撫順市近20a大風特征分析與預報

撫順市近20a大風特征分析與預報

1大風天氣、成因與預報大趨勢是撫順地區(qū)的主要自然災害之一。這種出現(xiàn)對人們的生活和生產有顯著影響，給經濟和人民帶來了巨大的經濟損失。因此,研究大風天氣規(guī)律,對提高災害性天氣預報水平具有重大意義。高松影等對丹東地區(qū)的大風氣候進行了分析,對形成大風天氣形勢進行了分型,為大風預報提供依據(jù)。孟瑩等對黃海北部沿海地區(qū)大風氣候特征進行的研究表明:當亞洲地區(qū)中高緯度盛行西北氣流,并被較強負高度距平區(qū)控制時易出現(xiàn)大風天氣;反之,當亞洲地區(qū)中高緯度盛行偏西氣流,并被較強正高度距平區(qū)控制時,則大風日數(shù)減少。張廷治等對遼寧大風氣候、成因作了分析,對春季大風、熱帶氣旋大風、雷雨大風、秋季大風和冬季大風進行了詳細闡述,并分析了各類大風成因和環(huán)流背景。吳海英指出,強烈的地面大風的形成往往與中小尺度系統(tǒng)的擾動密切相關,其中颮線是極易造成地面強風的一種中小天氣系統(tǒng),對颮線的結構特征和颮線的發(fā)展與地面強風的形成進行研究,對短時大風預報具有指導意義。盡管從不同方面對大風進行了研究,但對大風預報研究較少,為此本文根據(jù)撫順地區(qū)近20a大風資料,探討大風規(guī)律及形成原因和天氣特征;建立預報指標和預報方法,為大風預報提供依據(jù),以提高大風預報正確率,增強防災減災能力。2大風時程特征統(tǒng)計分析選取1986—2005年撫順地區(qū)章黨、清原和新賓3站地面風自記資料,對撫順地區(qū)大風時空分布以及風向、風速特征進行統(tǒng)計分析。根據(jù)大風預報標準,本文定義:當3個測站中有1個測站日最大10min平均風速達到或超時10.8m·s-1,則定義為一個大風日。3結果分析3.1風的變化特征3.1.1年后大風趨勢撫順地區(qū)20a共出現(xiàn)大風日數(shù)為324d,年平均大風日為17d,最多年出現(xiàn)在2002年,為44d;最少年出現(xiàn)在2005年,為4d。從大風年變化曲線(圖1a)可知,20a有多個高值年和多個低值年,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個測站年變化特點各不相同,章黨20a出現(xiàn)大風日數(shù)(圖1b)為159d,年平均大風日數(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)大風日數(shù)(圖1c)為205d,年平均大風日數(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)大風日數(shù)為70d,年平均大風日數(shù)為4d,1994年和2000年為高值年,出現(xiàn)大風日數(shù)為10d,1988、2004年和2005年無大風,其他年份為1—8d,2002年后大風出現(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;夏季颮線過境和切變線影響時,有雷暴等強對流天氣形成大風;秋冬季冷空氣勢力加強,使鋒區(qū)加強,冷鋒過境和寒潮爆發(fā)易形成偏北大風。3.1.3年度出現(xiàn)次數(shù)撫順各月均有大風出現(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)大風日變化特點是白天多于夜間,下午多于上午,一般風速從上午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,地面逐漸增溫,午后地面溫度最高,有利于高空動力下傳和氣旋加深形成大風。3.1.5清原西部大風主要成因撫順3站大風分布特點為(表1)清原最多,出現(xiàn)頻率為47%,最多風向為WSW;章黨次多,出現(xiàn)頻率為37%,最多風向為WSW;新賓最少,出現(xiàn)頻率為16%,最多風向為WNW。造成3個測站大風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。當有氣旋移入影響撫順時,由于西部地勢較低易形成大風。進入東南部山區(qū)時,因山脈阻擋風力逐漸減小,而蘇子河自西北東南向貫穿境內,觀測站處于南北兩側山區(qū)間低谷處,對于西南大風起阻擋作用使到達測站的風速減小,不易形成西南大風;而西北氣流有狹管作用,使西北大風風速增大,故西北大風最多。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,河谷兩側為東北西南向山脈,當偏西氣流進入清原境內,由于河谷和山脈狹管效應,使西南風風速增大,易形成西南大風。撫順地區(qū)出現(xiàn)大風天氣系統(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。清原河谷山脈狹管效應更為突出,故清原大風日最多,且WSW風最多。清原西北側為莫日紅山,海拔高度為1013m,對偏北大風起阻擋作用,所以清原無偏北大風出現(xiàn)。3.1.6年5月24日利用章黨撫順地區(qū)大風風速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。撫順最大風速為19m·s-1,風向為ESE,出現(xiàn)在1988年5月24日(章黨);清原最大風速為18m·s-1,風向為WSW,出現(xiàn)在2000年4月17日;新賓最大風速為16m·s-1,風向為WSW和W,分別出現(xiàn)在2000年8月28日和2001年5月9日。大風持續(xù)時間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)大風日數(shù)為6d,出現(xiàn)在2003年4月11—16日(清原)。3.1.7wnw風出現(xiàn)頻率撫順地區(qū)大風(圖3)最多風向為WSW,頻率為39%;次多風向為SW,頻率為17%;WNW風頻率為11%;W風頻率為10%。4個風向頻率共為77%,這表明偏西風是撫順地區(qū)盛行的大風風向。章黨和清原WSW風出現(xiàn)的頻率最多;SW風出現(xiàn)的頻率次多;新賓WNW大風出現(xiàn)頻率最多,WSW風出現(xiàn)的頻率次多。撫順各站近20a中無SE和E大風。3.2大風的分類通過對1986—2005年出現(xiàn)大風的天氣系統(tǒng)和環(huán)流形勢特征進行分析歸類,可將大風分為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地面大風采用羅馬法和高空圍繞中心市場氣候變化的、偏南風模型兩高夾低型(圖4a)占大風總日數(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。此型大風風向多為WSW風,章黨站和清原站出現(xiàn)較多,新賓站偏少。高空有強溫度脊發(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,推動氣旋東移,東部日本海以東高壓穩(wěn)定少動,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。此型有時可連續(xù)幾天出現(xiàn)大風。東北低壓是出現(xiàn)偏南大風的主要天氣系統(tǒng)。兩高夾低型低壓以東北低壓為主,有時與黃河氣旋、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)大風占大風總日數(shù)的21%,風向多為WSW。此型大風出現(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,形成東高西低氣壓場,蒙古氣旋東移加強為東北低壓,氣壓梯度增大,易形成偏南大風。兩高夾低型和東高西低型大風出現(xiàn)時,850hPa遼寧有暖溫度脊,地面氣旋中心值為995—1005hPa,發(fā)展強的氣旋有3條或以上閉合等壓線,等壓線密集處10個經度有3—5條等壓線。3.2.3蒙古大風分析西高東低型(圖4c)大風占大風總日數(shù)的11%,為偏北大風型。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,清原站無此型大風出現(xiàn)。春秋季東北低壓、蒙古氣旋活躍,當氣旋東移,其后部強冷空氣影響,使蒙古高壓加強地面加壓,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,產生偏北大風。大風多產生在低壓冷鋒后部等壓線密集區(qū)。500hPa常有冷渦配合,且有強鋒區(qū)影響。3.2.4強雷暴型大風的形成原因及危害中小尺度型占大風總日數(shù)的13%。春、夏、秋季均可出現(xiàn),但主要出現(xiàn)在夏季,風向多為WSW、NNW和SW。中小尺度型大風的形成是由強雷暴引起的下?lián)舯┝骰蜿囷L鋒。潛在不穩(wěn)定是發(fā)生強對流的必要條件。此型大風的出現(xiàn)具有局地性、持續(xù)時間短、瞬時風力大的特點,且具有較強的破壞力,可造成嚴重損失。中小尺度型大風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,大氣層結不穩(wěn)定時,常與冰雹、雷暴和強對流天氣同時出現(xiàn)。3.3天氣系統(tǒng)的演變大風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,還應考慮天氣系統(tǒng)的演變,結合本地氣象要素條件和地方性特點進行綜合分析,綜合考慮形成大風的各方面機制,才能使大風預報更加準確。為此,本文根據(jù)大風成因及環(huán)流形勢分析,結合數(shù)值預報產品和預報經驗確定撫順大風預報指標。3.3.1ecmwf預報X11:預報日08時T213地面形勢預報場為兩高夾低型或東高西低型,撫順位于冷鋒前部,ECMWF預報850hPa當日遼寧有明顯的暖脊。X12:預報日ECMWF預報20時撫順偏南風風速達到16m·s-1。X13:預報日ECMWF預報當日20時24h變溫為8℃。X14:02時地面實況,東北低壓在45—50°N一帶,低壓暖區(qū)3h變壓小于-2.5hPa。X15:預報日ECMWF預報850hPa20時撫順SW風速達到18m·s-1。如果滿足X11、X12、X13和X14則預報未來24h內章黨站、清原站有SW大風;若滿足X11、X12、X13、X14和X15,則預報未來24h內章黨和清原、新賓有西南大風。3.3.2ecmwfec預報X21:T213預報場預報08時地面形勢為西高東低型,預報日地面有冷鋒經過撫順,500hPa有強鋒區(qū)影響撫順。X22:ECMWFEC預報當日20時850hPa撫順偏北風速達到18m·s-1。X23:ECMWFEC預報當日20時850hPa撫順24h變溫小于-8℃。X24:02時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預報未來24h內章黨、新賓有偏北大風。3.3.3預報日試驗結果X31:ECMWF預報日有前傾槽、850hPa有切變線、地面冷鋒和冷渦,其中之一影響撫順。X32:預報日08時500hPa與925hPa位勢不穩(wěn)定能量θse差小于-18℃。X33:預報日08時沙氏指數(shù)小于-3℃。X34:雷達回波有大于50dBz回波區(qū),或有弓型回波、鉤狀、回波。如果滿足X31、X32、X33和X34,則預報當日將有短時大風。3.4大風空漏報次數(shù)目前在實際預報工作中大風預報質量評定采用TS評分檢驗,即:TS=AA+B+C×100%ΤS=AA+B+C×100%。式中TS為預報正確率,A為大風出現(xiàn)次數(shù),B為大風空報次數(shù),C為大風漏報次數(shù)。對2001—2005年出現(xiàn)41次大風進行歷史回報檢驗,檢驗使用TS評分檢驗(表2)。表2中,偏南風預報27次,TS為64%;偏北風預報8次,TS為62%;中小尺度大風預報6次,TS為60%。共預報各型大風30次,出現(xiàn)41次,TS為62%。大風漏報的原因是中小尺度型大風預報難度較大,預報員在考慮天氣預報時以降水和雷暴天氣為主,容易忽略大風,漏報次數(shù)較多;大風空漏報另一原因是前期沒有對大風進行系統(tǒng)研究,對地形影響因素考慮不夠。由此可見,以上預報指標建立雖然有不完善之處,但對撫順大風預報具有一定指導意義。4可執(zhí)風壓藥預報大發(fā)現(xiàn)(1)1986—2005年撫順地區(qū)大風有多個高值年和低值年,平均7—8a出現(xiàn)一個波段,自2002年后大風日數(shù)明顯減少。(2)撫順大風全年均可出現(xiàn),春季為大風最多季,夏季次之,冬季最少。大風白天多于夜間,下午多于上午,12:00—15:00風速達最大。(3)撫順各站大風出現(xiàn)日數(shù)和風向受地形影響。清原站大風日數(shù)最多、新賓站最少;撫順地區(qū)6級大風最多,無9級以上大風;最長連續(xù)大風日為