洞庭湖区热量资源方面的灾害性天气分析

孟 鹏，杨 令，罗 婷，徐志辉

(1.湖南省南县气象局，湖南南县 413200；2.湖南省益阳市气象局，湖南益阳 413000)



洞庭湖区热量资源方面的灾害性天气分析

孟 鹏1，杨 令2，罗 婷2，徐志辉2

(1.湖南省南县气象局，湖南南县 413200；2.湖南省益阳市气象局，湖南益阳 413000)

采用洞庭湖区12个气象观测站1971～2013年常规气象资料，综合分析了影响洞庭湖区水稻生长热量资源方面的灾害性天气(倒春寒、5月低温、寒露风和高温热害)。结果表明，洞庭湖区倒春寒、5月低温、寒露风均呈减少趋势，高温热害年份站点数呈增加趋势；连续两旬出现倒春寒的年概率为2.3%，连续2年未出现寒露风的概率仅为2.4%；倒春寒年分布呈现由南向北“V”字型递增的趋势，5月低温年分布和次数分布均呈现西南多东北少的趋势，寒露风年分布和次数分布均呈现山区多、湖区少的趋势；山区出现高温热害的年数较多，海拔越高出现的机率越大；各类灾害性热量资源天气的发生有其特定的天气形势。

热量资源；灾害性天气；变化规律；天气形势

洞庭湖区位于长江中游以南、湖南省北部(28°44′～29°35′N、111°53′～113°00′E)，境内10余个国有农场，水、土、生物等资源丰富，开发历史悠久，已成为国内主要商品粮生产基地。洞庭湖区为向北开口马蹄形特殊地形，是气象灾害多发地，如倒春寒、阴雨寡照、5月低温、高温热害、干热风等，对农作物生长影响较大。近些年来在全球气候变暖的背景下，各地区年平均气温不断升高，极端天气气候事件趋多增强[1]，给人类生活和经济发展带来越来越严重的影响。政府间气候变化专门委员会(IPCC)第4次评估报告指出，最近100年(1906～2005年)全球平均地表温度上升了(0.74±0.18)℃[2]。充分认识和掌握气候变化规律，科学合理利用当地气候资源，对农业发展和粮食安全十分重要。刘敏等[3]分析了热量资源变化对水稻生产的影响，发现可将早熟品种换种生育期相对较长、产量相对较高的中熟、迟熟品种，以提高水稻单产，双季稻种植范围可以适当向北部水源充足、灌溉条件较好的地区推移，以提高水稻总产。为了确保洞庭湖区水稻的稳定高产，需要积极应对和主动适应气候变化，特别是热量资源的分布特征[4-5]。蒋志光等[5]分析指出洞庭湖区水稻生产的主要气象灾害呈现出倒春寒、高温热害、干旱发生日趋严重，5月低温、干热风、洪涝发生较重且趋于平稳，寒露风、阴雨寡照、大风发生趋弱的特点。笔者选取洞庭湖区这一典型区域为研究对象，采用洞庭湖区12个气象观测站1971～2013年常规气象资料，综合分析了影响洞庭湖区水稻生长热量资源方面的灾害性天气(倒春寒、5月低温、寒露风和高温热害)，旨在为评价洞庭湖区作物生长热量资源环境、气象预报指导生产防灾减灾提供参考。

1　倒春寒及其形成的天气形势分析

1.1倒春寒发生的时间变化将历年的洞庭湖区12个气象站发生倒春寒的旬数相加，结果发现，洞庭湖区倒春寒旬数呈减少趋势，减少幅度为1.5旬/10 a；1971～2000年出现了4个明显的峰值，1972年的17旬、1980年的23旬，1991和1996年的24旬；2001～2013年间出现了2个较明显的峰值，2005和2010年的12旬；没有旬出现倒春寒的年份有14年，分别为1974～1975、1977、1993、1997、2000、2004、2006～2009、2011～2013年。统计1971～2013年每旬出现倒春寒的站点发现，出现倒春寒旬站数合计为342站；旬倒春寒有6～9个站点的共有7旬，共计54站，占倒春寒总站数的15.8%；旬倒春寒有10～12个站点的共有23旬，共计324站，占倒春寒总站数的80%。倒春寒出现的6个以下站点的可能性很小，仅为4.2%。出现倒春寒几率最高的旬为3月下旬，概率为38%；其次为3月中旬和4月下旬，概率合计为34%；出现倒春寒几率最低的旬为4月上中旬；连续两旬出现倒春寒的年概率为2.3%。

1.2倒春寒发生的空间变化将历年洞庭湖区12个气象站发生倒春寒的年份、旬数相加，结果发现，出现倒春寒年最少的县市为安化(21年)，其次为汨罗(22年)，最多的县市为南县、沅江、华容和澧县(25年)；出现倒春寒旬最少的县市为安化(24旬)，其次为汨罗(26旬)，最多的县市为沅江、临湘和澧县(31旬)，其次为益阳(30旬)。由此可见，洞庭湖倒春寒年分布呈现由南向北“V”字型递增的趋势，旬分布呈现由洞庭湖中心向四周递减的趋势，且越往南递减快，山区出现倒春寒的年数较少。

1.3倒春寒发生的天气形势 在发生倒春寒前期洞庭湖区气温明显上升，一般日平均气温达25 ℃以上。倒春寒发生之初，欧亚大陆500 hPa位势高度场呈两槽一脊型，鄂霍次克海为切断低压，西部低槽较弱；乌拉尔山以东地区有阻塞高压发展，该形势加剧了西伯利亚贝加尔湖的冷空气由偏东路径向南入侵，影响洞庭湖区，气温迅速下降，下降幅度达12 ℃以上。此后20°～30°N 的中低纬地区500 hPa 气流平直，多小波动东移；副高584 hPa 线位于20°～25°N，我国南方地区水汽充沛，有利于将孟加拉湾和南海的水汽向长江中下游地区输送；贝加尔湖以西的高压脊稳定维持，为低涡后部冷空气南下提供通道，使得冷空气不断补充南下与暖湿气流的汇合导致阴雨天气的形成。

2　5月低温及其形成的天气形势分析

2.15月低温发生的时间变化将历年洞庭湖区出现5月低温的年份找出来后，再将该年出现的站点数相加，结果发现，没有出现5月低温的年份有10年，分别为1980、1982、1994、1997、1999～2000、2007～2008、2012～2013年；洞庭湖区出现5月低温年份站数呈减少趋势，减少幅度为1站/10 a。20世纪70年代12站均出现5月低温的年份有6个，其中1973～1977年连续5年出现5月低温；80年代12站均出现5月低温的年份有5个，为1983～1984、1986～1988年；90年代仅有6年有站点出现5月低温；2001～2013年间有9年有站点出现5月低温，出现概率为69%。在出现5月低温的年份中10～12站出现的概率为49%，6～9站出现的概率为12%，6站次以下出现的概率为39%，可见，大部分站点出现5月低温和少部分站点出现的概率均较高。

2.25月低温发生的空间变化将历年洞庭湖区12个气象站发生5月低温年、次数相加，结果发现，出现5月低温年最多的县市为安化(32年，与该地出现倒春寒年数的排名相反)，其次为桃江和临湘(24年)，最少的县市为汨罗(17年)，其次为益阳(19年，与该地出现倒春寒年数的排名一致)；出现5月低温次数最多的县市也为安化(42次)，其次为临湘(30次)，最少的县市为汨罗(19次)。由此可见，洞庭湖5月低温年分布和次数分布均呈现西南多东北少的趋势，次数分布趋势较年分布加剧。

2.35月低温发生的天气形势由图1可见，5月低温发生的当天西风环流指数由高指数转为低指数，副高脊线从16.3°N北抬至18.6°N，平均北抬2个多纬距；5月低温维持时，西风环流指数由低指数转为高指数，副高脊线位置平均北抬至17.5°N以北；5月低温结束时情况相反，西风环流指数由高指数转为低指数，副高脊线从19.5°N以北南退至16.5°N，平均南退3个多纬距。在700 hPa高空天气图上，有91%的5月低温过程长江流域存在横切变。在地面天气图上，所有的5月低温过程华南地区均有锋面活动，其中82%的5月低温有华南静止锋与之相伴。所有的5月低温均是冷空气入侵的结果，其中绝大多数是东路或中路冷空气入侵的结果。

图1　洞庭湖区出现5月低温天气开始时(a)和结束时(b)天气形势Fig.1　Weather situations when low temperature in May began(a)and ended(b)in Dongting Lake district

3　寒露风及其形成的天气形势分析

3.1寒露风发生的时间变化将历年洞庭湖区出现寒露风的年份找出来后，再将该年出现的站点数相加，结果发现，没有出现寒露风的年份有9年，分别为1975～1976、1978、1983、1990、1996、1998、2004、2009年，也就是连续2年未出现寒露风的概率很低，仅为2.4%；洞庭湖区寒露风年份站点数呈减少趋势，减少幅度为1.4站/10 a。在出现寒露风的年份中10～12站出现的概率为59%，6～9站出现的概率为12%(与5月低温出现的概率一致)，6站次以下出现的概率为29%，即大部分站点出现寒露风的概率在一半以上。

3.2寒露风发生的空间变化将历年洞庭湖区12个气象站发生寒露风年、次数相加，结果发现，出现寒露风年最多的县市为临湘(29年)，其次为安化(28年)，最少的县市为汨罗、岳阳和沅江(20年)，其次为益阳(22年，与该地出现倒春寒、5月低温年数排名一致)；出现寒露风次数最多的县市为安化(40次)，其次为澧县(36次)，最少的县市为汨罗(24次)。由此可见，洞庭湖寒露风年分布和次数分布均呈现山区多、湖区少的趋势，其中年分布东部山区比西部多，次数分布西部山区比东部多。

3.3寒露风发生的天气形势洞庭湖区所有的寒露风过程均是由冷空气侵入造成的，其环流特征主要为纬向型和径向型两类(图2)。纬向型包括乌拉尔山阻塞高压型和纬向多波动型。乌拉尔山阻塞高压型在乌拉尔山附近有一稳定的阻塞高压，贝加尔湖和巴尔克什湖地区有一横槽，40°～50°N附近为一东西向锋区，当横槽转向南移时冷锋从中路或西路侵入湖南，形成强冷空气过程。纬向多波动型在欧亚中纬度地区有多个快速移动的槽脊东移，冷锋主要是由一对移动性槽脊发展沿脊前西北气流南下影响湖南，当冷高压较强时，形成强冷空气过程。经向型包括一脊一槽、两脊一槽和两槽一脊三型。一脊一槽和两脊一槽型的特点是长波脊位于乌拉尔山附近，其东为一宽槽，冷槽沿脊前向南加深进入我国西北地区，冷空气从中路或西路侵入湖南。两槽一脊型的特点是青藏高原西侧暖脊向北强烈发展，与中亚地区浅脊同位叠加，促使脊前中纬度锋区和低槽在两槽一脊形势下越过40°N，从西路或中路侵入湖南，形成强冷空气过程。

图2　洞庭湖区寒露风预报模型Fig.2　Prediction model of cold dew wind in Dongting Lake district

4　高温热害及其形成的天气形势分析

4.1高温热害发生的时间变化 将历年洞庭湖区出现高温热害的年份找出来后，再将该年出现的站点数相加，结果发现，1971～2013年每一年洞庭湖区均有高温热害天气出现；洞庭湖区高温热害年份站点数呈增加趋势，增幅为0.7站/10 a。出现寒露风的年份中10～12站出现的概率为53.4%，6站以下和6～9站出现的概率均为23.3%，即大部分站点出现寒露风的概率在一半以上；2000～2013年仅2008年有5个站点的高温热害发生，其他年份均为10个或以上站点的高温热害出现，其中12个站点均出现的年份为6年，出现概率为42.9%，特别是2009～2013年内有4年 12个站点均出现了高温热害。

4.2高温热害发生的空间变化将历年洞庭湖区12个气象站发生高温热害的年份相加，结果发现，出现高温热害最多的县市为安化(42年)，其次为桃源和临湘(37年)，最少的县市为岳阳(16年)，其次为南县(23年)。由此可见，山区出现高温热害的年数较少，海拔越高出现的几率越大。

4.3高温热害发生的天气形势洞庭湖区出现高温热害时500 hPa高度场大气环流比较稳定，洞庭湖区处在西太平洋副热带高压588 dagpm线西侧或被其控制，下沉运动显著，长时间、强烈的太阳辐射使得地面和大气增温十分迅速，经常10：00气温达35 ℃，较长的日照时间和强烈的日照强度为高温天气的形成提供了能量条件。低层风场上洞庭湖区处于副热带高压西侧，盛行来自低纬温暖的偏南气流。地面气压梯度异常小，由此导致近地面风力微弱，不利于大气底层空气之间的混合，有利于地面长波辐射稳定、持续加热同一空气团，使得气温不断攀升，从而形成了洞庭湖区的高温热害天气。

5　小结

(1)1971～2013年间洞庭湖区倒春寒呈减少趋势，减幅为1.5旬/10 a，出现倒春寒的年份概率为66.4%；出现6个以下站点倒春寒的可能性仅为4.2%；3月下旬出现倒春寒概率最高为38%，出现倒春寒概率最低的时间段为4月上中旬；连续两旬出现倒春寒的年概率为2.3%。

(2)洞庭湖区出现5月低温年份站数呈减少趋势，减幅为1站/10 a；大部分站点出现5月低温和少部分站点出现的概率均较高。

(3)洞庭湖区寒露风年份站点数呈减少趋势，减幅为1.4站/10 a；连续2年未出现寒露风的概率仅为2.4%；大部分站点出现寒露风的概率在一半以上。

(4)洞庭湖区高温热害年份站点数呈增加趋势，增幅为0.7站/10 a。

(5)洞庭湖区倒春寒年分布呈现由南向北“V”字型递增的趋势；5月低温年分布和次数分布均呈现西南多东北少的趋势；寒露风年分布和次数分布均呈现山区多、湖区少的趋势；山区出现高温热害的年数较多，海拔越高出现的机率越大。

[1] 廖玉芳，彭嘉栋，崔巍.湖南农业气候资源对全球气候变化的响应分析[J].中国农学通报，2012，28(8)：287-293.

[2] IPCC.Climate change 2007：The physical science basis，summary for policymakers[R].Cambridge：Cambridge University Press，2007.

[3] 刘敏，刘安国，邓爱娟，等.湖北省水稻生长季热量资源变化特征及其对水稻生产的影响[J].华中农业大学学报，2011，30(6)：746-752.

[4] 黄晚华，黄仁和，袁晓华，等.湖南省寒露风发生特征及气象风险区划[J].湖南农业科学，2011(15)：48-52.

[5] 蒋志光，王辉，李姿容，等.洞庭湖区水稻生产主要气象灾害分析及对策[J].作物研究，2012，26(1)：4-6，24.

Analysis of Disastrous Weather Related to Heat Resources in Dongting Lake District

MENG Peng1, YANG Ling2, LUO Ting2et al

(1. Nanxian Meteorological Bureau, Nanxian, Hunan 413200; 2. Yiyang Meteorological Bureau, Yiyang, Hunan 413000)

Based on conventional meteorological data during 1971-2013 from 12 meteorological stations in Dongting Lake district, disastrous weather (cold spell in later spring, low temperature in May, cold dew wind, and high temperature damage) influencing heat resources for rice growth in Dongting Lake district were analyzed. The results showed that in Dongting Lake district, the quantity of stations suffering cold spell in later spring, low temperature in May, and cold dew wind tended to decrease, while the number of stations suffering high temperature damage showed an increasing trend from 1971 to 2013. The probability of years with cold spell in later spring appearing in continuous two periods of ten days was 2.3%, while the probability of cold dew wind not appearing in continuous two years was only 2.4%; the number of years with cold spell in later spring tended to increase from the south to the north in the shape of “V”; the number of years and frequency of low temperature in May decreased from the southwest to the northeast; the number of years and frequency of cold dew wind were more in mountainous areas and less in the lake region; there were more years with high temperature damage in mountainous areas, and the probability was high at high altitudes; various types of disastrous weather related to heat resources had specific weather situations.

Heat resources; Disastrous weather; Changing rules; Weather situation

孟鹏(1960-)，男，湖南南县人，工程师，从事气象服务工作。

2016-06-22

S 16

A

0517-6611(2016)23-165-03