呼倫貝爾市冬季低溫災(zāi)害時(shí)空分布特征及成因機(jī)理研究

伊德爾呼，黃文震，楊保成，李耀東

(1.呼倫貝爾市海拉爾區(qū)氣象局，內(nèi)蒙古 海拉爾 021008；2.呼倫貝爾市氣象局，內(nèi)蒙古 海拉爾 021008)

1 資料與方法

1988～2000年普查及分析資料為NCEP數(shù)據(jù)，2001～2017年普查及分析資料為MICAPS數(shù)據(jù)，觀測(cè)資料選用常規(guī)氣象觀測(cè)資料，采用天氣學(xué)原理和天氣動(dòng)力學(xué)診斷分析方法，對(duì)呼倫貝爾市1988年1月1日～2017年12月31日的冬季低溫災(zāi)害天氣進(jìn)行分析。

2 呼倫貝爾地區(qū)冬季低溫災(zāi)害標(biāo)準(zhǔn)

呼倫貝爾市各地氣候差異較大，呼倫貝爾市氣象臺(tái)依據(jù)距平分析、聚類分析等方法，統(tǒng)計(jì)總結(jié)出本地區(qū)的低溫災(zāi)害閾值。據(jù)此結(jié)論，將呼倫貝爾地區(qū)劃分為5個(gè)區(qū)域（圖1），其中II-1區(qū)與II-2區(qū)因在低溫氣候特征上表現(xiàn)較為接近，可將二者并為II區(qū)。

圖1 低溫災(zāi)害區(qū)域劃分

表1 呼倫貝爾市各站冬季低溫災(zāi)害閾值

統(tǒng)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)：每日≥6站達(dá)到低溫標(biāo)準(zhǔn)，記為一個(gè)低溫日；一個(gè)或連續(xù)幾個(gè)低溫日，記為一個(gè)低溫過程。

3 冬季低溫過程統(tǒng)計(jì)

1988年1月1日～2017年12月31日，呼倫貝爾地區(qū)出現(xiàn)低溫天氣過程115次，低溫日307 d，低溫天氣過程中共有2814站次達(dá)到低溫災(zāi)害閾值，最低氣溫出現(xiàn)在圖里河（50434）站，2001年2月5日達(dá)到-49.6℃。

表2 1988～2017年呼倫貝爾市低溫天氣過程達(dá)閾值站點(diǎn)統(tǒng)計(jì)

在115次低溫天氣過程中，出現(xiàn)低溫日數(shù)最多的為圖里河（50434），共計(jì)302日，最少的為扎蘭屯（50639）共計(jì)37日。其中I區(qū)在220～302日，II區(qū)在99～251日，III區(qū)在77～154日，IV區(qū)在37～183日。

4 天氣形勢(shì)分析

4.1 高空形勢(shì)

冬季低溫災(zāi)害天氣過程中高空天氣形勢(shì)基本為冷渦型、冷槽型、橫槽型，在天氣形勢(shì)演變中，這幾種天氣形勢(shì)也會(huì)互相轉(zhuǎn)化（圖2）。

圖2 冷渦轉(zhuǎn)化為橫槽

4.2 地面形勢(shì)

通過對(duì)低溫日的地面場(chǎng)分析，地面形勢(shì)場(chǎng)上呼倫貝爾地區(qū)基本位于低壓后高壓前或高壓區(qū)，氣壓差約在2.5～20.0 hPa，其中5.0～12.5 hPa出現(xiàn)的頻率較高（圖3）。

圖3 呼倫貝爾地區(qū)地面氣壓場(chǎng)氣壓差分布頻率

5 要素場(chǎng)分析

5.1 溫度場(chǎng)

從各層的溫度場(chǎng)可以看出，低溫天氣的溫度場(chǎng)基本為低溫區(qū)、溫度槽的形式（圖4）。極地或西伯利亞冷空氣沿引導(dǎo)氣流輸送至呼倫貝爾地區(qū)，受低渦或低槽的影響，冷空氣在本地區(qū)聚集，導(dǎo)致低溫天氣產(chǎn)生。

圖4 呼倫貝爾地區(qū)850 hPa溫度場(chǎng)分布

5.2 風(fēng)場(chǎng)

低層風(fēng)場(chǎng)以偏西風(fēng)、西北風(fēng)為主，風(fēng)速約2～8 m/s。地面風(fēng)場(chǎng)基本相似，系統(tǒng)影響期間以偏西風(fēng)、西北風(fēng)為主，牧區(qū)因地形影響風(fēng)速略大，其余地區(qū)風(fēng)速多在2～6 m/s。

6 物理量場(chǎng)

6.1 相對(duì)濕度

在冬季低溫天氣過程中，因氣溫較低，飽和水汽壓低，水汽的絕對(duì)含量較少也能接近飽和，相對(duì)濕度值一般較高，對(duì)低溫預(yù)報(bào)的表現(xiàn)不明顯。

6.2 垂直速度

分析低溫天氣的垂直速度場(chǎng)，呼倫貝爾大體為下沉運(yùn)動(dòng)或弱的上升運(yùn)動(dòng)（圖5）。

圖5 呼倫貝爾地區(qū)700 hPa、850 hPa垂直速度場(chǎng)分布

6.3 溫度平流

溫度平流場(chǎng)一般表現(xiàn)為冷平流，如果前期冷平流較強(qiáng)，即使后期出現(xiàn)暖平流，氣溫上升幅度小，低溫天氣仍能維持（圖6）。

圖6 呼倫貝爾地區(qū)700 hPa、850 hPa溫度平流場(chǎng)分布

圖7 紅外云圖

7 衛(wèi)星云圖

低溫天氣過程中常表現(xiàn)為系統(tǒng)云系，以中高云為主。

8 天氣形勢(shì)的預(yù)報(bào)著眼點(diǎn)

高空?qǐng)D上應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注冷高壓的生消、強(qiáng)度及持續(xù)時(shí)間。冷高壓生成，則極端低溫天氣出現(xiàn)；冷高壓發(fā)展越強(qiáng)，表明冷空氣勢(shì)力越強(qiáng)，則極端低溫天氣強(qiáng)度越強(qiáng)；環(huán)流形勢(shì)穩(wěn)定，則冷高壓將維持較長(zhǎng)時(shí)間，極端低溫天氣將隨之維持。500 hPa高空?qǐng)錾虾魝愗悹柣疚挥诶錅u或冷槽后部，位勢(shì)高度值接近或低于516 dagpm，則呼倫貝爾地區(qū)出現(xiàn)低溫天氣的概率較大。對(duì)于地面形勢(shì)場(chǎng)分析，主要通過對(duì)低溫日的地面場(chǎng)分析，地面形勢(shì)場(chǎng)上呼倫貝爾地區(qū)基本位于低壓后高壓前或高壓區(qū)影響，氣壓差約在2.5～20.0 hPa，其中5.0～12.5 hPa出現(xiàn)的頻率較高。

從各層的溫度場(chǎng)分析得出，低溫天氣的溫度場(chǎng)基本為低溫區(qū)、溫度槽的形式。極地或西伯利亞冷空氣沿引導(dǎo)氣流輸送至呼倫貝爾地區(qū)，受低渦或低槽的影響，冷空氣在本地區(qū)聚集，導(dǎo)致低溫天氣產(chǎn)生。500 hPa溫度場(chǎng)上等溫線接近或低于-40℃；700 hPa溫度場(chǎng)在-28～-32℃等溫線范圍內(nèi)，850 hPa溫度場(chǎng)為-24～-28℃等溫線范圍內(nèi)極易出現(xiàn)低溫天氣。

從風(fēng)場(chǎng)分析，低層風(fēng)場(chǎng)以偏西風(fēng)、西北風(fēng)、偏北風(fēng)為主。地面風(fēng)場(chǎng)基本相似，系統(tǒng)影響期間以偏西風(fēng)、西北風(fēng)為主，牧區(qū)因地形影響風(fēng)速略大。

低溫天氣出現(xiàn)時(shí)，850 hPa風(fēng)速約在4～10 m/s左右，925 hPa風(fēng)速約在2～6 m/s左右，地面約在2～4 m/s或靜風(fēng)。

9 物理量定量預(yù)報(bào)指標(biāo)

相對(duì)濕度：在冬季低溫天氣過程中，因氣溫較低，飽和水汽壓低，水汽的絕對(duì)含量較少也能接近飽和，相對(duì)濕度值一般較高，對(duì)低溫預(yù)報(bào)的表現(xiàn)不明顯。

垂直速度：分析低溫天氣的垂直速度場(chǎng)，呼倫貝爾大體為下沉運(yùn)動(dòng)或弱的上升運(yùn)動(dòng)，一般850 hPa或700 hPa的下沉運(yùn)動(dòng)在(4～12）×10-3hPa/s之間易于低溫天氣出現(xiàn)。

溫度平流：溫度平流場(chǎng)一般表現(xiàn)為冷平流，如果前期冷平流較強(qiáng)，即使后期出現(xiàn)暖平流，氣溫上升幅度小，低溫天氣仍能維持，850 hPa、700 hPa的冷平流一般在(-6～-18)×10-5℃/S這一區(qū)域內(nèi)利于低溫天氣出現(xiàn)。詳細(xì)預(yù)報(bào)指標(biāo)見表3。

表3 呼倫貝爾市低溫天氣過程預(yù)報(bào)指標(biāo)匯總表