本溪初霜天气学特征及短期预报流程设计

寇思聪 高艳波 魏海宁 唐秋艳 吴荷

摘要 利用本溪地区4个国家气象观测站逐日地面观测数据及NCPE再分析数据、历史天气图等资料，对本溪地区初霜出现时天气学特征进行分析，发现在两槽一脊和一槽一脊有涡及冷空气配合的形势下容易出现初霜，不同路径冷空气会给本溪带来不同范围的初霜，并据此进行短期时效内预报流程设计。

关键词 初霜;天气学特征;预报流程设计

中图分类号：S425 文献标识码：A 文章编号：2095-3305（2019）05-060-02

DOI： 10.19383/j.cnki.nyzhyj.2019.05.024

The Synoptic Characteristics of Benxi Initial Frost and the Design of Short？鄄term Forecast Procedure

KOU Si-cong   et al（Benxi Meteorological Bureau，Benxi，Liaoning 117000）

Abstract The synoptic characteristics of the initial frost in Benxi area were analyzed by using the daily ground observation data of four national meteorological observatories，NCPE reanalysis data and historical weather maps. It was found that the initial frost was prone to occur when there were eddies and cold air in the two-through and one-ridge and one-trough and one-ridge. Different paths of cold air will bring different range of initial frost to Benxi. Based on this，the short-term time-limited forecasting process was designed.

Key words   Initial frost;Synoptic characteristics;Design of forecast procedure

霜凍是指春秋转换季节土壤表面和植物表面温度下降到0℃以下足以使植物遭受伤害甚至死亡的一种农业气象灾害，初霜冻是秋季发生的第一次霜冻，会影响植物生长发育，造成粮食品质变差、大面积减产，初霜越早危害性越大。我国不少专家学者对初霜的气候特征、预报指标和预测方法做了大量研究工作[1-3]，李辑[4]等对辽宁近50年霜的气候变化特征进行了研究，陆忠艳等[5]对辽宁省初霜特征及预报技术进行了研究，周彬等[6]对无锡地区霜冻特征进行了研究，姬兴杰等[7]研究了1971—2010年河南省霜期的时空分布及其对气温的响应，本溪地区目前尚未见对初霜专门研究的报道。本溪地处辽宁东部山区，地形复杂，可耕种面积少，且只有一季作物。根据吉奇等[8]的研究，本溪地区初霜呈波动性推迟，如果在农作物生长后期遭遇初霜冻，将给农业带来巨大损失，因此有必要对本溪地区初霜进行研究，进而对初霜进行科学预测，为本溪农作物生产防灾减灾提供可靠的参考依据。

1 资料与方法

1.1 研究区域概况

本溪地区位于辽宁省东部山地丘陵地带，地理坐标123°34′～125°46′E，40°49′～41°35′N，呈哑铃状分布。本溪地区共有4个国家气象观测站，分别位于明山区、本溪县小市镇、桓仁县桓仁镇和本溪县草河口镇（图1）。

1.2 资料来源与处理

选取本溪地区4个国家气象观测站观测数据，以及1971—2015年NCPE再分析资料和历史天气图等气象资料。利用NCEP再分析资料和历史天气图对初霜时的天气形势、冷空气来源等进行天气学分析，并总结初霜短期预报指标。

2 结果与分析

2.1 初霜环流背景特征分析

通过对1981—2015年本溪地区出现初霜的高空地面气象观测资料分析发现，本溪地区初霜前日500 hPa高度场上中高纬度主要为两槽一脊型或一槽一脊形势，本溪地区多处于槽后或槽底，45°～65°N、105°～145°E范围内有中心强度（512～547.5）×10 gpm的涡存在，占初霜总天数的62.1%。经统计还发现市区、本溪县初霜前日涡的位置比桓仁县、草河口初霜前日偏西10个经度左右（表1），即涡的位置偏西有利于市区、本溪县出现初霜。850 hPa温度场上有冷中心或冷舌落后或接近于高度槽，初霜出现前日20：00本溪地区850 hPa气温多为-9～-3℃，其中市区多年平均气温0.1℃左右，其他3站从低到高依次是本溪县、桓仁县和草河口（表1），说明本溪市区出现初霜需要比其他3站更低的温度环境。

本溪地区出现初霜前，我国中西部地区地面受低压系统控制，东北、东南、华南是一条冷高压带，本溪位于其前方弱气压梯度区内。初霜多出现在晴朗、少云（低云）、风速小的后半夜，少数初霜前一日有弱（微量）降水。经统计，初霜发生时风速多在3 m/s以下，风向有明显特征：市区偏东风（E、ENE、ESE、SE）占83%，本溪县静风占48%、偏南风（S、SSE、SSW、WSW）占40%，桓仁县静风占64%、偏北风（NNW、NNE、NE）占36%，草河口静风占88%。初霜前各站气温日较差平均比前一日下降4～5℃，最低气温下降幅度在0～12℃。

2.2 冷空气路径与初霜关系分析

造成本溪地区初霜的冷空气主要分3种路径：一是东北路径，二是西北路径，三是偏北路径。

东北路径的冷空气中心位于鄂霍克次海附近，在初霜出现前3～4 d贝加尔湖附近逐渐形成高压脊，并且不断北伸并向东北方向倾斜，阻断了西风带冷空气下传，冷空气沿着脊前南下过程中在鄂霍克次海堆积、暴发，由东北向西南方向传递，影响本溪地区，这种路径的冷空气在本溪地区一般会形成2站以上的初霜。

西北路径冷空气主体在极地生成，冷空气较为强盛，乌拉尔山到贝加尔湖一带高压脊不明显，欧亚地区为西北或偏西气流控制，纬向性较强，冷空气随着西风带从西北向东南传播，途经贝加尔湖，达到本溪，这种路径的冷空气往往连续几天持续降温，在本溪地区各地陆续形成初霜。

偏北路径其实是东北和西北路径冷空气的变种，是在中高纬度如果鄂霍克次海高压偏西偏北、贝加尔湖地区也有高压脊北抬，欧亚形成两槽两脊或者一槽两脊的形势下，冷空气容易在125°～135°E、50°～70°N区域内形成冷舌甚至冷中心，随着冷空气的不断堆积向南渗透，或者阻高崩溃、横槽转竖冷空气暴发，本溪地区也容易出现2站以上初霜。

2.3 短期时效内初霜预报流程设计

根据本溪地区初霜天气形势特征分析结果，将110°～140°E、45°～60°N作为初霜预报关键区，以关键区内500 hPa形势和850 hPa温度作为关键预报要素，设计了短期时效内的初霜预报流程，具体流程如下：

（1）是否进入9月下旬。

（2）判断关键区内500 hPa是否有槽或者冷涡、850 hPa是否有冷中心或冷槽。

（3）850 hPa 120°～140°E内2℃线是否越过50°N，同时本溪地区温度控制线是否达到4℃或以下。

（4）如同时满足以上3步，则考虑次日凌晨本溪地区出现初霜。

（5）500 hPa关键区冷涡（或冷槽）与乌拉尔山到贝加尔湖一带有高压脊、鄂霍克次海高压，三者同时存在或前者与后两个中的一个同时存在;850 hPa关键区有中心强度低于-10℃的冷中心或冷舌存在，冷舌位于120°～130°E，-3℃线越过50°N，本溪地区的温度控制线在2℃附近或以下，则次日早晨容易出现3站以上的初霜，如果温度控制线在2～4℃，但45°～55°N等温线密集，温差≥10℃，则次日早晨容易出现3站以上的初霜。

（6）关键区内无明显低压中心、冷中心，500 hPa槽线位于130°E附近（偏东）、850 hPa冷舌位于125°～135°E，0℃线越过50°N，控制线2～4℃，则考虑次日早晨桓仁县和草河口出现初霜;前期其他2站已经出现初霜，当500 hPa槽线位于120°E附近（偏西）、850 hPa冷舌位于115°～125°E，-3℃线越过50°N，控制线<0℃时，则考虑本溪市区和本溪县出现初霜。

（7）500 hPa形势场无明显特征，但在850 hPa温度场冷空气势力较弱，2℃线越过50°N，控制线<4℃，草河口地区容易出现单站初霜;若其他3站已经出现初霜，-6℃线越过50°N，冷舌位于115°～125°E，控制线<-3℃，则市区将出现初霜。

以上预报流程在2016—2018年本溪初霜短期预报中起到了较好的效果。

3 小结与讨论

（1）本溪初霜多出现在晴朗少云微风的后半夜，地面上，我国中西部地区受低压系统控制，东部为冷高压带，本溪处于高压带前弱气压梯度区。初霜前，500 hPa中高纬度主要为两槽一脊型或一槽一脊形势，本溪地区多处于槽后或槽底，62.1%初霜前，45°～65°N、105°～145°E范围内有中心强度（512～547.5）×10 gpm的涡，涡位置和冷空气强度会影响初霜影响的范围。850 hPa温度场上有冷中心或冷舌落后或接近于高度槽，初霜出现前日20：00本溪地区850 hPa气温多为-9～-3℃。

（2）根据冷空气的3种不同路径，本溪地区会出现不同影响范围的初霜，西北路径的冷空气会陆续在本溪各地出现初霜，东北路径和偏北路径的冷空气容易在本溪造成2站以上的初霜。

（3）目前根据本溪地区初霜天气学特征设计的是初霜短期预报流程，在实际业务工作中可与数值预报相结合，实现初霜的中期预报，具有可操作性强的实际意义。

参考文献

[1] 王国复，许艳，朱艳君，等.近50年我国霜期的时空分布及变化规律趋势分析[J].气象，2009，35（7）：61-67.

[2] 楊克明，陈秀凤，王东生，等.东北地区初霜的天气气候特征[J].气象，1999，125（6）：13-18.

[3] 明惠青，唐亚平，孙婧，等.近50年辽宁无霜期积温时空演变特征[J].干旱地区农业研究，2011，29（2）：276-280.

[4] 李辑，严晓瑜，王颖.辽宁近50年霜的气候变化特征[J].气象，2010，36（11）：38-45.

[5] 陆忠艳，韩江文，李萍，等.辽宁省初霜特征及预报技术指标初探[J].中国农学通报，2014，30（36）：257-263.

[6] 周彬，刘端阳，夏健.无锡地区霜冻特征及短期预报方法的研究[J].自然灾害学报，2015（4）：97-103.

[7] 姬兴杰，李凤秀，王纪军.1971—2010年河南省霜期的时空分布及其对气温的响应[J].气象与环境学报，2015，31（1）：67-75.

[8] 吉奇，吴英杰，黄作顺，等.本溪农业气候资源的变化分析[J].安徽农业科学，2009，37（18）：8990-8594.

责任编辑：郑丹丹

基金项目 本溪市气象局科研课题（BXSQXJ201607）。

作者简介 寇思聪（1982-），女，陕西西安人，工程师，从事短期天气预报、气象服务工作。

收稿日期 2019-07-02