论文部分内容阅读
摘要 本文简要概括了辽源地区初霜冻出现规律和分布特点，总结初霜出现前24 h环流形势可分为两槽一脊型、一槽一脊型，由新地岛或新西伯利亚群岛南下强冷空气造成，同时给出三个短期初霜冻预报方法。
关键词 初霜冻;冷空气;环流形势;预报方法
中图分类号：S425 文章标识码：A 文章编号：2095–3305（2020）06–0–02
DOI：10.19383/j.cnki.nyzhyj.2020.06.024
霜冻是吉林省农业生产的主要灾害之一，初霜日影响大田作物成熟，终霜日早晚对大田春播有较大影响，春季终霜出现时间越迟，秋季初霜出现越早，对作物危害越大。因此，由初、终霜决定的无霜期是广泛用于衡量一地农业气候资源的指标[1]。辽源地区地处吉林省中南部，是重要的商品粮基地，每年都会因霜冻害对农业产量产生影响。日常天气预报工作中，一直把初、终霜预报作为春秋季预报与为农服务的重点之一。尤其秋季第一场霜冻若来得早，会影响农作物籽粒成熟度，导致农业减产，正确作准霜冻预报有重要的经济价值。本文重点分析研究辽源地区初霜分布规律及其发生气象条件，找出一些预报指标，对今后初霜预报有一定的指导意义。
1 辽源地区初霜分布特征
辽源地区位于吉林省中南部，地处东部长白山区向西部松辽平原过渡地带，以丘陵为主，其间有少量低山，属低山丘陵区，总的地势东高西低，南高北低，由东南向西北逐渐倾斜。每年9月中旬开始，辽源地区自东北向西南开始出现初霜（以首次日极端最低气温≤2℃为初霜日），由于辽源地区行政区域较小，全区各乡镇出现初霜日期基本同步（平均情况一般不超过3 d），仅霜冻程度不同。以2020年初霜日为典型个例（图1），东丰县各乡镇气温普遍较辽源市区及东辽县低，其中，最低气温在东丰县南部及东部，这与地形特点有关，纬度高地区比纬度低地区初霜冻要早、霜冻状况稍重;从西部、南部最低温度与市（县）区内最低温度分布可见，市（县）区比四周乡镇气温要高，霜冻状况略轻;同纬度地区平坦地带比山地偏晚，初霜程度稍轻。
辽源平均初霜日为9月23日，最早初霜日为9月8日（1972年和2009年），最晚在10月11日（1959年）;东丰平均初霜日为9月20日，最早初霜日为8月29日（2009年），最晚在10月8日（2006年）。由于气候变暖，2000年中前期无霜期延长，即初霜日推迟，终霜日提前。从20世纪70年代到2010年初霜日平均为9月22日，接近历年平均日期，但2010—2020年平均初霜日比历年推迟5 d，其中东丰县推迟近8 d。2020年初霜日在2020年10月6日，接近历史上最晚初霜日记录。
2 霜冻成因
霜冻是由于北方冷空气侵入引起的急剧降温，随后又因夜间辐射冷却而造成[1]。2001年吉林省气象专家汪秀清等研究发现，影响吉林省初霜的冷空气源地有两个[2]：一个在新地岛，另一个在新西伯利亚群岛;影响吉林省的冷空气路径有三条：一是西北路径10次，源地新地岛;二是北路径8次（包括超极地冷空气），源地新西伯利亚群岛;三是西路径2次（源地新地岛）。其中，北路和西北路径冷空气势力最强，90%初霜都是受这两条路径影响，西来路径冷空气势力较弱，10%初霜为西来路径冷空气影响。
3 初霜环流形势
辽源地区初霜产生在一定大尺度环流背景下，根据发生前后天气条件得出初霜出现前24 h环流形势为两槽一脊型和一槽一脊型两种。
3.1 两槽一脊型
以2020年10月6日为典型个例，初霜出现前，500 hPa高空（图2），乌拉尔山与鄂霍次克海附近分别存在两个大槽区，冷空气主体比较偏北，在65°N以北，位于极涡东南部。锋区位于50°N～70°N，巴尔喀什湖与贝加尔湖之间为一较强高压脊，冷空气沿脊前偏北气流下滑后东移进入吉林省，影响辽源产生初霜，辽源高度在556 gpm附近。
3.2 一槽一脊型（强低涡型）
以2010年9月22日为例，初霜出现前24 h的500 hPa高空（图3），长波槽位于贝加尔湖以东到我国东北地区，在30°N～50°N有一支强锋区，并有冷温度中心和槽后偏北风急流相配合。东北区高度场较前期明显下降，辽源高度在556 gpm附近。
4 初霜预报方法（短期）
4.1 相似预报法
根据上面给出的初霜前24 h两种环流特征类型，用欧洲500 hPa高空实况资料和这两种模型找相似。每年9—10月，有符合初霜前期环流特征模型的任意一种类型时，就可做初霜预报。该方法属于高空形势相似预报方法，另外，还要配合温度场和高度场要素条件，做好初霜预报。
4.2 指标预报法
4.2.1 温度条件分析及预报 做好初霜预报，首先要注意温度条件变化，尤其注意冷空气强弱。汪秀清等对1971—1990年20年吉林省初霜日700 hPa及850 hPa温度场进行统计分析得出，初霜日700 hPa气温场20年平均达-7℃，即当-7℃线压到吉林省中部、850 hPa上气温达2℃时，吉林省就有一次霜出现，拟和率可达81%。另外初霜日前3～5 d至当天，日本预报产品显示850 hPa气温降幅达6℃以下出现初霜概率为89%，氣温下降幅度8℃以下出现初霜概率为77.8%。因此，可以利用日本中期数值预报产品850 hPa气温变化做初霜预报。辽源地区同样可采用此方法，9—10月每天把未来3～5 d的850 hPa本站气温值读出来，观察演变规律，如出现降温达6～8℃时，就可做初霜预报。
4.2.2 高度场的预报 在具备了温度条件后，还要看环流条件的预报，即高度场的演变。据研究，在初霜的前3～5 d高空环流有一次明显的调整，既东北区高度场有一次明显的下降过程，说明初霜是由较强的冷空气影响造成的。初霜日和前3～5 d的高度值下降80～100 gpm，出现霜的概率>80%，因此，把高空500 hPa高度值的降幅作为初霜预报的另一个指标。在9—10月，对欧洲EC预报的高度场进行跟踪分析，如实况场和未来3～5 d预报场高度值有下降80～100 gpm时，就可以做初霜预报。由于使用的是20∶00预报资料，因此在实际应用时，最低值出现的第2天或第3天早晨便是初霜出现时间。 4.3 经验预报法
和预报降水（一般及灾害性雨雪）一样，要做好初霜预报，除对形势场和温度等要素场分析外，还必须注重实况场分析，要仔细分析本地区各测站实时气象要素变化特征。同时注意上下游效应，在此基础上参考数值预报进行分析预报。以多年预报经验以及对近10年预报霜日统计分析，得出以下6点预报指标：（1）预报前1 d或当天有降水，预报日的夜间天气晴朗;（1）预报前1 d或当天为偏西风或偏北风，且预报日风速为静风或<5 m/s;（3）预报日14∶00 Td一般为负值，或比预报前1 d 14∶00 Td下降5℃或以上;（4）预报日14∶00的ΔT24一般为负变温;（5）850 hPa 24 h温度预报值在-4～8℃;（6）预报日T639 2 m温度预报值≤3℃。当确定环流特征符合初霜前期模型任意一种类型时，又符合上述条件的3～4条或以上，即可预报第2天有初霜。
5 小结
（1）初霜发生在亚洲中高纬呈两槽一脊或一槽一脊环流背景形势下，由新地岛或新西伯利亚群岛南下的强冷空气所造成。
（2）辽源地区各乡镇初霜出现时间基本同步，历年平均一般不超过3 d。纬度高地区比纬度低地区初霜冻要早、霜冻状况稍重;西部、南部等山地区域比市（县）区或同纬度地区的测站平坦地带比山地偏晚。
（3）初霜的预报可用高空形势相似预报方法，但要配合温度场和高度场的要素条件，进行分析预报;可借鉴省气象专家研究的初霜的预报方法，用850 hPa本站气温预报值和500 hPa高度值演变规律，当降温幅度达6～8℃，高空500 hPa高度值下降80～100 gpm时，就可以做初霜的预报;并得出可用预报实践经验指标6条。
（4）霜冻是一种较为常见的农业气象灾害，而初霜冻出现早使秋收作物因冻害大幅减产造成的危害更为严重。因此，在日常工作中应该注意结合气候、天气形势的变化趋势，不断订正数值产品的预报，对出现的异常情况要认真总结分析、查找原因、積累经验，不断提高初霜冻的预报业务水平和服务能力。
参考文献
[1] 汪秀清，吴宪军，刘海峰，等.吉林省初霜的环流特征及中期预报[J].吉林气象，2001（4）：8–15.
责任编辑：黄艳飞
Distribution Characteristics and Forecast Method of First Frost in Liaoyuan Area
DU Ping-ping et al （Liaoyuan Meteorological Bureau， Liaoyuan， Jilin 136200）
Abstract This paper briefly summarizes the occurrence and distribution characteristics of the first frost in Liaoyuan area. It is concluded that the circulation situation 24 hours before the first frost in Liaoyuan area can be divided into two trough one ridge type and one trough one ridge type， which are caused by the strong cold air from the south of Xindi island or Novosibirsk islands. At the same time， three short-term forecast methods of initial frost are given.
Key words First frost; Cold air; Circulation situation; Forecast method
作者简介 杜平萍（1969–），女，吉林辽源，本科，工程师，从事气象工作。
收稿日期 2020–06–15
关键词 初霜冻;冷空气;环流形势;预报方法
中图分类号：S425 文章标识码：A 文章编号：2095–3305（2020）06–0–02
DOI：10.19383/j.cnki.nyzhyj.2020.06.024
霜冻是吉林省农业生产的主要灾害之一，初霜日影响大田作物成熟，终霜日早晚对大田春播有较大影响，春季终霜出现时间越迟，秋季初霜出现越早，对作物危害越大。因此，由初、终霜决定的无霜期是广泛用于衡量一地农业气候资源的指标[1]。辽源地区地处吉林省中南部，是重要的商品粮基地，每年都会因霜冻害对农业产量产生影响。日常天气预报工作中，一直把初、终霜预报作为春秋季预报与为农服务的重点之一。尤其秋季第一场霜冻若来得早，会影响农作物籽粒成熟度，导致农业减产，正确作准霜冻预报有重要的经济价值。本文重点分析研究辽源地区初霜分布规律及其发生气象条件，找出一些预报指标，对今后初霜预报有一定的指导意义。
1 辽源地区初霜分布特征
辽源地区位于吉林省中南部，地处东部长白山区向西部松辽平原过渡地带，以丘陵为主，其间有少量低山，属低山丘陵区，总的地势东高西低，南高北低，由东南向西北逐渐倾斜。每年9月中旬开始，辽源地区自东北向西南开始出现初霜（以首次日极端最低气温≤2℃为初霜日），由于辽源地区行政区域较小，全区各乡镇出现初霜日期基本同步（平均情况一般不超过3 d），仅霜冻程度不同。以2020年初霜日为典型个例（图1），东丰县各乡镇气温普遍较辽源市区及东辽县低，其中，最低气温在东丰县南部及东部，这与地形特点有关，纬度高地区比纬度低地区初霜冻要早、霜冻状况稍重;从西部、南部最低温度与市（县）区内最低温度分布可见，市（县）区比四周乡镇气温要高，霜冻状况略轻;同纬度地区平坦地带比山地偏晚，初霜程度稍轻。
辽源平均初霜日为9月23日，最早初霜日为9月8日（1972年和2009年），最晚在10月11日（1959年）;东丰平均初霜日为9月20日，最早初霜日为8月29日（2009年），最晚在10月8日（2006年）。由于气候变暖，2000年中前期无霜期延长，即初霜日推迟，终霜日提前。从20世纪70年代到2010年初霜日平均为9月22日，接近历年平均日期，但2010—2020年平均初霜日比历年推迟5 d，其中东丰县推迟近8 d。2020年初霜日在2020年10月6日，接近历史上最晚初霜日记录。
2 霜冻成因
霜冻是由于北方冷空气侵入引起的急剧降温，随后又因夜间辐射冷却而造成[1]。2001年吉林省气象专家汪秀清等研究发现，影响吉林省初霜的冷空气源地有两个[2]：一个在新地岛，另一个在新西伯利亚群岛;影响吉林省的冷空气路径有三条：一是西北路径10次，源地新地岛;二是北路径8次（包括超极地冷空气），源地新西伯利亚群岛;三是西路径2次（源地新地岛）。其中，北路和西北路径冷空气势力最强，90%初霜都是受这两条路径影响，西来路径冷空气势力较弱，10%初霜为西来路径冷空气影响。
3 初霜环流形势
辽源地区初霜产生在一定大尺度环流背景下，根据发生前后天气条件得出初霜出现前24 h环流形势为两槽一脊型和一槽一脊型两种。
3.1 两槽一脊型
以2020年10月6日为典型个例，初霜出现前，500 hPa高空（图2），乌拉尔山与鄂霍次克海附近分别存在两个大槽区，冷空气主体比较偏北，在65°N以北，位于极涡东南部。锋区位于50°N～70°N，巴尔喀什湖与贝加尔湖之间为一较强高压脊，冷空气沿脊前偏北气流下滑后东移进入吉林省，影响辽源产生初霜，辽源高度在556 gpm附近。
3.2 一槽一脊型（强低涡型）
以2010年9月22日为例，初霜出现前24 h的500 hPa高空（图3），长波槽位于贝加尔湖以东到我国东北地区，在30°N～50°N有一支强锋区，并有冷温度中心和槽后偏北风急流相配合。东北区高度场较前期明显下降，辽源高度在556 gpm附近。
4 初霜预报方法（短期）
4.1 相似预报法
根据上面给出的初霜前24 h两种环流特征类型，用欧洲500 hPa高空实况资料和这两种模型找相似。每年9—10月，有符合初霜前期环流特征模型的任意一种类型时，就可做初霜预报。该方法属于高空形势相似预报方法，另外，还要配合温度场和高度场要素条件，做好初霜预报。
4.2 指标预报法
4.2.1 温度条件分析及预报 做好初霜预报，首先要注意温度条件变化，尤其注意冷空气强弱。汪秀清等对1971—1990年20年吉林省初霜日700 hPa及850 hPa温度场进行统计分析得出，初霜日700 hPa气温场20年平均达-7℃，即当-7℃线压到吉林省中部、850 hPa上气温达2℃时，吉林省就有一次霜出现，拟和率可达81%。另外初霜日前3～5 d至当天，日本预报产品显示850 hPa气温降幅达6℃以下出现初霜概率为89%，氣温下降幅度8℃以下出现初霜概率为77.8%。因此，可以利用日本中期数值预报产品850 hPa气温变化做初霜预报。辽源地区同样可采用此方法，9—10月每天把未来3～5 d的850 hPa本站气温值读出来，观察演变规律，如出现降温达6～8℃时，就可做初霜预报。
4.2.2 高度场的预报 在具备了温度条件后，还要看环流条件的预报，即高度场的演变。据研究，在初霜的前3～5 d高空环流有一次明显的调整，既东北区高度场有一次明显的下降过程，说明初霜是由较强的冷空气影响造成的。初霜日和前3～5 d的高度值下降80～100 gpm，出现霜的概率>80%，因此，把高空500 hPa高度值的降幅作为初霜预报的另一个指标。在9—10月，对欧洲EC预报的高度场进行跟踪分析，如实况场和未来3～5 d预报场高度值有下降80～100 gpm时，就可以做初霜预报。由于使用的是20∶00预报资料，因此在实际应用时，最低值出现的第2天或第3天早晨便是初霜出现时间。 4.3 经验预报法
和预报降水（一般及灾害性雨雪）一样，要做好初霜预报，除对形势场和温度等要素场分析外，还必须注重实况场分析，要仔细分析本地区各测站实时气象要素变化特征。同时注意上下游效应，在此基础上参考数值预报进行分析预报。以多年预报经验以及对近10年预报霜日统计分析，得出以下6点预报指标：（1）预报前1 d或当天有降水，预报日的夜间天气晴朗;（1）预报前1 d或当天为偏西风或偏北风，且预报日风速为静风或<5 m/s;（3）预报日14∶00 Td一般为负值，或比预报前1 d 14∶00 Td下降5℃或以上;（4）预报日14∶00的ΔT24一般为负变温;（5）850 hPa 24 h温度预报值在-4～8℃;（6）预报日T639 2 m温度预报值≤3℃。当确定环流特征符合初霜前期模型任意一种类型时，又符合上述条件的3～4条或以上，即可预报第2天有初霜。
5 小结
（1）初霜发生在亚洲中高纬呈两槽一脊或一槽一脊环流背景形势下，由新地岛或新西伯利亚群岛南下的强冷空气所造成。
（2）辽源地区各乡镇初霜出现时间基本同步，历年平均一般不超过3 d。纬度高地区比纬度低地区初霜冻要早、霜冻状况稍重;西部、南部等山地区域比市（县）区或同纬度地区的测站平坦地带比山地偏晚。
（3）初霜的预报可用高空形势相似预报方法，但要配合温度场和高度场的要素条件，进行分析预报;可借鉴省气象专家研究的初霜的预报方法，用850 hPa本站气温预报值和500 hPa高度值演变规律，当降温幅度达6～8℃，高空500 hPa高度值下降80～100 gpm时，就可以做初霜的预报;并得出可用预报实践经验指标6条。
（4）霜冻是一种较为常见的农业气象灾害，而初霜冻出现早使秋收作物因冻害大幅减产造成的危害更为严重。因此，在日常工作中应该注意结合气候、天气形势的变化趋势，不断订正数值产品的预报，对出现的异常情况要认真总结分析、查找原因、積累经验，不断提高初霜冻的预报业务水平和服务能力。
参考文献
[1] 汪秀清，吴宪军，刘海峰，等.吉林省初霜的环流特征及中期预报[J].吉林气象，2001（4）：8–15.
责任编辑：黄艳飞
Distribution Characteristics and Forecast Method of First Frost in Liaoyuan Area
DU Ping-ping et al （Liaoyuan Meteorological Bureau， Liaoyuan， Jilin 136200）
Abstract This paper briefly summarizes the occurrence and distribution characteristics of the first frost in Liaoyuan area. It is concluded that the circulation situation 24 hours before the first frost in Liaoyuan area can be divided into two trough one ridge type and one trough one ridge type， which are caused by the strong cold air from the south of Xindi island or Novosibirsk islands. At the same time， three short-term forecast methods of initial frost are given.
Key words First frost; Cold air; Circulation situation; Forecast method
作者简介 杜平萍（1969–），女，吉林辽源，本科，工程师，从事气象工作。
收稿日期 2020–06–15