舟山群島海域一次大風過程的診斷分析

徐哲永，王雷，王堅侃

（舟山市氣象局，浙江舟山316021）

舟山群島海域一次大風過程的診斷分析

徐哲永，王雷，王堅侃

（舟山市氣象局，浙江舟山316021）

對舟山群島一次冷空氣大風過程進行了診斷分析。結果表明：大風產生在典型的貝湖脊型橫槽形勢下，高空橫槽的轉豎使得冷空氣從低層到高層開始向南爆發。冷空氣南下與東海低壓強烈發展造成的強氣壓梯度以及中低層冷平流的作用是造成強風的重要原因。高低層散度場的耦合以及高空鋒區過境時產生的動力下沉運動造成強烈的動量下傳，進一步加大了地面風速。

高空橫槽；冷空氣大風；低壓發展；動量下傳

1 引言

近年來隨著海上航運交通、救撈等海上作業的不斷增加，海面強風的預報和服務在預報業務中也越來越受到重視[1]。舟山地處長江口南側和杭州灣外緣的東海洋面上，極易受到海上大風的影響。造成舟山市海上大風的天氣系統主要有冷空氣、臺風和海上低壓[2]。其中，春、冬季節的舟山群島，由冷空氣引起的海上大風最具危險性。

2010年3月9—10日舟山海域出現了一次10—11級北到西北大風過程。其中9日白天到夜里，沿海普遍出現9—10級大風，而9日上半夜到次日早晨風力最強：浪崗測站出現12級大風，梁橫、北鼎星等8個測站出現11級大風，嵊泗、小洋山等31個測站出現10級大風。全市10級大風持續時間長達24 h，過程降溫幅度達5°—7℃。舟山市氣象臺對這次冷空氣強風過程預報比較成功，風力強度、10級大風起止時間以及過程降溫幅度與實況一致，只是對于極大風速起始時間的預報卻比實況稍微提前。

考慮不同個例都各有其自身的特點，本文借鑒已有的研究總結，對本次大風出現的原因進行分析診斷，以期為今后的預報服務工作提供參考。

2 環流形勢分析

2.1 冷空氣的形成與堆積

3月5日500 hPa圖上亞洲大陸中高緯地區為西高東低的一槽一脊形勢，此時烏拉爾山阻塞高壓已經形成，西伯利亞地區為一寬廣的低壓區，低壓區內有一東西向的橫槽，處于阻塞高壓脊前,橫槽前有比較密集的高空鋒區。6—7日，隨著高空極渦東移，推動烏拉爾山阻高北段不斷東移，使得阻高脊軸順轉，由N-S向轉成NE-SW向，在脊軸轉向的同時，脊前的橫槽不斷南壓,至8日08時，橫槽已壓至烏蘭巴托南面,槽前的密集鋒區堆積在我國華北地區，槽后冷中心強度達到-40℃（見圖1a），可見強冷空氣已經形成并堆積。

700 hPa形勢與500 hPa相似。8日08時，貝湖附近的脊區呈NE-SW軸向分布，橫槽南傾，位于河套北部；槽后也有一個-28℃的冷中心配合；在35°—45°N之間有6根等溫線，尤其是橫槽前部40°N附近有鋒區密集堆積；槽前后的正負變高分別為10 dagpm和-1 dagpm，相差11 dagpm。中低緯有一支NEE-SWW向的南支槽。

與低層850 hPa形勢相似,地面圖上，自6日起冷高壓中心自貝加爾湖西側快速南壓并加強，至8日08時冷高壓中心位于阿爾泰山脈的東南側,強度達1078.6 hPa；冷鋒處于通遼-赤峰-呼和浩特-蘭州一線，在40°—45°N五個緯距內有8根等壓線。與700 hPa的南支槽相對應，20°—30°N之間的地面圖中有一支靜止鋒呈NE-SW向分布。此時，東海至南海一帶為低壓倒槽區，氣壓場呈東（南）低西（北）高形勢，有利于引導冷空氣南下。

而地面24 h變壓場上：冷鋒后部是大片的正變壓區，其中在甘肅與內蒙古接壤處，有一塊變壓大于20 hPa的區域，其中心值為23 hPa，冷鋒前部安徽、江西、湖南等地是負變壓區，安徽南部有一負變壓中心，中心值為-2 hPa，正負變壓中心絕對值之和為25 hPa。

這是典型的貝湖脊型橫槽形勢[3]，當橫槽下擺引起冷空氣南下時，就容易造成浙北、浙中南沿海的偏北大風。

2.2 冷空氣的爆發-橫槽轉豎

8日20時500 hPa高空圖上，冷渦位于錫林浩特市附近，冷渦西伸的橫槽已南壓至內蒙古地區，此時橫槽前的鋒區中有小槽東傳，中低緯也有南支槽東傳，南北兩支槽呈階梯狀分布，從而造成橫槽前部等高線疏散，產生正渦度平流。同時，橫槽前部有冷平流，槽前的正渦度平流和冷平流使橫槽東南方產生負變高-11 dagpm，加上橫槽后部又是暖平流正變高15 dagpm，這就預示著橫槽將轉豎并向南加深[4]。8日夜間500 hPa西段橫槽開始快速轉豎，高空冷渦東移并南掉，帶動北方冷空氣快速南下，9日20時，冷渦移至丹東附近，南、北兩支高空槽合并，形成東亞大槽，槽線位于大連-上海-杭州-贛州一線，切斷中心延伸出的長長的東亞大槽一直插到華南地區。此時的高空槽前后的正負變高呈準東西向分布，分別為17 dagpm和-28 dagpm（見圖1b），9日上半夜500 hPa橫槽完全轉豎且經過舟山群島。在橫槽轉豎過程中，冷空氣自低層到高層朝南爆發，中低層850 hPa和700 hPa的槽線相繼于9日早上和下午經過舟山海域，舟山沿海海面風力逐漸增大。

圖1 500hPa高空圖（實線為等高線,單位/dagpm、虛線為等溫線,單位/℃）

3 大風成因分析

3.1 地面氣壓場分析

在中高緯度，風場與氣壓場基本上符合地轉風、梯度風原理[4]。8日20時，地面中高緯地區仍處一個龐大的冷高壓內，其中新疆-內蒙古地區有一個分裂冷高壓，中心氣壓為1055 hPa。此時，低緯位于臺灣西南的弱倒槽在高空700—500 hPa西南氣流的引導下，開始朝東北方向，即500 hPa正渦度平流與暖平流中心附近移動，并且在移動過程中該系統得到發展，其強度逐漸增大。9日08時，在河套西側分裂出1050 hPa的一個冷高壓，與嵊泗站（氣壓1029.5 hPa）相距19個緯距，氣壓差達20.5 hPa，此時倒槽波動中心位于28.5°N、130.5°E，中心值為1013.9 hPa，倒槽的發展加大了地面氣壓梯度，加上冷空氣南下，于是在浙北沿海形成了較大的氣壓梯度，120°—125°E之間的5個經距內共有5根等壓線（見圖2a），大的氣壓梯度產生大的風速，舟山海域開始出現10級偏北大風。

之后該倒槽緩慢東移，并繼續在外海發展：9日11時在31°N、134°E處發展成低壓，中心值為1012.5 hPa，14時在31°N、136°E處低壓中心值加深為1007.5 hPa，17時，低壓中心繼續發展為1005 hPa。外海低壓的緩慢東移和強烈發展，加上冷空氣的持續補充使得地面氣壓梯度一直在浙北沿海堆積，10級大風維持。9日20時，隨著冷空氣南下，在安徽、湖北交界處出現一個1037.5 hPa的分裂冷高壓，與嵊泗站相距6—7個經距，二者氣壓差達5.7 hPa，此時120°—125°E之間的5個經距內有4根等壓線（見圖2b）,舟山海域開始出現11級偏北大風。

圖2 海平面氣壓圖（單位：hPa）

顯然，9日08時的10級大風的產生與沿海氣壓梯度密切相關；而維持在海面上的大的氣壓梯度也是11級大風出現的一個有利因素。但為何在此過程中，當沿海的氣壓梯度減小時，風力反而從10級增強到11級呢?

3.2 冷平流作用

3月8日20時，由于700—500 hPa西南氣流和850 hPa低空切變的作用，在30°N附近有南支鋒區存在。9日08時850 hPa高空槽已經過境，冷空氣自低層到高層侵入，850 hPa圖中，南下的北支鋒區與之前的南支鋒區疊加，在30°—35°N之間有3條等溫線，且850 hPa低層急流垂直于溫度場，從而產生較強的低層冷平流（圖略）。

9日20時，700 hPa高空槽已經過舟山海域，而500 hPa高空槽也將過境。此時700 hPa圖中，30°N以北5個緯距內有3條等溫線，且分布較密（集中在30°—32.5°N的2.5個緯距之內），在強的西北氣流作用下，產生較強的中層冷平流，有利于鋒生，鋒生導致力管環流加強，700 hPa及以下各層風速也普遍加大[5]，自20時起舟山海域開始出現11級大風（見圖3）。

圖3 9日20時700 hPa高空圖

綜上可見，強的地面氣壓梯度和中低層的冷平流作用對地面強風的產生起到了十分重要的作用。可是在實際預報中，通常情況下，舟山海域的最大風力要達到10級，地面氣壓場上120°—125°E之間一般要有5根等壓線，在中低空30°—35°N之間的鋒區至少要達到4條，而11級大風產生的要求則更高。除了上述原因外，到底還有什么因素造成了如此猛烈的強風呢？

3.3 動力條件分析

3.3.1 高空輻合、低空輻散的散度場配置造成下沉運動

一次強天氣過程的發生必定伴有強的動力條件。9日20時，700 hPa高空槽過境舟山不久，舟山海域在散度場上處于零線附近，其以下各層均處于槽后的輻散區內，而500 hPa維持著槽前輻合。此時舟山的上游地區，116°—117°E的高空500 hPa以上有一輻合中心-32×10-6s-1，118oE的低空850 hPa有一輻散中心36×10-6s-1，其差值達68×10-6s-1，且中心幾乎呈垂直分布（見圖4a），對流層上部的高空輻合與對流層下部的輻散相耦合，這種強而陡峭的配置，意味著在高低空之間存在著一支強大的動力強迫下沉氣流[6]。之后500 hPa高空槽快速東移影響，高低空的輻合、輻散中心也隨之東移，10日08時此配置系統移至124°E的海面上，其中心分布為垂直結構，舟山海域仍處于強的地面輻散區內（見圖4b）。

圖4 沿30°N的散度剖面（單位:10-6s-1）

這說明，在9日20時之后的夜間，高層輻合與低層輻散中心經過舟山群島，由此造成的強的動力強迫下沉氣流將高空西北急流的動量下傳至低層，致使舟山海域大風產生。

3.3.2 鋒區過境導致下沉運動

圖5a是沿122°E的空間垂直剖面圖。由圖可見，最大風速出現在鋒區附近的上空200 hPa，為80 m.s-1。鋒區附近有次級環流（見圖5b），鋒區暖邊界為強烈的上升氣流，其最大上升速度為20×10-3hPa.s-1，位于0—200 hPa之間，舟山海域正處于該上升中心區內；而冷邊界一側是劇烈的下沖氣流，其下沉速度最大的區域在500 hPa附近，其最大中心值為80×10-3hPa.s-1。到了10日08時，舟山已處于強大的下沉運動區域內。這表明在9日上半夜20時后，舟山海域上空的大氣質量快速調整，通過大氣質量的調整使得暖空氣迅速被冷空氣代替，并造成強烈的動量下傳，使得低層風速加大[6]。

圖5 9日20時沿122OE與沿30ON垂直剖面

以上海站為例，8日20時后，上海站的溫度隨時間急劇下降，表明鋒區入侵，尤其是9日08—20時12 h之內，700 hPa溫度由原先的-10℃降至-20℃。與此同時，等風速線也隨時間急速下沉（見圖6），表明在鋒區入侵時有動量下傳。9日08時低層850 hPa及以下各層的風向均轉為西北，風速猛增，其中850 hPa的風速達14 m.s-1；9日20時700 hPa也轉成西北氣流，各層風速繼續增大，其中，850—700 hPa的風速均超過22 m.s-1。之后，從9日20時—10日08時中低層各層風速和氣溫幾乎維持不變。

圖6 上海站8日20時—10日20時風速時間剖面圖（單位：/（m.s-1））

正是因為上述因素造成的強烈的動量下傳作用，造成了9日20時之后的夜間舟時間剖面圖山群島11級大風的產生與維持。

4 小結

（1）大風產生在典型的貝湖脊型橫槽形勢下，高空橫槽的轉豎使得冷空氣從低層到高層開始向南爆發；

（2）冷空氣南下與東海低壓強烈發展造成的強氣壓梯度以及中低層冷平流的作用是造成本次猛烈強風的重要原因；

（3）高低層散度場的耦合以及高空鋒區過境時產生的動力下沉運動造成強烈的動量下傳，進一步加大了地面風速。

[1]蘇百興,段朝霞.廣東一次寒潮8級大風物理過程分析[J].海洋預報,2009,26(1)：14-18.

[2]項素清.一次爆發性東海低壓發展引起的海上強風分析[J].海洋預報,2007,24(4)：20-25.

[3]祝啟恒,張淑云.浙江省災害性天氣預報[M].北京：氣象出版社,1992,108-111.

[4]朱乾根,林錦瑞,壽紹文,等.天氣學原理和方法(第四版)[M].北京：氣象出版社,2007.

[5]李秀連.首都機場寒潮強風極值出現條件的分析[J].氣象, 2002,28(11)：42-44.

[6]王雷.一次冷空氣強風的成因分析[J].海洋預報,2005,22(4)：96-101.

Diagnosis analysis of a strong gale in Zhoushan islands

XU Zhe-yong，WANG Lei，WANG Jian-kan

(Zhoushan Meteorological Bureau,Zhejiang Province,316021 China)

In this paper,a strong cold air gale process in March 2010 was analyzed.The results showed that the strong cold air gale appeared in the typical synoptic situation of the horizontal trough before the ridge of Lake Baikal.The cold air breaked out from lower levels to higher levels because the upper lever trough changed from the horizontal direction to vertical direction.The main reason of this strong gale was the pressure gradient caused by the interaction of the cold air and the intense development of depression in the East China Sea,and the strong cold temperature advection in low and middle layer.In addition,the coupling of divergence with a negative(positive)value at upper(low)level and intense momentum transportation downward,caused by the dynamic forcing descending due to the upper frontal zone passage,further increased the ground wind speed.

horizontal trough at the upper level；cold air gale；depression development；Momentum transportation downward

book=256,ebook=256

P732

：A

：1003-0239（2012）05-0053-06

2011-09-17

徐哲永（1982-），男，工程師，主要從事短期天氣預報工作。E-mail:xuzheyongzi@163.com