2次昆明準靜止鋒的對比分析

李 銳，孟慶怡，張 夢，蒙仕紅，何依遙

(1.貴州省晴隆縣氣象局，貴州 晴隆 561400；2.貴州省黔西南布依族苗族自治州氣象局，貴州 興義 562400)

0 引言

昆明準靜止鋒冬季常處于我國云貴高原，是我國西南地區最重要的天氣系統之一。昆明準靜止鋒生成之后，由于受到云貴地區高原地形的影響，冷空氣難以越過云貴高原西進，從而與暖空氣形成對峙，所以鋒面通常維持在平均位置，呈準靜止狀態。昆明準靜止鋒活動具有明顯的季節性特征，多出現在冬春季，一年平均出現87 d左右[1]。昆明準靜止鋒的鋒前后具有明顯的氣候差異，鋒前的昆明四季如春，更是有“春城”之稱，而鋒后的貴州則常常是連陰雨天氣[2-6]。昆明準靜止鋒對貴州、云南以及四川南部冬半年的天氣變化有著非常重大的影響，云貴地區冬季的災害性天氣都與它有著密切的關聯，而它一旦與其它天氣系統(阻塞高壓、南支槽、西南低渦、切變線以及高低空急流等)相配合，往往會帶來一系列的災害性天氣，如凝凍天氣、寒潮、冬季暴雨、冰雹以及倒春寒等，對大春育秧、小春越冬、安全輸電、交通運輸等國民經濟和人民財產都會造成重大災害[7]。

鋒面的形成主要是因為2個熱力性質不同的氣團之間的互相作用，而昆明準靜止鋒的不同之處在于除了冷暖氣團的互相作用以外，還與青藏高原的大地形作用有很大的關系，而且在鋒面結構上也與其它鋒面有些不同[8]。樊平[9]最先開始從天氣圖和單站的角度對昆明準靜止鋒的結構、預報和分析進行了較為詳細的研究。秦劍等[10]研究表明滇黔準靜止鋒的平均位置一般在威寧、沾益以西，靜止鋒強盛時可抵達昆明以西，比較弱時在貴州東北部，經度的最大跨度大概為7個經度。段旭等[11]選取了10個沒有被南支槽天氣系統影響的典型個例，進行合成計算、分析，對其溫、濕特征、運動學結構等進行了較為詳細的分析。杜正靜等[12]分析了2001年年初昆明準靜止鋒的演變過程中溫濕結構以及大氣環流特征，指出其大氣環流特征和高原關系緊密。杜小玲等[13]對比分析了2008年年初的凍雨天氣和2009年年初的陰雨天氣過程時的鋒區結構特征，并發現鋒生函數變性項以及水平輻合項對準靜止鋒天氣過程中降水形態的差異，是因為變性項和水平輻合項對準靜止鋒的貢獻有所不同。

前期對昆明準靜止鋒的研究，一般是通過某些災害性天氣來進行討論，通常是以個例分析為主。張騰飛等[7]通過研究表明高層西南風加強、上升運動的增強、水汽通量增大、存在高空冷暖平流與高空急流等，均對發生強降雪天氣有利。張瑾文等[14]通過對比分析3次寒潮天氣背景下的昆明準靜止鋒天氣過程的環流形勢、鋒的生消及維持等，得出500 hPa高空阻塞形勢是云南寒潮天氣發生的典型環流形勢。張亞男[8]利用天氣學診斷、合成分析、數值模擬等方法，探討了昆明準靜止鋒進退及維持時所具有的鋒面結構、環流特征及鋒生函數的特征及作用，得出相對位溫對于描述昆明準靜止鋒鋒區強度、鋒面位置及鋒生情況比位溫和廣義位溫更好的。

1 資料的選取

①ECMWF 1981年至今ERA5 land逐小時數據：2013年12月7—23日08時2 m溫度0.1°×0.1°再分析數據；2016年1月20—27日08時2 m溫度0.1°×0.1°再分析數據。

②ECMWF 1979年至今ERA5逐小時氣壓數據： 2013年12月7—23日08時0.25°×0.25°再分析數據，包括高低空氣壓、溫度、相對濕度以及U、V風場；2016年1月20—27日08時0.25°×0.25°再分析數據，包括高低空氣壓、溫度、相對濕度以及U、V風場。

2 天氣過程簡述及環流形勢

2.1 天氣過程簡述

以下將2013年12月這次昆明準靜止鋒天氣過程稱為過程1，2016年1月這次稱為過程2。

從2 m溫度場可以看到，過程1持續時間較長，但昆明在12月13日之前幾乎未受到影響，會澤在12月8—12日溫度一直都是起起伏伏的狀態，貴陽溫度則是一直保持低迷，可以看出貴陽從8日以后就受到冷空氣的控制，也說明昆明準靜止鋒在會澤附近擺動。而在13日08時，冷空氣來勢洶洶，昆明、會澤、貴陽3地均受到偏東風的影響，故13日08時—15日08時48 h內，會澤、昆明降溫超過10 ℃并且最低溫度低于4 ℃，達到寒潮標準。15日以后氣溫又開始逐漸回升，昆明準靜止鋒開始向北向東移動直至消散。

過程2中昆明、會澤在20—22日溫度并無太大變化，且溫度比貴陽高，說明此前準靜止鋒的位置偏東。從22日開始，昆明、會澤受到來自東北方向的強冷空氣南下影響，22日08時—24日08時48 h內降溫均超過10 ℃，且溫度低于4 ℃，達到寒潮標準。貴陽23日以后溫度一直在緩慢回升，說明冷空氣雖然較強，但后續并沒有冷空氣補充，昆明準靜止鋒很快開始消散。

2.2 鋒面結構特征及位置

對于這2次準靜止鋒天氣過程，可以分別選取鋒面維持在地形東邊，鋒面西進階段，越過地形、鋒面消散階段3個關鍵時間點來進行分析。對這2次過程的幾個關鍵時間點前1 d 850 hPa相當位溫和和風場分布圖進行分析。

12月10日08時東風區域減少，鋒后相當位溫的310 K控制范圍明顯擴大，鋒前相當位溫從370 K增加至375 K，且相當位溫的密集程度與鋒面前后風速均增大，鋒面東退至滇黔交界一帶，呈準南北向。說明暖空氣推動昆明準靜止鋒向東移，而鋒后同樣有冷空氣補充，造成了鋒面東移且相當位溫密集程度增大，而鋒后的冷空氣補充也是鋒面在會澤附近擺動的原因。14日鋒后主要是偏東偏南風，由于地形的阻擋，冷空氣在向西推進時受到阻礙，而15日(圖1a)鋒后轉為東北風，鋒面迅速向西南方向推進，鋒后相當位溫中心值從310 K降至300 K,而鋒前并無太大變化，且310 K線向南壓至25°N以南，向西至105°E以東，所以此次鋒面西進，主要是受到冷空氣控制。17日、18日08時，鋒后風場變化不大，相當位溫的中心值從300 K降到295 K，說明鋒后仍有冷空氣補充，但鋒面附近的相當位溫幾乎沒有變化，鋒面維持在滇黔交界一帶直至消散。

圖1 2013年12月15日08時(a)和2016年1月23日08時(b)850 hPa相當位溫(黑色等值線，單位：K)和水平風場(紅色箭頭，單位：m·s-1)，綠色曲線是地形高度大于1500 m的區域

過程2在1月20日、21日08時鋒前多為西南風，鋒后東風較弱，所以鋒面并未有太多變化。23日08時(圖1b)鋒面向西推進至云南中部地區，鋒面為準南北向。從22日08時—23日08時，昆明和會澤24 h內降溫超過10 ℃。

過程2雖然持續的時間較短，但相當位溫的密集區更為明顯，說明鋒面兩側的氣象要素差異更為明顯。

在過程2中，15日08時(圖2a)鋒后東風加強，鋒面已經越過地形的阻擋，抵達100 °E左右，此時鋒區的等相當位溫線與10日08時相比已經變得稀疏了許多。昆明準靜止鋒的形成和維持與地形有著密不可分的聯系，所以當鋒面越過地形的阻擋后，鋒區等相當位溫線梯度變小了許多。18日08時鋒區等相當位溫線梯度進一步減小，鋒前后700 hPa以上高空等相當位溫線變得密集，且等數值升高至340 K以上，說明鋒前暖空氣有了較大的增強。

1月21日08時等相當位溫線最密集的區域在104 °E附近，等相當位溫線與地面接近垂直，判定鋒面在104 °E附近且呈準南北向。1月23日08時(圖2b)鋒面越過地形，抵達101 °E附近，同樣是強冷空氣推動鋒面向西移動，鋒后600 hPa以下等相當位溫線小于375 K(而過程1則是小于390 K)，地面最低為285 K(而過程1則為290 K)，說明寒潮爆發時過程2冷空氣強度更大。1月26日鋒面已經不是很明顯了，沒有地形的阻擋，且云貴地區有反氣旋式切變，鋒前西風增強，鋒面難以維持，鋒面已經向西移動至104 °E附近，且等相當位溫線梯度較小，說明如果鋒后沒有冷空氣補充，鋒面將逐漸消散。

圖2 2013年12月15日08時沿105°E(a)和2016年1月23日08時沿25°N (b)相當位溫(黑色等值線，單位：K)和相對濕度(彩色陰影，單位：%)剖面，灰色陰影是地形

2.3 大尺度環流形勢

過程1：12月10日500 hPa高空貝爾加爾湖以西存在高壓脊引導冷平流向南輸送，加強南下低空的冷高壓，在中西伯利亞高原的橫槽得以發展，將冷空氣攔截堆積在貝加爾湖以北，其冷渦中心數值達到508 dagpm，冷中心溫度達-44 ℃。對應850 hPa低空除鋒區外，低緯度地區等位勢線較為稀疏，而中緯度地區的等位勢線開始變得密集，且沿西北方向遞增，因為高層高壓脊引導脊前西北冷平流向南移動。14日08時阻塞形勢已經崩潰，大量冷空氣南下，-32 ℃已經從65°N南壓至40°N附近，此時位于孟加拉灣附近的南支槽已進一步發展加深。15日08時云貴高原地區850 hPa低空已經被冷高壓控制，說明此時冷空氣已經推進至云貴地區造成影響。18日08時貝加爾湖以北又形成了阻塞高壓，阻擋住高緯度地區的冷空氣，使得昆明準靜止鋒后冷空氣強度減弱，南支槽也東移至108°E附近，從高空環流形勢來看，不利于昆明準靜止鋒的發展與維持。

過程2：1月21日08時500 hPa西西伯利亞平原上空阻塞形勢較好，將高緯度地區的冷空氣很好地阻擋在中高緯地區，但此時橫槽已經南壓至貝加爾湖以南，冷中心溫度達-48 ℃，此時南支槽位于恒河平原上空，且此時西太平洋副高也較為偏北。21日08時與過程1相似高層環流形勢引導高壓脊前較弱的冷平流南下，使得等位勢線密集區與過程1差不多。1月23日橫槽和冷中心均南壓至40°N附近，高壓脊有所減弱，引導大量冷空氣影響我國，此時南支槽在孟加拉灣上空附近，但較為淺顯。此時云貴地區850 hPa低空已經被冷高壓控制，說明此時冷空氣已經南下至云貴地區，26日08時貝加爾湖以北地區重新建立橫槽，將冷空氣攔截在高緯度地區，昆明準靜止鋒逐漸消散。

3 要素場對比

對要素場的研究仍然選取一些時間點進行分析，鋒面兩側要素場變化較大，而鋒面在越過地形后，準靜止鋒迅速減弱，所以在對于要素場的研究時，主要分析鋒面維持在云貴高原地形東側和寒潮爆發時的要素場特征。

3.1 溫度特征對比

圖3是溫度和風場垂直剖面圖。在過程1中，12月10日08時兩側溫度變化最大的位置在105.5°E附近，從850 hPa相當位溫和水平風場來看鋒面位置大概就在105°E附近。此時鋒面被云貴高原地形阻擋在高原地形以東，在烏拉爾山脈地區500 hPa高空高壓脊發展較深，所以南下的冷空氣有限，而南支槽此時幾乎沒有，此時云貴地區高空主要受來自受來自低緯度地區的西風控制。在850 hPa主要受到偏北風的控制，但水平風場也較弱，這樣的高低空環流配置有利于鋒面維持在高原以東。此時鋒后存在微弱的逆溫層，說明南下冷空氣較弱。兩側溫差達到10 ℃以上，說明這樣的環流背景有利于鋒面的維持。12月15日是鋒面越過地形阻擋的階段，從850 hPa相當位溫和水平風場來看，此時鋒面呈準東西向且南壓至20°N附近，500 hPa高空阻塞形勢崩潰，南支槽發展，850 hPa低空被冷高壓控制。而此時鋒面兩側溫差只有6 ℃左右，說明鋒面越過地形后，雖然鋒后有較強冷空氣，而南支槽也有較好的發展，但鋒面強度仍然在減弱，說明地形是昆明準靜止鋒形成的重要因素。

圖3 2013年12月15日08時沿103°E溫度垂直剖面(彩色陰影，單位：℃)和緯向風垂直剖面(a)，2016年1月23日08時沿22°N溫度垂直剖面(彩色陰影，單位：℃)和經向風垂直剖面(b)，灰色陰影為地形

過程2中，2016年1月22日鋒面維持在云貴高原地形東側，鋒面位于104.5°附近，500 hPa高空21日08時中高緯度地區阻塞形勢發展較好，且在貝加爾湖南側有橫槽的存在，將大量冷空氣阻擋在中高緯度地區。22日08時鋒后低空存在較弱逆溫層，且有冷空氣開始補充，鋒面兩側溫差在10 ℃以上，且溫度描述的鋒面也較為明顯，說明這樣的環流背景有利于昆明準靜止鋒的維持。1月23日08時500 hPa高空橫槽已經南壓至40°N附近，冷中心也南壓至40°N且冷中心溫度達到-44 ℃附近。鋒面向西移動越過地形的阻擋，鋒后存在明顯的逆溫層(圖3b)，說明暖空氣有一定勢力，溫度在垂直結構上呈“冷暖冷”結構。鋒面兩側溫差在6 ℃左右，同樣說明鋒面在越過地形阻擋后，鋒面強度在減弱。

對比2次過程，在鋒面維持時，溫度梯度大的區域與地面接近垂直，水平梯度大；而在鋒面向西移動越過地形時，溫度的水平梯度均減弱了，過程1中冷空氣勢力只能維持到700 hPa附近。過程2中逆溫層下界面達到700 hPa，冷空氣向上達到700 hPa，說明暖空氣有一定勢力，而冷空氣的勢力也只能維持到700 hPa附近，說明昆明準靜止鋒是淺薄系統。

3.2 風場特征對比

過程1中，2013年12月10日08時鋒面維持在高原地形東側時，水平風切變大值區在105.5°E附近，且水平風切變向上延伸至650 hPa附近，說明鋒面向上只延伸至650 hPa附近。在鋒面越過高原地形后，可以看到鋒面呈準東西向，水平風切變向密集區上延伸至600 hPa附近(圖3a)，說明鋒面高度達到600 hPa。可以看到過程1中當冷空氣向南爆發后，冷空氣勢力增強，水平風切變高度增加。過程2中1月22日08時鋒面還在高原地形的的東側，水平風切變最大的位置大概是104.5°E，且向上延伸至700 hPa附近。23日08時，水平風切變最大的區域在102.5°E附近向上延伸至700 hPa附近(圖3b)，但略高于22日08時，當冷空氣向南爆發后，冷空氣勢力增強，水平風切變延伸的高度和強度均有所增加，但沒有過程1增加得多。

從2次過程來看，當鋒面維持在高原地形東側時，水平風切變高度和位置均與溫度場描述的鋒面位置幾乎相同。在寒潮爆發后，鋒面越過地形，水平風切變高度均有所增加。2次過程中水平風切變大值區向上延伸均在600 hPa附近或以下，說明昆明準靜止鋒是1個淺薄系統。

3.3 相對濕度對比

同樣選取相對應的時間點來進行研究。12月10日08時沿25°N相對濕度剖面圖中，鋒面維持在大地形東側時相對濕度大于80%的區域主要是鋒后低空的小塊區域；沿105°E相對濕度剖面圖中，相對濕度大于80%的區域為鋒前低緯度低空以及鋒后低空。過程2的維持階段沿緯向剖面可以看到鋒前濕層較為深厚，鋒后高濕區主要是850 hPa以下低空，而鋒前有一塊向上延伸至500 hPa高空的高濕區，且越往上濕度越大，說明過程1中，鋒后的高濕區主要是由于鋒后冷空氣變性造成的。過程2中鋒后低層的高濕區與過程1的高濕區來源相同，均是由于冷空氣變性造成的，但過程2鋒前存在的高濕區則是來自西南氣流輸送。2個過程的高空環流形勢區別在于過程1的南支槽微弱，且位于陸地上空，而過程2南支槽強于過程1，且位于孟加拉灣上空。

鋒后強冷空氣爆發時，過程1高濕區主要在鋒后，鋒后850 hPa低空風場主要是來自太平洋西岸的風場氣旋性切變而來的東北風，而500 hPa高空南支槽后的西北氣流多是來自陸地，中高緯度地區阻塞形勢崩潰為南方帶來強冷平流到南方后變性導致相對濕度增加。過程2中23日鋒后低層濕度小于80%，高濕區向高空延伸。

鋒面越過地形后向東移動時，過程1的鋒面附近幾乎沒有高濕區，過程2中26日在鋒后又出現一大塊高濕區，且濕層深厚。在此階段過程1南支槽已經東移至110°E附近與東亞大槽結合，增強東亞大槽，且中高緯度地區重新建立阻塞高壓，將冷空氣阻擋在高緯度地區，昆明準靜止鋒后冷空氣較弱，高空主要受偏西氣流控制，不利于昆明準靜止鋒的發展與維持。而過程2南支槽位于95°E附近，中高緯度地區高壓脊向北延伸很深，貝加爾湖以北地區建立橫槽，將冷空氣阻擋在高緯度地區。高壓脊會引導一些冷平流南下補充，因此鋒后又存在深厚的濕區。

4 結論

①昆明準靜止鋒的移動與西太平洋副高、南支槽、中高緯度阻塞高壓以及東亞大槽等天氣系統配置有關，當南支槽出現在孟加拉灣時，會使得準靜止鋒前出現高濕區。與一般冷鋒后干燥的冷空氣不同，當有強冷空氣南下時，昆明準靜止鋒鋒后都出現了高濕區。雖然昆明準靜止鋒大多呈準南北向，但在越過云貴高原地形的阻擋后，也會出現準東西向的鋒面。

②在垂直方向上，2次過程中鋒面所在位置等相當位溫線與地面近似垂直，且等相當位溫線水平梯度大。

③2次過程中，在鋒面維持時，溫度梯度大的區域均與地面接近垂直，水平梯度大；而在鋒面向西移動時，溫度的水平梯度均減弱，水平風的切變均增強。2次過程冷空氣均只能維持到700 hPa附近，且水平風切變也均為600 hPa以下的低空切變，說明昆明準靜止鋒為淺薄系統。

④鋒面的強弱與鋒面前后的冷暖氣團強弱有關，當冷暖氣團均強且勢均力敵時，有利于鋒面的維持。若冷空氣較強時，鋒面會向西移動，越過云貴高原地形的阻擋；反之，鋒面則會向東移動。