014-09-18；改回日期：2015-04-03

基金項(xiàng)目:公益性行業(yè)(氣象)科研專項(xiàng)(GYHY201406001);江蘇省高校自然科學(xué)研究重大項(xiàng)目(14KJA170004);江蘇省自然科學(xué)基金項(xiàng)目(BK20131432);江蘇省“青藍(lán)工程”;江蘇省“333”工程

通信作者：王黎娟,博士,教授,研究方向?yàn)榧撅L(fēng)和海氣相互作用,wljfw@163.com.

Spatial and temporal characteristics of low-level jet over

the Bohai rim from the NCEP FNL global analysis data

SAI Han1,2,MIAO Jun-feng1

(1.School of Atmospheric Sciences,NUIST,Nanjing 210044,China;2.Dalian Meteorological Observatory,Dalian 116001,China)

Key words:Bohai rim;low-level jet;NCEP FNL operational global analysis data

0引言

在世界的許多地方都能觀測(cè)到低空急流,低空急流與強(qiáng)降水、航空安全、空氣污染物的輸送和擴(kuò)散等有密切關(guān)系,急流下方強(qiáng)的風(fēng)切變能夠影響湍流的交換,因此低空急流與人民的生活、生命財(cái)產(chǎn)安全等息息相關(guān)(賽瀚和苗峻峰,2012a;劉鴻波等,2014)。低空急流是指在低層出現(xiàn)的風(fēng)速廓線極大值,它最易出現(xiàn)在夜間,出現(xiàn)的高度與逆溫層頂密切相關(guān)(Whiteman et al.,1997;Marengo et al.,2004;Garreaud and Munoz,2005;Baas et al.,2009)。溫帶氣旋的暖區(qū)能促進(jìn)低空急流的形成和發(fā)展(Mitchell et al.,1995;Arritt et al.,1997)。在我國(guó),低空急流通常是指600 hPa以下,風(fēng)速大于等于12 m/s的強(qiáng)而窄的氣流帶(朱乾根等,2000)。統(tǒng)計(jì)我國(guó)對(duì)低空急流的研究(張恒德等，2011；賽瀚和苗峻峰,2012a)可以發(fā)現(xiàn),目前我國(guó)對(duì)低空急流的研究多在與暴雨等強(qiáng)對(duì)流天氣的關(guān)系方面,而針對(duì)低空急流自身特征的研究較少,從地理區(qū)域的角度來(lái)看,我國(guó)對(duì)南方地區(qū)低空急流的研究較多,而對(duì)華北、東北地區(qū)低空急流的研究相對(duì)較少。研究低空急流自身特征的最直接的方法是觀測(cè)分析。賽瀚和苗峻峰(2012b)利用高空探測(cè)資料(radiosonde data)分析了環(huán)渤海地區(qū)低空急流的特征,發(fā)現(xiàn)環(huán)渤海地區(qū)低空急流屬于中尺度低空急流,季節(jié)變化非常明顯,它的平均風(fēng)速為15～16 m/s,風(fēng)向以SW為主,大多出現(xiàn)在1 500～1 600 m和700～950 m的高度上;低空急流平均速度的大值一般出現(xiàn)在冬季,而冬季對(duì)應(yīng)的平均高度最低;夏季出現(xiàn)的低空急流的速度最小,且高度最高。

由于常規(guī)探空資料的時(shí)間分辨率較低,一天只有兩次觀測(cè),00時(shí)(世界時(shí),下同)和12時(shí),而且前人的研究表明低空急流最易出現(xiàn)在夜間,所以探空資料(簡(jiǎn)稱為RAOB資料)不能很好地捕捉到低空急流。NCEP FNL全球分析資料的時(shí)間分辨率是一天4次,00時(shí)、06時(shí)、12時(shí)、18時(shí),比探空資料多兩個(gè)時(shí)次(圖1),因此利用NCEP FNL全球分析資料可以更好地捕捉到低空急流。本文利用NCEP FNL全球分析資料(簡(jiǎn)稱為NCEP FNL資料或FNL資料),從垂直切變的角度定義低空急流,分析環(huán)渤海地區(qū)低空急流的時(shí)空結(jié)構(gòu)特征。

圖1　探空資料(RAOB)與NCEP FNL全球分析資料的時(shí)間分辨率對(duì)比Fig.1　Comparison of time resolution between Radiosonde data(RAOB) and NCEP FNL global analysis data

1資料與方法

1.1　資料

本文研究的時(shí)間為2008年,利用6 h一次(即每日4個(gè)時(shí)次,分別為00時(shí)、06時(shí)、12時(shí)、18時(shí),對(duì)應(yīng)的北京時(shí)間分別為08時(shí)、14時(shí)、20時(shí)、次日02時(shí))的NCEP FNL資料(水平分辨率為1°×1°),分析環(huán)渤海地區(qū)低空急流的時(shí)空特征。本文的研究范圍選定在115～125°E、35～44°N,選取NCEP FNL資料中距離探空站最近的格點(diǎn)(圖2中的黑色實(shí)心圓點(diǎn))作為該站的代表,即(116°E,40°N)代表北京、(119°E,42°N)代表赤峰、(123°E,42°N)代表沈陽(yáng)、(122°E,39°N)代表大連、(118°E,37°N)代表章丘,來(lái)提取并分析環(huán)渤海地區(qū)的低空急流。

1.2　方法

利用NCEP FNL資料,針對(duì)低空急流本身的特征進(jìn)行研究。從垂直切變的角度定義低空急流,分析其時(shí)間分布、垂直分布和水平分布特征;通過(guò)統(tǒng)計(jì)低空急流的觀測(cè)次數(shù)、出現(xiàn)高度等,分析環(huán)渤海地區(qū)低空急流的風(fēng)向、風(fēng)速等特征;再結(jié)合環(huán)渤海地區(qū)的地形,總結(jié)環(huán)渤海地區(qū)低空急流的時(shí)空特征。借鑒Bonner(1968)研究北美大氣西南風(fēng)低空急流的方法及我國(guó)氣象學(xué)者對(duì)低空急流的研究(王強(qiáng)等,1995),利用距離5個(gè)探空站最近的5個(gè)格點(diǎn)的資料,選取600 hPa以下的標(biāo)準(zhǔn)層上u、v風(fēng)場(chǎng)資料,根據(jù)公式計(jì)算風(fēng)速和風(fēng)向。

由于NCEP FNL資料中只具有u分量和v分量的風(fēng)速值,所以本文利用如下公式來(lái)計(jì)算風(fēng)向:

其中:D為風(fēng)向,單位為(°);u為緯向的風(fēng)速矢量,單位為m/s;v為經(jīng)向的風(fēng)速矢量,單位為m/s。上式表明,各風(fēng)向的范圍與實(shí)測(cè)資料中的計(jì)法有所不同。由NCEP FNL資料計(jì)算出的風(fēng)向?yàn)?SW風(fēng)(0°～90°)、SE風(fēng)(90°～180°)、NE風(fēng)(180°～270°)、NW風(fēng)(270°～360°)。

圖2　環(huán)渤海地區(qū)探空站的站點(diǎn)(海拔高度)和NCEP FNL分析資料的格點(diǎn)分布Fig.2　Distribution of radiosonde stations(elevation) and grids of NCEP FNL analysis data over the Bohai rim

從垂直切變的角度定義低空急流。任一時(shí)次,600 hPa以下的標(biāo)準(zhǔn)層上出現(xiàn)風(fēng)速大于等于12 m/s的現(xiàn)象,且需要滿足以下情況:1)如果近地面的第一層出現(xiàn)風(fēng)速大于等于12 m/s的情況,那么,若該層上方的風(fēng)速小于該層風(fēng)速值,就說(shuō)明第一層出現(xiàn)低空急流;2)如果除第一層以外的其他層出現(xiàn)風(fēng)速大于等于12 m/s的情況,那么,若該層鄰近的上、下層的風(fēng)速均小于該層風(fēng)速值,就說(shuō)明該層出現(xiàn)低空急流(賽瀚和苗峻峰,2012b)。符合上述條件的高度即為低空急流出現(xiàn)的高度,即低空急流核(“鼻狀”廓線的頂點(diǎn))所在的高度。根據(jù)該定義,提取低空急流,再作進(jìn)一步分析。

1.3　地形特點(diǎn)

環(huán)渤海地區(qū)主要分布在我國(guó)地勢(shì)的第三級(jí)階梯上,如圖3所示,地形呈東北—西南走向,中間地勢(shì)較低(遼河平原、華北平原和渤海),兩側(cè)地勢(shì)相對(duì)較高(西北:大興安嶺、太行山;東南:遼東丘陵和山東丘陵),且西北側(cè)地勢(shì)明顯高于東南側(cè)。

2低空急流的時(shí)間變化特征

2.1　低空急流的日變化特征

利用NCEP FNL資料提取的低空急流出現(xiàn)日數(shù)如圖4a所示,大體與探空資料結(jié)果相似,均是沈陽(yáng)、大連低空急流出現(xiàn)日數(shù)最多,可能與兩地都處在地勢(shì)相對(duì)較低的遼河平原有關(guān)。與探空資料結(jié)果相比,NCEP FNL資料顯示的環(huán)渤海地區(qū)低空急流出現(xiàn)日數(shù),在整體上是增加的,表明NCEP FNL資料可以捕捉到更多的低空急流。由圖4b可見(jiàn),環(huán)渤海地區(qū)5站出現(xiàn)的低空急流有一個(gè)共同的特點(diǎn),就是18時(shí)出現(xiàn)低空急流的次數(shù)最多、06時(shí)出現(xiàn)低空急流的次數(shù)最少。這說(shuō)明環(huán)渤海地區(qū)的低空急流具有明顯的日變化特征:06時(shí)出現(xiàn)低空急流的次數(shù)最少,之后逐漸增多,18時(shí)達(dá)到最多,之后又逐漸減弱,00時(shí)出現(xiàn)低空急流的次數(shù)仍然大于06時(shí)出現(xiàn)低空急流的次數(shù)。

圖3　研究區(qū)域的地形分布(單位:m)Fig.3　Terrain distribution of study area(units:m)

圖4　低空急流的日數(shù)(a;單位:d)和觀測(cè)次數(shù)(b)Fig.4　(a)Duration(units:d) and (b)observation number of LLJ

2.2　低空急流的月際變化特征

圖5表明,NCEP FNL資料顯示的環(huán)渤海地區(qū)低空急流的月際變化特征非常明顯,春季(3—5月)為低空急流的高發(fā)季,夏季(6—8月)低空急流的次數(shù)最少,秋季(9—11月)、冬季(12月和同年1、2月)則呈逐漸上升趨勢(shì)。這與探空資料顯示的低空急流的月際變化特征一致。

圖5　低空急流日數(shù)的月際變化(單位:d)Fig.5　Monthly change of duration of LLJ(units:d)

3低空急流的空間變化特征

3.1　低空急流的垂直分布

由低空急流核在不同高度的分布(圖6)可見(jiàn),整體上NCEP FNL資料顯示的結(jié)果與探空資料顯示的結(jié)果較一致,環(huán)渤海地區(qū)低空急流出現(xiàn)的高度相對(duì)較低,925 hPa上最多。但是就各站而言,北京、赤峰站主要出現(xiàn)在較高層(700和850 hPa),在較低層幾乎沒(méi)有出現(xiàn),而沈陽(yáng)、大連、章丘站的低空急流在各層都有分布,但是以925 hPa為主,大連低空急流出現(xiàn)的高度可達(dá)最低(1 000 hPa)。

由圖6還可以發(fā)現(xiàn),低空急流在各層上均存在日變化。在700 hPa上,低空急流在各時(shí)次出現(xiàn)的個(gè)數(shù)差別不是很大,表明在高層(700 hPa)出現(xiàn)的低空急流的日變化特征不是特別明顯;越往低層,各時(shí)次出現(xiàn)低空急流個(gè)數(shù)的差異逐漸增大,一般在850 hPa上出現(xiàn)低空急流最多的時(shí)次主要在12時(shí)(赤峰站仍然為18時(shí)),925 hPa和1 000 hPa上出現(xiàn)低空急流最多的時(shí)次為18時(shí),而且低空急流在18時(shí)出現(xiàn)的次數(shù)都遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于06時(shí),表明低空急流在低層的日變化特征較為明顯,主要表現(xiàn)在夜間出現(xiàn)低空急流的次數(shù)最多,白天出現(xiàn)低空急流的次數(shù)逐漸減小。因此,在環(huán)渤海地區(qū),越往低層,低空急流的日變化特征越明顯。

圖6　低空急流核在700 hPa(a)、850 hPa(b)、925 hPa(c)和1 000 hPa(d)的次數(shù)Fig.6　Number of jet core at (a)700 hPa,(b)850 hPa,(c)925 hPa and (d)1 000 hPa

3.2　低空急流的水平分布

由于環(huán)渤海地區(qū)的探空站點(diǎn)只有5個(gè),不能夠很好地分析出該地區(qū)低空急流的水平特征。而NCEP FNL資料是格點(diǎn)資料,水平分辨率為1°×1°,可以利用分布在環(huán)渤海地區(qū)的所有格點(diǎn)的資料,來(lái)分析該地區(qū)低空急流的水平分布特征。

在環(huán)渤海地區(qū)700、850和925 hPa上,挑選出存在低空急流(風(fēng)速≥12 m/s)的格點(diǎn)數(shù)占該地區(qū)總格點(diǎn)數(shù)的一半以上的時(shí)次,分別針對(duì)一天4個(gè)時(shí)次,做風(fēng)矢量的年平均和季節(jié)平均。2008年3—5月為春季,6—8月為夏季,9—11月為秋季,12月和同年的1、2月為冬季。

3.2.1低空急流年平均的空間分布

由圖7可見(jiàn),低空急流的年平均特征為,各層出現(xiàn)的低空急流均以西北風(fēng)為主,低空急流的最強(qiáng)中心位于環(huán)渤海地區(qū)的北部,從高層(700 hPa:中心位于西北部)到低層(925 hPa:中心位于東北部)有逐漸東移的趨勢(shì),且強(qiáng)度從高層到低層明顯減小。從各層上看,700 hPa上低空急流強(qiáng)度、范圍都很大,呈西北—東南走向,除了圖7中位于北部的最強(qiáng)低空急流中心外,還有一個(gè)稍弱的中心位于環(huán)渤海地區(qū)東南部海洋上;700和850 hPa上低空急流都具有明顯的日變化特征,18時(shí)達(dá)到最強(qiáng);在925 hPa上,除了圖7中北部的低空急流中心外,06時(shí)在渤海灣的海陸交界地帶出現(xiàn)一個(gè)低空急流中心。700 hPa上環(huán)渤海地區(qū)東南部的海洋和925 hPa渤海灣的海陸交界地帶上,在06時(shí)均出現(xiàn)較強(qiáng)的低空急流中心,由于出現(xiàn)的時(shí)間是在每天溫度最高的時(shí)次上,所以出現(xiàn)這種情況的原因可能與地形、下墊面、海陸熱力差異等因素有關(guān)(黃利萍等，2012，2013；苗峻峰,2014；楊薇等，2014)。

圖7　700 hPa(a,b,c,d)、850 hPa(e,f,g,h)、925 hPa(i,j,k,l)上風(fēng)矢量的年平均(單位:m/s;陰影區(qū)表示風(fēng)速≥12 m/s)　　a,e,i.00時(shí);b,f,j.06時(shí);c,g,k.12時(shí);d,h,l.18時(shí)Fig.7　Annual average of wind vector at (a,b,c,d)700 hPa,(e,f,g,h)850 hPa,and (i,j,k,l)925 hPa(units:m/s;shadings:wind speed≥12 m/s)　　a,e,i.0000 UTC;b,f,j.0600 UTC;c,g,k.1200 UTC;d,h,l.1800 UTC

3.2.2低空急流季節(jié)平均的空間分布

通過(guò)對(duì)低空急流現(xiàn)象的提取和對(duì)圖5的分析發(fā)現(xiàn),環(huán)渤海地區(qū)的低空急流多出現(xiàn)在春、秋、冬季,夏季出現(xiàn)的次數(shù)非常少,甚至沒(méi)有出現(xiàn)低空急流,因此本小節(jié)不針對(duì)夏季低空急流進(jìn)行分析。

圖8為700 hPa上春季、秋季和冬季一天4個(gè)時(shí)次(00時(shí)、06時(shí)、12時(shí)和18時(shí))的季節(jié)平均風(fēng)場(chǎng)?？梢?jiàn),環(huán)渤海地區(qū)春季低空急流的強(qiáng)度相對(duì)較弱,主要出現(xiàn)在環(huán)渤海地區(qū)西北部,以西北風(fēng)為主,06時(shí)無(wú)低空急流出現(xiàn),18時(shí)出現(xiàn)的低空急流最強(qiáng),達(dá)到13.5 m/s以上。秋季和冬季低空急流較強(qiáng)。在秋季,環(huán)渤海地區(qū)西北部出現(xiàn)的低空急流強(qiáng)度最大,且符合低空急流的日變化特征,即白天較弱、夜晚較強(qiáng),最大風(fēng)速出現(xiàn)在12時(shí),達(dá)到19 m/s以上。在冬季,環(huán)渤海地區(qū)西北部陸地上出現(xiàn)的低空急流符合其日變化特征,18時(shí)達(dá)到最強(qiáng),最大風(fēng)速超過(guò)17 m/s;而在環(huán)渤海地區(qū)東南部海洋上,06時(shí)出現(xiàn)的低空急流達(dá)到最強(qiáng),這與該地區(qū)特殊的地形條件及海陸熱力差異密切相關(guān)。

圖8　700 hPa上風(fēng)矢量在春季(a,b,c,d)、秋季(e,f,g,h)和冬季(i,j,k,l)的季節(jié)平均(單位:m/s;陰影區(qū)表示風(fēng)速≥12 m/s)　　a,e,i.00時(shí);b,f,j.06時(shí);c,g,k.12時(shí);d,h,l.18時(shí)Fig.8　Seasonal mean of wind vector in (a,b,c,d)spring,(e,f,g,h)autumn,and (i,j,k,l)winter at 700 hPa(units:m/s;shadings:wind speed≥12 m/s)　　a,e,i.0000 UTC;b,f,j.0600 UTC;c,g,k.1200 UTC;d,h,l.1800 UTC

總的來(lái)說(shuō),700 hPa由于受到環(huán)流背景場(chǎng)的影響最大,因此該層低空急流走向與地形不一致,呈現(xiàn)西北—東南走向,春季出現(xiàn)的低空急流最弱,秋、冬季出現(xiàn)的低空急流較強(qiáng),700 hPa上低空急流中心位于環(huán)渤海地區(qū)西北部,且18時(shí)達(dá)到最強(qiáng)。

圖9為850 hPa風(fēng)場(chǎng)的季節(jié)平均?？梢?jiàn),春季低空急流強(qiáng)度較小,主要在18時(shí)環(huán)渤海地區(qū)的東北部(赤峰和沈陽(yáng))出現(xiàn)低空急流,達(dá)到14～15 m/s,以偏西風(fēng)為主。秋、冬季低空急流強(qiáng)度有所增大,低空急流中心出現(xiàn)在赤峰及以北地區(qū),且以西北風(fēng)為主。在秋季,低空急流最大強(qiáng)度出現(xiàn)在12時(shí),達(dá)到18 m/s;06時(shí)出現(xiàn)的低空急流面積最大,即除了環(huán)渤海地區(qū)北部出現(xiàn)低空急流外,渤海海域也出現(xiàn)低空急流,這與地形及海陸熱力差異有關(guān)。在冬季,強(qiáng)度最大的低空急流出現(xiàn)在12時(shí),達(dá)到18 m/s;在秋、冬季,除了00時(shí)外,其他各時(shí)次在環(huán)渤海地區(qū)中、南部均出現(xiàn)較弱的低空急流。

圖9　850 hPa上風(fēng)矢量在春季(a,b,c,d)、秋季(e,f,g,h)和冬季(i,j,k,l)的季節(jié)平均(單位:m/s;陰影區(qū)表示風(fēng)速≥12 m/s)　　a,e,i.00時(shí);b,f,j.06時(shí);c,g,k.12時(shí);d,h,l.18時(shí)Fig.9　Seasonal mean of wind vector in (a,b,c,d)spring,(e,f,g,h)autumn,and (i,j,k,l)winter at 850 hPa(units:m/s;shadings:wind speed≥12 m/s)　　a,e,i.0000 UTC;b,f,j.0600 UTC;c,g,k.1200 UTC;d,h,l.1800 UTC

因此,在850 hPa上,低空急流強(qiáng)度在春季較小,在秋、冬季較大,中心位于環(huán)渤海地區(qū)北部(赤峰)。春季偏西風(fēng)低空急流的最大強(qiáng)度出現(xiàn)在18時(shí),秋、冬季西北風(fēng)低空急流的最大強(qiáng)度出現(xiàn)在12時(shí)。

由圖10可見(jiàn),925 hPa低空急流的變化特征與其他兩層的差異較大,925 hPa上春、秋季出現(xiàn)的低空急流強(qiáng)度較強(qiáng),而冬季出現(xiàn)的低空急流強(qiáng)度較弱。在春季,00時(shí)低空急流主要出現(xiàn)在渤海灣西部的海洋上,且以西南風(fēng)為主;06時(shí)低空急流的中心也位于渤海上,以西北風(fēng)為主;12時(shí)低空急流面積較小,中心位于遼寧中西部,以西南風(fēng)為主;18時(shí)低空急流強(qiáng)度和面積最大,以西南風(fēng)為主,最大風(fēng)速達(dá)16 m/s,陸地上低空急流的中心位于環(huán)渤海地區(qū)東北部。在秋季,00時(shí)低空急流主要出現(xiàn)在環(huán)渤海地區(qū)東北部(赤峰和沈陽(yáng)之間),強(qiáng)度較弱,以西北風(fēng)為主;06時(shí)低空急流強(qiáng)度較強(qiáng),位于環(huán)渤海地區(qū)東北部的低空急流中心仍然存在,而在渤海灣西部的海陸交界地帶又出現(xiàn)一個(gè)低空急流中心,最大風(fēng)速達(dá)18 m/s,以西北風(fēng)為主;12時(shí)低空急流在環(huán)渤海地區(qū)東北部強(qiáng)度沒(méi)有變化,而在渤海灣西部的海陸交界處的低空急流強(qiáng)度急劇減小,所以此時(shí)的中心位于環(huán)渤海地區(qū)東北部;18時(shí)低空急流中心依舊位于環(huán)渤海地區(qū)東北部,但面積、強(qiáng)度均有所增大,以偏北風(fēng)低空急流為主。在冬季,低空急流強(qiáng)度減弱,但中心位置與秋季相當(dāng),低空急流的最大值出現(xiàn)在12時(shí),以西北風(fēng)為主。

圖10　925 hPa上風(fēng)矢量在春季(a,b,c,d)、秋季(e,f,g,h)和冬季(i,j,k,l)的季節(jié)平均(單位:m/s;陰影區(qū)表示風(fēng)速≥12 m/s)　　a,e,i.00時(shí);b,f,j.06時(shí);c,g,k.12時(shí);d,h,l.18時(shí)Fig.10　Seasonal mean of wind vector in (a,b,c,d)spring,(e,f,g,h)autumn,and (i,j,k,l)winter at 925 hPa(units:m/s;shadings:wind speed≥12 m/s)　　a,e,i.0000 UTC;b,f,j.0600 UTC;c,g,k.1200 UTC;d,h,l.1800 UTC

因此,由環(huán)渤海地區(qū)低空急流的季節(jié)平均可以看出,925 hPa上出現(xiàn)的低空急流與該地區(qū)的地形較為一致,呈現(xiàn)東北—西南走向。低空急流強(qiáng)度在春、秋季較大,在冬季較小,而低空急流的中心主要位于環(huán)渤海地區(qū)東北部,最大強(qiáng)度在春、秋季出現(xiàn)在18時(shí),在冬季出現(xiàn)在12時(shí)。而在06時(shí)出現(xiàn)另一個(gè)低空急流中心,位于渤海灣西部的海陸交界地帶,由于只出現(xiàn)每日日照最強(qiáng)、溫度最高的時(shí)間里,所以應(yīng)該與海陸熱力差異有關(guān)。

綜上所述,低空急流的季節(jié)平均特征表現(xiàn)為:在高層(700和850 hPa),秋、冬季出現(xiàn)的低空急流較強(qiáng),在低層(925 hPa),春、秋季出現(xiàn)的低空急流較強(qiáng)。即:在春季,由高層到低層低空急流的風(fēng)向從西北風(fēng)轉(zhuǎn)為西南風(fēng),且強(qiáng)度逐漸增強(qiáng);在秋、冬季,由高層到低層低空急流的風(fēng)向均為西北風(fēng),且強(qiáng)度逐漸減弱。700、850和925 hPa低空急流季節(jié)平均分布表明,從高層到低層,環(huán)渤海地區(qū)低空急流中心由西北部逐漸東移,且基本符合在晚上達(dá)到最大的特征。部分低空急流中心于06時(shí)出現(xiàn)在渤海灣及環(huán)渤海地區(qū)東南部海洋上,這主要與環(huán)渤海地區(qū)特殊的地形、海陸熱力差異有關(guān)。

4統(tǒng)計(jì)特征

4.1　低空急流的風(fēng)速

北京站出現(xiàn)低空急流的風(fēng)速最大值為31.2 m/s(700 hPa),出現(xiàn)概率最大的風(fēng)速范圍是12～14 m/s和16 m/s(圖11);赤峰站出現(xiàn)低空急流的風(fēng)速最大值為33.6 m/s(700 hPa),概率最大的風(fēng)速范圍是13～14 m/s和16～17 m/s;沈陽(yáng)站出現(xiàn)低空急流的風(fēng)速最大值為32.8 m/s(850 hPa),概率最大的風(fēng)速范圍是13～15 m/s;大連站出現(xiàn)低空急流的風(fēng)速最大值是28.3 m/s(700 hPa),概率最大的風(fēng)速范圍是12～15 m/s;章丘站出現(xiàn)低空急流的風(fēng)速最大值為28.1 m/s(850 hPa),概率最大的風(fēng)速范圍是12～16 m/s。環(huán)渤海地區(qū)出現(xiàn)概率最大的風(fēng)速值,北京、大連是14 m/s,其他三站是13 m/s。出現(xiàn)風(fēng)速最大值的高度與地形配合得很好,位于遼河平原的沈陽(yáng)和華北平原的章丘出現(xiàn)的高度相對(duì)較低。

圖11　低空急流不同風(fēng)速的頻率分布　　a.北京;b.赤峰;c.沈陽(yáng);d.大連;e.章丘Fig.11　Frequency distribution of different wind speeds of LLJ　　a.Beijing;b.Chifeng;c.Shenyang;d.Dalian;e.Zhangqiu

4.2　低空急流的風(fēng)向

由各站累加的風(fēng)向頻率分布(圖12)可以發(fā)現(xiàn),低空急流的風(fēng)向以SW為主,其次是NW,然后是N和W;SW風(fēng)在18時(shí)出現(xiàn)的概率最大。

圖12　低空急流風(fēng)向的頻率分布(5站低空急流的累加結(jié)果)　　a.全部時(shí)次;b.00時(shí);c.06時(shí);d.12時(shí);e.18時(shí)Fig.12　Frequency distribution of wind direction of LLJ(the accumulation of five station’s LLJ)　　a.total;b.0000 UTC;c.0600 UTC;d.1200 UTC;e.1800 UTC

4.3　低空急流的高度

NCEP FNL資料顯示的環(huán)渤海地區(qū)低空急流出現(xiàn)的高度分布情況(圖13)與圖6的分析結(jié)果較為一致,在北京和赤峰出現(xiàn)的高度較高,北京以700 hPa為主,赤峰以850 hPa為主;在沈陽(yáng)、大連、章丘出現(xiàn)的高度較低,以925 hPa為主,大連和赤峰在1 000 hPa上還出現(xiàn)低空急流。

圖13　低空急流高度的頻率直方圖　　a.北京;b.赤峰;c.沈陽(yáng);d.大連;e.章丘Fig.13　Frequency distribution of heights of LLJ　　a.Beijing;b.Chifeng;c.Shenyang;d.Dalian;e.Zhangqiu

5個(gè)例分析

分別選取2008年10月25日00時(shí)、12時(shí)的探空資料和NCEP FNL資料來(lái)分析環(huán)渤海地區(qū)5個(gè)站的風(fēng)速垂直分布情況,并對(duì)分析結(jié)果進(jìn)行比較。由于當(dāng)日北京沒(méi)有出現(xiàn)低空急流,所以不分析北京站。由圖14可見(jiàn),利用探空資料分析的赤峰站和沈陽(yáng)站沒(méi)有低空急流出現(xiàn),而NCEP FNL資料分析的結(jié)果是兩站在12時(shí)出現(xiàn)低空急流。由圖15可見(jiàn),利用探空資料發(fā)現(xiàn)大連站在00時(shí)出現(xiàn)低空急流,而NCEP FNL資料顯示大連站在00時(shí)和12時(shí)均出現(xiàn)低空急流;章丘站的探空資料顯示沒(méi)有低空急流出現(xiàn),而NCEP FNL資料分析表明章丘站在00時(shí)有低空急流出現(xiàn)。由此可以看出,NCEP FNL資料比探空資料能夠捕捉到更多的低空急流,體現(xiàn)了NCEP FNL資料的可靠性。

圖14　10月25日赤峰(a)和沈陽(yáng)(b)低空急流的風(fēng)廓線Fig.14　Wind profiles of LLJ at (a)Chifeng and (b)Shenyang stations on 25 October

圖15　10月25日大連(a)和章丘(b)低空急流的風(fēng)廓線Fig.15　Wind profiles of LLJ at (a)Dalian and (b)Zhangqiu stations on 25 October

6小結(jié)

本文利用NCEP FNL資料來(lái)分析環(huán)渤海地區(qū)低空急流的時(shí)空特征,捕捉到了更多的低空急流,彌補(bǔ)了高空探測(cè)資料時(shí)空分辨率較小的缺點(diǎn),總結(jié)出了利用兩種資料分析環(huán)渤海地區(qū)低空急流時(shí)空特征的異同點(diǎn)。

利用NCEP FNL資料分析的環(huán)渤海地區(qū)低空急流的時(shí)空特征,與探空資料的結(jié)果大體上一致。1)NCEP FNL資料顯示的環(huán)渤海地區(qū)低空急流在東北部(沈陽(yáng)和大連)出現(xiàn)的次數(shù)最多,其次是西北部(北京和赤峰),最少是南部(章丘)。2)低空急流的月際變化特征明顯,春季最大,夏季減小,秋、冬季逐漸增強(qiáng)。3)低空急流在北京和赤峰(環(huán)渤海地區(qū)西北部)以高層(700和850 hPa)為主,在沈陽(yáng)、大連(東北部)和章丘(南部)以低層(925 hPa)為主。4)環(huán)渤海地區(qū)低空急流的風(fēng)速范圍為12～14 m/s;風(fēng)向以SW為主,其次是NW。

利用高分辨率的NCEP FNL資料,本文也總結(jié)出一些利用探空資料未能發(fā)現(xiàn)的特征:

1)NCEP FNL資料反映出環(huán)渤海地區(qū)低空急流具有明顯的日變化特征,夜間出現(xiàn)低空急流的次數(shù)較多,白天較少。具體來(lái)說(shuō),18時(shí)出現(xiàn)的低空急流次數(shù)最多,00時(shí)、12時(shí)相對(duì)較少,而06時(shí)最少。另外,由高層到低層,低空急流的日變化特征越來(lái)越明顯。

2)在700 hPa上,各時(shí)次出現(xiàn)低空急流的個(gè)數(shù)差異不大,在850 hPa上出現(xiàn)低空急流最多的時(shí)次主要是12時(shí),在925 hPa和1 000 hPa上出現(xiàn)低空急流最多的時(shí)次是18時(shí)。

3)低空急流的水平分布特征表現(xiàn)為:低空急流的最強(qiáng)中心位于環(huán)渤海地區(qū)北部,從高層(700 hPa;中心位于西北部)到低層(925 hPa;中心位于東北部)有逐漸東移趨勢(shì),且基本符合晚上達(dá)到最大的特征。在春季,由高層到低層低空急流的風(fēng)向從西北風(fēng)轉(zhuǎn)為西南風(fēng),且低空急流的強(qiáng)度逐漸增強(qiáng);在秋、冬季,由高層到低層低空急流的風(fēng)向均為西北風(fēng),且強(qiáng)度逐漸減弱。06時(shí)部分低空急流的中心出現(xiàn)在渤海灣及環(huán)渤海地區(qū)東南部海洋上,這主要與環(huán)渤海地區(qū)特殊的地形和海陸熱力差異有關(guān)。

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(責(zé)任編輯：倪東鴻)

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