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08年冬季夜间焚风现象分析

李宗涛张叶朱刚
（河北省气象台，河北石家庄050021）
摘要：焚风是河北平原沿山地区所特有的现象。本文应用逐5分钟逐1小时实况资料以及6小时间隔的NCEP/NCAR(1*1)再分析资料对2008年冬季夜间焚风现象进行了统计分析及诊断。结果表明：京津冀地区有三个焚风中心，位于燕山南麓的北京市，太行山北段的保定阜平地区，太行山中段的石家庄西部地区，焚风风向分别对应着北风、西北风和西风。石家庄地区焚风增温幅度与西风风速以及风向与正西的夹角相关密切。当风速减弱，或者风向转变时，焚风结束。冬季焚风的两个着眼点:一为地面气压场的梯度（反映西风大小），一为地面倒槽（下沉气流)。焚风过程是一浅薄过程，最高气温预报与西风持续的时间有关。
关键词：焚风；夜间增温；冬季；物理量诊断

引言：
京津冀地区地处华北，黄河下游以北，东邻渤海，西为太行山地，北为燕山山地，燕山以北为坝上高原，其余为河北平原，地形分布复杂。由于平原地区地处太行山及燕山山脉的东麓及南麓，且地形落差很大，海拔落差达千米。当地面吹偏西风或偏北风时，气流越山后受地形强迫作用迅速下沉，造成空气绝热升温，湿度下降，天气晴朗，此即河北平原沿山地区所特有的焚风效应。由于焚风效应不仅影响平原燕山地区的天气和气候，还间接地影响到人们的日常生产和生活，所以焚风的研究和预报相当重要。
赵世林、王荣科等1]统计分析了1956—1990年资料，得出了太行山中段焚风的月、日变化，给出了焚风的天气学模型；傅昺珊等2]指出焚风效应对石家庄的极端酷热高温和极端晴热高温起着非常重要的作用；李国翠、连志鸾3]统计分析了冬半年焚风出现的天气形势特征及时间分布特征，归纳出了石家庄焚风出现的四种天气类型，并运用对比法得出了焚风日最高、最低气温普遍高于气候统计值的临界范围。
然而，上述文章的分析，均针对于太行山中段的石家庄地区，对整个京津冀区域焚风效应的分析还不够，另外由于没有剔除太阳辐射对升温的影响，所以很难对焚风升温定量分析，所以本文应用2008年冬季逐时气温和风场资料，侧重对京津冀冬季夜间焚风的分布特征及冬季焚风典型特征进行分析，以期为此类天气的预报服务有所帮助。
1资料处理及方法
河北省88个站温度、气压、湿度和风场的整点资料及石家庄单站的温度、气压、湿度和风场逐5分钟资料选用于河北省气象台整编的多要素自动站数据库；京津26个站的温度、气压、湿度和风场整点资料选用的中国气象局下发的micaps资料下的加密自动站整点数据文件，缺测或无资料均处理为缺测。并应用6小时间隔的NCEP/NCAR(1*1)再分析资料进行过程分析。
京津冀整点资料时间为2008年10月9日—2009年1月12日，石家庄单站的逐5分钟资料为2008年12月1日—2009年2月23日。本文定义的夜间时间为21时至次日06时，此时段可排除辐射增温的影响。北风风向范围定义为NW—NE，西风风向范围定义为SW—NW。
2京津冀地区夜间增温区域分布
在前人的文献中，焚风标准定义不尽相同。赵世林等定义，气流与太行山垂直时，风速≥2m/s，10分钟升温≥3℃，或者半小时升温≥5℃。李国翠，连志鸾定义，石家庄本站吹西风，①21—07时小时升温极值≥3.5℃；②08—20时小时升温≥4.5℃；③吹偏西风持续≤5小时，且小时升温极值≥1.5℃。满足上述三种条件任一种，定义为一个焚风日。
由于太阳辐射是加热大气的主要热源，受其影响也就造成了焚风次数的主峰值位于7—9时（日出前后）的现象，所以本文为了更好的分析焚风，仅分析了夜间增温的现象。
为此本文统计了08年冬季夜间增温次数分布图，小时增温幅度≥2℃/h或者≥5℃/h
即记为一次增温。从2℃/h增温图上可以看出，在全省范围内，基本都存在着夜间增温的现象。增温次数比较多的沾点也分布比较零散，比如张家口的尚义，石家庄本站、赵县、平山，唐山的丰润、玉田，天津的北辰以及北京的丰台等站。由于在夜间，所以温度的升高应与温度平流或者下沉增温有关。2℃/h的风向响应图上清楚地表明，在太行山沿山地区为明显的西风相应区，即绝大多数此区域增温与西风存在着良好的对应关系，而燕山南麓地区则与西风对应很差。而与此相对应的是，在京津地区26个站点中有11站存在着100%的北风对应增温的现象，而在太行山东麓，除阜平外，均无好的对应关系。
由于京津冀特殊的地形特征，加之海陆风的影响，2℃/h的增温不能清楚解释问题，所以本文又分析了5℃/h增温分布图。
在5℃/h增温分布图上，基本消除了其他原因对夜间增温的影响，可以清楚发现在京津冀地区明显的三个焚风中心，分别是位于燕山南麓的北京地区；位于太行山北部，山脉呈东北—西南走向的保定西部（阜平地区）；位于太行山中段，山脉南北走向的石家庄、邢台北部沿山地区。在西风响应图上，石家庄地区达到了90%—100%，阜平地区为60%，北京地区为0—20%；而在北风响应图上，北京地区达到了100%的响应，阜平地区为80%，石家庄地区则小于20%。
从以上分析中，我们可以得出，在京津冀存在着三个焚风中心，北京地区，保定西部（阜平地区），石家庄、邢台北部沿山地区，焚风分别与北风、西北风和西风有良好的响应。
3石家庄焚风气象要素统计特征

为了更好的了解焚风，本文统计了08年12月1日—09年02月23日夜间石家庄单站焚风个例。焚风个例的标准为半小时升温幅度极值≥1℃/h，升温时段的区间处于21时至次日06时内。达到上述两个标准的焚风个例共有9个，日期分别为08年12月07日、09年01月24日，升温幅度极值≥2℃/h；08年12月01日、08年12月19日、08年12月29日，升温幅度极值≥1.5℃/h；09年01月12日、09年01月25日、09年01月26日，升温幅度极值≥1℃/h。分析9次焚风过程可发现，焚风阶段空气相对湿度均小于30%，风向在西北偏西（WNW）与西南偏西（SWW）之间，09年01月25日过程除外。此外可发现，焚风越明显，即升温幅度极值越大，对应的风速越大，风向也越接近于正西风。
如图所示，当风向转为接近正西风，或者风速加大时，即为焚风开始时刻。焚风过程表现为温度的陡升，以及相对湿度的陡降，这与教科书的结论是一致的。经典的焚风定义，湿空气在迎风坡抬升，冷却，成云，降水，凝结过程释放潜热，使山顶空气变暖，气流过山后沿背风坡下降，绝热增温。而在本文中所统计的9次过程中，在太行山西侧均无降水的产生，这因为西来的高压本身携带的水汽极少，加之从高原而下，并非翻越孤立的山脉，所以下沉增温才是升温的主要原因。
通过分析9次焚风过程的地面图可以发现，当焚风过程明显，即升温幅度极值≥2℃/h时，1.在110°E—116°E之间有大于4根的等压线呈南北向分布，表明有较强的气流垂直于山脉的方向由西向东输送，2.在河北平原上，有“华北干槽”的出现。在气流下沉的过程
中，一为下沉气流绝热增温，二是使地面减压。在物理过程中，地面减压和下沉增温两个过程之间是相互抑制的4]，但是地面减压的幅度及下沉增温的强度均决定于下沉气流的强弱和下沉的起始高度。所以本文选择了是否出现地面干槽作为增温强弱的指标。
对比分析08年12月01日以及08年12月29日两次相对较弱的焚风过程的地面形势图可以清楚发现，12月01日的过程中，虽然在河北平原有干槽的存在，但是在110°E—116°E没有较强的气压梯度，而在12月29日的过程中，在西部有较强的气压梯度，但是地面槽的形势不明显。由上可知，较强的焚风过程必须满足上述的两个条件，缺一不可。
较强的下沉气流及较高的下沉高度使得气团有明显的下沉增温出现，而较大的风速条件能够将沿山下沉的干暖气流向东输送，这样造成了石家庄地区特有的焚风现象。在地面图上，表现为110°E—116°E强的气压梯度，河北平原有干槽的出现，或者地面有负变高的出现。
409年1月24日焚风过程分析
09年1月24日20时，500hPa中高纬呈一槽一脊的形势。河北省上空为槽后脊前西北气流控制。700hPa、850hPa、925hPa的形势与500hPa相似，均为西北偏西气流，低层850hPa、925hPa均为风速≥10m/s的西北偏西气流。
地面呈西高东低形势，高压中心位于贝加尔湖西侧，低压中心位于东北平原。石家庄位于高压与低压纵向气压梯度间。在地面气压梯度图上，在山西河北交界处有一梯度中心，对应6m/s的正西风。
局地的温度变化与温度平流、下沉增温、变压和气压平流、非绝热加热等四项有关。由于在夜间对增温有相反作用，变压和气压平流量级较小，所以焚风过程增温主要与温度平流和下沉增温有关。
沿38°N剖面图可以发现，在112°E—114°E之间，500hPa以下均为下沉气流，在800hPa—900hPa之间在太行山东侧有一大于0.6Pa/s的下沉中心。
风速及温度变化图中，为了更好的表征风速的变化，风速大小扩大了10倍。当风速逐渐增大，并接近与正西风的时（20：45），温度开始陡增，当风速减小时（21：30），温度达到最高值，当风向逆转后（23：40），温度降至焚风开始后的最低值。可见，升温幅度与风速的大小及风向与正西的夹角有很好的响应关系，当风速越大，越接近正西风时，焚风越明显。
焚风过程是一浅薄过程，对温度的影响与西风持续的时间有关，本次过程14日20时—15日20时持续的西风，使15日最高气温比历史同期平均最高气温偏高7℃。
5小结
1）京津冀地区有三个焚风中心，位于燕山南麓的北京市，太行山北段的保定阜平地区，太行山中段的石家庄西部地区，焚风风向分别对应着北风、西北风和西风。
2）石家庄地区焚风增温幅度与西风风速以及风向与正西的夹角相关密切。当风速减弱，或者风向转变时，焚风结束。
3）预报冬季焚风的两个着眼点:一为地面气压场的梯度（反映西风大小），一为地面倒槽（下沉气流)。焚风过程是一浅薄过程，最高气温预报与西风持续的时间有关。
参考文献
[1]赵世林，王荣科，郭彦波等.太行山中段的焚风.河北省短期预报岗位培训补充阅读材料,1998：136～139.
[2]傅昺珊，赵彦厂，武辉芹.石家庄40℃高温天气分析.河北气象，2003,22(1)：6～10
[3]李国翠，连志鸾石家庄市冬半年焚风效应分析气象
[4]刘瑞芝，顾震潮论华北“干槽”的形成北京大学学报1957，1，P107~113

-全文完-