北京2022年冬奧會(huì)冬季兩項(xiàng)場(chǎng)地冷湖結(jié)構(gòu)觀測(cè)分析

劉昊野，段宇輝，李彤彤，王宗敏

(1.河北省秦皇島市氣象局，河北 秦皇島 066000；2.河北省氣象臺(tái)，河北 石家莊 050021;3.河北省邯鄲市氣象局，河北 邯鄲 056000)

引 言

特殊山地地形對(duì)中小尺度天氣系統(tǒng)影響比較復(fù)雜，可以改變氣流運(yùn)動(dòng)方向、速度，出現(xiàn)爬坡或繞流[1]。復(fù)雜山地地形可以影響局地溫度分布造成劇烈垂直變化[2]。在晴朗、平靜的夜晚，靠近地面空氣層會(huì)變冷，如果地面傾斜，冷空氣受重力影響開始向地勢(shì)較低方向移動(dòng)，聚集在山谷或盆地底部，這種冷空氣聚集被稱為冷空氣池或冷湖[3-8]。冷湖直徑從幾米到幾千米不等，極端情況下根據(jù)地形可達(dá)幾十千米。

國(guó)外有研究發(fā)現(xiàn)邊界層湍流及大氣與地表物理量的交換對(duì)冷湖間歇性消失具有重要作用[3,9]。我國(guó)自1950年代開始利用觀測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)局地?zé)崃Νh(huán)流系統(tǒng)進(jìn)行研究，揭示冷湖及山谷風(fēng)環(huán)流的本質(zhì)及中小尺度山谷風(fēng)與逆溫的關(guān)系[10-11]，但由于當(dāng)時(shí)觀測(cè)技術(shù)與設(shè)備的局限性導(dǎo)致山區(qū)實(shí)測(cè)資料短缺，對(duì)冷湖及其他熱力強(qiáng)迫環(huán)流機(jī)制的研究尚沒有明確結(jié)論。1980年代后，數(shù)值模式得到廣泛應(yīng)用，由于數(shù)值模式可以彌補(bǔ)觀測(cè)資料的空間分布不足，有研究開始利用數(shù)值模式模擬山谷、盆地的環(huán)流形勢(shì)及冷湖的形成和消散過程[11-13]，發(fā)現(xiàn)冷湖及山谷風(fēng)環(huán)流的起止時(shí)間、冷湖強(qiáng)度、風(fēng)力大小等不僅受熱力影響，還受復(fù)雜地形、植被覆蓋、土壤濕度等因素的影響[14-16]。

第24屆冬季奧林匹克運(yùn)動(dòng)會(huì)將在北京和張家口市崇禮區(qū)舉辦，雪上項(xiàng)目多在溝壑較多、地形復(fù)雜的山區(qū)進(jìn)行，隨著比賽日益臨近，對(duì)復(fù)雜地形條件下小尺度精細(xì)化氣象服務(wù)的需求驟增。目前，基于冬奧預(yù)報(bào)需求對(duì)多種觀測(cè)資料進(jìn)行分析，并取得了一些成果，如利用自動(dòng)氣象站、風(fēng)廓線雷達(dá)、云雷達(dá)、微波輻射計(jì)、機(jī)載云粒子測(cè)量系統(tǒng)和雨滴譜儀等設(shè)備的綜合觀測(cè)數(shù)據(jù)，從多個(gè)方面獲取賽區(qū)山區(qū)降雪云系的宏微觀物理特征[17]；利用北京市海坨山賽區(qū)自動(dòng)氣象站冬半年地面風(fēng)場(chǎng)資料，了解該地區(qū)地面風(fēng)場(chǎng)分布特征[18]；對(duì)延慶—張家口地區(qū)氣象數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，揭示不同復(fù)雜地形下局地風(fēng)場(chǎng)時(shí)空變化及出現(xiàn)冷湖時(shí)風(fēng)向、風(fēng)速規(guī)律[19]；利用延慶地區(qū)21個(gè)氣象觀測(cè)站資料，分析延慶冬季風(fēng)寒溫度時(shí)空變化特征[20]等。

以上研究提高了對(duì)賽區(qū)降水、溫度及風(fēng)向、風(fēng)速的認(rèn)識(shí)，但面對(duì)冬奧會(huì)精細(xì)化預(yù)報(bào)需求，仍略顯不足。本文通過開展局地山地氣象觀測(cè)實(shí)驗(yàn)，利用高密度觀測(cè)資料，對(duì)北京冬奧會(huì)崇禮賽區(qū)地形冷湖特征進(jìn)行分析，更加精細(xì)地展現(xiàn)地形對(duì)溫度變化的影響，以期應(yīng)用于冬奧會(huì)氣象預(yù)報(bào)、服務(wù)工作中，提高溫度預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率。

1 研究區(qū)概況與資料

張家口市崇禮賽區(qū)冬季兩項(xiàng)1號(hào)觀測(cè)站(簡(jiǎn)稱“冬兩1號(hào)站”)位于國(guó)家冬季兩項(xiàng)中心靶場(chǎng)的中點(diǎn)，海拔高度1668 m，位于東高西低的山谷中，正南、正北均為山坡，屬陰山山脈東段大馬山群山支系和燕山余脈交接地帶，為復(fù)雜山地地形下墊面。圖1為研究區(qū)氣象站點(diǎn)及海拔高度分布，其中以冬兩1號(hào)站為基準(zhǔn)站，設(shè)計(jì)4個(gè)實(shí)驗(yàn)站，其中實(shí)驗(yàn)1號(hào)、2號(hào)站位于冬兩1號(hào)站北側(cè)山坡，海拔分別為1703、1690 m，實(shí)驗(yàn)3號(hào)、4號(hào)站位于冬兩1號(hào)站南側(cè)山坡，海拔分別為1684、1704 m，南坡最高點(diǎn)海拔較北坡最高點(diǎn)高40 m。冬兩1號(hào)站與4個(gè)實(shí)驗(yàn)站南北向切面成盆地狀，冬兩1號(hào)位于盆地底部，實(shí)驗(yàn)1號(hào)、4號(hào)站位于盆地外圍邊緣，實(shí)驗(yàn)2號(hào)、3號(hào)站位于盆地底部與邊緣中間腰部位置。崇禮賽區(qū)跳臺(tái)滑雪1號(hào)觀測(cè)站(簡(jiǎn)稱“跳臺(tái)1號(hào)站”)位于冬兩1號(hào)站西側(cè)，海拔高度1771 m，是整個(gè)實(shí)驗(yàn)區(qū)域中位置最高自動(dòng)站，周圍無(wú)其他更高山遮擋，以跳臺(tái)1號(hào)站風(fēng)為系統(tǒng)風(fēng)。

圖1 研究區(qū)實(shí)驗(yàn)站點(diǎn)及海拔高度(單位：m)分布Fig.1 The distribution of experimental stations and the altitude (Unit: m) in research area

利用2019年3月4—18日夜間(17:00至次日08:00，北京時(shí)，下同)逐5 min溫度及平均風(fēng)向、風(fēng)速觀測(cè)資料，將數(shù)據(jù)分為14組，剔除4組由于設(shè)備維護(hù)的無(wú)效數(shù)據(jù)，保留10組有效數(shù)據(jù)，并將溫度模型分為3種，即無(wú)冷湖型、冷湖型、冷湖打破型，利用同期NCEP再分析資料及FY-2E衛(wèi)星紅外云頂黑體亮溫(TBB)資料，對(duì)3種模型及其對(duì)應(yīng)天氣形勢(shì)進(jìn)行分析。

2 結(jié)果分析

2.1 無(wú)冷湖型

無(wú)冷湖型即夜間沒有冷湖現(xiàn)象出現(xiàn)，該型個(gè)例共出現(xiàn)4次，選取2019年3月14日夜間一次無(wú)冷湖型過程進(jìn)行分析。圖2為3月14日17:00至15日08:00冬兩1號(hào)站氣溫、風(fēng)速、風(fēng)向及4個(gè)實(shí)驗(yàn)站氣溫逐5 min變化?？梢钥闯?，14日夜間冬兩1號(hào)站氣溫最高，實(shí)驗(yàn)2號(hào)、3號(hào)站次之，實(shí)驗(yàn)1號(hào)、4號(hào)站最低，氣溫隨海拔升高降低，無(wú)逆溫情況；冬兩1號(hào)站夜間主導(dǎo)風(fēng)為西北風(fēng)，平均風(fēng)速3.9 m·s-1，風(fēng)速較大。

圖3為2019年3月14日20:00 500 hPa位勢(shì)高度場(chǎng)、風(fēng)場(chǎng)及FY-2E衛(wèi)星TBB，700、850 hPa位勢(shì)高度場(chǎng)、溫度場(chǎng)、風(fēng)場(chǎng)，海平面氣壓場(chǎng)、地面風(fēng)場(chǎng)?？梢钥闯觯?月14日夜間，東亞中高緯呈“1槽1脊”，實(shí)驗(yàn)地區(qū)高空500 hPa為槽后西北氣流控制，等壓線密集；700、850 hPa均為西北風(fēng)且風(fēng)力較大，平均風(fēng)速分別達(dá)18、12 m·s-1，冷空氣沿高壓脊前西北氣流南下，影響實(shí)驗(yàn)區(qū)域，冷平流明顯；地面天氣圖上，氣壓場(chǎng)呈“北高南低”分布，海平面氣壓場(chǎng)高壓中心為1027.5 hPa，高壓前部等壓線密集，地面受偏北或西北氣流控制，風(fēng)速較大，平均風(fēng)速維持在4～8 m·s-1。

2.2 冷湖型

冷湖型即日落后冷湖建立，且夜間冷湖結(jié)構(gòu)穩(wěn)定維持，伴隨日出冷湖消失，該型個(gè)例共出現(xiàn)4次，選取2019年3月4日、3月6日夜間2次冷湖型過程進(jìn)行分析。圖4為2019年3月4日17:00至5日08:00冬兩1號(hào)站氣溫、風(fēng)速、風(fēng)向及4個(gè)實(shí)驗(yàn)站氣溫逐5 min變化?？梢钥闯?，4日18:25(日落前)冬兩1號(hào)站主導(dǎo)風(fēng)為西北風(fēng)，氣溫較高，且伴隨日落風(fēng)向由西北轉(zhuǎn)為東—東南，冬兩1號(hào)站氣溫迅速降低，冷湖結(jié)構(gòu)建立；3月4日夜間冬兩1號(hào)站主導(dǎo)風(fēng)以偏東風(fēng)為主，平均風(fēng)速1.1 m·s-1，風(fēng)速較小，氣溫最低，而實(shí)驗(yàn)1號(hào)站氣溫最高，出現(xiàn)明顯逆溫現(xiàn)象。

圖2 2019年3月14日17:00至15日08:00冬兩1號(hào)站氣溫、風(fēng)速、風(fēng)向及4個(gè)實(shí)驗(yàn)站氣溫逐5 min變化Fig.2 The every 5 minutes variation of temperature, wind speed and direction at Biathlon 1st station and temperature at 4 experiment stations from 17:00 BST on 14 to 08:00 BST on 15 March 2019

圖3 2019年3月14日20:00 500 hPa位勢(shì)高度場(chǎng)(黑色等值線，單位：dagpm)、風(fēng)場(chǎng)(風(fēng)羽，單位：m·s-1)及FY-2E衛(wèi)星TBB(陰影，單位：K)(a)，700 hPa(b)和850 hPa(c)位勢(shì)高度場(chǎng)(黑色等值線，單位：dagpm)、溫度場(chǎng)(紅色等值線，單位：℃)、風(fēng)場(chǎng)(風(fēng)羽，單位：m·s-1)，海平面氣壓場(chǎng)(黑色等值線，單位：hPa)及地面風(fēng)場(chǎng)(風(fēng)羽，單位：m·s-1)(d)(紅色五角星為實(shí)驗(yàn)地區(qū)，下同)Fig.3 The geopotential height field (black contours, Unit: dagpm), wind field (wind barbs, Unit: m·s-1) on 500 hPa and FY-2E TBB (color shadow, Unit: K) (a), the geopotential height field (black contours, Unit: dagpm), temperature field (red contours, Unit: ℃) and wind field (wind barbs, Unit: m·s-1) on 700 hPa (b) and 850 hPa (c), sea level pressure field (black contours, Unit: hPa) and surface wind field (wind barbs, Unit: m·s-1) (d) at 20:00 BST on 14 March 2019(the red star for the experimental area, the same as below)

圖5為2019年3月4日20:00 500 hPa位勢(shì)高度場(chǎng)、風(fēng)場(chǎng)及FY-2E衛(wèi)星TBB，海平面氣壓場(chǎng)、地面風(fēng)場(chǎng)?？梢钥闯?，3月4日夜間以多云天氣為主，中高云覆蓋實(shí)驗(yàn)區(qū)域，東亞中高緯為“1槽1脊”，實(shí)驗(yàn)地區(qū)高空500 hPa為弱脊后槽前，受偏西氣流控制；700、850 hPa分別為西北風(fēng)、偏西風(fēng)(圖略)，850 hPa平均風(fēng)速僅為4 m·s-1，風(fēng)速較小，低層為暖平流影響；地面天氣圖上，在“西北高、東南低”的氣壓場(chǎng)形勢(shì)下，實(shí)驗(yàn)區(qū)受地面低壓頂部弱系統(tǒng)影響，等壓線稀疏，地面風(fēng)速較小，天氣形勢(shì)靜穩(wěn)。

圖4 2019年3月4日17:00至5日08:00冬兩1號(hào)站氣溫、風(fēng)速、風(fēng)向及4個(gè)實(shí)驗(yàn)站氣溫逐5 min變化Fig.4 The every 5 minutes variation of temperature, wind speed and direction at Biathlon 1st station and temperature at 4 experiment stations from 17:00 BST on 4 to 08:00 BST on 5 March 2019

圖5 2019年3月4日20:00 500 hPa位勢(shì)高度場(chǎng)(黑色等值線，單位：dagpm)、風(fēng)場(chǎng)(風(fēng)羽，單位：m·s-1)及FY-2E衛(wèi)星TBB(陰影，單位：K)(a)，海平面氣壓場(chǎng)(黑色等值線，單位:hPa)及地面風(fēng)場(chǎng)(風(fēng)羽，單位：m·s-1)(b)Fig.5 The geopotential height field (black contours, Unit: dagpm), wind field (wind barbs, Unit: m·s-1) on 500 hPa and FY-2E TBB (color shadow, Unit: K) (a), sea level pressure field (black contours, Unit: hPa) and surface wind field (wind barbs, Unit: m·s-1) (b) at 20:00 BST on 4 March 2019

圖6為2019年3月6日17:00至7日08:00冬兩1號(hào)站氣溫、風(fēng)速、風(fēng)向及4個(gè)實(shí)驗(yàn)站氣溫逐5 min變化。可以看出，3月6日夜間冬兩1號(hào)站主導(dǎo)風(fēng)向以偏東為主，平均風(fēng)速1.2 m·s-1，風(fēng)速較小。實(shí)驗(yàn)1號(hào)站氣溫最高，實(shí)驗(yàn)2號(hào)、4號(hào)站次之，實(shí)驗(yàn)3號(hào)站與冬兩1號(hào)站氣溫接近，甚至更低，逆溫現(xiàn)象明顯，說明隨著時(shí)間推移冷湖結(jié)構(gòu)建立并發(fā)展、加深，冷湖底部冷空氣堆積向上漫過實(shí)驗(yàn)3號(hào)站高度，當(dāng)晚冷湖結(jié)構(gòu)較3月4日夜間更加深厚。

圖7為2019年3月6日20:00 500 hPa位勢(shì)高度場(chǎng)、風(fēng)場(chǎng)及FY-2E衛(wèi)星TBB，海平面氣壓場(chǎng)、地面風(fēng)場(chǎng)。可以看出，3月6日夜間天氣晴朗，東亞中高緯為“2槽1脊”型，實(shí)驗(yàn)地區(qū)500 hPa為槽后脊前西北氣流控制，高空云量較少，以晴間多云天氣為主；850 hPa受反氣旋控制，暖平流影響下，冷空氣較弱，平均風(fēng)速維持在8 m·s-1(圖略)；地面受高壓控制，等壓線稀疏，地面風(fēng)速較小，天氣形勢(shì)靜穩(wěn)。

圖6 2019年3月6日17:00至7日08:00冬兩1號(hào)站氣溫、風(fēng)速、風(fēng)向及4個(gè)實(shí)驗(yàn)站氣溫逐5 min變化Fig.6 The every 5 minutes variation of temperature, wind speed and direction at Biathlon 1st station, and temperature at 4 experiment stations from 17:00 BST on 6 to 08:00 BST on 7 March 2019

圖7 2019年3月6日20:00 500 hPa位勢(shì)高度場(chǎng)(黑色等值線，單位：dagpm)、風(fēng)場(chǎng)(風(fēng)羽，單位：m·s-1)及FY-2E衛(wèi)星TBB(陰影，單位：K)(a)，海平面氣壓場(chǎng)(黑色等值線，單位:hPa)及地面風(fēng)場(chǎng)(風(fēng)羽，單位：m·s-1)(b)Fig.7 The potential height field (black contours, Unit: dagpm), wind field (wind barbs, Unit: m·s-1) on 500 hPa and FY-2E TBB (color shadow, Unit: K) (a), sea level pressure field (black contours, Unit: hPa) and surface wind field (wind barbs, Unit: m·s-1) (b) at 20:00 BST on 6 March 2019

2.3 冷湖打破型

冷湖打破型即夜間冷湖結(jié)構(gòu)建立，并出現(xiàn)多次冷湖結(jié)構(gòu)被破壞、逆溫消失的現(xiàn)象，該型個(gè)例共出現(xiàn)2次，選取2019年3月5日夜間一次冷湖打破型過程進(jìn)行分析。圖8為2019年3月5日17:00至6日08:00冬兩1號(hào)站氣溫、風(fēng)速、風(fēng)向及4個(gè)實(shí)驗(yàn)站氣溫逐5 min變化。可以看出，3月5日夜間冬兩1號(hào)站20:30前為西北風(fēng)，之后轉(zhuǎn)為偏東風(fēng)，伴隨風(fēng)向轉(zhuǎn)變，冬兩1號(hào)站氣溫迅速下降至最低，冷湖結(jié)構(gòu)建立；東風(fēng)持續(xù)至23:40，之后轉(zhuǎn)為西北風(fēng)，伴隨風(fēng)向從偏東轉(zhuǎn)為西北，冬兩1號(hào)站氣溫升至最高，冷湖結(jié)構(gòu)被破壞。說明冷湖建立與打破與冬兩1號(hào)站風(fēng)向存在明顯關(guān)系，風(fēng)向?yàn)槠珫|并持續(xù)一段時(shí)間，冷湖即建立，風(fēng)向轉(zhuǎn)為西北，冷湖即被打破，當(dāng)晚冷湖結(jié)構(gòu)反復(fù)建立、破壞。

圖9為2019年3月5日20:00 500 hPa位勢(shì)高度場(chǎng)、風(fēng)場(chǎng)及FY-2E衛(wèi)星TBB，海平面氣壓場(chǎng)、地面風(fēng)場(chǎng)?？梢钥闯?，3月6日夜間云量較少，東亞中高緯為“1槽1脊”型，實(shí)驗(yàn)地區(qū)500 hPa高空槽過境；700、850 hPa位于高空槽底部位置，均為西北氣流控制，風(fēng)速較大(圖略)；地面受冷高壓底部的偏北或西北氣流控制，高壓中心達(dá)1032.5 hPa，等壓線密集，氣壓梯度較大，地面平均風(fēng)速達(dá)6～8 m·s-1，大氣層結(jié)穩(wěn)定度降低。

3 機(jī)理分析

3.1 夜間東風(fēng)與冷湖結(jié)構(gòu)

當(dāng)大氣穩(wěn)定度較高，冷空氣受重力影響向地勢(shì)較低方向移動(dòng)產(chǎn)生的風(fēng)稱為重力風(fēng)。夜間，重力風(fēng)導(dǎo)致冷空氣團(tuán)由山坡向谷底流動(dòng)，沿著山坡向下的風(fēng)，稱為下坡風(fēng)，沿著山谷向下，與谷走向平行的風(fēng)，稱為下谷風(fēng)[21]。重力風(fēng)影響下，山坡上輻射冷卻產(chǎn)生的冷空氣向下輸送，山坡中部冷空氣被下層大氣中相對(duì)較暖空氣取代，導(dǎo)致山坡中部溫度高于谷底。

圖8 2019年3月5日17:00至6日08:00冬兩1號(hào)站氣溫、風(fēng)速、風(fēng)向及4個(gè)實(shí)驗(yàn)站氣溫逐5 min變化Fig.8 The every 5 minutes variation of temperature, wind speed and direction at Biathlon 1st station, and temperature at 4 experiment stations from 17:00 BST on 5 to 08:00 BST on 6 March 2019

圖9 2019年3月5日20:00 500 hPa位勢(shì)高度場(chǎng)(黑色等值線，單位：dagpm)、風(fēng)場(chǎng)(風(fēng)羽，單位：m·s-1)及FY-2E衛(wèi)星TBB(陰影，單位：K)(a)，海平面氣壓場(chǎng)(黑色等值線，單位:hPa)及地面風(fēng)場(chǎng)(風(fēng)羽，單位：m·s-1)(b)Fig.9 The gepotential height field (black contours, Unit: dagpm), wind field (wind barbs, Unit: m·s-1) on 500 hPa and FY-2E TBB (color shadow, Unit: K) (a), sea level pressure field (black contours, Unit: hPa) and surface wind field (wind barbs, Unit: m·s-1) (b) at 20:00 BST on 5 March 2019

受地形影響，冬兩1號(hào)站為山谷出口，海拔較低，天氣靜穩(wěn)時(shí)，入夜后受南北分量下坡風(fēng)、偏東分量下谷風(fēng)影響，其風(fēng)場(chǎng)為偏東—東南風(fēng)，導(dǎo)致冬兩1號(hào)站氣溫急劇下降，冷湖結(jié)構(gòu)建立，若無(wú)其他因素影響，這種重力風(fēng)作用一直動(dòng)態(tài)存在，隨著系統(tǒng)維持，冷空氣團(tuán)堆積在緩坡和盆地上，形成冷空氣湖[22]。

3.2 冷湖打破機(jī)理

下坡風(fēng)、下谷風(fēng)變化往往呈間歇性，但不存在周期性[3]。傍晚時(shí)重力風(fēng)及冷湖穩(wěn)定性最高，夜間兩者穩(wěn)定性變低，會(huì)出現(xiàn)更多混合，邊界層上方氣流與地表應(yīng)力分離并加速，這一過程導(dǎo)致夜間低空急流。風(fēng)速增加導(dǎo)致風(fēng)切變?cè)鰪?qiáng)，產(chǎn)生湍流，這種湍流混合了向下動(dòng)量和溫暖空氣，消除下坡風(fēng)流動(dòng)，在某些個(gè)別夜晚，會(huì)導(dǎo)致溝壑底部大范圍升溫[23-24]。

圖10為2019年3月5日20:00—23:50冬兩1號(hào)站、4個(gè)實(shí)驗(yàn)站氣溫及跳臺(tái)1號(hào)站風(fēng)速、風(fēng)向逐5 min變化。可以看出，跳臺(tái)1號(hào)站平均風(fēng)為系統(tǒng)風(fēng)，風(fēng)向?yàn)槲鞅保?0:00—22:40系統(tǒng)風(fēng)速減小，無(wú)法越過實(shí)驗(yàn)站西側(cè)山脈，重力風(fēng)占據(jù)主導(dǎo)作用，冬兩1號(hào)站轉(zhuǎn)為偏東—東南風(fēng)，溫度從-4.1 ℃驟降至-9.2 ℃，即由最高轉(zhuǎn)為最低，冷湖結(jié)構(gòu)建立。22:40—23:55系統(tǒng)風(fēng)速迅速增大，越過實(shí)驗(yàn)站西側(cè)山脈，系統(tǒng)風(fēng)起主導(dǎo)作用，冬兩1號(hào)站風(fēng)向從東—東南轉(zhuǎn)為西北，且風(fēng)速增加導(dǎo)致風(fēng)切變?cè)鰪?qiáng)，產(chǎn)生湍流，這種湍流混合了向下動(dòng)量和溫暖空氣。此外，由于冷空氣過山，過山氣流在背風(fēng)坡下沉?xí)r形成干熱焚風(fēng)，冬兩1號(hào)站溫度迅速增加4.3 ℃，從最低轉(zhuǎn)為最高，冷湖結(jié)構(gòu)被破壞。此次過程地面形勢(shì)為冷高壓前部，等壓線密集，此次升溫過程除受邊界層影響外，還與鋒前暖空氣越山引起下沉增溫效應(yīng)有關(guān)[25]。綜合以上原因，3月5日夜間高空風(fēng)速反復(fù)減小、增大，冷湖結(jié)構(gòu)反復(fù)建立、破壞。

圖10 2019年3月5日20:00—23:50冬兩1號(hào)站、4個(gè)實(shí)驗(yàn)站氣溫及跳臺(tái)1號(hào)站風(fēng)速、風(fēng)向逐5 min變化Fig.10 The every 5 minutes variation of temperature of Biathlon 1st station and 4 experiment stations, and wind speed and direction of Ski-jumping 1st stations from 20:00 BST to 22:35 BST on 5 March 2019

4 結(jié) 論

(1)非靜穩(wěn)形勢(shì)下，實(shí)驗(yàn)站點(diǎn)附近為正常溫度層結(jié)，不存在逆溫結(jié)構(gòu)。

(2)靜穩(wěn)形勢(shì)下，實(shí)驗(yàn)站點(diǎn)附近夜間會(huì)出現(xiàn)逆溫，冷湖結(jié)構(gòu)明顯，由于實(shí)驗(yàn)站點(diǎn)地形因素，冷湖結(jié)構(gòu)出現(xiàn)與谷底偏東—東南風(fēng)相配合。且冷湖深度與天氣形勢(shì)靜穩(wěn)程度有關(guān)，大氣穩(wěn)定度較高時(shí)，冷空氣會(huì)不斷向谷底堆積，冷湖深度增加，冷湖結(jié)構(gòu)與深度隨時(shí)間動(dòng)態(tài)變化。

(3)冷湖結(jié)構(gòu)建立和破壞與系統(tǒng)風(fēng)風(fēng)速存在直接關(guān)系：當(dāng)系統(tǒng)風(fēng)風(fēng)速較小時(shí)，系統(tǒng)風(fēng)無(wú)法越過實(shí)驗(yàn)區(qū)域西部山坡，重力風(fēng)起主導(dǎo)作用，各個(gè)方向上重力風(fēng)夾帶冷空氣開始向谷底堆積；當(dāng)系統(tǒng)風(fēng)風(fēng)速較大時(shí)，系統(tǒng)風(fēng)越山，實(shí)驗(yàn)區(qū)域由重力風(fēng)轉(zhuǎn)為系統(tǒng)風(fēng)影響，風(fēng)速加大導(dǎo)致風(fēng)切變?cè)鰪?qiáng)，產(chǎn)生湍流，這種湍流混合了向下動(dòng)量和溫暖空氣，氣流過山產(chǎn)生焚風(fēng)效應(yīng)，冷湖結(jié)構(gòu)破壞。