2023年1月延吉機場氣溫異常偏高成因分析

馬利柱

(吉林機場集團有限公司航務管理部延吉氣象分隊,延吉 133001)

0 引言

延吉機場位于吉林省東部一個四周環山的盆地里。延吉市屬于寒溫帶大陸性季風氣候,受西風帶環流和天氣系統的影響,冬季漫長寒冷,降雪較少[1]。2023-01-11延吉機場自觀實測氣溫達到3.8 ℃,遠遠高于該月最高氣溫平均值,屬于較極端的高溫事件。

為此,文章分析了延吉機場2012—2023年1月平均氣溫和最高氣溫的變化,得出氣溫呈上升趨勢,并通過延吉機場實際測得的較極端高溫事件分析天氣形勢及大氣環流的熱動力影響,得出延吉機場高溫天氣的形成機制。

1 資料來源和分析方法

1.1 資料來源

文章所用資料為中國氣象局提供的2023-01-11前后的高空各層天氣資料和地面天氣資料,延吉機場氣象臺2012—2023年1月自觀每小時氣溫、地面風速數據,數據總量為19,488個。

1.2 分析方法

用統計比較方法從19,488個數據中找出各種數據的變化情況及主要數據的平均值等。再用天氣形勢資料分析氣溫的變化原因。利用熱力學第一定律分析延吉機場氣溫變化的主要原因。

2 氣溫異常成因分析

2.1 氣溫異常特征及危險

2023-01-11/01-13,延吉機場13:00-15:00均出現連續3 h以上氣溫超過0 ℃的情況,尤其在11日13:18氣溫超過3.8 ℃,直接造成機坪邊緣的積雪和跑道、滑行道邊的積雪融化,融化形成的水流淌到機坪的停機位和跑道的低洼處,隨著15:00后的降溫凍結成冰,嚴重影響了飛機起降和飛機泊入機位。

從2012—2023年1月平均氣溫的變化情況(圖1)分析得出,2012年1月平均氣溫最低(-15.7 ℃),2019年1月平均氣溫最高(-10.0 ℃),2023年1月平均氣溫為-13.1 ℃,2012—2023年1月平均氣溫呈波浪式變化[2]。2012—2015年1月平均氣溫逐年上升,上升幅度為4.6 ℃;2015—2019年1月平均氣溫處于“三高兩低”的波浪式變化中;2019—2021年1月平均氣溫快速下降,最大降幅為4.2 ℃;2022—2023年1月平均氣溫變化相對平穩,2023年1月平均氣溫比2022年只降低了0.1 ℃。

圖1 2012—2023年1月平均氣溫的變化

由2012—2023年1月最高平均氣溫的變化情況(圖2)分析得出,2012年1月最高平均氣溫最低,為-8.1 ℃,2019年1月最高平均氣溫為-2.3 ℃,2023年1月最高平均氣溫為-5.8 ℃。2013—2015年1月最高平均氣溫逐年上升,最大上升幅度為6.0 ℃;2015—2019年1月最高平均氣溫處于“三高兩低”的波浪式變化中,與該時期1月平均氣溫的變化趨勢相同;2019—2021年1月最高平均氣溫處在下降的區間,最大降幅為5.2 ℃;2022—2023年最高平均氣溫相對上升,2023年1月最高平均氣溫比2022年1月最高平均氣溫上升了0.2 ℃。2023年1月最高平均氣溫約等于2012—2023年1月最高平均氣溫的平均值(-5.8 ℃)。

圖2 2012—2023年1月最低/最高平均氣溫的變化

從2012—2023年1月最低平均氣溫的變化情況(圖2)分析得出,2012年1月的最低平均氣溫為-21.8 ℃,2013年1月最低平均氣溫(-24.5 ℃)為12 a來最低值,2023年1月最低平均氣溫為-21.5 ℃。2013—2015年1月最低平均氣溫逐年上升,最大上升幅度為8.8 ℃;2015—2019年1月最低平均氣溫處于“三高兩低”的波浪式變化中,與該時期1月最高平均氣溫的變化情況相同;2019—2021年1月最低平均氣溫處在下降的區間,最大降幅為4.1 ℃;2022—2023年最低平均氣溫變化相對平穩,2023年1月最低平均氣溫比2022年1月最低平均氣溫降低了1.0 ℃。2023年1月最低平均氣溫低于2012—2023年1月最低平均氣溫的平均值(3 ℃)。

從2012—2023年1月13:00,14:00和15:00氣溫平均值變化(圖3)分析得出,2012年1月13:00氣溫的平均值為-9.4 ℃,2019年1月13:00氣溫的平均值為-3.7 ℃,2012—2014年1月13:00氣溫平均值溫和上升,2014—2015年1月13:00氣溫平均值上升幅度較大,上升值為2.6 ℃,2015—2019年1月13:00氣溫平均值處于“三高兩低”的波浪式變化中,2018—2019年1月13:00氣溫平均值上升幅度最大(4.8 ℃),2019—2021年1月13:00氣溫平均值處于下降區間,最大降幅為3.7 ℃(2020—2021年),降幅超過2014—2015年上升幅度(2.6 ℃)1.1 ℃;2022—2023年1月13:00氣溫平均值沒有變化,均為-7.3 ℃。

圖3 2012—2023年1月13:00,14:00和15:00氣溫平均值變化

2012—2023年1月14:00和15:00氣溫平均值變化趨勢與13:00相同。

2023-01-10/01-13延吉機場12:00—15:00氣溫均異常,在0 ℃以上,最高氣溫在11日13:18達到3.8 ℃,該溫度較2012—2023年1月平均氣溫(-13.1 ℃)高16.9 ℃,較2012—2023年1月最高氣溫平均值(-5.8 ℃)高9.6 ℃,較2012—2023年1月13:00氣溫平均值(-6.3 ℃)高10.1 ℃,同時較2019年1月13:00氣溫平均值(-3.7 ℃)高7.5 ℃,這說明2023-01-11T13:00氣溫異常偏高,大大超出了1月氣溫正常變化范圍,給延吉機場飛機飛行安全帶來了很大的威脅,影響了航班的正常起降,給飛行保障工作造成很大的困難和成本支出。

2.2 氣溫異常與大氣環流相關性分析

2.2.1 500 hPa大氣環流分析

根據10日08:00 500 hPa大氣環流形勢分析得出,延吉機場西北側中高緯度為平直的緯向環流,西風帶較為平直,只是略有上揚。平直的緯向環流西起50°E,東到115°E,跨越了65個經度,平直的緯向環流有效地阻擋了較冷的西北氣流南下,為11日的增溫奠定了基礎。從11日08:00 500 hPa大氣環流形勢中分析得出,平直緯向環流向東移動了一定經度,在延吉機場西北側較高緯度有西風指數較大的區域[3]。由于太陽的輻射是隨緯度的升高而減弱的,因此在西風指數較大的區域南北兩側形成輻射強度的較大差異,造成西風帶中的南北溫度梯度增大,鋒區較強,表現為鋒區等壓線密集。在緯向環流控制下,南北向氣流沒有明顯的能量交換,較冷的空氣很難穿過鋒區向南移動,只能隨鋒區自西向東移動。

根據熱力學第一定律可知,引起某地氣溫變化的因子主要有溫度平流和垂直運動及非絕熱因子,延吉機場高空北側有較強的緯向鋒區阻擋,很難受到冷空氣帶來的冷平流影響,加上太陽對延吉機場的輻射增強,造成了11日延吉機場中午氣溫異常偏高。

2.2.2 地面形勢分析

從10日和11日的地面天氣資料分析得出,吉林省中東部、華北南部到山東半島以及朝鮮半島西部均為地面高壓控制,有下沉運動,有下沉增溫和不利于云的形成,同時地面風速較小,有利于太陽輻射增溫,地面形勢是造成延吉機場氣溫偏高的因素之一。

2.3 氣溫異常與大氣的垂直運動、云量分析

根據11日高空500 hPa和700 hPa天氣資料分析,延吉機場對流層中高層為高壓脊控制,是反氣旋環流。根據天氣學原理可知,垂直運動是影響氣溫變化的主要因子。反氣旋控制下的區域大氣產生下沉運動,延吉機場上空正好處于大氣的下沉運動中,下沉運動造成延吉機場上空大氣絕熱增溫,為延吉機場出現氣溫異常偏高提供了有利的垂直運動絕熱增溫因素。

當反氣旋位于延吉機場上空時,產生大氣下沉運動增溫的同時,還會造成延吉機場上空云量的減少,根據延吉機場例行天氣觀測實況記錄,11日00:00—12日14:00均沒有中、低云,只有少量的6000 m的高云記錄,使得太陽射入地表的短波輻射大大增加,同時延吉機場上空大氣的水汽含量較少,吸收和反射太陽短波輻射較少,更有利于地表氣溫的升高,這也是造成延吉機場11日中午氣溫異常偏高的因素之一。當延吉機場11日中午的氣溫達到3.8 ℃時,主要產生兩個方面的影響:其一是延吉機場地面因增溫而產生空氣上升運動,地表氣壓略有下降;其二是機場停機坪邊緣和跑道兩側的積雪融化,積雪融化后近地面層大氣的水汽含量增加?？諝馍仙\動及近地面水汽含量增加導致機場上空大氣水汽含量的相對增加,也會增大水汽吸收和反射的太陽短波輻射,從而改變太陽短波輻射到達地面的量及強度,加之冬季的太陽輻射角度因素,延吉機場的氣溫快速下降,融化產生的液態水在沒有被完全蒸發的情況下又被凍結成冰層,給機場的安全運行帶來很大的隱患。

2.4 氣溫異常與地面風向風速分析

根據延吉機場10日00:00—12日24:00共72 h的例行天氣報告,統計10日00:00—13日24:00地面風向風速得出,最大風速為2 m/s的有22時次,約占72個時次的30%;靜風(風速為0 m/s)有29個時次,約占72個時次的40%;21個時次為微風(風速為1 m/s),約占72個時次的30%。在風速為2 m/s的22個時次中,風向為偏南的有12個時次,約占22個時次的55%;風向偏西的有5個時次,約占22個時次的23%;風向偏東的有4個時次,約占22個時次的17%;風向不定的有1個時次,約占22個時次的5%。風速為2 m/s的情況中風向偏南占比達50%以上,說明偏南風帶來了較暖的空氣,有利于延吉機場11日中午氣溫異常偏高的出現[4]。

延吉機場自觀設備安裝在跑道北側廣大平坦的土地上,冬季有積雪覆蓋,沒有被加熱的可能,因此不受非絕熱因子的影響[5-7]。

3 結束語

文章通過統計分析延吉機場2012—2023年1月氣溫數據后得出以下結論:

1)2012—2023年1月平均氣溫呈階段性波動變化特征;2012—2023年1月最低平均氣溫、最高平均氣溫的變化與2012—2023年1月平均氣溫的階段性波動變化基本相同;2012—2023年1月13:00,14:00和15:00氣溫平均值變化情況與上述相同。

2)2023-01-11T13:18出現氣溫異常偏高與500 hPa大氣環流有關,在緯向環流控制下,氣流南北向交換減弱,冷平流難以向延吉機場方向移動。

3)2023-01-11T13:18出現氣溫異常偏高與地面高壓控制有關,下沉運動不利于低云的形成,同時地面風速較小,有利于太陽輻射增溫。

4)2023-01-11T13:18出現氣溫異常偏高與延吉機場上空反氣旋控制有關,反氣旋控制產生大氣下沉運動增溫的同時,造成了延吉機場上空云量的減少,有利于太陽輻射增溫。

5)2023-01-11T13:18出現氣溫異常偏高與延吉機場偏南風帶來較暖的空氣有關,偏南風帶來較暖的溫度平流有利于延吉機場11日中午氣溫異常偏高的出現。