查書(shū)瑤 伊蘭 趙平

1中國(guó)氣象科學(xué)研究院災(zāi)害天氣國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100081

2國(guó)家氣候中心，北京100081

3中國(guó)氣象科學(xué)研究院北京100081

1 引言

華南準(zhǔn)靜止鋒是影響我國(guó)華南地區(qū)的重要天氣氣候系統(tǒng)，在冬半年（10月至翌年6月）經(jīng)常出現(xiàn)，是冬季東亞最主要的氣候鋒（陶祖鈺等，2008）。華南準(zhǔn)靜止鋒出現(xiàn)在 20°～27°N 之間，多停滯于22°～25°N之間，有80%以上會(huì)影響華南，產(chǎn)生降水，是我國(guó)冬季南方產(chǎn)生降水的主要系統(tǒng)，由于其鋒面坡度平緩，故其降水范圍比一般冷鋒范圍大得多（鹿世瑾，1990）。2008年1月到2月，我國(guó)南方地區(qū)接連出現(xiàn)四次嚴(yán)重的低溫雨雪天氣過(guò)程，致使南方近 20個(gè)?。▍^(qū)、市）遭受歷史罕見(jiàn)的冰凍災(zāi)害。2011年1月到2月，貴州、湖南、廣西北部等南方多地出現(xiàn)多次低溫雨雪冰凍天氣。造成上述兩次冰凍雨雪天氣的直接天氣系統(tǒng)都是華南準(zhǔn)靜止鋒（孫建華和趙思雄，2008；韋晨，2012），可見(jiàn)異常的華南準(zhǔn)靜止鋒會(huì)引起南方冬季的極端天氣。

為了認(rèn)識(shí)冬季華南準(zhǔn)靜止鋒的結(jié)構(gòu)與環(huán)流特征，許多學(xué)者從不同角度進(jìn)行了研究。陶祖鈺等（2008）、楊貴名等（2009）以及杜小玲和藍(lán)偉（2010）都考察了2008年1月的華南準(zhǔn)靜止鋒的鋒區(qū)結(jié)構(gòu)特征，發(fā)現(xiàn)華南準(zhǔn)靜止鋒鋒面平緩，等θse（假相當(dāng)位溫）經(jīng)向和垂直梯度大，鋒區(qū)逆溫明顯，鋒生函數(shù)分布與等θse線密集區(qū)分布一致。陶詩(shī)言和衛(wèi)捷（2008）發(fā)現(xiàn)2008年1月雨雪過(guò)程中鋒生函數(shù)出現(xiàn)在 400 hPa以下的對(duì)流層大氣中，其中700～600 hPa的氣層中鋒生過(guò)程最強(qiáng)；錢(qián)維宏和符嬌蘭（2009）發(fā)現(xiàn)用相當(dāng)溫度梯度表示的濕大氣鋒生可以有效地描述2008年1月準(zhǔn)靜止鋒的活動(dòng)特征及其與降水的關(guān)系；池再香等（2010）發(fā)現(xiàn)2008年1月貴州境內(nèi)的鋒生強(qiáng)度和冷空氣強(qiáng)度有很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。孫建華和趙思雄（2008）和李登文等（2009）重點(diǎn)研究了凍雨形成的層結(jié)條件和鋒區(qū)逆溫的垂直結(jié)構(gòu)。Wen et al.（2009）、顧雷等（2008）、李崇銀等（2008）和高輝等（2008）分析了導(dǎo)致2008年1月準(zhǔn)靜止鋒異常的大尺度環(huán)流形勢(shì)，為穩(wěn)定的北脊南槽型阻塞形勢(shì)并配合異?；钴S的南支槽。董海萍等（2009）通過(guò)分析2008年1月湘潭地區(qū)的準(zhǔn)靜止鋒上的中小尺度系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)低層低溫、逆溫層的存在及充足的水汽是冰凍形成的主要原因。還有研究則發(fā)現(xiàn)2008年1月的極端天氣與亞洲大氣冷源的異常、北大西洋濤動(dòng)和平流層的異常有關(guān)（Nan and Zhao，2011；譚桂容等，2010）。杜小玲和藍(lán)偉（2010）對(duì)2008凍雨過(guò)程和2009陰雨天氣的鋒區(qū)結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行了對(duì)比分析。郭英蓮等（2009）分析對(duì)比了2008年1月的華南準(zhǔn)靜止鋒和1998年夏季的梅雨鋒。

上述分析表明冬季華南準(zhǔn)靜止鋒及其相關(guān)的研究已取得了許多進(jìn)展，許多學(xué)者對(duì)冬季華南準(zhǔn)靜止鋒的形成條件、鋒區(qū)結(jié)構(gòu)、鋒生特征、大尺度的環(huán)流形勢(shì)和中小尺度的系統(tǒng)發(fā)展等方面進(jìn)行了研究。但以前的研究大多是針對(duì)一些個(gè)例開(kāi)展的，對(duì)一些問(wèn)題認(rèn)識(shí)尚不清楚，例如：在氣候?qū)W上，冬季華南準(zhǔn)靜止鋒的鋒面特征如何？華南準(zhǔn)靜止鋒強(qiáng)度與其大氣環(huán)流結(jié)構(gòu)和降水的關(guān)系如何？運(yùn)用高分辨率長(zhǎng)時(shí)間尺度的資料對(duì)這些問(wèn)題的研究也未開(kāi)展。因此，通過(guò)大量樣本來(lái)深入分析冬季華南準(zhǔn)靜止鋒是有必要的。本文將定義一個(gè)冬季華南準(zhǔn)靜止鋒指數(shù)，挑選強(qiáng)準(zhǔn)靜止鋒事件，并考察強(qiáng)準(zhǔn)靜止鋒的結(jié)構(gòu)特征、環(huán)流類(lèi)型及其與降水的關(guān)系。

2 資料和方法

本文所用的資料為：（1）美國(guó)環(huán)境預(yù)報(bào)中心/美國(guó)大氣資料中心（NCEP/NCAR）提供的 FNL（Final）分析資料，水平分辨率為1°×1°，垂直方向26層，時(shí)間分辨率為每6 h一次（http://rda.ucar.edu/datasets/ds083.2 [2014-03-24]）；（2）國(guó)家氣象信息中心提供的 2474站逐日降水資料。所使用的資料時(shí)段為2000年冬季至2011年冬季，其中將12月和次年1、2月稱(chēng)為某年冬季。

本文將采用合成分析方法討論強(qiáng)華南準(zhǔn)靜止鋒的結(jié)構(gòu)與環(huán)流特征。

3 冬季華南準(zhǔn)靜止鋒指數(shù)

鋒區(qū)為密度不同的兩個(gè)氣團(tuán)之間的過(guò)渡帶，主要表現(xiàn)為溫度的不同，有時(shí)則表現(xiàn)為溫度差異小但水汽差異大。繼顧震潮等（1958）用假相當(dāng)位溫（θse）圖來(lái)分析鋒面之后，很多學(xué)者發(fā)現(xiàn)鋒區(qū)的基本特征就是對(duì)流層中下層的假相當(dāng)位溫水平梯度密集，并且等θse線的密集區(qū)域與鋒生函數(shù)大值區(qū)對(duì)應(yīng)良好（Zhao et al，2004；鄭永光等，2007；尹東屏等，2010；楊貴名等，2009；Liu et al.，2012；杜小玲等，2014），因此我們將利用等θse線的密集程度來(lái)反應(yīng)鋒面的強(qiáng)度?？紤]到華南準(zhǔn)靜止鋒常年呈東西走向的特征，本文使用850 hPa的假相當(dāng)位溫的經(jīng)向梯度（即?θse/?y）來(lái)表征華南準(zhǔn)靜止鋒的強(qiáng)度。

從12年（2000～2011年）冬季平均的溫度和假相當(dāng)位溫剖面圖（圖1a）可以看到，冬季華南準(zhǔn)靜止鋒表現(xiàn)為對(duì)流層中下層（700 hPa以下）的等θse線密集帶，鋒區(qū)隨高度向北傾斜，地面鋒區(qū)位于21°～27°N，850 hPa上的等θse線最為密集，最密集帶位于 25°N附近?？疾?12年冬季平均的 850 hPa準(zhǔn)靜止鋒強(qiáng)度（?θse/?y）的水平分布（圖1b）發(fā)現(xiàn)，?θse/?y 大值區(qū)位于 23°～27°N，呈東西帶狀分布，中心位于廣西、廣東與貴州的交界處。因此選?。?3°～27°N，106～118°E）為關(guān)鍵區(qū)域（圖1b中藍(lán)框區(qū)域），并定義850 hPa關(guān)鍵區(qū)區(qū)域平均的 ?θse/?y 為準(zhǔn)靜止鋒強(qiáng)度指數(shù)，即

圖1 （a）2000年冬季至2011年冬季平均的沿106°～118°E平均的高度—緯度垂直結(jié)構(gòu) [黑色實(shí)線為等θ se（假相當(dāng)位溫）線，單位為K；藍(lán)色粗實(shí)線表示等θ se線密集區(qū)；灰色實(shí)（虛）線為正（負(fù)）的等溫線，單位為°C]；（b）2000年冬季至2001年冬季平均的850 hPa上的?θse/?y（單位為－10-5 K m-1）分布圖，藍(lán)色框表示關(guān)鍵區(qū)域（23°～27°N，106°～118°E）Fig. 1 (a)Climatological (2000–2011)winter mean latitude–height cross sections of θ se (units: K)and temperature (units: °C)between 106°–118°E.The black contours are for θ se；the grey contours are for temperature; the thick blue contours indicate the area where the θ se contours are dense. (b)Climatological(2000–2011)winter mean distributions of ?θse/?y (units: －10-5 K m-1)at 850 hPa. The blue box (23°–27°N, 106°–118°E)is selected as the key area

圖2 2000年冬季至2011年冬季逐日的標(biāo)準(zhǔn)化準(zhǔn)靜止鋒強(qiáng)度指數(shù)Iscsf 的時(shí)間序列（橫線為標(biāo)準(zhǔn)化Iscsf值為1的直線）Fig. 2 Normalized daily Iscsf (Quasi-stationary front index)from December–January–February (DJF)2000 to DJF 2011, the horizontal line is for values of one standard deviation

4 華南準(zhǔn)靜止鋒強(qiáng)事件的鋒區(qū)結(jié)構(gòu)及環(huán)流特征分型

4.1 強(qiáng)事件的選取

首先從12年冬季逐6 h的標(biāo)準(zhǔn)化準(zhǔn)靜止鋒強(qiáng)度時(shí)間序列（圖略）中挑選出強(qiáng)準(zhǔn)靜止鋒事件（Iscsf≥1）733個(gè)，其中發(fā)生在00:00（協(xié)調(diào)世界時(shí)，UTC）的有183個(gè)占25%，發(fā)生在06:00（UTC）的有185個(gè)占 25.2%，發(fā)生在 12:00（UTC）的有 190個(gè)占25.9%，發(fā)生在18:00（UTC）的有175個(gè)占23.9%。四個(gè)時(shí)刻發(fā)生的頻率相仿，說(shuō)明冬季華南準(zhǔn)靜止鋒發(fā)生頻次沒(méi)有明顯的日變化特征。因此，本文接下來(lái)針對(duì)逐日的華南準(zhǔn)靜止鋒進(jìn)行分析。

圖3 2000年冬季到2011年冬季由逐日標(biāo)準(zhǔn)化Iscsf 確定的各年強(qiáng)準(zhǔn)靜止鋒事件的發(fā)生頻次統(tǒng)計(jì)Fig. 3 Yearly occurrences of strong front events obtained from daily Iscsf from 2000 to 2011

從 12年冬季逐日的標(biāo)準(zhǔn)化準(zhǔn)靜止鋒強(qiáng)度時(shí)間序列中（圖 2），挑選出 188個(gè)強(qiáng)事件（Iscsf≥1）。對(duì)這188個(gè)強(qiáng)準(zhǔn)靜止鋒事件進(jìn)行發(fā)生頻次統(tǒng)計(jì)，從逐月的強(qiáng)事件發(fā)生頻次統(tǒng)計(jì)表中（表 1）看出：強(qiáng)準(zhǔn)靜止鋒事件主要發(fā)生在1月和2月，發(fā)生頻率分別為44.68%和36.70%，在12月最少，發(fā)生頻率僅為18.72%。從逐年的發(fā)生頻次圖（圖3）可知：強(qiáng)事件發(fā)生的頻次還存在明顯的年際差異，2007年冬、2010年冬以及2011年冬發(fā)生強(qiáng)事件的頻次偏多，并且這 12年逐年的強(qiáng)事件發(fā)生頻次呈現(xiàn)出明顯的上升趨勢(shì)，這與近年來(lái)我國(guó)南方冬季頻發(fā)冰凍雨雪災(zāi)害的現(xiàn)象一致。

4.2 強(qiáng)事件的鋒區(qū)特征

圖4為188個(gè)強(qiáng)準(zhǔn)靜止鋒事件合成的850 hPa鋒區(qū)的水平結(jié)構(gòu)。從圖4a可以看出850 hPa上鋒區(qū)表現(xiàn)為等θse線的密集帶，相對(duì)濕度在華南區(qū)域沒(méi)有明顯梯度，暖濕區(qū)（相對(duì)濕度大于90%的區(qū)域）位于鋒區(qū)以南，在廣東廣西兩省的南部。從圖 4b看出等溫線在鋒區(qū)也較為密集，但密集程度沒(méi)有等θse線的大；鋒區(qū)內(nèi)逆溫明顯，800～900 hPa的逆溫大值中心位于廣西廣東和貴州的交界處。鋒區(qū)內(nèi)的風(fēng)場(chǎng)表現(xiàn)為南北風(fēng)的輻合（圖 4c），并伴隨著正的相對(duì)渦度帶。鋒區(qū)內(nèi)有明顯的水汽輻合（圖 4d），水汽主要源自于 95°E附近的南支槽、南海海域和西太平洋副熱帶高壓的西北端。

圖4 強(qiáng)準(zhǔn)靜止鋒事件合成的850 hPa環(huán)流結(jié)構(gòu)：（a）θ se和相對(duì)濕度的水平分布，黑色實(shí)線為等θ se線（K），填色為相對(duì)濕度；（b）溫度和逆溫的水平分布，黑色實(shí)線為等溫線（°C），填色為800～900 hPa的溫度之差[(T800 hPa－T900 hPa)/100 hPa]大于零的區(qū)域，即逆溫（ΔT/Δp＞0，單位：°C/hPa）；（c）風(fēng)場(chǎng)（m s-1）及相對(duì)渦度（10-5 s-1）的水平分布；（d）水汽通量（g s-1 hPa-1 cm-1）及其散度（－10-8 g s-1 hPa-1 cm-2）的水平分布，填色為水汽通量散度，矢量箭頭為水汽通量，黑色陰影為地形，棕色曲線為槽線，藍(lán)色圓形表示三支水汽來(lái)源。圖中藍(lán)色框表示關(guān)鍵區(qū)域（23°～27°N，106°～118°E）Fig. 4 Composite horizontal structure and circulations of strong front events at 850 hPa: (a)Horizontal distribution of θ se and relative humidity, the black contours are for θ se (K), the shadows are for relative humidity; (b)horizontal distribution of temperature and inversion, the black contours are for temperature(°C), the shadows are for temperature inversion (°C)between 800 hPa and 900 hPa; (c)horizontal distribution of winds (m/s)and relative vorticity (10-5 s-1);(d)horizontal distribution of water vapor flux (g s-1 hPa-1 cm-1)and its divergence (－10-8 g s-1 hPa-1 cm-2), the arrows are for the water vapor flux,the shadows are for its divergence, black shadow is for the terrain, brown curve indicates the India–Burma trough, the blue circle represents three moisture sources.The blue box (23°–27°N, 106°–118°E)is the key area

圖5為 188個(gè)強(qiáng)事件合成的鋒區(qū)垂直環(huán)流結(jié)構(gòu)。從圖5a可以看出強(qiáng)準(zhǔn)靜止鋒的鋒區(qū)結(jié)構(gòu)與12年冬季平均的（圖1a）鋒區(qū)結(jié)構(gòu)類(lèi)似，對(duì)流層700 hPa以下的等θse線很密集，伴隨著逆溫，但等θse線的密集程度和逆溫的大小，都比 12年冬季平均的要大得多；鋒區(qū)以南800 hPa以下存在一個(gè)相對(duì)濕度大值區(qū)。從110°～114°E平均的經(jīng)向剖面圖（圖5b）可以看出鋒區(qū)與經(jīng)向風(fēng)零風(fēng)速線相吻合，是由南北風(fēng)的輻合構(gòu)成，鋒區(qū)以南20°N以北為偏南風(fēng)，鋒區(qū)以北為偏北風(fēng)，而上升運(yùn)動(dòng)主要在鋒前與鋒面以上，上升運(yùn)動(dòng)大值區(qū)位于中低層850 hPa至600 hPa。同時(shí)，南北風(fēng)的輻合區(qū)也是水汽通量的輻合區(qū)域，在低層925～850 hPa水汽通量的輻合最為明顯，在緯度位置上與上升運(yùn)動(dòng)大值區(qū)相匹配，說(shuō)明南方的偏南氣流攜帶水汽沿著鋒面上升，可能形成非常典型的鋒面降水。而從24°～26°N平均的緯向剖面圖（圖5c）可以看到在800 hPa以上為一致的偏西風(fēng)，850 hPa以下的低層則以偏東風(fēng)為主。在850 hPa對(duì)應(yīng)于鋒區(qū)的位置上有兩個(gè)次級(jí)環(huán)流，這可能和氣流沿著鋒面（等熵面）作斜升運(yùn)動(dòng)時(shí)，在浮力和旋轉(zhuǎn)的共同作用下出現(xiàn)的對(duì)稱(chēng)不穩(wěn)定有關(guān)。

圖5 強(qiáng)準(zhǔn)靜止鋒合成的垂直結(jié)構(gòu)和環(huán)流：（a）110°～114°E平均的溫度和濕度緯度高度剖面圖，黑實(shí)線為等θ se線（K），紅實(shí)線為等溫線（°C），填色陰影為相對(duì)濕度，藍(lán)色粗實(shí)線表示等θ se線密集區(qū)；（b）110°～114°E平均的經(jīng)向剖面圖，填色陰影為水汽通量散度（－10-8 g s-1 hPa-1 cm-2），黑色流線為經(jīng)向（m s-1）和垂直方向（－0.02 Pa s-1）的流場(chǎng)，綠色實(shí)線為垂直速度等值線（Pa s-1），藍(lán)色實(shí)線為南北風(fēng)零風(fēng)速線；（c）24°～26°N平均的緯向剖面圖，黑色流線為緯向（m s-1）和垂直方向（－0.02 Pa s-1）的流場(chǎng)，綠色實(shí)線為垂直速度等值線（Pa s-1），藍(lán)色實(shí)線為東西風(fēng)零風(fēng)速線Fig. 5 Composite vertical structure and circulation of strong front events: (a)Latitude–height cross section of temperature and relative humidity between 110°–114°E, the black contours are for θ se (K), the red contours are for temperature (K), the shadows are for relative humidity; (b)latitude–height cross section of winds and water vapor flux divergence between 110°–114°E, the shadows are for water vapor divergence (－10-8 g s-1 hPa-1 cm-2), the black streamlines are for the meridional flow (m s-1)and vertical flow (－0.02 Pa s-1), the green contours are for the vertical velocity (Pa s-1), the blue line is for the north–south wind zero-wind line; (c)longitude–height cross section of winds between 24°–26°N, the black streamlines are for the zonal flow (m s-1)and vertical flow(－0.02 Pa s-1), the green contours are for the vertical velocity (Pa s-1), the blue line is for the east–west wind zero-wind line

表1 2000年冬季至2011年冬季由逐日標(biāo)準(zhǔn)化Iscsf確定的各年逐月強(qiáng)準(zhǔn)靜止鋒事件的發(fā)生頻次統(tǒng)計(jì)Table 1 Monthly occurrences of strong front events obtained from daily Iscsf in DJF from 2000 to 2011

4.3 強(qiáng)事件的環(huán)流分型

根據(jù)850 hPa風(fēng)場(chǎng)在關(guān)鍵區(qū)域的輻合情況，將188個(gè)強(qiáng)準(zhǔn)靜止鋒事件分為3大類(lèi)，分別為北風(fēng)輻合型（圖 6a），南北風(fēng)輻合型（圖 6b），南風(fēng)輻合型（圖6c）。北風(fēng)輻合型的850 hPa風(fēng)場(chǎng)在關(guān)鍵區(qū)域全部為偏北風(fēng)；南北風(fēng)輻合型是由東北風(fēng)和西南風(fēng)在關(guān)鍵區(qū)的輻合構(gòu)成的；南風(fēng)輻合型在關(guān)鍵區(qū)域全部為偏南氣流。其中，南北風(fēng)輻合型的發(fā)生頻次最多，有82次，這與上文中強(qiáng)準(zhǔn)靜止鋒的850 hPa合成風(fēng)場(chǎng)在關(guān)鍵區(qū)域表現(xiàn)為南北風(fēng)的輻合相吻合。北風(fēng)輻合型和南風(fēng)輻合型的發(fā)生頻次分別為 34次和32次。需要說(shuō)明的是，在188個(gè)強(qiáng)準(zhǔn)靜止鋒事件中，除了以上3個(gè)大類(lèi)以外，還有8個(gè)個(gè)例為海上有臺(tái)風(fēng)影響，32個(gè)個(gè)例的風(fēng)場(chǎng)在關(guān)鍵區(qū)域沒(méi)有明顯輻合，在此不作分析。

不同類(lèi)型的強(qiáng)準(zhǔn)靜止鋒在關(guān)鍵區(qū)域有不同的風(fēng)場(chǎng)輻合，一定是因?yàn)椴煌拇髿猸h(huán)流配置而造成的，而不同的大氣環(huán)流也會(huì)影響降水的分布。因此我們考察了這3種類(lèi)型的強(qiáng)華南準(zhǔn)靜止鋒對(duì)應(yīng)的大氣環(huán)流和降水分布。從圖7a至圖7c可以看出，北風(fēng)輻合型的東亞大槽最為深厚，位于120°E附近，緊貼歐亞大陸東岸，華南地區(qū)處于槽后的偏北氣流控制中，地面冷高壓也最為強(qiáng)盛，范圍已深入我國(guó)中部，這樣的環(huán)流配置使得來(lái)自北方的冷空氣特別強(qiáng)盛，華南區(qū)域?yàn)楸憋L(fēng)輻合；南北風(fēng)輻合型的東亞大槽已經(jīng)入海，位于140°E附近，對(duì)華南地區(qū)的影響不大，地面冷高壓的大值范圍和北風(fēng)輻合型差不多，但僅停留在內(nèi)蒙古附近，沒(méi)有繼續(xù)南下，可見(jiàn)南北風(fēng)輻合型的北方冷空氣勢(shì)力要比北風(fēng)輻合型的偏弱，因此華南南部的偏南氣流可以向北推進(jìn)，使得在關(guān)鍵區(qū)域的風(fēng)場(chǎng)為南北風(fēng)輻合型；南風(fēng)輻合型的東亞大槽已位于140°E以東，對(duì)華南完全沒(méi)有影響，地面冷高壓也很弱，而在90°E附近，15°～25°N有一南支槽（圖7c），使得華南處于南支槽前的偏南氣流中，弱冷空氣和偏強(qiáng)槽前氣流使得關(guān)鍵區(qū)域內(nèi)的風(fēng)場(chǎng)為南風(fēng)輻合型。

圖6 根據(jù)850 hPa風(fēng)場(chǎng)分型的3種準(zhǔn)靜止鋒類(lèi)型圖：（a）北風(fēng)輻合型,（b）南北風(fēng)輻合型,（c）南風(fēng)輻合型。圖中的風(fēng)場(chǎng)（m s-1）為全風(fēng)速≥4 m s-1的風(fēng)場(chǎng)，矩形框表示關(guān)鍵區(qū)域（23°～27°N , 106°～118°E）Fig. 6 Composite wind fields at 850 hPa of three types of fronts classified according to the wind convergence pattern in the frontal zone at 850 hPa: (a)Northerly convergence type; (b)southerly and northerly convergence type; (c)southerly convergence type. The wind fields are those wind speed is greater than 4 m s-1, the blue box (23°–27°N, 106°–118°E)is the key area

從合成的與12年平均的高度異常場(chǎng)（圖7d–f）中我們也能清楚地看到上述的三種類(lèi)型的大氣環(huán)流的差異。此外，三種強(qiáng)準(zhǔn)靜止鋒的環(huán)流背景也表現(xiàn)出一些相似的地方：與多年平均相比，三種強(qiáng)準(zhǔn)靜止鋒對(duì)應(yīng)的 50°N以北的地面冷高壓都偏強(qiáng)，說(shuō)明冷空氣都較強(qiáng)盛，只是在我國(guó)的深入情況不一，北風(fēng)輻合型最強(qiáng)，南風(fēng)輻合型最弱；三種強(qiáng)準(zhǔn)靜止鋒也都處于500 hPa的負(fù)異常中，只是強(qiáng)度不一，北風(fēng)輻合型所處的負(fù)異常最弱，另兩種類(lèi)型情況相當(dāng)；南北風(fēng)輻合型和南風(fēng)輻合型在500 hPa孟加拉灣附近都為負(fù)異常，說(shuō)明南支槽偏強(qiáng)，北風(fēng)輻合型與12年平均的強(qiáng)度相當(dāng)?？偟膩?lái)說(shuō)，與12年平均相比，強(qiáng)準(zhǔn)靜止鋒對(duì)應(yīng)的北方冷空氣和南方南支槽都偏強(qiáng)，不同類(lèi)型的準(zhǔn)靜止鋒只是冷空氣和南支槽的強(qiáng)度配置不一。

圖7 三種類(lèi)型準(zhǔn)靜止鋒合成的高度場(chǎng)圖：（a）北風(fēng)輻合型；（b）南北風(fēng)輻合型；（c）南風(fēng)輻合型。圖中等值線為500 hPa的高度場(chǎng)（gpm），灰色陰影為1000 hPa高度場(chǎng)大于260 gpm的區(qū)域，（c）中的棕色曲線為南支槽。三種類(lèi)型準(zhǔn)靜止鋒合成的高度場(chǎng)圖與12年冬季平均的差值場(chǎng)：（d）北風(fēng)輻合型；（e）南北風(fēng)輻合型；（f）南風(fēng)輻合型。等值線為500 hPa的高度場(chǎng)（gpm），填色陰影為1000 hPa高度差值場(chǎng)Fig. 7 Composite geopotential height (gpm)of three types of fronts：(a)Northerly convergence type; (b)southerly and northerly convergence type; (c)southerly convergence type. The contours are for geopotential height (gpm)at 500 hPa; grey shadows are for geopotential height larger than 260 gpm at 1000 hPa; brown curve in Fig. 7c indicates the India–Burma trough. Composite geopotential height (gpm)of three types of fronts from the climatology: (d)Northerly convergence type; (e)southerly and northerly cnovergence type; (f)southerly convergence type. The contours are for geopotential height (gpm)at 500 hPa;shadows are for geopotential height at 1000 hPa

下面，我們?cè)賮?lái)看一下這三種類(lèi)型的強(qiáng)準(zhǔn)靜止鋒對(duì)應(yīng)的降水情況。由于北方冷空氣強(qiáng)盛，北風(fēng)輻合型850 hPa上的相對(duì)濕度大值區(qū)（大于0.9的區(qū)域）位于鋒區(qū)以南，700 hPa上鋒區(qū)北部的上升運(yùn)動(dòng)也不明顯（圖 8a），因此該型在鋒區(qū)內(nèi)的降水較少，是三種類(lèi)型中降水量最小的（圖 9a）；而受南北方都偏強(qiáng)的系統(tǒng)控制的南北風(fēng)輻合型的 850 hPa上相對(duì)濕度大值區(qū)位于鋒區(qū)，700 hPa上鋒區(qū)內(nèi)也全部為上升運(yùn)動(dòng)區(qū)（圖 8b），因此該型在鋒區(qū)內(nèi)有一條東西向的降水大值帶；主要受南支槽控制的南風(fēng)輻合型850 hPa上的相對(duì)濕度大值區(qū)位于鋒區(qū)，而且在鋒區(qū)西南部達(dá)到了0.95，700 hPa上鋒區(qū)內(nèi)也全部為上升運(yùn)動(dòng)，數(shù)值也比南北風(fēng)輻合型的要大，因此該型在鋒區(qū)內(nèi)有一條降水大值帶，降水量比南北風(fēng)輻合型大，是三種類(lèi)型中降水量最多的。可以看出850 hPa上的水汽條件和700 hPa上的上升運(yùn)動(dòng)在關(guān)鍵區(qū)匹配良好，這與上文的“上升運(yùn)動(dòng)主要位于鋒區(qū)以上”的討論結(jié)果相吻合。

同時(shí)，我們也考察了三種強(qiáng)準(zhǔn)靜止鋒類(lèi)型對(duì)應(yīng)的日降水量與 12年冬季平均日降水量的異常場(chǎng)。從圖 10可以看出，三種類(lèi)型的降水距平場(chǎng)在華南區(qū)域都為正，說(shuō)明強(qiáng)準(zhǔn)靜止鋒對(duì)應(yīng)的華南冬季降水是偏強(qiáng)的，而偏強(qiáng)的程度與分布情況與圖9的合成降水場(chǎng)相仿：北風(fēng)輻合型在華南區(qū)域的降水正異常最少，偏多2 mm左右；南風(fēng)輻合型的降水正異常最多，華南大部分地區(qū)降水偏多5 mm左右；南北風(fēng)輻合型則介于兩者之間，在華南中東部降水偏多4 mm左右。

5 華南準(zhǔn)靜止鋒與華南冬季降水的關(guān)系

我們已經(jīng)從上一節(jié)圖 10得出了“三種類(lèi)型的強(qiáng)準(zhǔn)靜止鋒事件對(duì)應(yīng)的降水場(chǎng)與多年平均相比偏多”的結(jié)論，這一節(jié)將進(jìn)一步探討華南準(zhǔn)靜止鋒與華南冬季降水的關(guān)系。首先定義了一個(gè)華南降水指數(shù)，為關(guān)鍵區(qū)域（23°～27°N，106°～118°E）平均的日降水量標(biāo)準(zhǔn)化處理后的量值，然后計(jì)算了2000年冬至 2011年冬逐日的Iscsf與華南降水指數(shù)的相關(guān)為 0.42（通過(guò)了自由度為 1083，顯著性水平α=0.001的顯著性水平檢驗(yàn)）。說(shuō)明在逐日連續(xù)的氣候時(shí)間尺度上華南準(zhǔn)靜止鋒與華南冬季降水關(guān)系較為密切：準(zhǔn)靜止鋒偏強(qiáng)時(shí)，降水偏多。

我們又考察了188個(gè)強(qiáng)準(zhǔn)靜止鋒指數(shù)與其對(duì)應(yīng)的華南降水指數(shù)的相關(guān)為0.13，說(shuō)明在強(qiáng)準(zhǔn)靜止鋒前提下，準(zhǔn)靜止鋒的強(qiáng)度與降水的對(duì)應(yīng)關(guān)系不再良好。為了進(jìn)一步分析強(qiáng)準(zhǔn)靜止鋒背景下華南降水多寡的原因，定義華南降水指數(shù)≥0的為強(qiáng)降水事件，華南降水指數(shù)＜0的為弱降水事件，將188個(gè)強(qiáng)準(zhǔn)靜止鋒事件分為 59個(gè)對(duì)應(yīng)有強(qiáng)降水的事件和 121個(gè)對(duì)應(yīng)有弱降水的事件（188個(gè)強(qiáng)準(zhǔn)靜止鋒事件中受臺(tái)風(fēng)影響的 8個(gè)事件已去除）。我們發(fā)現(xiàn)強(qiáng)弱降水事件合成的850 hPa水汽通量散度（圖11a）和700 hPa垂直速度（圖11b），還有為降水提供背景環(huán)流的500 hPa高度場(chǎng)（圖11c）有顯著差異,而其他物理量場(chǎng)并沒(méi)有顯著差異（圖略）?？梢钥闯鲈趶?qiáng)準(zhǔn)靜止鋒的背景條件下，降水偏強(qiáng)時(shí)，在華南區(qū)域低層鋒區(qū)前部的水汽通量輻合偏大，上升速度偏大，500 hPa高度場(chǎng)上100°E左右的南支槽偏強(qiáng)，華南處于南之槽前，東亞大槽偏弱。

這說(shuō)明，即使強(qiáng)準(zhǔn)靜止鋒提供了冷暖氣團(tuán)在華南地區(qū)相遇的有利降水的大尺度環(huán)流場(chǎng)，大量的降水還是需要充足水汽和上升運(yùn)動(dòng)的配合。這也說(shuō)明強(qiáng)準(zhǔn)靜止鋒強(qiáng)度與降水量之間的非線性關(guān)系可能是由于強(qiáng)準(zhǔn)靜止鋒的不同種類(lèi)型所導(dǎo)致的，例如，在上一節(jié)我們發(fā)現(xiàn)南風(fēng)型強(qiáng)準(zhǔn)靜止鋒對(duì)應(yīng)的南支槽偏強(qiáng)，水汽和垂直運(yùn)動(dòng)也偏強(qiáng)，因此南風(fēng)型的準(zhǔn)靜止鋒即使在強(qiáng)度不是很大的情況下也可能產(chǎn)生較強(qiáng)的降水。

6 結(jié)論與討論

本文利用了12年冬季（2000～2011年）逐日的 FNL分析資料研究了冬季華南準(zhǔn)靜止鋒偏強(qiáng)時(shí)的鋒區(qū)特征，環(huán)流結(jié)構(gòu)分型，以及準(zhǔn)靜止鋒與華南冬季降水的關(guān)系，得到以下結(jié)論：

（1）冬季華南準(zhǔn)靜止鋒表現(xiàn)為對(duì)流層低層的?θse/?y 大值區(qū)（即等θse線的密集帶），鋒面隨高度向北傾斜。根據(jù)850 hPa的區(qū)域平均的?θse/?y 定義了冬季華南準(zhǔn)靜止鋒的強(qiáng)度指數(shù) Iscsf=－?θse/?y850hPa（23°～27°N，106°～118°E）。

（2）冬季強(qiáng)準(zhǔn)靜止鋒事件多發(fā)于 1、2月，其發(fā)生頻次有明顯的年際變化，近 12年呈現(xiàn)明顯上升趨勢(shì)。

圖8 三種類(lèi)型準(zhǔn)靜止鋒合成的850 hPa相對(duì)濕度和700 hPa垂直速度圖：（a）北風(fēng)輻合型；（b）南北風(fēng)輻合型；（c）南風(fēng)輻合型。圖中等值線為相對(duì)濕度；填色陰影為垂直速度（Pa s-1）；矩形框表示關(guān)鍵區(qū)域（23°～27°N，106°～118°E）Fig. 8 Composite relative humidity and vertical velocity at 850 hPa of three types of fronts: (a)Northerly convergence type; (b)southerly and northerly convergence type; (c)southerly convergence type. The contours are for relative humidity; yellow shadows are for vertical velocity (Pa s-1); the blue box(23°–27°N, 106°–118°E)is the key area

圖9 三種類(lèi)型準(zhǔn)靜止鋒合成的日降水量（0.1 mm）：（a）北風(fēng)輻合型；（b）南北風(fēng)輻合型；（c）南風(fēng)輻合型。矩形框表示關(guān)鍵區(qū)域（23°～27°N，106°～118°E）Fig. 9 Composite daily precipitation (0.1 mm)of three types of fronts: (a)Northerly convergence type; (b)southerly and northerly convergence type; (c)southerly convergence type. The blue box (23°–27°N, 106°–118°E)is the key area

圖10 三種類(lèi)型準(zhǔn)靜止鋒的日降水量相對(duì)于12年冬季平均的日降水量的異常場(chǎng)（0.1 mm）：（a）北風(fēng)輻合型；（b）南北風(fēng)輻合型；（c）南風(fēng)輻合型。矩形框表示關(guān)鍵區(qū)域（23°～27°N，106°～118°E）Fig. 10 Composite daily precipitation anomaly (0.1 mm)of three types of fronts from the climatology: (a)Northerly convergence type; (b)southerly and northerly convergence type; (c)southerly convergence type. The blue box (23°–27°N, 106°–118°E)is the key area

（3）冬季強(qiáng)準(zhǔn)靜止鋒表現(xiàn)為等θse線、等溫線的密集帶，濕舌位于鋒區(qū)以南，鋒區(qū)逆溫明顯，伴隨 正相對(duì)渦度和水汽通量輻合，鋒區(qū)由南北風(fēng)輻合構(gòu)成，上升氣流主要位于鋒區(qū)上部，緯向有兩個(gè)次級(jí)環(huán)流與鋒區(qū)相對(duì)應(yīng)。

圖11 強(qiáng)、弱降水事件的差值場(chǎng)：（a）850 hPa的水汽通量（單位：g s-1 hPa-1 cm-1）及其散度（單位：－10-8 g s-1 hPa-1 cm-2）；（b）700 hPa的垂直速度（單位：Pa s-1）；（c）500 hPa高度場(chǎng)（gpm）。陰影區(qū)為超過(guò)95%統(tǒng)計(jì)置信度水平的區(qū)域；矩形框?yàn)楸碚魅A南準(zhǔn)靜止鋒的關(guān)鍵區(qū)（23°～27°N，106°～118°E）Fig. 11 Composite differences between strong and weak precipitation events: (a)Water vapor flux (g s-1 hPa-1 cm-1)and its divergence (－10-8 g s-1 hPa-1 cm-2)at 850 hPa; (b)vertical velocity (Pa s-1)at 700 hPa; (c)geopotential height (gpm)at 500 hPa. The shaded areas are significant at the 95% confidence level; the box (23°–27°N, 106°–118°E)is the key area

（4）根據(jù)850 hPa的鋒區(qū)風(fēng)場(chǎng)輻合情況，可將強(qiáng)華南準(zhǔn)靜止鋒分為3種類(lèi)型：北風(fēng)輻合型，南北風(fēng)輻合型，南風(fēng)輻合型，其中南北風(fēng)輻合型發(fā)生頻次最多。三種類(lèi)型中，北風(fēng)輻合型對(duì)應(yīng)的北方冷空氣最強(qiáng)盛，水汽和上升運(yùn)動(dòng)條件最弱，華南冬季降水最少；南風(fēng)輻合型對(duì)應(yīng)的南支槽最活躍，北方冷空氣最弱，水汽和上升運(yùn)動(dòng)條件最強(qiáng)，降水最多；南北風(fēng)輻合型則介于兩者之間。

（5）冬季華南準(zhǔn)靜止鋒與冬季華南降水有一定相關(guān)，在強(qiáng)準(zhǔn)靜止鋒的背景下，降水偏多時(shí)，華南低層的水汽通量輻合和上升運(yùn)動(dòng)偏強(qiáng)，500 hPa華南處于偏強(qiáng)南支槽前。

要說(shuō)明的是，本文基于一個(gè)簡(jiǎn)潔的鋒強(qiáng)度指數(shù)對(duì) 12年冬季的華南準(zhǔn)靜止鋒的低層鋒區(qū)的結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)研究，但與鋒面理論相關(guān)的鋒生函數(shù)、高空鋒區(qū)等內(nèi)容尚未涉及。例如，高空急流的加速可以使得高低層之間質(zhì)量調(diào)整從而引起鋒生（高守亭和陶詩(shī)言，1991；李永紅和張可蘇，1992），那么華南冬季多年平均的高空急流與準(zhǔn)靜止鋒鋒生的關(guān)系如何？再例如，我們計(jì)算了 12年冬季平均的鋒生函數(shù)水平項(xiàng)（圖略），華南區(qū)域?yàn)殇h生，鋒生函數(shù)大值區(qū)與我們選擇的關(guān)鍵區(qū)域一致。這是因?yàn)槲覀冞x取的鋒強(qiáng)度指數(shù)?θse/?y 包含在鋒生函數(shù)的水平項(xiàng)中：簡(jiǎn)化考慮等θse線平行于x軸，則化簡(jiǎn)得到的鋒生函數(shù)水平項(xiàng)為： ? θse/ [?y(?v/?y)]，式中包含了?θse/?y。那么，華南區(qū)域多年冬季平均的鋒生函數(shù)傾斜項(xiàng)和非絕熱加熱項(xiàng)對(duì)華南準(zhǔn)靜止鋒的貢獻(xiàn)是鋒生還是鋒消呢？水平項(xiàng)中，變形場(chǎng)、散度場(chǎng)和渦度場(chǎng)對(duì)鋒生的貢獻(xiàn)又是如何的？如果用有預(yù)報(bào)意義的鋒生函數(shù)指數(shù)來(lái)研究 12年的冬季華南準(zhǔn)靜止鋒結(jié)果又是怎樣？這些問(wèn)題都值得深入探討，我們將在下一步的工作中展開(kāi)研究。

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