抚顺市近20a大风特征分析与预报

抚顺市近20a大风特征分析与预报

1大风天气、成因与预报大趋势是抚顺地区的主要自然灾害之一。这种出现对人们的生活和生产有显著影响，给经济和人民带来了巨大的经济损失。因此,研究大风天气规律,对提高灾害性天气预报水平具有重大意义。高松影等对丹东地区的大风气候进行了分析,对形成大风天气形势进行了分型,为大风预报提供依据。孟莹等对黄海北部沿海地区大风气候特征进行的研究表明:当亚洲地区中高纬度盛行西北气流,并被较强负高度距平区控制时易出现大风天气;反之,当亚洲地区中高纬度盛行偏西气流,并被较强正高度距平区控制时,则大风日数减少。张廷治等对辽宁大风气候、成因作了分析,对春季大风、热带气旋大风、雷雨大风、秋季大风和冬季大风进行了详细阐述,并分析了各类大风成因和环流背景。吴海英指出,强烈的地面大风的形成往往与中小尺度系统的扰动密切相关,其中飑线是极易造成地面强风的一种中小天气系统,对飑线的结构特征和飑线的发展与地面强风的形成进行研究,对短时大风预报具有指导意义。尽管从不同方面对大风进行了研究,但对大风预报研究较少,为此本文根据抚顺地区近20a大风资料,探讨大风规律及形成原因和天气特征;建立预报指标和预报方法,为大风预报提供依据,以提高大风预报正确率,增强防灾减灾能力。2大风时程特征统计分析选取1986—2005年抚顺地区章党、清原和新宾3站地面风自记资料,对抚顺地区大风时空分布以及风向、风速特征进行统计分析。根据大风预报标准,本文定义:当3个测站中有1个测站日最大10min平均风速达到或超时10.8m·s-1,则定义为一个大风日。3结果分析3.1风的变化特征3.1.1年后大风趋势抚顺地区20a共出现大风日数为324d,年平均大风日为17d,最多年出现在2002年,为44d;最少年出现在2005年,为4d。从大风年变化曲线(图1a)可知,20a有多个高值年和多个低值年,高值年出现在1987、1994、1995、1999年和2002年,低值年出现在1990、1992、1996年和2005年。1986—2001年出现次数为9—23d,2002年出现最高值后逐年下降。抚顺地区3个测站年变化特点各不相同,章党20a出现大风日数(图1b)为159d,年平均大风日数为8d,1986、1987年和1988年连续3a为高值年,最多年出现在1987年为19d,最少年出现在1995年仅为1d,其他年份为4—12d。清原20a出现大风日数(图1c)为205d,年平均大风日数为11d,最多年2002年为40d,最少年为2005年,为2d,1986—2000年大风出现日数为5—12d,2002年后逐年下降。新宾20a出现(图1d)大风日数为70d,年平均大风日数为4d,1994年和2000年为高值年,出现大风日数为10d,1988、2004年和2005年无大风,其他年份为1—8d,2002年后大风出现次数逐年下降。3.1.2夏季天气分析抚顺全年四季均有大风出现,其中,春季出现次数最多,占全年总次数的69%,夏、秋季出现次数占全年总次数的15%和12%;冬季最少,出现次数占全年总次数的4%。春季由于暖空气日趋活跃,促使高低空系统发展,冷锋气旋生成多,大陆高压入海加深,地面气压梯度加大多出现西南大风;夏季飑线过境和切变线影响时,有雷暴等强对流天气形成大风;秋冬季冷空气势力加强,使锋区加强,冷锋过境和寒潮爆发易形成偏北大风。3.1.3年度出现次数抚顺各月均有大风出现(图2),其中4月最多,出现次数占全年总次数的41%;5月次多,出现次数占全年总次数的22%;1月和12月最少,出现次数占全年总次数的1%。3.1.4第三，5:24—日变化抚顺地区大风日变化特点是白天多于夜间,下午多于上午,一般风速从上午9:00—10:00开始增大,下午16:00左右减弱,12:00—15:00为最大。这是由于白天太阳辐射加强,地面逐渐增温,午后地面温度最高,有利于高空动力下传和气旋加深形成大风。3.1.5清原西部大风主要成因抚顺3站大风分布特点为(表1)清原最多,出现频率为47%,最多风向为WSW;章党次多,出现频率为37%,最多风向为WSW;新宾最少,出现频率为16%,最多风向为WNW。造成3个测站大风分布差异的原因主要是由于地形分布不同。抚顺地区位于辽宁东部,地势东高西低,西部为松辽平原过渡带,新宾属长白山系龙岗山脉,清原南部与龙岗山脉相接,抚顺西部与松辽平原相接。当有气旋移入影响抚顺时,由于西部地势较低易形成大风。进入东南部山区时,因山脉阻挡风力逐渐减小,而苏子河自西北东南向贯穿境内,观测站处于南北两侧山区间低谷处,对于西南大风起阻挡作用使到达测站的风速减小,不易形成西南大风;而西北气流有狭管作用,使西北大风风速增大,故西北大风最多。清原位于松辽平原的东北,浑河河谷东北西南向贯穿清原境内,河谷两侧为东北西南向山脉,当偏西气流进入清原境内,由于河谷和山脉狭管效应,使西南风风速增大,易形成西南大风。抚顺地区出现大风天气系统多为蒙古低压,位置偏北,而清原纬度高于其他2站,更易形成大风。清原河谷山脉狭管效应更为突出,故清原大风日最多,且WSW风最多。清原西北侧为莫日红山,海拔高度为1013m,对偏北大风起阻挡作用,所以清原无偏北大风出现。3.1.6年5月24日利用章党抚顺地区大风风速6级频率为91%;7级频率为8%,8级频率为1%,无9级以上大风。抚顺最大风速为19m·s-1,风向为ESE,出现在1988年5月24日(章党);清原最大风速为18m·s-1,风向为WSW,出现在2000年4月17日;新宾最大风速为16m·s-1,风向为WSW和W,分别出现在2000年8月28日和2001年5月9日。大风持续时间1d日数最多,连续出现3d有5次,连续出现4d和5d各有1次,分别出现在2002年4月8—11日和17—21日清原;最长连续大风日数为6d,出现在2003年4月11—16日(清原)。3.1.7wnw风出现频率抚顺地区大风(图3)最多风向为WSW,频率为39%;次多风向为SW,频率为17%;WNW风频率为11%;W风频率为10%。4个风向频率共为77%,这表明偏西风是抚顺地区盛行的大风风向。章党和清原WSW风出现的频率最多;SW风出现的频率次多;新宾WNW大风出现频率最多,WSW风出现的频率次多。抚顺各站近20a中无SE和E大风。3.2大风的分类通过对1986—2005年出现大风的天气系统和环流形势特征进行分析归类,可将大风分为4种类型:两高夹低型、东高西低型、西高东低型和中小尺度型。对两高夹低型、东高西低型和西高东低型3种典型地面形势场合成见图4。3.2.1地面大风采用罗马法和高空围绕中心市场气候变化的、偏南风模型两高夹低型(图4a)占大风总日数的41%,居于首位。此型出现在春季,4月最多,5月次多,3月最少。此型大风风向多为WSW风,章党站和清原站出现较多,新宾站偏少。高空有强温度脊发展,使地面气旋发展为东北低压,西北部蒙古冷高压东移加强,推动气旋东移,东部日本海以东高压稳定少动,气旋东移受阻,形成东北西南向狭长低压带,气压梯度增大,出现偏南风。此型有时可连续几天出现大风。东北低压是出现偏南大风的主要天气系统。两高夹低型低压以东北低压为主,有时与黄河气旋、鄂海低压连接形成气旋族低压带。3.2.2辽宁南缘天气场东高西低型(图4b)大风占大风总日数的21%,风向多为WSW。此型大风出现在春季,4月最多,3月和5月次多。春季暖空气活跃,辽宁地区有暖温度脊发展,地面贝加尔湖、蒙古气旋发展东移,气旋东部的高压东移入海后失去热量加强,形成东高西低气压场,蒙古气旋东移加强为东北低压,气压梯度增大,易形成偏南大风。两高夹低型和东高西低型大风出现时,850hPa辽宁有暖温度脊,地面气旋中心值为995—1005hPa,发展强的气旋有3条或以上闭合等压线,等压线密集处10个经度有3—5条等压线。3.2.3蒙古大风分析西高东低型(图4c)大风占大风总日数的11%,为偏北大风型。春秋季各月均可出现,出现频率接近,但各测站差异较大。新宾站出现最多,章党站次多,清原站无此型大风出现。春秋季东北低压、蒙古气旋活跃,当气旋东移,其后部强冷空气影响,使蒙古高压加强地面加压,形成西高东低(或西北高东南低)形势场,东北低压后部与蒙古高压前部气压梯度增大,产生偏北大风。大风多产生在低压冷锋后部等压线密集区。500hPa常有冷涡配合,且有强锋区影响。3.2.4强雷暴型大风的形成原因及危害中小尺度型占大风总日数的13%。春、夏、秋季均可出现,但主要出现在夏季,风向多为WSW、NNW和SW。中小尺度型大风的形成是由强雷暴引起的下击暴流或阵风锋。潜在不稳定是发生强对流的必要条件。此型大风的出现具有局地性、持续时间短、瞬时风力大的特点,且具有较强的破坏力,可造成严重损失。中小尺度型大风是在有利的大尺度环流形势下形成的中小尺度天气系统造成的。经常出现在冷涡天气系统影响下,有飑线过境和切变线或有前倾槽影响,大气层结不稳定时,常与冰雹、雷暴和强对流天气同时出现。3.3天气系统的演变大风的形成影响因素较多,要考虑环流形势特征以及高低空天气系统的配置,还应考虑天气系统的演变,结合本地气象要素条件和地方性特点进行综合分析,综合考虑形成大风的各方面机制,才能使大风预报更加准确。为此,本文根据大风成因及环流形势分析,结合数值预报产品和预报经验确定抚顺大风预报指标。3.3.1ecmwf预报X11:预报日08时T213地面形势预报场为两高夹低型或东高西低型,抚顺位于冷锋前部,ECMWF预报850hPa当日辽宁有明显的暖脊。X12:预报日ECMWF预报20时抚顺偏南风风速达到16m·s-1。X13:预报日ECMWF预报当日20时24h变温为8℃。X14:02时地面实况,东北低压在45—50°N一带,低压暖区3h变压小于-2.5hPa。X15:预报日ECMWF预报850hPa20时抚顺SW风速达到18m·s-1。如果满足X11、X12、X13和X14则预报未来24h内章党站、清原站有SW大风;若满足X11、X12、X13、X14和X15,则预报未来24h内章党和清原、新宾有西南大风。3.3.2ecmwfec预报X21:T213预报场预报08时地面形势为西高东低型,预报日地面有冷锋经过抚顺,500hPa有强锋区影响抚顺。X22:ECMWFEC预报当日20时850hPa抚顺偏北风速达到18m·s-1。X23:ECMWFEC预报当日20时850hPa抚顺24h变温小于-8℃。X24:02时地面图上辽宁西部冷锋后部,有大于4hPa的3h变压中心。如果满足X21、X22、X23和X24预报未来24h内章党、新宾有偏北大风。3.3.3预报日试验结果X31:ECMWF预报日有前倾槽、850hPa有切变线、地面冷锋和冷涡,其中之一影响抚顺。X32:预报日08时500hPa与925hPa位势不稳定能量θse差小于-18℃。X33:预报日08时沙氏指数小于-3℃。X34:雷达回波有大于50dBz回波区,或有弓型回波、钩状、回波。如果满足X31、X32、X33和X34,则预报当日将有短时大风。3.4大风空漏报次数目前在实际预报工作中大风预报质量评定采用TS评分检验,即:TS=AA+B+C×100%ΤS=AA+B+C×100%。式中TS为预报正确率,A为大风出现次数,B为大风空报次数,C为大风漏报次数。对2001—2005年出现41次大风进行历史回报检验,检验使用TS评分检验(表2)。表2中,偏南风预报27次,TS为64%;偏北风预报8次,TS为62%;中小尺度大风预报6次,TS为60%。共预报各型大风30次,出现41次,TS为62%。大风漏报的原因是中小尺度型大风预报难度较大,预报员在考虑天气预报时以降水和雷暴天气为主,容易忽略大风,漏报次数较多;大风空漏报另一原因是前期没有对大风进行系统研究,对地形影响因素考虑不够。由此可见,以上预报指标建立虽然有不完善之处,但对抚顺大风预报具有一定指导意义。4可执风压药预报大发现(1)1986—2005年抚顺地区大风有多个高值年和低值年,平均7—8a出现一个波段,自2002年后大风日数明显减少。(2)抚顺大风全年均可出现,春季为大风最多季,夏季次之,冬季最少。大风白天多于夜间,下午多于上午,12:00—15:00风速达最大。(3)抚顺各站大风出现日数和风向受地形影响。清原站大风日数最多、新宾站最少;抚顺地区6级大风最多,无9级以上大风;最长连续大风日为