2003年12月19日冷空气影响下大风天气成因分析.doc

1一次冷空气影响下大风天气成因分析蒋印祺 黄禹（78083部队）摘 要 分析2003年12月29日陵水地区大风天气的成因发现，极强的南北向气压梯度，加上中小尺度系统和地形的共同影响，引发了本次少有的大风天气此外还讨论了造成海南几个测站风速相差较大的原因 关键词：气压梯度 中小尺度天气系统 变压风 地形作用 　2003年12月19日，陵水地区在冷空气的影响下，出现了少有的大风天气，地面平均风速10-12m/s，瞬时最大风速16-18m/s，在600米高度上22m/s的风速为当日08时探空资料探测到的近地面层最大风速上午10时许，一架运七飞抵本场，在500米高度附近受到中度以上颠簸，飞机着陆驾驶困难分析发现，气压场形势北高南低，大陆冷空气迅速南下和热带洋面上的辐合带相挤压，造成极强的南北向气压梯度，再加上下坡风、狭管效应、逆海陆风等中小尺度系统，从而引发了陵水地区少有的大风天气1 系统分析1.1 冷空气与辐合带12月18日，一股冷空气沿阿尔泰山北侧南下，其主力分为两支，一支指向渤海湾，一支指向华中地区，其前沿到达长江中游12月19日，原冷高中心分裂，其中一个高中心南下到阴山附近，其主力指向东南，并在长江中下游分为两股，一股偏东，另一股急速南下。

图 1 12月19日地面分析图212月18日至12月19日，南海热带辐合带位于菲律宾群岛中部一段北抬至北纬５度辐合带的其余部分基本维持不动在北部高压系统迅速南下，而南部低压系统基本维持不动的情况下，两者之间的气压梯度越来越大1.2 高低空配合18日500hPa东北冷槽在槽后强冷平流的激发下，19日已迅速发展成为较具规模的东亚大槽，长江中下游以南受其槽后的西北气流控制18日700hPa陕西至两湖地区槽后有强冷平流（风速从6米至22米不等），19日槽强烈发展，长江中下游地区受槽后强偏北气流控制在高空形势的作用下，19日低层冷高压迅速南下图 2 19日高空500HPA 700HPA高空分析图2 要素分析24小 时 变 压 (hPa) 24小 时 变 温 ('c) 24小 时 850hPa风 速 变 化 (m/s)海 口 1027.3 - 1018.8 = 8.5 14.2 - 20.4 = -6.2 10 - 4 = 6三 亚 1022.9 - 1018.2 = 4.7 19.4 - 21.2 = -1.8 8 - 4 = 4菲 律 宾 以 西 的一 个 低 中 心 1012 - 1008 = 4 null null表 １ 海口三亚08时气象要素24小时变化3海 口 三 亚 气 压 差 (hPa) 贵 州 湖 南 一 带 700hPa垂 直 速 度 广 西 海 南 一 带 700hPa垂 直 速 度18日 1018.8 - 1018.2 = 0.6 -4 319日 1027.3 - 1022.9 = 4.4 10 10表 ２ 18，19日部分地区气象要素值对比地 面 风 向 风 速 (m/s) 1000hPa风 向 风 速 (m/s) 850hPa风 向 风 速 (m/s) 700hPa风 向 风 速 (m/s)1 8日 3 2 0 4 3 5 8 4 3 2 1 4 3 4 5 61 9日 1 5 9 1 2 17 1 8 9 3 4 3 6表 3 18，19日陵水地区700hPa以下风的变化表１．从24小时变压与变温可以看出，冷空气南下速度较快，对海南影响显著。

海口三亚气压差的变化显示整个海南地区南北向的强气压梯度已建立850hPa风速24小时变化，它直接反应了风的变化表２．700hPa垂直速度可以看出，19日黔湘桂琼四省高空槽后强烈的下沉运动，利于在其下方建立高压，使北部冷高压迅速南下表3．中可以看出风场的垂直分布，700hPa以下风场变化明显根据19日探空资料，探测得最大风速出现在600米高度，为22m/s3 变压风原理预报实践表明，在同样的气压梯度下，随着系统性质的不同、大气稳定状况的不同而风场表现出很大的不同，特别是阵风风速差异很大18至19日,由于大陆冷高南下迅速,其前沿出现极强的正变压梯度,从而引发海南地区的强变压风,这也是造成本次大风天气的主要因素下面讨论由于地转偏差所产生的变压风地转偏差风公式： kdtVfvh*1'的产生是由于沿空气微团运动轨迹的方向,水平气压梯度有和科式力不平'v衡的结果若只讨论由于风场的非定常性所引起的地转偏差，即 phtVkfv )(*1'1 取地转近似，4tpfv 2'11由上式可知，变压风 沿压梯度吹，由高值变压区吹向低值变压区变'1压风的大小与变压梯度成正比，与 成反比。

它表示气压场急剧变化时破坏2f了地转平衡，而新的地转平衡还未建立起来时运动的非地转部分，且在低纬地区尤为明显12月19日，大陆冷空气向南爆发时，冷空气所经之处，局地气压发生急剧变化，出现与等压线交角很大的偏北大风，变压风起了重要作用同时，它也可以解释海南南部风速大于北部的成因4 在这次冷空气过程中的中小尺度系统这次冷空气过程中，比较加来、乐东、陵水、三亚四站的风记录，乐东、陵水两站的风速明显高于加来、三亚，这说明大的天气背景相同的情况下，影响各地的中小尺度系统和地形作用是不可忽略的下面就几种可能予以说明4.1 下坡风山脉的背风坡，由于山脉的屏障作用，通常风速较小，但在某些情况下，空气越山后，由于气流的位能向动能转化，会在山的背风一面出现局地的强风，这种局地的强风称为下坡风如越过帕米尔高原下达喀什等地的西北大风下坡风又分为暖风（焚风）和冷风（布拉风）从19日这次过程中气温和湿度两要素与下坡风现象吻合较好冷下坡风的性质 陵水地区实况突发性强，风速大且具有阵性，并且风向不变；与19日地面风速记录吻合较好记录见第七部分）与低的相对湿度有关，但绝对温度变化很小；本站相对湿度,18日85％,19日58％日频率和频率表明夜间和冬季达到最大值；12月19日,近冬通常在下坡风发生的气流中，在某一临界高度上包含有一稳定层，且气流移动的方向垂直于山脉。

根据19日陵水地区08时探空资料，在700至780百帕有一明显逆温层表４冷下坡风的性质与陵水地区实况对照可见，这些性质与本站的天气实况吻合较好，但在最后一点上稍有出入，因为高大连绵的山脉主要位陵水西北－北方向，而本站出现的是东北大风，风的来向与山脉所在位置吻合不是很好，说明还有其它中小系统影响此外，对于下坡气流的物理机制较复杂，其中一种水跃理论认为管道中水的流速与水深有密切关系大气中的情况与之十分相似，超过山脉的气流厚度5大约收缩50％而速度增加一倍根据飞机观测，下坡风在山脉的背风面呈水跃状型，如下图：图 3 山脉背风面下坡风呈现的水跃流型（虚线为气流流线）这种情况下，水跃气流可将本场上空大动量气流带到低层，引起大风4.2狭管效应当气流涌入狭窄的地形通道时，流速加大的现象称为狭管效应陵水正北、东北分别为牛上岭（高1288米，距离27公里） 、大牛岭（高976，距离18公里） 地形图如下:图 4 陵水地区狭管效应示意图（黑圆点表示陵水位置，粗黑失量线表示流线，细线表示三座山的等高线，外圈内圈分别为500米和1000米）北部疾速南下的冷空气经牛上岭、大牛岭之间的山间地构成的狭管“喷流”而出，陵水地区就成了喷流袭击的对象，而且当日风的来向也正指向两山的山间地带。

4.3 逆向海陆风效应海陆风是指因海陆之间的热力差异而导至的垂直方向上的环流一般情况下是白天吹海风，晚上吹陆风而在这次冷空气过程中，由于冷空气的“快”、“狠”，地表面迅速降温，海水比热大，海表降温相对缓慢，使海陆温差短时内增大到一个可观的程度这就可能造成在海南岛东南岸由暧海冷陆引起的“白天吹陆风”逆向海陆风现象5 关于一点解释三亚与陵水相距不到80公里，出现大风天气时，三亚风速常比陵水要小62－4 m/s左右，笔者认为出现这种现象的主要原因有两点：1．三亚市西靠一南北走向连绵小山脉，市区内高楼林立，这对从东北偏东方向来的风有屏障和阻滞作用2．到达三亚的东北偏东方向来风所经岛上陆面距离比到达陵水的长，所受陆面摩擦多此外，还有地型作用，海陆环流作用等次要因素而海口,加来风速比陵水小,除包含上述因素，还因地转参数较小而变压风较小6 大风天气对飞行的影响及保障对策若逆风分量大，一般较为安全，只要不超过飞机要求的逆风风速既可；若正侧风分量大，易使下滑着陆飞机偏离跑道，此时应多提醒指挥员侧风影响，及时修正飞机航向；若顺风分量大，飞机升力减小，起落滑跑距离加长，可建议飞机更换起落方向但不论何种情况，在以确保安全为前提，严格按各机种气象条件，把好气象关。

7 相关资料7.1 19日地面风速观测记录：00:39--30 8[11]--01:07; 01:15--20 8[11]--01:39; 01:50--20 8[10]--02:33; 02:48--30 8[11]--05:00; 05:04--30 8[10]--05:20; 06:42--30 8[12]--07:04--30 11[14]--07:31--20 12[16]--07:53--21 11[14]--08:11--10 13[17]--08:17--20 11[14]--08:30--10 12[16]--08:37--30 10[13]--08:40--20 12[16]--09:18--30 9[13]--13:25; 13:28--30 10[13]--14:28--30 8[11]--14:46--30 10[13]--14:54--30 8[11]--16:25; 16:35--30 9[12]--16:47--20 8[11]--17:067.2 19日08时探空资料 气 压 高 度 风 向 风 速 相 对 湿 度 温 露 差1021 38 15 9 58 8.31000 215 12 17 59 8925 869 28 19 65 6.2850 1573 18 9 58 7.9700 3177 343 6 58 7.9600 4441 341 2 16 23.9500 5907 207 3 14 23.5参考文献：1 喻世华 孙世刚 《海洋天气学》 1993年2 卢春成 《短期天气预报》 1992年3 陆汉城 《中尺度天气原理和预报》 2000年7一次冷空气影响下大风天气成因分析许园春 聂锋（92497部队气象台）。