第25次南极科考中山站越冬海洋气象考察总结

第25次南极科考中山站越冬海洋气象考察 第 25 次南极科考中山站越冬海洋气象考察总结 李凯 ,国家海洋环境预报中心,北京 100081, 摘 要,利用第 25 次南极考察队获取的中山站海洋、气象考察资料,结合中山站过去 20 年的历史 气象资料,统计了 2009 年中山站气温、气压、湿度、风速风向等主要气象要素特征,同时围绕互 联网络带来的预报手段的进步、预报能力的提高等阐述了近年来我国在天气预报领域的新进展。 关键词,海洋气象,考察,中山站,南极 中图分类号,P732 文献标识码,A文章编号,1003-0239,2011,05-0082-07 以来 20 年的观测资料对比分析了 2009 年中山站地 引言1 区气象要素特征。 2.1 站区预报 中 国 第 25 次 南 极 考 察 中 山 站 越 冬 考 察 队 于 2008 年 11 月 5 号 从 北 京 乘 飞 机 出 发 , 在 澳 大 利 亚 气 象 预 报 的 主 要 任 务 是 负 责 站 区 气 象 保 障 , 弗 利 曼 特 尔 登 上 雪 龙 船 , 于 11 月 18 日 抵 达 中 山 特 别 是 度 夏 期 间 直 升 机 作 业 以 及 外 出 工 作 人 员 的 站。中国南极中山站位于 69?22'S、76?22'E,坐落在 [1]20 年中,中山站天气预报一直 安全保障。在过去 南极大陆的边缘。本次队中山站越冬气象考察的 是 依 赖 传 真 机 接 收 澳 大 利 亚 每 日 发 布 的 天 气 实 况 主 要 任 务 是 , 日 常 天 气 预 报 服 务 、 协 助 观 测 地 面 [2]图以及 NOAA 气象卫星云图,由于资料稀少和时 气 象 要 素 , 中 山 站 地 区 海 冰 厚 度 、 融 池 、 辐 射 等 间 上 的 滞 后 性 , 预 报 工 作 一 直 较 为 困 难 。 自 2009 的 观 测 , 接 收 整 理 卫 星 云 图 和 天 气 图 资 料 等 工 [1]年 2 月起,互联网在中山站投入使用,通过实时下 作。较中山站以往气象考察的工作相比,网络气 载 整 理 澳 大 利 亚 气 象 局 发 布 的 每 日 实 况 图,见 图 象资料的接收和运用,是本次的一大亮点。 1—3,和 12—72 h 预 报 图,见 图 4,, 以 及 欧 洲 气 象 气象预报与观测2 中 心 发 布 的 72—240 h 中 长 期 预 报 图,见 图 5,, 保 证 了 资 料 的 时 效 性 和 完 整 性 , 大 大 提 高 了 预 报 精 中 山 站 气 象 工 作 主 要 分 为 天 气 预 报 和 地 面 观 确 度 。 借 助 网 络 资 源 提 供 的 较 为 全 面 的 天 气 资 测 , 两 者 既 是 各 自 独 立 的 工 作 , 又 是 相 互 联 系 , 料,圆满完成了 25 次队天气预报工作。 相 辅 相 成 的 整 体 。 一 方 面 , 通 过 地 面 观 测 资 料 得 影 响 中 山 站 地 区 的 天 气 系 统 有 3 个 , 绕 极 气 到 的 中 山 站 气 象 要 素 特 征 和 气 候 特 征 对 预 报 工 作 旋 , 南 大 洋 副 热 带 高 压 , 极 地 高 压 。 其 现 形 式 有 着 很 大 帮 助 , 另 一 方 面 , 提 前 掌 握 该 地 区 天 气 及出现的天气状况分别是, 情 况 对 气 象 要 素 观 测 具 有 一 定 的 指 导 意 义 。 本 文 ,1, 绕 极 气 旋 是 造 成 中 山 站 地 区 强 风 雪 天 气 首先根据 25 次队中山站天气预报工作中总结的经 [1]最主要的系统之一。一般说来,对站区造成影响 验 , 阐 述 了 中 山 站 地 区 天 气 预 报 工 作 的 进 展 、 还 的 气 旋 中 心 大 都 生 成 于 在 南 大 洋 50? — 60? S 应 注 意 的 问 题 等 , 然 后 结 合 气 象 观 测 资 料 和 建 站 ,见 图 1,, 在 自 西 向 东 移 动 过 程 中 逐 渐 发 展 加收稿日期,2010-11-01 基金项目,“十一五”国家科技支撑计划课题“海上突发事故应急预报技术”,2006BAC03B04, 作者简介,李凯(1985-) ,男,助理工程师,主要从事海洋环境预报工作。E-mail,likai@nmecf.gov.cn 强,并给站区带来大风降雪天气,见图 2—3,。 2009 年 2 月 4 日晚至 6 日中午,中山站遇到当 ,2, 南 大 洋 副 热 带 高 压 , 中 山 站 度 夏 时 期 , 年 夏 季 最 强 一 次 气 旋 , 该 气 旋 影 响 站 区 出 现 大 风 副 热 带 高 压 向 南 扩 展 , 使 得 站 区 受 副 热 带 高 压 控 降雪。 制 , 此 时 站 区 天 气 较 好 , 白 天 出 现 偏 西 或 西 南 2009 年 1 月底至 2 月初,南大洋高压脊南伸并 风 , 风 速 不 大 , 夜 间 易 产 生 下 降 风 , 下 降 风 为 偏 维持,2 月 4 日气压继续升高,中山站气压在超过 东风,风速约为 6 级左右。 1000 hPa,4 日傍晚达到最高值 1003.7 hPa,然后自 4 ,3, 极 地 高 压 , 中 山 站 越 冬 时 期 , 极 地 高 压 日夜间至 5 日,气压急速下降,5 日站区气压最低 较 强 , 处 于 极 地 高 压 控 制 下 的 站 区 天 气 较 晴 朗 , 值 为 990.3 hPa, 减 少 13.4 hPa, 从 4 号 夜 间 开 始 , 中 气 温 较 低 , 傍 晚 至 翌 日 清 晨 也 有 下 降 风 影 响 , 但 山 站 附 近 海 域 出 现 12 级 大 风 , 站 区 最 大 风 速 较夏季不明显,风速为 5—6 级。 达 22 m/s,本次降雪从 4 日傍晚开始,一直到 5 日 2.1.1 一次强气旋天气过程 全天为大风降雪天气,站区能见度极低。直至 6 日 来自澳大利亚气象局 来自澳大利亚气象局 图 1 2009 年 8 月 31 日接收的实况图 图 2 2009 年 9 月 1 日接收的实况图 来自澳大利亚气象局 来自澳大利亚气象局 图 3 2009 年 9 月 2 日接收的实况图 图 4 2009 年 8 月 30 日接收到的 48 h 预报图 [3]午 后 , 风 雪 减 弱 。 本 次 过 程 中 站 区 出 现 的 最 低 风 ,造成了本次强风雪天气。在今后的预报工作 气 中 , 应 加 强 对 此 类 天 气 的 重 视 , 避 免 出 现 重 大 987.9 hPa, 天 气 情 况 最 为 恶 劣 的 5 日 当 日 气 压 为 损失。 压 一 直 保 持 在 1000 hPa 左 右 , 是 一 次 典 型 的 高 气 2.1.2 南极内陆天气试预报 压条件下的强风雪天气。 本 次 队 首 次 进 行 南 极 内 陆 天 气 试 预 报 。 在 后 经 气 象 组 总 结 , 该 强 系 统 抵 达 站 区 前 , 站 2009 年初昆仑站建站过程中,为保障内陆队人员 区 一 直 处 于 南 大 洋 高 压 控 制 下 , 气 旋 到 来 时 , 虽 能 够 安 全 顺 利 完 成 建 站 工 作 , 自 昆 仑 队 出 发 后 , 然 站 区 本 身 气 压 较 当 月 平 均 气 压 变 化 不 大 , 但 气 结 合 内 陆 天 气 图 、 卫 星 云 图 、 内 陆 地 形 及 当 地 实 压梯度变化强烈,见图 6,,强烈的梯度风,混合高 况 等 因 素 , 每 天 对 队 伍 所 驶 向 区 域 进 行 试 预 报 。 压 下 较 强 的 下 降 风 , 同 时 吹 雪 进 一 步 强 化 下 降 海 洋 预 报 28 卷 84 140?E 160? 180? 160? 140?W (m/s) 40 120?E 35 100? 30 25 80? 20 60? 15 来自澳大利亚气象局 来自欧洲气象中心 2009 年 2 月 5 日接收到的实况图 图 6 图 52009 年 8 月 29 日接收到的 72 h 预报图 由 于 内 陆 天 气 资 料 的 稀 少 , 经 验 的 缺 乏 以 及 对 为-0.5 ?,8 月平均气温最低,为-18.1 ?,年较差 内 为 17.6 ? 。 1—3 月 和 11—12 月 平 均 气 温 高 于 ,陆 环 境 了 解 较 浅 , 缺 乏 直 观 认 识 , 预 报 难 度 很 8 ?,4—10 月低于-10 ?。极端最高气温出现在 1 大 , 预 报 准 确 度 还 需 进 一 步 提 高 。 鉴 于 内 陆 天 气 月 31 日 , 为 7.7 ?, 极 端 最 低 气 温 出 现 在 8 月 22 预报意义重大,南极内陆预报工作体系亟待完善。 日,为-35.9 ?,可见中山站地区的气温年变化是 2.2 气象要素特征 明显的。由表 1 可见,2009 年中山站平均气温与多 年 平 均 气 温 变 化 趋 势 相 同 , 多 年 年 平 均 气 温 本文通过对 2009 年中山站几项主要气象要素 是 -9.9 ?, 2009 年 年 平 均 气 温 比 多 年 气 温 平 均 值 资料统计分析,与 1989 年建站以来 20 年的要素平 高 0.5 ?,5—7 月和 9 月平均气温比多年平均值偏 均值进行对比,可以看出中山站地区 2009 年气象 高,8 月份平均气温比多年平均值偏低,其余月份 要素分布特征。 9 月份正距平最大, 变化趋势接近常年平均值,以 2.2.1 气温为 2.8 ?,8 月份负距平最大,为-2.1 ? ,见图 7,。 表 1 是 中 山 站 2009 年 气 温 与 多 年 平 均 气 温 的 2.2.2 降水和相对湿度 中 山 站 地 区 纬 度 较 高 , 气 年 变 化 , 可 以 看 出 , 2009 年 中 山 站 地 区 平 均 气 温 较 低 , 降 水 形 式 温 -9.4? , 全 年 以 1 月 份 平 均 气 温 最 高 , 表 1 平均气温 (单位: ?) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 月份 平均值 多年平均 0.1 -2.8 -8.0 -12.7 -15.3 -14.1 -15.8 -16.0 -15.8 -12.1 -5.3 -0.5 -9.9 -0.5 -2.6 -7.9 -13.4 -12.6 -13.0 -13.2 -18.1 -13.0 -12.7 -5.2 -0.9 -9.4 2009 年 距平 -0.6 0.2 0.1 -0.7 2.7 1.1 2.6 -2.1 2.8 -0.6 0.1 -0.4 0.5 [4]于度夏冰上工作。全部表现为降雪。表 2 给出了中山站 2009 年和多 年 各 月 平 均 降 水 日 数 。 多 年 平 均 降 水 日 数 每 中 山 站 地 区 气 候 较 为 干 燥 , 多 年 平 均 相 对 湿 年58.6 %,2009 年相对湿度为 51 %,较多年平 度为 141.1 d,2009 年降水日数为 139 d,比多年平均少均 值 较 小 , 这 与 降 水 日 数 上 的 差 异 也 相 一 致 。 中 2 d, 但 各 月 降 水 日 数 差 异 较 大 , 最 多 的 9 月 份 降 山 站 气 候 虽 然 较 为 干 燥 , 但 有 时 相 对 湿 度 在 水 日 数 为 17 d,2 月 和 7 月 为 15 d, 但 10 月 份 和 1 50 %—70 %之间也会有零星小雪飘下。中山站历月份降水日数只有 7 d,这两个月份天气较好,利 表 2 降水日数 (单位: d) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 月份 合计值 多年平均 9.2 11.9 16 12.1 13.4 12.1 10.6 11.8 11.3 12.7 11.2 9.2 141.1 2009 年 7 15 12 12 9 10 15 11 17 7 13 11 139 距平 -2.2 3.1 -4 -0.1 -4.4 -2.1 4.4 -0.8 5.7 -5.7 1.8 1.8 -2.1 表 3 平均气压 (单位:hPa) 月份 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 平均值 986.4 985.3 984.2 985.0 986.2 988.5 985.7 981.3 981.9 980.6 984.0 985.7 984.6 多年平均 985.2 986.1 984.1 987.8 989.1 991.7 986.0 988.3 986.0 982.2 987.4 985.3 986.6 2009 年 -1.2 0.8 -0.1 2.8 2.9 3.2 0.3 7.0 4.1 1.6 3.4 -0.4 2.0 距平 夜 期 间 , 极 地 高 压 较 强 , 影 响 站 区 。 最 低 气 压 史 最 低 相 对 湿 度 为 10 % , 2009 年 中 山 站 观 测 值 到 最 低 相 对 湿 度 出 现 在 6 月 份 , 仅 为 13 %,见 947.7 hPa, 出 现 在 9 月 28 日 , 此 时 为 强 气 旋 影 为 图 8,。 响 站 区 。 年 平 均 气 压 为 986.6 hPa, 比 多 年 平 均 气 2.2.3 气压 压 高 出 2.0 hPa, 全 年 以 6 月 份 平 均 气 压 最 高 , 为 表 3 是 2009 年 中 山 站 月 平 均 气 压 和 多 年 月 平 991.7 hPa,10 月份平均气压最低,为 982.2 hPa,与均 气 压 变 化 。2009 年 中 山 站 观 测 到 的 最 高 气 压 为 多年月平均气压相比,4—6,8—9 以及 11 月份气 1028.7 hPa,出现在 6 月 27 日,此时为站区冬季极压明显比常年同期偏高,其中 8 月份正距平最大, 8 4 6 3 4 2 2 1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 月 0 距平值 距平值 -2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 月 -1 -4 -2 -6 -8 -3 平均气温距平 降水日数距平 图 72009 年与多年逐月平均气温距平图 82009 年与多年逐月降水日数距平 3 8 7 2 6 5 1 4 3 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 月 2 -1 1 0 -2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 月 -1 -2 -3 平均气压距平 平均风速距平 距平值 图 92009 年与多年逐月平均气压距平图 102009 年与多年逐月平均风速距平 距平值 海 洋 预 报 28 卷 86 为 7.0 hPa, 而 11 月 、 1 月 、 3 月 则 较 常 年 同 期 偏 5—6 级。图 12 为中 响,但较夏季不明显,风速为 山站 2009 年风频率玫瑰图。低 , 1 月 份 负 距 平 最 大 , 为 1.2 hPa, 这 表 明 2009 年 中 山 站 地 区 冬 季 气 压 较 常 年 较 高 , 夏 季 气 压 则 从 表 4 中 可 以 看 出 , 中 山 站 多 年 平 均 风 速 为较常年较低,具有明显的季节变化,见图 9,。 7.1 m/s,最大值出现在 6 月和 8 月,分别为 8.1 m/s 2.2.3 风向、风速 中 山 站 地 处 南 极 大 陆 冷 高 压 的 和 8.3 m/s,最小值出现在 1 月和 12 月,分别为 5.3 m/s 边 缘 和 绕 极 气 和 5.7 m/s。2009 年 平 均 风 速 为 6.7 m/s, 与 多 年 平 均 风 速 较 一 致 , 平 均 风 速 最 大 出 现 在 5 月 份 , 为 旋 的 南 测 , 常 年 受 极 地 冷 高 压 和 绕 极 气 旋 的 影 [4]9.5 m/s,这可能与该年当月大风日数较多有关,见 响 , 全 年 盛 行 偏 东 风。 夏 季 南 大 洋 高 压 南 压 时 , 出现少时的偏西风,夜间有约 6 级的偏东下降风, 表 5,, 极 大 风 速 为 30.1 m/s, 出 现 在 6 月 4 日 , 风 速最小出现 1 月和 12 月,分别为 4.4 m/s 和 4.6 m/s, 偏 北 风 和 偏 南 风 分 别 发 生 在 气 旋 影 响 站 区 的 前 期 这 表 明 中 山 站 风 速 具 有 明 显 的 年 变 化 特 征 , 即 冬和 后 期 , 出 现 的 频 率 较 小 , 处 于 极 地 高 压 控 制 下 [5] 强夏弱。与常年同期平均风速相比,2009 年中山的 站 区 风 速 较 小 , 傍 晚 至 翌 日 清 晨 也 有 下 降 风 影 表 4 平均风速 (单位:m/s) 月份 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 平均值 多年平均 5.3 6.9 7.7 7.6 7.2 8.1 7.6 8.3 7.2 6.8 6.8 5.7 7.1 2009 年 4.4 5.7 6.6 7.1 9.5 8.3 7.9 6.0 7.1 7.0 6.6 4.6 6.7 距平 -0.9 -1.2 -1.1 -0.5 2.3 0.2 0.3 -2.3 -0.1 0.2 -0.2 -1.1 -0.4 表 5 大风日数 (单位:d) 月份 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 合计值 多年平均 8.5 12.3 12.5 12.5 13.5 16.3 15.8 16.7 12.9 13.3 13.9 11.6 159.5 2009 年 4 7 6 9 23 17 19 8 9 12 12 5 131 距平 -4.5 -5.3 -6.5 -3.5 9.5 0.7 3.2 -8.7 -3.9 -1.3 -1.9 -6.6 -28.5 站 地 区 平 均 风 速 较 低 , 月 变 化 则 与 常 年 月 平 均 风2009 年 中 山 站 地 区 平 与 中 山 站 多 年 资 料 相 比 , 均 速变化较一致。 风速较低,大风日数较少,见图 10—11,。表 5 是大风日数统计表,统计方法是一天 24 h 2.2.4 下降风 中 山 站 处 于 南 极 大 陆 冰 盖 边 缘 , 南 中,只要有一小时记录到?17 m/s,就计为一个大 [4]极 大 陆 下 风日。表中表明多年平均大风日数为 159.5 d,出 降 风 是 中 山 站 地 区 的 重 要 天 气 系 统 , 下 降 风 主 要 现 频 率 约 为 44 % , 2009 年 大 风 日 数 为 131 d, 出 是 东 南 极 大 冰 盖 高 原 与 南 极 大 陆 上 高 压 共 同 影 响 现频率约为 36 %,大风日数最多的是 5 月,为 23 d。 而 产 生 的 , 下 降 风 的 出 现 与 南 极 大 陆 冷 高 压 的 强 16 2 40 1 15 15 3 30 20 10 14 4 10 5 0 13 5 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 月 距平值 0 12 6 -5 11 7 -10 10 8 大风日数距平 9 图 11 2009 年与多年逐月大风日数距平 图 12 2009 年中山站全年平均风向频率图,%, [6]弱变化和离冰盖斜面远近有直接关系。统计资料 3.2 海冰融池观测 显 示 , 中 山 站 地 区 下 降 风 主 要 出 现 在 夏 季 , 冬 季 利 用 定 点 拍 摄 的 方 法 对 夏 季 内 拉 湾 冰 面 融 池 下 降 风 不 明 显 。 一 般 10 月 中 旬 至 翌 年 3 月 中 旬 较 形 态 和 发 展 进 行 了 观 测 。 具 体 方 法 为 , 以 四 杆 旗 为明显,其中 12—1 月最为突出,平均风力为 6—7 和 一 块 标 志 性 岩 石,涂 黑 色 油 漆,为 参 照 物 , 并 利 级 左 右 , 影 响 时 间 主 要 为 傍 晚 至 翌 日 上 午 , 其 中 用高精准 GPS 测出四面旗的位置,每日从固定角度 夜 间 10 点 至 翌 日 清 晨 9 点 风 力 较 大 。 有 气 旋 接 近 拍摄冰上融池。 时 , 在 下 降 风 和 梯 度 风 的 同 时 作 用 下 , 常 常 造 成 通 过 2008—2009 年 度 夏 期 间 观 测 工 作 , 2008 大风现象,带来吹雪天气并降低能见度。 年 11 月至 12 上旬阶段,中山站区附近海域海冰主 要为积雪覆盖,进入 12 月下旬至 2009 年 1 月份以 3 海冰监测 来 , 伴 随 晴 好 天 气 的 逐 渐 增 多 , 冰 上 融 池 逐 渐 出 3.1 海冰厚度 现并扩大,进入 2 月份后,海冰继续融化,融池进 一步扩大,至 2 月中下旬,融池与外部海域基本边 为 了 更 好 的 了 解 中 山 站 附 近 地 区 冰 情 , 在 积 接,观测工作结束。 累 南 极 海 冰 资 料 的 同 时 , 也 为 度 夏 期 间 冰 上 作 业 提 供 安 全 保 障 , 我 们 分 别 在 内 拉 湾 和 馒 头 山 附 近 结语4 测 量 海 冰 厚 度 。2009 年 中 山 站 附 近 海 冰 最 大 厚 度 出现在 11 月份,达 180 cm,见表 6,。 中国第 25 次南极考察中山站越冬工作于 2009 表 6 中山站附近月平均海冰厚度 ,单位:cm, 5 6 7 8 9 10 11 12 冰厚 ,月份, 80 80 90 140 140 145 180 170 内拉湾 - - 100 140 140 175 180 - 馒头山 [J].海洋预报, 1993,10(2):35-41. 年 12 月 15 日 结 束 , 本 次 队 圆 满 完 成 了 气 象 观 张林.南极天气预报[J].海洋预报,1996,13(2):69-76. 张占海,等译.[2] 测 、 南极天气和气候[M].北京:海洋出版社,2007. 翟兆锋.第十六次[3] 天 气 预 报 、 海 冰 观 测 等 任 务 , 为 今 后 开 展 南 极 天 南极考察队中山站越冬队极地海洋气象考察 报告[J].海洋预[4] 气 、 南 半 球 气 候 、 南 极 海 冰 等 研 究 工 作 积 累 了 资 报,2002,19(2):47-53. 杨清华,张林,李春花等.南极中山站气象要料 。 今 后 , 应 更 加 完 善 中 山 站 的 气 象 、 海 冰 观 测 素变化特征分析[J]. 海洋通报. 2010,29(6):601-607. 胡胜利.第[5] 项 目 , 同 时 , 随 着 南 极 内 陆 气 象 资 料 的 积 累 , 应 七次南极考察中山站越冬海洋气象考察报告[J]. 海 洋预 报,1993,10(2):51-58. [6] 逐 步 加 强 内 陆 天 气 预 报 体 系 的 建 设 , 在 为 南 极 内 陆 天 气 研 究 提 供 了 宝 贵 资 料 和 经 验 的 同 时 , 为 南 极 内 陆 队 的 作 业 提 供 安 全 保 障 , 进 而 推 进 我 国 南 极事业安全、稳定的发展。 参考文献, [1] 姜德中,钱平.第五次南极考察首次中山站越冬队海洋气象考察 海 洋 预 报 28 卷 88 Marine meteorological marine meteorological investigation at the Zhongshan Station on the China's 25th Antarctic scientific expedition LI Kai (National Marine Environmental Forecasting Center, Beijing 100081 China) Abstract, Based on the observed meteorological data obtained from the 25th Antarctic expedition team and the historical meteorological data in the passing 20 years at the Zhongshan Station, the characteristics of temperature, pressure, humidity, wind speed, wind direction are analyzed in 2009 at the Zhongshan Station. The new progress on the weather forecast in recent years is reviewed based on the advancement of the means and capabilities of the forecast by the network. Key words,marine meteorology, investigation,Zhongshan Station,Antarctica