撫順市近20a大風(fēng)特征分析與預(yù)報(bào)

撫順市近20a大風(fēng)特征分析與預(yù)報(bào)

1大風(fēng)天氣、成因與預(yù)報(bào)大趨勢是撫順地區(qū)的主要自然災(zāi)害之一。這種出現(xiàn)對人們的生活和生產(chǎn)有顯著影響，給經(jīng)濟(jì)和人民帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。因此,研究大風(fēng)天氣規(guī)律,對提高災(zāi)害性天氣預(yù)報(bào)水平具有重大意義。高松影等對丹東地區(qū)的大風(fēng)氣候進(jìn)行了分析,對形成大風(fēng)天氣形勢進(jìn)行了分型,為大風(fēng)預(yù)報(bào)提供依據(jù)。孟瑩等對黃海北部沿海地區(qū)大風(fēng)氣候特征進(jìn)行的研究表明:當(dāng)亞洲地區(qū)中高緯度盛行西北氣流,并被較強(qiáng)負(fù)高度距平區(qū)控制時(shí)易出現(xiàn)大風(fēng)天氣;反之,當(dāng)亞洲地區(qū)中高緯度盛行偏西氣流,并被較強(qiáng)正高度距平區(qū)控制時(shí),則大風(fēng)日數(shù)減少。張廷治等對遼寧大風(fēng)氣候、成因作了分析,對春季大風(fēng)、熱帶氣旋大風(fēng)、雷雨大風(fēng)、秋季大風(fēng)和冬季大風(fēng)進(jìn)行了詳細(xì)闡述,并分析了各類大風(fēng)成因和環(huán)流背景。吳海英指出,強(qiáng)烈的地面大風(fēng)的形成往往與中小尺度系統(tǒng)的擾動(dòng)密切相關(guān),其中颮線是極易造成地面強(qiáng)風(fēng)的一種中小天氣系統(tǒng),對颮線的結(jié)構(gòu)特征和颮線的發(fā)展與地面強(qiáng)風(fēng)的形成進(jìn)行研究,對短時(shí)大風(fēng)預(yù)報(bào)具有指導(dǎo)意義。盡管從不同方面對大風(fēng)進(jìn)行了研究,但對大風(fēng)預(yù)報(bào)研究較少,為此本文根據(jù)撫順地區(qū)近20a大風(fēng)資料,探討大風(fēng)規(guī)律及形成原因和天氣特征;建立預(yù)報(bào)指標(biāo)和預(yù)報(bào)方法,為大風(fēng)預(yù)報(bào)提供依據(jù),以提高大風(fēng)預(yù)報(bào)正確率,增強(qiáng)防災(zāi)減災(zāi)能力。2大風(fēng)時(shí)程特征統(tǒng)計(jì)分析選取1986—2005年撫順地區(qū)章黨、清原和新賓3站地面風(fēng)自記資料,對撫順地區(qū)大風(fēng)時(shí)空分布以及風(fēng)向、風(fēng)速特征進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。根據(jù)大風(fēng)預(yù)報(bào)標(biāo)準(zhǔn),本文定義:當(dāng)3個(gè)測站中有1個(gè)測站日最大10min平均風(fēng)速達(dá)到或超時(shí)10.8m·s-1,則定義為一個(gè)大風(fēng)日。3結(jié)果分析3.1風(fēng)的變化特征3.1.1年后大風(fēng)趨勢撫順地區(qū)20a共出現(xiàn)大風(fēng)日數(shù)為324d,年平均大風(fēng)日為17d,最多年出現(xiàn)在2002年,為44d;最少年出現(xiàn)在2005年,為4d。從大風(fēng)年變化曲線(圖1a)可知,20a有多個(gè)高值年和多個(gè)低值年,高值年出現(xiàn)在1987、1994、1995、1999年和2002年,低值年出現(xiàn)在1990、1992、1996年和2005年。1986—2001年出現(xiàn)次數(shù)為9—23d,2002年出現(xiàn)最高值后逐年下降。撫順地區(qū)3個(gè)測站年變化特點(diǎn)各不相同,章黨20a出現(xiàn)大風(fēng)日數(shù)(圖1b)為159d,年平均大風(fēng)日數(shù)為8d,1986、1987年和1988年連續(xù)3a為高值年,最多年出現(xiàn)在1987年為19d,最少年出現(xiàn)在1995年僅為1d,其他年份為4—12d。清原20a出現(xiàn)大風(fēng)日數(shù)(圖1c)為205d,年平均大風(fēng)日數(shù)為11d,最多年2002年為40d,最少年為2005年,為2d,1986—2000年大風(fēng)出現(xiàn)日數(shù)為5—12d,2002年后逐年下降。新賓20a出現(xiàn)(圖1d)大風(fēng)日數(shù)為70d,年平均大風(fēng)日數(shù)為4d,1994年和2000年為高值年,出現(xiàn)大風(fēng)日數(shù)為10d,1988、2004年和2005年無大風(fēng),其他年份為1—8d,2002年后大風(fēng)出現(xiàn)次數(shù)逐年下降。3.1.2夏季天氣分析撫順全年四季均有大風(fēng)出現(xiàn),其中,春季出現(xiàn)次數(shù)最多,占全年總次數(shù)的69%,夏、秋季出現(xiàn)次數(shù)占全年總次數(shù)的15%和12%;冬季最少,出現(xiàn)次數(shù)占全年總次數(shù)的4%。春季由于暖空氣日趨活躍,促使高低空系統(tǒng)發(fā)展,冷鋒氣旋生成多,大陸高壓入海加深,地面氣壓梯度加大多出現(xiàn)西南大風(fēng);夏季颮線過境和切變線影響時(shí),有雷暴等強(qiáng)對流天氣形成大風(fēng);秋冬季冷空氣勢力加強(qiáng),使鋒區(qū)加強(qiáng),冷鋒過境和寒潮爆發(fā)易形成偏北大風(fēng)。3.1.3年度出現(xiàn)次數(shù)撫順各月均有大風(fēng)出現(xiàn)(圖2),其中4月最多,出現(xiàn)次數(shù)占全年總次數(shù)的41%;5月次多,出現(xiàn)次數(shù)占全年總次數(shù)的22%;1月和12月最少,出現(xiàn)次數(shù)占全年總次數(shù)的1%。3.1.4第三，5:24—日變化撫順地區(qū)大風(fēng)日變化特點(diǎn)是白天多于夜間,下午多于上午,一般風(fēng)速從上午9:00—10:00開始增大,下午16:00左右減弱,12:00—15:00為最大。這是由于白天太陽輻射加強(qiáng),地面逐漸增溫,午后地面溫度最高,有利于高空動(dòng)力下傳和氣旋加深形成大風(fēng)。3.1.5清原西部大風(fēng)主要成因撫順3站大風(fēng)分布特點(diǎn)為(表1)清原最多,出現(xiàn)頻率為47%,最多風(fēng)向?yàn)閃SW;章黨次多,出現(xiàn)頻率為37%,最多風(fēng)向?yàn)閃SW;新賓最少,出現(xiàn)頻率為16%,最多風(fēng)向?yàn)閃NW。造成3個(gè)測站大風(fēng)分布差異的原因主要是由于地形分布不同。撫順地區(qū)位于遼寧東部,地勢東高西低,西部為松遼平原過渡帶,新賓屬長白山系龍崗山脈,清原南部與龍崗山脈相接,撫順西部與松遼平原相接。當(dāng)有氣旋移入影響撫順時(shí),由于西部地勢較低易形成大風(fēng)。進(jìn)入東南部山區(qū)時(shí),因山脈阻擋風(fēng)力逐漸減小,而蘇子河自西北東南向貫穿境內(nèi),觀測站處于南北兩側(cè)山區(qū)間低谷處,對于西南大風(fēng)起阻擋作用使到達(dá)測站的風(fēng)速減小,不易形成西南大風(fēng);而西北氣流有狹管作用,使西北大風(fēng)風(fēng)速增大,故西北大風(fēng)最多。清原位于松遼平原的東北,渾河河谷東北西南向貫穿清原境內(nèi),河谷兩側(cè)為東北西南向山脈,當(dāng)偏西氣流進(jìn)入清原境內(nèi),由于河谷和山脈狹管效應(yīng),使西南風(fēng)風(fēng)速增大,易形成西南大風(fēng)。撫順地區(qū)出現(xiàn)大風(fēng)天氣系統(tǒng)多為蒙古低壓,位置偏北,而清原緯度高于其他2站,更易形成大風(fēng)。清原河谷山脈狹管效應(yīng)更為突出,故清原大風(fēng)日最多,且WSW風(fēng)最多。清原西北側(cè)為莫日紅山,海拔高度為1013m,對偏北大風(fēng)起阻擋作用,所以清原無偏北大風(fēng)出現(xiàn)。3.1.6年5月24日利用章黨撫順地區(qū)大風(fēng)風(fēng)速6級頻率為91%;7級頻率為8%,8級頻率為1%,無9級以上大風(fēng)。撫順最大風(fēng)速為19m·s-1,風(fēng)向?yàn)镋SE,出現(xiàn)在1988年5月24日(章黨);清原最大風(fēng)速為18m·s-1,風(fēng)向?yàn)閃SW,出現(xiàn)在2000年4月17日;新賓最大風(fēng)速為16m·s-1,風(fēng)向?yàn)閃SW和W,分別出現(xiàn)在2000年8月28日和2001年5月9日。大風(fēng)持續(xù)時(shí)間1d日數(shù)最多,連續(xù)出現(xiàn)3d有5次,連續(xù)出現(xiàn)4d和5d各有1次,分別出現(xiàn)在2002年4月8—11日和17—21日清原;最長連續(xù)大風(fēng)日數(shù)為6d,出現(xiàn)在2003年4月11—16日(清原)。3.1.7wnw風(fēng)出現(xiàn)頻率撫順地區(qū)大風(fēng)(圖3)最多風(fēng)向?yàn)閃SW,頻率為39%;次多風(fēng)向?yàn)镾W,頻率為17%;WNW風(fēng)頻率為11%;W風(fēng)頻率為10%。4個(gè)風(fēng)向頻率共為77%,這表明偏西風(fēng)是撫順地區(qū)盛行的大風(fēng)風(fēng)向。章黨和清原WSW風(fēng)出現(xiàn)的頻率最多;SW風(fēng)出現(xiàn)的頻率次多;新賓WNW大風(fēng)出現(xiàn)頻率最多,WSW風(fēng)出現(xiàn)的頻率次多。撫順各站近20a中無SE和E大風(fēng)。3.2大風(fēng)的分類通過對1986—2005年出現(xiàn)大風(fēng)的天氣系統(tǒng)和環(huán)流形勢特征進(jìn)行分析歸類,可將大風(fēng)分為4種類型:兩高夾低型、東高西低型、西高東低型和中小尺度型。對兩高夾低型、東高西低型和西高東低型3種典型地面形勢場合成見圖4。3.2.1地面大風(fēng)采用羅馬法和高空圍繞中心市場氣候變化的、偏南風(fēng)模型兩高夾低型(圖4a)占大風(fēng)總?cè)諗?shù)的41%,居于首位。此型出現(xiàn)在春季,4月最多,5月次多,3月最少。此型大風(fēng)風(fēng)向多為WSW風(fēng),章黨站和清原站出現(xiàn)較多,新賓站偏少。高空有強(qiáng)溫度脊發(fā)展,使地面氣旋發(fā)展為東北低壓,西北部蒙古冷高壓東移加強(qiáng),推動(dòng)氣旋東移,東部日本海以東高壓穩(wěn)定少動(dòng),氣旋東移受阻,形成東北西南向狹長低壓帶,氣壓梯度增大,出現(xiàn)偏南風(fēng)。此型有時(shí)可連續(xù)幾天出現(xiàn)大風(fēng)。東北低壓是出現(xiàn)偏南大風(fēng)的主要天氣系統(tǒng)。兩高夾低型低壓以東北低壓為主,有時(shí)與黃河氣旋、鄂海低壓連接形成氣旋族低壓帶。3.2.2遼寧南緣天氣場東高西低型(圖4b)大風(fēng)占大風(fēng)總?cè)諗?shù)的21%,風(fēng)向多為WSW。此型大風(fēng)出現(xiàn)在春季,4月最多,3月和5月次多。春季暖空氣活躍,遼寧地區(qū)有暖溫度脊發(fā)展,地面貝加爾湖、蒙古氣旋發(fā)展東移,氣旋東部的高壓東移入海后失去熱量加強(qiáng),形成東高西低氣壓場,蒙古氣旋東移加強(qiáng)為東北低壓,氣壓梯度增大,易形成偏南大風(fēng)。兩高夾低型和東高西低型大風(fēng)出現(xiàn)時(shí),850hPa遼寧有暖溫度脊,地面氣旋中心值為995—1005hPa,發(fā)展強(qiáng)的氣旋有3條或以上閉合等壓線,等壓線密集處10個(gè)經(jīng)度有3—5條等壓線。3.2.3蒙古大風(fēng)分析西高東低型(圖4c)大風(fēng)占大風(fēng)總?cè)諗?shù)的11%,為偏北大風(fēng)型。春秋季各月均可出現(xiàn),出現(xiàn)頻率接近,但各測站差異較大。新賓站出現(xiàn)最多,章黨站次多,清原站無此型大風(fēng)出現(xiàn)。春秋季東北低壓、蒙古氣旋活躍,當(dāng)氣旋東移,其后部強(qiáng)冷空氣影響,使蒙古高壓加強(qiáng)地面加壓,形成西高東低(或西北高東南低)形勢場,東北低壓后部與蒙古高壓前部氣壓梯度增大,產(chǎn)生偏北大風(fēng)。大風(fēng)多產(chǎn)生在低壓冷鋒后部等壓線密集區(qū)。500hPa常有冷渦配合,且有強(qiáng)鋒區(qū)影響。3.2.4強(qiáng)雷暴型大風(fēng)的形成原因及危害中小尺度型占大風(fēng)總?cè)諗?shù)的13%。春、夏、秋季均可出現(xiàn),但主要出現(xiàn)在夏季,風(fēng)向多為WSW、NNW和SW。中小尺度型大風(fēng)的形成是由強(qiáng)雷暴引起的下?lián)舯┝骰蜿囷L(fēng)鋒。潛在不穩(wěn)定是發(fā)生強(qiáng)對流的必要條件。此型大風(fēng)的出現(xiàn)具有局地性、持續(xù)時(shí)間短、瞬時(shí)風(fēng)力大的特點(diǎn),且具有較強(qiáng)的破壞力,可造成嚴(yán)重?fù)p失。中小尺度型大風(fēng)是在有利的大尺度環(huán)流形勢下形成的中小尺度天氣系統(tǒng)造成的。經(jīng)常出現(xiàn)在冷渦天氣系統(tǒng)影響下,有颮線過境和切變線或有前傾槽影響,大氣層結(jié)不穩(wěn)定時(shí),常與冰雹、雷暴和強(qiáng)對流天氣同時(shí)出現(xiàn)。3.3天氣系統(tǒng)的演變大風(fēng)的形成影響因素較多,要考慮環(huán)流形勢特征以及高低空天氣系統(tǒng)的配置,還應(yīng)考慮天氣系統(tǒng)的演變,結(jié)合本地氣象要素條件和地方性特點(diǎn)進(jìn)行綜合分析,綜合考慮形成大風(fēng)的各方面機(jī)制,才能使大風(fēng)預(yù)報(bào)更加準(zhǔn)確。為此,本文根據(jù)大風(fēng)成因及環(huán)流形勢分析,結(jié)合數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品和預(yù)報(bào)經(jīng)驗(yàn)確定撫順大風(fēng)預(yù)報(bào)指標(biāo)。3.3.1ecmwf預(yù)報(bào)X11:預(yù)報(bào)日08時(shí)T213地面形勢預(yù)報(bào)場為兩高夾低型或東高西低型,撫順位于冷鋒前部,ECMWF預(yù)報(bào)850hPa當(dāng)日遼寧有明顯的暖脊。X12:預(yù)報(bào)日ECMWF預(yù)報(bào)20時(shí)撫順偏南風(fēng)風(fēng)速達(dá)到16m·s-1。X13:預(yù)報(bào)日ECMWF預(yù)報(bào)當(dāng)日20時(shí)24h變溫為8℃。X14:02時(shí)地面實(shí)況,東北低壓在45—50°N一帶,低壓暖區(qū)3h變壓小于-2.5hPa。X15:預(yù)報(bào)日ECMWF預(yù)報(bào)850hPa20時(shí)撫順SW風(fēng)速達(dá)到18m·s-1。如果滿足X11、X12、X13和X14則預(yù)報(bào)未來24h內(nèi)章黨站、清原站有SW大風(fēng);若滿足X11、X12、X13、X14和X15,則預(yù)報(bào)未來24h內(nèi)章黨和清原、新賓有西南大風(fēng)。3.3.2ecmwfec預(yù)報(bào)X21:T213預(yù)報(bào)場預(yù)報(bào)08時(shí)地面形勢為西高東低型,預(yù)報(bào)日地面有冷鋒經(jīng)過撫順,500hPa有強(qiáng)鋒區(qū)影響撫順。X22:ECMWFEC預(yù)報(bào)當(dāng)日20時(shí)850hPa撫順偏北風(fēng)速達(dá)到18m·s-1。X23:ECMWFEC預(yù)報(bào)當(dāng)日20時(shí)850hPa撫順24h變溫小于-8℃。X24:02時(shí)地面圖上遼寧西部冷鋒后部,有大于4hPa的3h變壓中心。如果滿足X21、X22、X23和X24預(yù)報(bào)未來24h內(nèi)章黨、新賓有偏北大風(fēng)。3.3.3預(yù)報(bào)日試驗(yàn)結(jié)果X31:ECMWF預(yù)報(bào)日有前傾槽、850hPa有切變線、地面冷鋒和冷渦,其中之一影響撫順。X32:預(yù)報(bào)日08時(shí)500hPa與925hPa位勢不穩(wěn)定能量θse差小于-18℃。X33:預(yù)報(bào)日08時(shí)沙氏指數(shù)小于-3℃。X34:雷達(dá)回波有大于50dBz回波區(qū),或有弓型回波、鉤狀、回波。如果滿足X31、X32、X33和X34,則預(yù)報(bào)當(dāng)日將有短時(shí)大風(fēng)。3.4大風(fēng)空漏報(bào)次數(shù)目前在實(shí)際預(yù)報(bào)工作中大風(fēng)預(yù)報(bào)質(zhì)量評定采用TS評分檢驗(yàn),即:TS=AA+B+C×100%ΤS=AA+B+C×100%。式中TS為預(yù)報(bào)正確率,A為大風(fēng)出現(xiàn)次數(shù),B為大風(fēng)空報(bào)次數(shù),C為大風(fēng)漏報(bào)次數(shù)。對2001—2005年出現(xiàn)41次大風(fēng)進(jìn)行歷史回報(bào)檢驗(yàn),檢驗(yàn)使用TS評分檢驗(yàn)(表2)。表2中,偏南風(fēng)預(yù)報(bào)27次,TS為64%;偏北風(fēng)預(yù)報(bào)8次,TS為62%;中小尺度大風(fēng)預(yù)報(bào)6次,TS為60%。共預(yù)報(bào)各型大風(fēng)30次,出現(xiàn)41次,TS為62%。大風(fēng)漏報(bào)的原因是中小尺度型大風(fēng)預(yù)報(bào)難度較大,預(yù)報(bào)員在考慮天氣預(yù)報(bào)時(shí)以降水和雷暴天氣為主,容易忽略大風(fēng),漏報(bào)次數(shù)較多;大風(fēng)空漏報(bào)另一原因是前期沒有對大風(fēng)進(jìn)行系統(tǒng)研究,對地形影響因素考慮不夠。由此可見,以上預(yù)報(bào)指標(biāo)建立雖然有不完善之處,但對撫順大風(fēng)預(yù)報(bào)具有一定指導(dǎo)意義。4可執(zhí)風(fēng)壓藥預(yù)報(bào)大發(fā)現(xiàn)(1)1986—2005年撫順地區(qū)大風(fēng)有多個(gè)高值年和低值年,平均7—8a出現(xiàn)一個(gè)波段,自2002年后大風(fēng)日數(shù)明顯減少。(2)撫順大風(fēng)全年均可出現(xiàn),春季為大風(fēng)最多季,夏季次之,冬季最少。大風(fēng)白天多于夜間,下午多于上午,12:00—15:00風(fēng)速達(dá)最大。(3)撫順各站大風(fēng)出現(xiàn)日數(shù)和風(fēng)向受地形影響。清原站大風(fēng)日數(shù)最多、新賓站最少;撫順地區(qū)6級大風(fēng)最多,無9級以上大風(fēng);最長連續(xù)大風(fēng)日為