2023年1月延吉机场气温异常偏高成因分析

马利柱

(吉林机场集团有限公司航务管理部延吉气象分队,延吉 133001)

0 引言

延吉机场位于吉林省东部一个四周环山的盆地里。延吉市属于寒温带大陆性季风气候,受西风带环流和天气系统的影响,冬季漫长寒冷,降雪较少[1]。2023-01-11延吉机场自观实测气温达到3.8 ℃,远远高于该月最高气温平均值,属于较极端的高温事件。

为此,文章分析了延吉机场2012—2023年1月平均气温和最高气温的变化,得出气温呈上升趋势,并通过延吉机场实际测得的较极端高温事件分析天气形势及大气环流的热动力影响,得出延吉机场高温天气的形成机制。

1 资料来源和分析方法

1.1 资料来源

文章所用资料为中国气象局提供的2023-01-11前后的高空各层天气资料和地面天气资料,延吉机场气象台2012—2023年1月自观每小时气温、地面风速数据,数据总量为19,488个。

1.2 分析方法

用统计比较方法从19,488个数据中找出各种数据的变化情况及主要数据的平均值等。再用天气形势资料分析气温的变化原因。利用热力学第一定律分析延吉机场气温变化的主要原因。

2 气温异常成因分析

2.1 气温异常特征及危险

2023-01-11/01-13,延吉机场13:00-15:00均出现连续3 h以上气温超过0 ℃的情况,尤其在11日13:18气温超过3.8 ℃,直接造成机坪边缘的积雪和跑道、滑行道边的积雪融化,融化形成的水流淌到机坪的停机位和跑道的低洼处,随着15:00后的降温冻结成冰,严重影响了飞机起降和飞机泊入机位。

从2012—2023年1月平均气温的变化情况(图1)分析得出,2012年1月平均气温最低(-15.7 ℃),2019年1月平均气温最高(-10.0 ℃),2023年1月平均气温为-13.1 ℃,2012—2023年1月平均气温呈波浪式变化[2]。2012—2015年1月平均气温逐年上升,上升幅度为4.6 ℃;2015—2019年1月平均气温处于“三高两低”的波浪式变化中;2019—2021年1月平均气温快速下降,最大降幅为4.2 ℃;2022—2023年1月平均气温变化相对平稳,2023年1月平均气温比2022年只降低了0.1 ℃。

图1 2012—2023年1月平均气温的变化

由2012—2023年1月最高平均气温的变化情况(图2)分析得出,2012年1月最高平均气温最低,为-8.1 ℃,2019年1月最高平均气温为-2.3 ℃,2023年1月最高平均气温为-5.8 ℃。2013—2015年1月最高平均气温逐年上升,最大上升幅度为6.0 ℃;2015—2019年1月最高平均气温处于“三高两低”的波浪式变化中,与该时期1月平均气温的变化趋势相同;2019—2021年1月最高平均气温处在下降的区间,最大降幅为5.2 ℃;2022—2023年最高平均气温相对上升,2023年1月最高平均气温比2022年1月最高平均气温上升了0.2 ℃。2023年1月最高平均气温约等于2012—2023年1月最高平均气温的平均值(-5.8 ℃)。

图2 2012—2023年1月最低/最高平均气温的变化

从2012—2023年1月最低平均气温的变化情况(图2)分析得出,2012年1月的最低平均气温为-21.8 ℃,2013年1月最低平均气温(-24.5 ℃)为12 a来最低值,2023年1月最低平均气温为-21.5 ℃。2013—2015年1月最低平均气温逐年上升,最大上升幅度为8.8 ℃;2015—2019年1月最低平均气温处于“三高两低”的波浪式变化中,与该时期1月最高平均气温的变化情况相同;2019—2021年1月最低平均气温处在下降的区间,最大降幅为4.1 ℃;2022—2023年最低平均气温变化相对平稳,2023年1月最低平均气温比2022年1月最低平均气温降低了1.0 ℃。2023年1月最低平均气温低于2012—2023年1月最低平均气温的平均值(3 ℃)。

从2012—2023年1月13:00,14:00和15:00气温平均值变化(图3)分析得出,2012年1月13:00气温的平均值为-9.4 ℃,2019年1月13:00气温的平均值为-3.7 ℃,2012—2014年1月13:00气温平均值温和上升,2014—2015年1月13:00气温平均值上升幅度较大,上升值为2.6 ℃,2015—2019年1月13:00气温平均值处于“三高两低”的波浪式变化中,2018—2019年1月13:00气温平均值上升幅度最大(4.8 ℃),2019—2021年1月13:00气温平均值处于下降区间,最大降幅为3.7 ℃(2020—2021年),降幅超过2014—2015年上升幅度(2.6 ℃)1.1 ℃;2022—2023年1月13:00气温平均值没有变化,均为-7.3 ℃。

图3 2012—2023年1月13:00,14:00和15:00气温平均值变化

2012—2023年1月14:00和15:00气温平均值变化趋势与13:00相同。

2023-01-10/01-13延吉机场12:00—15:00气温均异常,在0 ℃以上,最高气温在11日13:18达到3.8 ℃,该温度较2012—2023年1月平均气温(-13.1 ℃)高16.9 ℃,较2012—2023年1月最高气温平均值(-5.8 ℃)高9.6 ℃,较2012—2023年1月13:00气温平均值(-6.3 ℃)高10.1 ℃,同时较2019年1月13:00气温平均值(-3.7 ℃)高7.5 ℃,这说明2023-01-11T13:00气温异常偏高,大大超出了1月气温正常变化范围,给延吉机场飞机飞行安全带来了很大的威胁,影响了航班的正常起降,给飞行保障工作造成很大的困难和成本支出。

2.2 气温异常与大气环流相关性分析

2.2.1 500 hPa大气环流分析

根据10日08:00 500 hPa大气环流形势分析得出,延吉机场西北侧中高纬度为平直的纬向环流,西风带较为平直,只是略有上扬。平直的纬向环流西起50°E,东到115°E,跨越了65个经度,平直的纬向环流有效地阻挡了较冷的西北气流南下,为11日的增温奠定了基础。从11日08:00 500 hPa大气环流形势中分析得出,平直纬向环流向东移动了一定经度,在延吉机场西北侧较高纬度有西风指数较大的区域[3]。由于太阳的辐射是随纬度的升高而减弱的,因此在西风指数较大的区域南北两侧形成辐射强度的较大差异,造成西风带中的南北温度梯度增大,锋区较强,表现为锋区等压线密集。在纬向环流控制下,南北向气流没有明显的能量交换,较冷的空气很难穿过锋区向南移动,只能随锋区自西向东移动。

根据热力学第一定律可知,引起某地气温变化的因子主要有温度平流和垂直运动及非绝热因子,延吉机场高空北侧有较强的纬向锋区阻挡,很难受到冷空气带来的冷平流影响,加上太阳对延吉机场的辐射增强,造成了11日延吉机场中午气温异常偏高。

2.2.2 地面形势分析

从10日和11日的地面天气资料分析得出,吉林省中东部、华北南部到山东半岛以及朝鲜半岛西部均为地面高压控制,有下沉运动,有下沉增温和不利于云的形成,同时地面风速较小,有利于太阳辐射增温,地面形势是造成延吉机场气温偏高的因素之一。

2.3 气温异常与大气的垂直运动、云量分析

根据11日高空500 hPa和700 hPa天气资料分析,延吉机场对流层中高层为高压脊控制,是反气旋环流。根据天气学原理可知,垂直运动是影响气温变化的主要因子。反气旋控制下的区域大气产生下沉运动,延吉机场上空正好处于大气的下沉运动中,下沉运动造成延吉机场上空大气绝热增温,为延吉机场出现气温异常偏高提供了有利的垂直运动绝热增温因素。

当反气旋位于延吉机场上空时,产生大气下沉运动增温的同时,还会造成延吉机场上空云量的减少,根据延吉机场例行天气观测实况记录,11日00:00—12日14:00均没有中、低云,只有少量的6000 m的高云记录,使得太阳射入地表的短波辐射大大增加,同时延吉机场上空大气的水汽含量较少,吸收和反射太阳短波辐射较少,更有利于地表气温的升高,这也是造成延吉机场11日中午气温异常偏高的因素之一。当延吉机场11日中午的气温达到3.8 ℃时,主要产生两个方面的影响:其一是延吉机场地面因增温而产生空气上升运动,地表气压略有下降;其二是机场停机坪边缘和跑道两侧的积雪融化,积雪融化后近地面层大气的水汽含量增加。空气上升运动及近地面水汽含量增加导致机场上空大气水汽含量的相对增加,也会增大水汽吸收和反射的太阳短波辐射,从而改变太阳短波辐射到达地面的量及强度,加之冬季的太阳辐射角度因素,延吉机场的气温快速下降,融化产生的液态水在没有被完全蒸发的情况下又被冻结成冰层,给机场的安全运行带来很大的隐患。

2.4 气温异常与地面风向风速分析

根据延吉机场10日00:00—12日24:00共72 h的例行天气报告,统计10日00:00—13日24:00地面风向风速得出,最大风速为2 m/s的有22时次,约占72个时次的30%;静风(风速为0 m/s)有29个时次,约占72个时次的40%;21个时次为微风(风速为1 m/s),约占72个时次的30%。在风速为2 m/s的22个时次中,风向为偏南的有12个时次,约占22个时次的55%;风向偏西的有5个时次,约占22个时次的23%;风向偏东的有4个时次,约占22个时次的17%;风向不定的有1个时次,约占22个时次的5%。风速为2 m/s的情况中风向偏南占比达50%以上,说明偏南风带来了较暖的空气,有利于延吉机场11日中午气温异常偏高的出现[4]。

延吉机场自观设备安装在跑道北侧广大平坦的土地上,冬季有积雪覆盖,没有被加热的可能,因此不受非绝热因子的影响[5-7]。

3 结束语

文章通过统计分析延吉机场2012—2023年1月气温数据后得出以下结论:

1)2012—2023年1月平均气温呈阶段性波动变化特征;2012—2023年1月最低平均气温、最高平均气温的变化与2012—2023年1月平均气温的阶段性波动变化基本相同;2012—2023年1月13:00,14:00和15:00气温平均值变化情况与上述相同。

2)2023-01-11T13:18出现气温异常偏高与500 hPa大气环流有关,在纬向环流控制下,气流南北向交换减弱,冷平流难以向延吉机场方向移动。

3)2023-01-11T13:18出现气温异常偏高与地面高压控制有关,下沉运动不利于低云的形成,同时地面风速较小,有利于太阳辐射增温。

4)2023-01-11T13:18出现气温异常偏高与延吉机场上空反气旋控制有关,反气旋控制产生大气下沉运动增温的同时,造成了延吉机场上空云量的减少,有利于太阳辐射增温。

5)2023-01-11T13:18出现气温异常偏高与延吉机场偏南风带来较暖的空气有关,偏南风带来较暖的温度平流有利于延吉机场11日中午气温异常偏高的出现。