朱业，翟国庆，严俊，刘瑞，苏涛

（1.浙江大学地球科学系，浙江杭州310027；2.浙江省海洋监测预报中心，浙江杭州310007）

1 引言

浙江省地处我国东南沿海，是全国海洋灾害最严重的省份之一。引起海洋灾害的主要天气过程是热带气旋、冷空气和温带气旋。温带气旋在浙江东移入海过程中，往往会迅速发展，其产生的大风和大浪给海上航行和作业渔船的安全带来严重威胁。本文统计了1968—2011年44年间浙江海域的温带气旋过程，发现由其引发的灾害性海浪（指海上有效波高达到或超过4 m）的天数达473 天，年均11 天。从海事部门和渔业部门得到的统计资料显示:由温带气旋过程造成的船只损毁事件几乎每年都有发生，甚至还出现了严重的人员伤亡事件。因此，急需提高对温带气旋的预报水平，减少此类天气系统造成的灾害。

虽然近二十几年来学者和专家们利用各种统计方法、物理机制分析、数值试验来研究温带气旋的发展理论[1-8]，但是研究进展缓慢，还没有重大突破，尚未对其物理机制的认识形成较完备的理论解释，而且很多还处于理论探讨，不能应用于实际的预报业务工作。因此，在实际的温带气旋预报工作中，及时分析预报准确率，总结经验教训，研究个例的发展机制，寻找预报着眼点，对提高温带气旋的预报能力有非常重要的意义。本文对44年来影响浙江海域的温带气旋进行了时空分布特征分析，并通过对一次影响浙江海域的温带气旋发展过程中的高低空配置和物理场变化情况进行分析，反演气旋发展过程中各物理量的变化特征，寻找此类气旋预报的着眼点。

2 影响浙江海域的温带气旋及特点

本文将中国5、6 海区定义为浙江海域（见图1）。影响浙江海域的温带气旋主要是江淮气旋、东海气旋，统计发现影响浙江海域的温带气旋中心气压一般在1000 hPa左右，强度普遍不是很强。气旋进入海上后，由于受到海面的水汽和热量供给，或者由于冷空气的补充，常常强度快速增强，从而使天气和海况的变化更加剧烈。气旋在入海过程中往往发展迅速，移动较快，通常有40 km/h 左右，因而常会突然降临海域，给渔场生产与海上航行安全带来很大影响。

2.1 影响浙江海域的温带气旋统计

统计1968—2011年共44年中浙江海域由温带气旋引起的灾害性海浪过程有303 个，平均每年出现6.9个。其中由单纯的温带气旋引起的灾害性海浪过程有92个（占30.4%），由温带气旋与冷空气配合引起的灾害性海浪过程有211 个（占69.6%）。单纯的温带气旋过程主要发生在3—6月，由温带气旋和冷空气配合引起灾害性大浪的过程主要发生11月至次年4月。

1968—2011年影响浙江海域的这303个温带气旋过程，总共出现了灾害性海浪天数473天，年均11天，平均每个温带气旋过程造成浙江海域灾害性海浪天数为1.6天。其中由单纯的温带气旋过程引起的灾害性海浪天数有125 天，平均每个过程出现灾害性海浪天数为1.4 天；由温带气旋和冷空气配合引起灾害性海浪天数有348 天，平均每个过程出现灾害性海浪天数为1.7 天，可见有冷空气配合的温带气旋过程影响浙江海域的时间更久些。

通过对实况资料分析发现，浙江海域温带气旋造成的海面风浪特点主要有以下三方面:（1）温带气旋的暖锋前，受偏东风影响，浪向偏东，由于风时较短，浪高不大；（2）温带气旋的冷锋前，受偏南风影响，大都出现偏南向浪，风浪、涌浪并存，浪高居中；（3）温带气旋的冷锋后，主要为偏北风，风力强，风时也长，浪高偏大，整个波浪场中最大浪就出现在冷锋过后的海面上（与周庆等[9]的结论一致）。

2.2 影响浙江海域的温带气旋年际变化

引起灾害性海浪的温带气旋过程年际变化很大，最多的是1980年，出现了30个，其次是1985年、1984年为25 个、21 个，最少的是1991年、1992年和2009年，没有出现因温带气旋引起的灾害性海浪过程，1994年、1995年、1997年和2011年也只出现了1个。分析这44年来影响5、6海区的温带气旋个数，发现从19 世纪60年代末到80年代中期，影响浙江海域的温带气旋是一个逐年波动上升的过程，80年代中期至2011年影响浙江海域的温带气旋过程一直处于一个低位的震荡波动期（见图2）。

2.3 影响浙江海域的温带气旋年代际变化

由于资料的年限限制，去除年代不完整的1968年、1969年和2010年、2011年。取年代完整的进行讨论，将1970—1979年定义为20 世纪70年代，1980—1989年定义为20 世纪80年代，1990—1999年定义为20 世纪90年代，2000—2009年定义为21世纪初。

图1 中国5、6海区分布图

图2 1968—2011年浙江海域由温带气旋引起的灾害性海浪过程各年分布情况

图3 20世纪70年代—21世纪初浙江海域由温带气旋引起的灾害性海浪过程情况

由图3 所示，年代际变化也很明显，20 世纪80年代在浙江海域引起灾害性海浪过程的温带气旋个数最多，达到145 个，占这些年代总个数的50%，其次为20世纪70年代和21世纪初，分别为81个和47个，最少为20世纪90年代，只有21个。

2.4 影响浙江海域的温带气旋月际变化

从月际分布来看（见图4），各月温带气旋引起的灾害性海浪个数的差别比较明显。其中，出现最多的月份是3月（与秦曾灏等[10]的结论一致），44年中3月份总共有55 个，约占温带气旋总个数的18%；最少月份为7月，总共只有4个，约占总个数的1%。7、8、9 三个月温带气旋引起灾害性海浪过程都很少，44年中这三个月总和只有16 个，占总个数的5%。影响浙江海域的温带气旋月际变化特征是从11月份影响个数翻倍增加，到3月达到最大，之后又逐月减小。从11月到次年4月，这半年中，影响浙江海域的温带气旋有242 个，占温带气旋总数的80%，因此在这半年中要特别关注温带气旋对浙江海域的影响。

3 温带气旋个例的诊断分析

3.1 温带气旋个例介绍

本文模拟了2009年11月份的一次温带气旋过程，该次过程引起了严重的海上沉船事故：11月10日16时左右（本文时间均为世界时），舟山市一渔船在东经124°7′，北纬32°11′因风浪过大，沉没，船上4名船员落水失踪。

分析该次温带气旋过程浙江海洋站和海上浮标的实况资料，最大风速出现在嵊山站，11月10日07时出现了偏北风25.8 m/s（10级），该站在10日05时测到过程最低气压998.2 hPa，10日09时测到最大有效波高3.5 m；舟外浮标，10日12时出现了5.4 m的最大有效波高，该浮标在10日13 时测到最大波高有7.7 m。

3.2 实验设计

为了对本次入海气旋的物理过程进行高时空分辨率的分析，采用WRF3.0 中尺度数值模式及其自带的WRFVAR 同化模块进行同化试验。模拟时间从2009年11月9日01时—11月11日00时，积分48 h。研究过程使用资料包括以下几种：美国国家环境预报中心National Center for Environmental Prediction（简称NCEP）的全球6 h 间隔再分析格点场资料，用于提供模式初始场（同化试验中该资料做为第一猜值场）；国家卫星气象中心风云卫星遥感数据服务网提供的风云二号（FY-2C）云迹风矢（CDW）资料（水汽、红外两个通道）、总云量（CTA）资料，用于云迹风资料不同通道选择；日本高精度格点场资料（JRD），作为实况资料对云迹风进行质量控制，每12 h更新边界、侧边界条件。

模拟过程中采用二重嵌套网格，第一重格距为30 km，第二重格距为10 km；第一重格点数120×100，垂直分层31 层;模拟中心选取北纬30°，东经120.74°。通过对不同物理化参数方案进行对比，试验的物理参数采用了如下的方案：Lin etal微物理方案[11]，RRTM 长波辐射方案[12]，Dudhia 短波辐射方案[13]，YSU 边界层方案[14]和Betts-Miller-Janjic 积云对流参数化方案[15-16]。

3.3 温带气旋的诊断分析

从2009年11月9日00时至12时是温带气旋从陆上的低压扰动到生成的阶段，以下对温带气旋生成阶段各物理量的变化进行分析，寻找预报着眼点。将气旋生成发展经过区域作为重点关注区域，该区域定为北纬28°—32°，东经116°—128°之间，本文后面提到的关注区域均为该区域。

3.3.1 涡度

850 hPa 上，11月9日04 时在关注区域出现正涡度区，正涡度区位于气旋移动方向的前方，正值较小，位置比较分散，之后强度逐渐加强，08时在北纬29°、东经119°附近出现正涡度中心，强度约70e-5/s，之后涡度继续加强，12 时达到110e-5/s 以上，位置处于北纬29°、东经120°左右（见图5）。

700 hPa 上，9日05 时在关注区域出现正涡度区，正值较小，之后强度逐渐加强，08时在北纬29°、东经119°附近出现强度约90e-5/s正涡度中心，之后正涡度中心面积扩大，12时位置处于北纬29°、东经119—121°附近，图略。

500 hPa上正涡度较弱，图略。

可见2009年11月9日04 时开始，850 hPa 上出现正涡度区，1 h后700 hPa上也出现正涡度区，之后正涡度区域随着气旋往东移动也自西往东扩大加强，对应的850 hPa 和700 hPa 图上，在正涡度区域对应的位置附近气旋性涡旋加强，并逐渐成为闭合的低压中心，可见正涡度加强对此次温带气旋的生成起到了积极作用。

3.3.2 散度

500 hPa 上，11月9日04 时开始在关注区域出现辐散，之后辐散区域扩大，随着气旋往东移动，该辐散区域也逐渐从西往东延伸（见图6）。

700 hPa 上，9日05 时开始在关注区域出现辐合，面积很小，之后辐合强度加强、面积扩大，随着气旋的往东移动，辐合区域也自西往东加强扩展（见图7）。

850 hPa 上，9日05 时开始在关注区出现辐合，之后逐渐加强东移，与700 hPa情况类似，图略。

可见温带气旋发展过程中，低层辐合、高层辐散，有利于气流的上升运动，从而使气旋加强。

3.3.3 温度露点差

气旋的移动方向上，700 hPa，温度露点差（T-Td）<4℃，850 hPa，温度露点差（T-Td）<3℃，可见移动方向上，中下层空气湿度较大，将有水汽凝结、释放潜热，使高层减压变慢，因而使高层维持辐散，低层减压继续增强，气旋得以更快地发展，同时上升运动也增强。

图5 2009年11月9日850 hPa涡度情况

图6 2009年11月9日500 hPa辐散情况

图7 2009年11月9日700 hPa辐散情况

3.3.4 等压线和风场图分析

高纬地区，高空500 hPa短波槽东移，槽后冷空气随之移动，对应地面图上，蒙古高压前部冷空气不断向东南爆发，00 时，强冷空气主体位于渤海附近，06 时冷空气前部到达江苏中部，12 时到达浙江北部，即扰动区域北侧。

850 hPa上，南支槽前的西南风急流从9日00时开始逐渐加强，给江淮地区输送暖湿空气，因而在江淮区域形成了明显的中低层斜压区，并且冷锋通过暖下垫面形成大气层结位势不稳定区，气旋在该区易于维持和增强。

图8 垂直剖面的位置

图9 2009年11月9日14时风速、涡度的垂直剖面图

3.3.5 高空急流入口区右侧的次级环流分析

11月9日12 时出现闭合气旋性环流区域正好位于200 hPa急流入口区的右侧。过该环流中心做一斜的纵向剖面（见图8）。考虑到水平风速的量级是垂直风速的10 倍，为了更好的反应垂直风速情况，图9中的垂直风速取实际风速的10倍。通过对逐时图分析发现：从9日04时起118°附近一直为上升气流区，至12时上升气流顶部位于500 hPa附近，之后环流继续加强，13时上升气流顶部到达400 hPa附近，14 时上升至300 hPa 附近。正涡度区也有向上扩展的趋势。可见200 hPa急流入口区的右侧区域在气旋移动的方向和影响的时间内一直为整层的正涡度区，也是高空急流引起的间接次级环流的上升区域，都有利于气旋在移动过程中发展。

4 总结和展望

本文通过统计浙江海域1968—2011年44年中，由温带气旋引起的灾害性海浪过程，发现：每次温带气旋过程造成灾害性海浪天数平均为1.6 天，其中冷空气配合的温带气旋过程影响浙江海域的时间更久些；温带气旋的冷锋后，主要为偏北风，风力强，风时也长，浪高偏大，海上事故多发生在这里；温带气旋过程年际变化很大，最多的是1980年，80年代中期至2011年影响浙江海域的温带气旋一直处于一个低位的震荡波动期；年代际变化明显，20世纪80年代影响浙江海域的温带气旋个数最多，占总个数的50%；各月差别显著，最多的是3月，11月到次年4月出现的温带气旋个数占总数的80%。因此，温带气旋的大浪警报时效一般需要超过两天；需要着重预警冷锋过后海面上的大浪过程；在冬春季的海洋预报工作中，要特别关注温带气旋的发生发展。

对温带气旋的个例研究发现：气旋性涡旋上空整层大气的正涡度加强对此次温带气旋的生成起到了积极作用；低层辐合、高层辐散，加速了气流的上升运动，从而使气旋加强；下层空气湿度较大，有水汽凝结、释放潜热，使高层减压变慢，因而使高层维持辐散，低层减压继续增强，气旋得以更快地发展，同时上升运动也增强；中低层存在斜压区，冷锋通过暖下垫面形成大气层结位势不稳定、低层的暖湿气流为气旋的发展提供了不稳定能量，气旋在该区易于维持和增强；高空急流入口区的右侧区域出现正涡度平流区，上升运动强烈，因而有利于气旋发展等结论。通过以上分析，认为在今后的温带气旋预报中，要特别关注气旋性涡旋移动方向上，整层大气的涡度、散度变化状况，分析大气湿度以及是否存在斜压不稳定，另外还要分析高低空急流状况，这些物理量的变化对气旋的发展起到了至关重要的作用。

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