孫曉娟,李駟焱,虞越越,郭棟,施春華

南京信息工程大學(xué) 大氣科學(xué)學(xué)院/氣象災(zāi)害教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/氣候與環(huán)境變化國際合作聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室/氣象災(zāi)害預(yù)報(bào)預(yù)警與評(píng)估協(xié)同創(chuàng)新中心,江蘇 南京 210044

低溫冰凍雨雪天氣是我國冬季對(duì)人民生產(chǎn)生活影響較大的災(zāi)害之一,對(duì)交通、能源、農(nóng)業(yè)、通訊、電力等造成嚴(yán)重的影響(麻巨慧等,2008;楊瑋等,2011)。特別是我國南方地區(qū),一旦發(fā)生持續(xù)性冰凍雨雪災(zāi)害,往往會(huì)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。如:2008年1—2月,我國南方20多個(gè)省市在連續(xù)20多天遭受了冰凍雨雪襲擊,造成的影響幾乎涉及各行各業(yè),直接經(jīng)濟(jì)損失之大、受災(zāi)人口之多為近50年來同類災(zāi)害之最(李雙雙,2015);2011年初,西南地區(qū)又發(fā)生了一次較強(qiáng)的冰凍雨雪過程;從2012年1月下旬開始的持續(xù)性極寒天氣席卷了整個(gè)歐亞大陸,給多個(gè)國家?guī)韲?yán)重的損失;而2016年1月中國發(fā)生的低溫雨雪天氣則導(dǎo)致19個(gè)省最低氣溫跌破歷史極值;2018年我國多個(gè)地區(qū)出現(xiàn)了災(zāi)害性持續(xù)性異常天氣,中東部地區(qū)出現(xiàn)多次大范圍持續(xù)性雨雪天氣。因此,對(duì)我國南方冰凍雨雪事件開展研究具有的重要的研究意義,對(duì)其成因機(jī)理研究已成為目前國際上備受關(guān)注的熱點(diǎn)問題(Grumm and Hart,2001;張寧等,2008;Bueh et al.,2011;楊瑋等,2011;江漫等,2014;彭京備和孫淑清,2019;武炳義,2019)。

2008年初我國南方持續(xù)性低溫雨雪天氣過程中,其最大連續(xù)低溫日數(shù)、最大連續(xù)降雪量和最大連續(xù)冰凍日數(shù)均為1951年以來歷年冬季的最大值,其強(qiáng)度則為百年一遇,引起了國內(nèi)許多學(xué)者的高度關(guān)注(萬素琴等,2008;楊貴名等,2008),大量的研究表明,蒙古高壓、副熱帶高壓、南支槽等大氣環(huán)流系統(tǒng)的組合性異常是此次過程的直接成因(丁一匯等,2008;李崇銀等,2008;李艷等,2012)。而類似的事件在歷史上并非絕無僅有,王林等(2011)確定了1951—2008年我國南方19個(gè)強(qiáng)冰凍災(zāi)害年份及其過程,分析了其氣候特征;Qian et al.(2014)給出了1951—2011年我國濕冷和持續(xù)性冰凍事件的時(shí)空分布特征,對(duì)其成因并未深入研究;事實(shí)上,冰凍雨雪事件往往具有區(qū)域性爆發(fā)特征(毛淑君和李棟梁,2015;田青等,2017),這可能與局地環(huán)流異常有關(guān)(孫曉娟等,2015),有必要進(jìn)一步確定不同區(qū)域關(guān)鍵環(huán)流系統(tǒng)的差異,并且近10 a冰凍雨雪事件亦頻發(fā),眾多學(xué)者相繼對(duì)個(gè)例展開了研究(陳海山等,2012;苗青等,2016;彭京備和孫淑清,2019;Sun et al,2019;武炳義,2019),其普遍代表性仍需驗(yàn)證。因此本文旨在確定1951—2017年冬季我國南方強(qiáng)持續(xù)性低溫雨雪冰凍事件,系統(tǒng)分析它們的時(shí)空特征、區(qū)劃,并探究不同類型的冰凍雨雪事件的大氣環(huán)流系統(tǒng)組合性異常因子。

1 資料和方法

1.1 資料

1)國家氣象信息中心提供的753站1950—2018年逐日氣溫、降水?dāng)?shù)據(jù)(http://data.cma.cn)。

2)1950年12月—2018年2月NECP/NCAR逐日再分析資料,包括:1 000～300 hPa八個(gè)標(biāo)準(zhǔn)等壓面的高度場(chǎng)、風(fēng)場(chǎng)、比濕場(chǎng),水平分辨率均為2.5°×2.5°(https://www.esrl.noaa.gov/psd/data/gridded/data.ncep.reanalysis.html)。

1.2 年冰凍指數(shù)

我國南方主要臺(tái)站冰凍日定義為日平均氣溫小于1.0 ℃,且必須存在降水。若冰凍日持續(xù)3 d及以上則稱為持續(xù)性冰凍雨雪天氣過程(王海軍等,2008)。

冰凍指數(shù)的計(jì)算如下:

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

,1、,2、,3、,4分別為冰凍日數(shù)、過程降水總量、過程平均氣溫、過程最低氣溫4個(gè)因子平均值；為我國南方綜合冰凍天氣過程指數(shù)(簡(jiǎn)稱冰凍指數(shù))。利用計(jì)算年平均值(是對(duì)某一年冬季所有站點(diǎn)及過程的平均)，得到冰凍指數(shù)的逐年序列。本文利用該指數(shù)表征我國南方冰凍雨雪事件強(qiáng)度，用于確定1951—2017年冬季強(qiáng)冰凍雨雪事件發(fā)生年。

1.3 單站PTD指數(shù)

冬季氣溫-降水綜合標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)(PT指數(shù))計(jì)算方法如下(Zhang et al.,2011):

(6)

(7)

1.4 K-means聚類

K-means算法通過把樣本分離成個(gè)具有相同方差的類的方式來聚集數(shù)據(jù),最小化稱為慣量或簇內(nèi)平方和的標(biāo)準(zhǔn)。主要過程如下:將一組樣本劃分成不相交的簇,每個(gè)都用該簇中的樣本的均值描述，這個(gè)均值通常被稱為簇的質(zhì)心。計(jì)算方法旨在選擇一個(gè)質(zhì)心,能夠最小化慣性或簇內(nèi)平方和的標(biāo)準(zhǔn)

(8)

K-means聚類在分類之前需給出類的個(gè)數(shù),本文使用簇內(nèi)均方差(SSE)檢驗(yàn)方法確定待定系數(shù),即為類型個(gè)數(shù)。韓微和翟盤茂(2015)使用三種聚類方法對(duì)全國溫度變化分區(qū)研究中均取得了較好結(jié)果,其中K-means聚類算法運(yùn)算簡(jiǎn)單快捷,分類結(jié)果會(huì)不斷修正到最佳為止。因此,本文使用該算法對(duì)我國南方冬季持續(xù)性冰凍雨雪事件進(jìn)行區(qū)域劃分。

圖1 1951—2017年冬季冰凍指數(shù)的時(shí)間演變、線性趨勢(shì)和累積距平(a)及譜分析(b)Fig.1 (a)Time evolution,linear trend and cumulative anomaly,and (b) spectral analysis of freezing index in winter from 1951 to 2017

2 我國南方持續(xù)性冰凍雨雪事件時(shí)空特征

2.1 我國南方持續(xù)性冰凍雨雪事件時(shí)間變化特征

受全球增暖的影響,1951—2017年我國持續(xù)性冰凍雨雪事件強(qiáng)度整體呈顯著下降趨勢(shì),利用累積距平方法進(jìn)行變化趨勢(shì)分析,對(duì)變化趨勢(shì)作檢驗(yàn),其中=-0.97、=0.16,||>,在=0.05的顯著性水平下,1985年可視為冰凍雨雪事件的一個(gè)突變點(diǎn),1951—1985年冬季冰凍雨雪事件強(qiáng)度偏強(qiáng),20世紀(jì)80年代后處于偏弱狀態(tài)(圖1a),盡管如此,近年來我國南方仍存在異常強(qiáng)冰凍雨雪事件發(fā)生,如2007、2017年冬季。此外,我國持續(xù)性冰凍雨雪事件存在顯著的2～3 a周期性變化(圖1b)。

2.2 我國南方持續(xù)性冰凍雨雪事件空間分布特征

統(tǒng)計(jì)了1951—2017年冬季我國南方持續(xù)性冰凍雨雪事件發(fā)生頻次、強(qiáng)過程平均PTD指數(shù)及每次過程的平均持續(xù)日數(shù)(圖2),結(jié)果表明,除云南西南部、四川盆地、兩廣中南部以外,我國南方普遍存在持續(xù)性冰凍雨雪事件的發(fā)生。其中我國西南地區(qū)事件的發(fā)生頻次高,達(dá)到了40次左右,而我國南方中西部地區(qū)發(fā)生頻次較低,僅為10次左右(圖2a);而一旦發(fā)生大范圍的強(qiáng)持續(xù)性冰凍雨雪事件,北緯30°N左右的我國長(zhǎng)江中下游及西南地區(qū)受災(zāi)最為嚴(yán)重(圖2b);在西南地區(qū)的事件持續(xù)時(shí)間顯著高于我國南方其他地區(qū),平均為4 d左右,其次為我國南方的中部和東部地區(qū),平平均持續(xù)日數(shù)為1～3 d,華南地區(qū)的事件平均持續(xù)時(shí)間最短,不足1 d(圖2c)。

圖2 1951—2017年冬季持續(xù)性冰凍雨雪事件頻次(a;單位:次)、37次強(qiáng)持續(xù)性冰凍雨雪天氣過程的中國南方標(biāo)準(zhǔn)化PTD指數(shù)(b)及37次強(qiáng)持續(xù)性冰凍雨雪事件的平均持續(xù)日數(shù)(c;單位:d/次)的空間分布Fig.2 Spatial distributions of (a)frequency of long-lasting freezing rain and snow events in winter from 1951 to 2017 (units:time),(b)standardized PTD index in southern China during 37 strong long-lasting freezing rain and snow weather processes,and (c)average duration days of 37 strong long-lasting freezing rain and snow events (units:d/time)

上述分析可知,我國南方西南區(qū)為持續(xù)性冰凍雨雪事件發(fā)生高頻區(qū),事件的持續(xù)時(shí)間最長(zhǎng),強(qiáng)度較強(qiáng);南方中部及東部地區(qū)雖然事件的發(fā)生頻次較低,但一旦發(fā)生強(qiáng)的持續(xù)性冰凍雨雪時(shí)間,該地區(qū)也是我國南方較嚴(yán)重受災(zāi)區(qū)。此外,華南、云南南部主要為未達(dá)到冰凍日標(biāo)準(zhǔn)的濕冷過程(平均氣溫未降至1 ℃以下),因此發(fā)生頻次極少、平均持續(xù)日數(shù)極短、強(qiáng)度較弱。

3 我國南方強(qiáng)持續(xù)性冰凍雨雪事件的確定及區(qū)劃

為減小全球氣候增暖對(duì)近年來強(qiáng)持續(xù)性冰凍雨雪事件篩選的影響,首先對(duì)我國南方逐年冰凍指數(shù)進(jìn)行去氣候趨勢(shì)處理,通過均值比較檢驗(yàn)選取通過=0.01信度檢驗(yàn)的前17個(gè)強(qiáng)冰凍雨雪事件年,結(jié)合持續(xù)性冰凍雨雪過程定義確定了37次強(qiáng)冰凍雨雪過程(表1),其中,事件發(fā)生過程為南方臺(tái)站平均爆發(fā)日到結(jié)束日。

表1 1951—2017年冬季中國南方37次強(qiáng)持續(xù)性冰凍雨雪過程及區(qū)劃

對(duì)37次強(qiáng)持續(xù)性冰凍雨雪過程單站PTD指數(shù)進(jìn)行K-means均值聚類分析,根據(jù)SSE方法事件可分為3類(圖3)。我國南方37次強(qiáng)事件中,第一類事件13次,其嚴(yán)重影響區(qū)集中在湖北省、安徽省、重慶市及周邊地區(qū),將其稱為華中型持續(xù)性冰凍雨雪事件(105°～120°E,27.5°～35°N);第二類事件占比最小,僅5次過程,但影響范圍卻較大,涵蓋了廣西壯族自治區(qū)、廣東省、江西省、福建省及周邊地區(qū),將其命名為華南型持續(xù)性冰凍雨雪事件(107.5°～122.5°E,20°～30°N);第三類事件為西南型持續(xù)性冰凍雨雪事件(100°～110°E,22.5°～32.5°N),主要影響西南地區(qū)的云南省、貴州省及四川省,在歷史上發(fā)生的事件中強(qiáng)事件占比最大,共計(jì)19次過程(圖4)。

圖3 PTD指數(shù)分為n類的簇內(nèi)均方差(a)以及K-means算法對(duì)強(qiáng)持續(xù)性冰凍雨雪事件的聚類結(jié)果(b;站點(diǎn)PTD值大于等于0.8倍的PTD)Fig.3 (a)Intra-cluster mean square deviation of PTD index divided into n classes,and (b)clustering results of strong long-lasting freezing rain and snow events by K-means algorithm (Scatters are the top 20 percent of PTD index)

圖4 中國南方強(qiáng)持續(xù)性冰凍雨雪事件的區(qū)劃結(jié)果:(a)西南型;(b)華南型;(c)華中型Fig.4 Division results of strong long-lasting freezing rain and snow events in southern China:(a)Southwest China type;(b)South China type;(c)Central China type

4 我國南方強(qiáng)持續(xù)性冰凍雨雪事件的環(huán)流特征

為持續(xù)性冰凍雨雪事件的前兆信號(hào)研究奠定基礎(chǔ),對(duì)三類事件的發(fā)生日環(huán)流異常進(jìn)行了分析比較,由于事件在冬季的三個(gè)月均有發(fā)生,因此氣候背景場(chǎng)取為1951—2017年冬季平均(12月—次年2月)。

4.1 西南型事件爆發(fā)日環(huán)流特征

由圖5a知,西南型事件爆發(fā)日對(duì)流層500 hPa北部位勢(shì)高度異常偏強(qiáng)(60°～120°E,50°～70°N),中心大于100 gpm,烏拉爾山-貝加爾湖上空的高壓脊顯著加強(qiáng);亞洲大陸的低緯地區(qū)及東亞大槽存在顯著負(fù)位勢(shì)高度異常,南支槽及東亞大槽加深,形成東亞北高南低的環(huán)流形勢(shì),有利于中高層極區(qū)冷空氣的歐亞大陸輸送。850 hPa高壓脊脊前的西北氣流引導(dǎo)冷空氣南下至我國南方30°N。

中高層極區(qū)冷空氣向歐亞大陸輸送使得底層的冷空氣在西伯利亞地區(qū)堆積,1 000 hPa亞洲地區(qū)表現(xiàn)為大范圍的顯著正位勢(shì)高度異常,其中心位于(90°E,60°N),蒙古高壓影響范圍顯著擴(kuò)大、強(qiáng)度加強(qiáng),其220 gpm特征等值線穿過我國西南地區(qū)南伸至25°N左右,底層冷空氣沿蒙古高壓脊線向我國南方擴(kuò)散,造成我國南方大范圍的降溫,導(dǎo)致西南地區(qū)氣溫較氣候態(tài)偏低0～5 ℃(圖5b)。

由事件爆發(fā)日的整層水汽通量及水汽通量散度(圖5c)可以看出,事件爆發(fā)過程中北印度洋及孟加拉灣的暖濕空氣由南支槽槽前的西南氣流輸送至我國西南地區(qū)并輻合,該區(qū)域內(nèi)的水汽通量散度達(dá)到-2×10kg/(m·s);冷暖空氣在我國西南地區(qū)匯合,氣柱抬升,我國南方90°～110°E低層存在強(qiáng)烈的垂直上升運(yùn)動(dòng)(中心強(qiáng)度達(dá)-0.1 Pa/s),為冰凍雨雪事件提供了有利的水汽和動(dòng)力條件(圖5d)。

圖5 西南型持續(xù)性冰凍雨雪事件爆發(fā)日的環(huán)流特征(黑色方框?yàn)槌掷m(xù)性冰凍雨雪事件發(fā)生區(qū)域):(a)500 hPa平均位勢(shì)高度異常(單位:gpm;填色通過95%置信度的顯著性檢驗(yàn))及850 hPa風(fēng)場(chǎng)(箭矢;單位:m/s);(b)1 000 hPa平均位勢(shì)高度異常(單位:gpm;填色通過95%置信度的顯著性檢驗(yàn))、220 gpm的蒙古高壓特征等值線(紅色等值線)及溫度異常(黑色等值線;單位:K);(c)整層(1 000～300 hPa)水汽通量(箭矢;單位:kg/(m·s))及水汽通量散度異常(填色;單位:10-5 kg/(m2·s));(d)27.5°～35°N平均垂直風(fēng)速的經(jīng)度-高度剖面(單位:Pa/s)Fig.5 Circulation characteristics on the outbreak day of Southwest China type long-lasting freezing rain and snow events (Black box is the area where the long-lasting freezing rain and snow events occurred):(a)500 hPa mean geopotential height anomalies (units:gpm;Shadings show the anomalies passing the significance test at 95% confidence level) and 850 hPa wind field (arrows;units:m/s);(b)1 000 hPa mean geopotential height anomalies (units:gpm;Shadings show the anomalies passing the significance test at 95% confidence level),characteristic contour of Mongolian high of 220 gpm (red contour) and temperature anomalies (black contours;units:K);(c)water vapor fluxes (arrows;units:kg/(m·s)) and water vapor flux divergence anomalies (shadings;units:10-5 kg/(m2·s)) in the whole layer (1 000—3 00 hPa);(d)longitude-height profile of average vertical wind speed along 27.5°—35°N (units:Pa/s)

4.2 華南型事件爆發(fā)日環(huán)流特征

與西南型事件不同(圖6a),華南型持續(xù)性冰凍雨雪事件爆發(fā)日,500 hPa歐亞大陸高緯地區(qū)不存在顯著的正位勢(shì)高度擾動(dòng),而東亞的中低緯度表現(xiàn)為顯著負(fù)位勢(shì)高度異常,南支槽加深,使得亞洲高緯地區(qū)的冷空氣向低緯地區(qū)輸送;由850 hPa風(fēng)場(chǎng)可以看出,我國30°N以北的地區(qū)受大范圍的西北氣流控制,西北風(fēng)影響至我國長(zhǎng)江中下游地區(qū)。

在中低層西北氣流的引導(dǎo)下,底層冷空氣在西伯利亞-遠(yuǎn)東地區(qū)堆積,1 000 hPa的位勢(shì)高度異常呈顯著的三中心結(jié)構(gòu)(巴爾喀什湖以北、貝加爾湖、鄂霍次克海),蒙古高壓220 gpm特征等值線南伸至我國華南地區(qū)的北部(圖6b);在異常偏強(qiáng)的蒙古高壓不斷向南擴(kuò)張的影響下,冷空氣侵入我國華南地區(qū),使得該地區(qū)的氣溫較氣候態(tài)偏低2～6 ℃。

華南型事件爆發(fā)日我國南海的水汽沿副熱帶高壓西脊由西南方向輸送到華南地區(qū),南支槽帶來的孟加拉灣的暖濕空氣同時(shí)匯入華南地區(qū),兩支水汽在我國華南地區(qū)大范圍輻合(圖6c);最終,暖濕水汽與冷空氣相會(huì)于華南地區(qū),輔以大范圍的垂直上升運(yùn)動(dòng)(圖6d),在該地區(qū)形成冰凍雨雪的天氣過程。

圖6 華南型持續(xù)性冰凍雨雪事件爆發(fā)日的環(huán)流特征(黑色方框?yàn)槌掷m(xù)性冰凍雨雪事件發(fā)生區(qū)域):(a)500 hPa平均位勢(shì)高度異常(單位:gpm;填色通過95%置信度的顯著性檢驗(yàn))及850 hPa風(fēng)場(chǎng)(箭矢;單位:m/s);(b)1 000 hPa平均位勢(shì)高度異常(單位:gpm;填色通過95%置信度的顯著性檢驗(yàn))、220 gpm的蒙古高壓特征等值線(紅色等值線)及溫度異常(黑色等值線;單位:K);(c)整層(1 000～300 hPa)水汽通量(箭矢;單位:kg/(m·s))及水汽通量散度異常(填色;單位:10-5 kg/(m2·s));(d)27.5°～35°N平均垂直風(fēng)速的經(jīng)度-高度剖面(單位:Pa/s)Fig.6 Circulation characteristics on the outbreak day of South China type long-lasting freezing rain and snow events (Black box is the area where the long-lasting freezing rain and snow events occurred):(a)500 hPa mean geopotential height anomalies (units:gpm;Shadings show the anomalies passing the significance test at 95% confidence level) and 850 hPa wind field (arrows;units:m/s);(b)1 000 hPa mean geopotential height anomalies (units:gpm;Shadings show the anomalies passing the significance test at 95% confidence level),characteristic contour of Mongolian high of 220 gpm (red contour) and temperature anomalies (black contours;units:K);(c)water vapor fluxes (arrows;units:kg/(m·s)) and water vapor flux divergence anomalies (shadings;units:10-5 kg/(m2·s)) in the whole layer (1 000—3 00 hPa);(d)longitude-height profile of average vertical wind speed along 27.5°—35°N (units:Pa/s)

4.3 華中型事件爆發(fā)日環(huán)流特征

華中型持續(xù)性冰凍雨雪事件的爆發(fā)日,與西南型類似,500 hPa烏拉爾山-貝加爾湖高壓存在顯著正異常、東亞-北太平洋存在位勢(shì)高度顯著負(fù)異常,烏拉爾山-貝加爾湖高壓脊、南支槽及東亞大槽的加強(qiáng),有利于極區(qū)冷空氣的向南輸送,850 hPa在120°E左右高緯冷空氣徑直向南方輸送;此外,500 hPa我國東海地區(qū)存在顯著正位勢(shì)高度異常,西低東高的位勢(shì)高度異常配置有利于我國南方上空南風(fēng)加強(qiáng),850 hPa的西南風(fēng)向北影響至華中地區(qū)(圖7a)。

圖7 華中型持續(xù)性冰凍雨雪事件爆發(fā)日的環(huán)流特征(黑色方框?yàn)槌掷m(xù)性冰凍雨雪事件發(fā)生區(qū)域):(a)500 hPa平均位勢(shì)高度異常(單位:gpm;填色通過95%置信度的顯著性檢驗(yàn))及850 hPa風(fēng)場(chǎng)(箭矢;單位:m/s);(b)1 000 hPa平均位勢(shì)高度異常(單位:gpm;填色通過95%置信度的顯著性檢驗(yàn))、220 gpm的蒙古高壓特征等值線(紅色等值線)及溫度異常(黑色等值線;單位:K);(c)整層(1 000～300 hPa)水汽通量(箭矢;單位:kg/(m·s))及水汽通量散度異常(填色;單位:10-5 kg/(m2·s));(d)27.5°～35°N平均垂直風(fēng)速的經(jīng)度-高度剖面(單位:Pa/s)Fig.7 Circulation characteristics on the outbreak day of Central China type long-lasting freezing rain and snow events (Black box is the area where the long-lasting freezing rain and snow events occurred):(a)500 hPa mean geopotential height anomalies (units:gpm;Shadings show the anomalies passing the significance test at 95% confidence level) and 850 hPa wind field (arrows;units:m/s);(b)1 000 hPa mean geopotential height anomalies (units:gpm;Shadings show the anomalies passing the significance test at 95% confidence level),characteristic contour of Mongolian high of 220 gpm (red contour) and temperature anomalies (black contours;units:K);(c)water vapor fluxes (arrows;units:kg/(m·s)) and water vapor flux divergence anomalies (shadings;units:10-5 kg/(m2·s)) in the whole layer (1 000—3 00 hPa);(d)longitude-height profile of average vertical wind speed along 27.5°—35°N (units:Pa/s)

中低層極區(qū)的冷空氣在西北氣流的引導(dǎo)下向我國擴(kuò)散,使得低層冷空氣在西伯利亞關(guān)鍵區(qū)堆積,1 000 hPa歐亞大陸40°～70°N區(qū)域呈顯著正高度異常,蒙古高壓偏強(qiáng),其異常中心在巴爾喀什湖以北地區(qū),而高壓的東南側(cè)無顯著偏強(qiáng),且1 000 hPa蒙古高壓特征等值線220 gpm南緣僅影響至我國華北地區(qū),受蒙古高壓的活動(dòng)的影響,底層的冷空氣沿蒙古高壓南側(cè)脊線擴(kuò)散至華北地區(qū),對(duì)我國南方地區(qū)的氣溫影響不大,1 000 hPa溫度負(fù)異常僅出現(xiàn)在我國的東北、華北,然而華中地區(qū)整體氣溫仍然較低(部分地區(qū)最低達(dá)到0 ℃),仍利于冰凍雨雪事件的發(fā)生(圖7b)。

由整層水汽通量及水汽通量散度知(圖7c),華中地區(qū)的水汽來源主要為南支槽槽前西南氣流帶來的孟加拉灣水汽以及副熱帶高壓西脊帶來的我國南海的暖濕空氣,分別在華中區(qū)域的西側(cè)和東側(cè)輻合;低層(107°～120°E,27.5°～35°N)的強(qiáng)垂直上升運(yùn)動(dòng)(圖7d)為降水過程提供動(dòng)力條件,配合冷空氣活動(dòng)導(dǎo)致了華中地區(qū)持續(xù)性冰凍雨雪事件的發(fā)生。

綜上所述,通過三類事件環(huán)流異常對(duì)比分析表明:我國南方持續(xù)性冰凍雨雪事件中,高緯度的環(huán)流特征均表現(xiàn)為有利于冷空氣的向南擴(kuò)散的形勢(shì);而造成事件存在地理位置差異的主要因素為低層冷空氣的擴(kuò)散范圍不同和水汽來源、輻合帶的差異。底層冷空氣的擴(kuò)散主要體現(xiàn)在蒙古高壓的偏強(qiáng)和南進(jìn),三類事件蒙古高壓強(qiáng)度均顯著偏強(qiáng),脊線向南延伸引導(dǎo)低層冷空氣向南輸送,其中西南型蒙古高壓面積最大、南進(jìn)最強(qiáng);華南型次之;華中型事件蒙古高壓面積小且中心位置最偏北。水汽輸送主要受南支槽及副熱帶高壓活動(dòng)的調(diào)控,西南型事件水汽主要南支槽調(diào)控;華南、華中型事件受副熱帶高壓及南支槽共同影響。

5 討論和結(jié)論

1)我國南方年冰凍指數(shù)近年來存在減弱趨勢(shì),但仍然存在強(qiáng)的持續(xù)性冰凍雨雪事件發(fā)生;冰凍指數(shù)存在顯著的2～3 a周期性變化趨勢(shì)。事件多發(fā)于我國西南地區(qū),我國南方的西南地區(qū)及我國長(zhǎng)江中下游地區(qū)受強(qiáng)冰凍雨雪災(zāi)害最為嚴(yán)重。

2)根據(jù)冰凍指數(shù)及持續(xù)性冰凍雨雪事件定義,確定1951年冬季以來強(qiáng)冰凍雨雪強(qiáng)年及37次強(qiáng)冰凍雨雪事件。利用K-means均值聚類方法將我國南方持續(xù)性冰凍雨雪事件分為西南型、華南型、華中型三類。

3)我國南方持續(xù)性冰凍雨雪事件爆發(fā)日高緯地區(qū)的環(huán)流形勢(shì)均有利于冷空氣的向南擴(kuò)散,其中三類事件東亞低緯度均出現(xiàn)顯著負(fù)位勢(shì)高度擾動(dòng),西南型、華南型烏拉爾山-貝加爾湖阻塞高壓異常偏強(qiáng),南支槽明顯加深;低層蒙古高壓均顯著增強(qiáng),其在我國的影響范圍西南型最大、華南型次之、華中型最小;受蒙古高壓活動(dòng)差異的影響,西南型、華南型事件我國南方出現(xiàn)負(fù)溫度異常,華中型事件僅在華中北部出現(xiàn)負(fù)溫度異常;華中、華南型事件水汽輸送由南支槽和副熱帶高壓共同影響,西南型事件水汽主要由南支槽調(diào)控。

本文主要分析了我國南方地區(qū)持續(xù)性冰凍雨雪事件的時(shí)空特征,對(duì)其進(jìn)行區(qū)域劃分并給出各類事件爆發(fā)日的基本環(huán)流特征,確定其可能的致災(zāi)的關(guān)鍵環(huán)流因子,而對(duì)于各類事件過程中環(huán)流因子的持續(xù)影響過程及前兆信號(hào)研究尚未給出,有待進(jìn)一步研究。