基本介紹
- 中文名：黃河氣旋
- 外文名：The Yellow River cyclone
- 別稱：黃河低壓
- 地區：河套及黃河下游地區的鋒面氣旋
- 出現時間：全年均可出現，以6~9月為最多
簡介,形成原因,熱帶氣旋,南支鋒區,分析結果,影響,浮塵降青島,大連暴雪,“五九”冷雪天,影響天氣,引發黃渤海大風的黃河氣旋診斷研究,黃河氣旋路徑和大風概況,黃河氣旋發生髮展的環流特徵,研究結論,
簡介
形成原因
其形成過程是：在黃河中、上游先有倒槽產生，然後有冷鋒入槽。與之相對應的高空形勢特點是，在北緯35°～40°間有一近似東西向鋒區，其上有低槽東移，不斷發展加深，槽前後冷暖平流加強形成氣旋。其路徑大體沿黃河東移進入渤海灣或黃海北部，再向東北進入朝鮮和日本海，或偏北移動進入松遼平原。黃河氣旋對華北和東北南部天氣影響很大，夏季與南方“副高”輸來的水汽交綏，常出現大雨或暴雨，有時產生強烈大風。
熱帶氣旋
黃河氣旋在黃河流域生成的氣旋：①發生於河套北部，是北支鋒區上有高空槽經過河套北部並加強時，在地面靜止鋒上產生的氣旋波，向東北或偏東方向移動，夏季此類氣旋可給內蒙古中部和華北北部地區帶來較大的雨量。②發生於晉陝地區，是黃河上游緩慢東移的暖性倒槽中有急速南下的冷鋒進入後形成的，僅能產生一些零星降水。③發生於黃河下游華北平原地區，這類氣旋占黃河氣旋總數的一半以上，多在夏半年，常由於冷鋒移入由西南向華北的低壓倒槽內、或從東北伸向華北的“V”形低壓槽中而形成。這類氣旋約有30%能在中國境內發展加深，當氣旋東移或進入東北地區時，往往造成渤海和遼東半島大風，風力一般為6、7級，氣旋中心所經之地常有大雨或暴雨。
南支鋒區
江淮氣旋長江中下游、湘贛地區及淮河流域產生的氣旋的總稱，均屬南支鋒區上的波動，一般都由西風帶高空槽或西南渦向東移動時，在地面靜止鋒上誘發而成。或是地面冷鋒進入暖性低壓槽後，鋒面發生波動形成。在長江下游和淮河流域發生的氣旋占江淮氣旋總數的75% 以上，主要發生在春夏季節。氣旋生成後，絕大多數向東北偏東方向移動入海，是造成江淮流域暴雨的主要天氣系統之一。有時氣旋西部或北部會有6～8級偏北或偏東大風，氣旋東部有5～7級的偏南大風。
分析結果
利用NCEP/NCAR 的再分析資料和GMS紅外黑體亮度溫度(TBB)資料等，對1991年6月9-11日的一次黃河氣旋暴雨過程進行了診斷分析。結果表明：黃河氣旋的發生髮展是大氣斜壓性強烈發展的結果，強的高空輻散與正渦度平流共同作用形成了黃河氣旋，對流層低層的暖平流促進了黃河氣旋的進一步發展，並對其移動方向有引導作用；暴雨在黃河氣旋的初生、發展階段，產生於氣旋前部暖區的盾狀雲系中；暴雨的水汽有西南和東南兩個來源，其中西南水汽通量大於東南；暴雨區上空大氣具有很強的對流不穩定性，中尺度對流雲團的發生髮展，造成了氣旋降水分布的不均勻性和強降水中心，降水造成的凝結潛熱釋放對氣旋的發展有正反饋作用。
影響
浮塵降青島
受黃河氣旋和中等強度冷空氣的共同作用，白天華北部分區域產生揚沙天氣，這些沙塵通過高空風向南、向東擴散，本市10時許開始出現浮塵，11時的能見度減弱為5公里。14時後，風力有所減弱，沙塵也開始減輕，能見度達到七八公里。另外，受冷空氣影響，萊西、平度等地出現陣雨過程，雨量不大，但對緩解浮塵天氣起到了很大作用。浮塵天氣也與島城工程項目扎堆施工有關。 據介紹，預計當天夜間風力減弱，黃海氣旋東移，華北、山東西部區域的揚沙天氣結束。以晴間多云為主，氣溫回升，全市範圍的最高氣溫都在20℃左右，27日會有一股弱冷空氣影響青島市，天氣轉陰，局部有短時小陣雨過程，28日又將迎來晴好天氣。
大連暴雪
黃河氣旋中心正鼎盛期 大連降下二月里最大暴雪
2006年2月，由於黃河氣旋在東移過程中其中心路徑經過大連，並且到大連時已發展到鼎盛期，所以大連的降雪量最大，其中市區降雪量達16.4毫米，是1991年以來冬季最大的一場暴雪，也是大連有氣象資料以來2月份最大的一場暴雪。同時在本次瑞雪受惠區域內大連是佼佼者。
大連市區是這場雪降雪量最大的地區，達16.4毫米。氣象上的降雪量一般根據雪轉化為水之後的降水量而分為4個等級：24小時內降水0.12.4毫米稱為小雪；2.54.9毫米稱為中雪；5.09.9毫米稱為大雪；10毫米以上（含10毫米）稱為暴雪。但即使是暴雪的量級也僅僅相當於雨量中的中雨。因為粗略估計，10毫米深的積雪僅能融化為1毫米的水。由於這個冬天在影響本市的天氣系統中，導致大雪的天氣系統較多，所以這個冬天給人的感覺是“大雪紛紛”，甚至在“三九”未冷的情況下，卻出現“五九”的低溫、“六九”的暴雪天氣。“這並不值得奇怪。”氣象專家介紹說。
“五九”冷雪天
首先大家熟悉的“九九歌”是根據黃河中下游地區的氣候特點總結的，但大連三面環海，天氣受海洋影響，因此氣候變化較之內陸地區來得晚。在歷史上，出現“五九”冷雪天也是正常的。此外，儘管通常“寒冷乾燥少雨雪”是本市冬季的天氣特點，但這個冬天東北冷渦（帶來12月份的大連同期54年最大降雪）、黃河氣旋等天氣系統的相繼到來導致了大雪紛紛。特別是導致暴雪的黃河氣旋，在東移過程中其中心路徑正好經過大連，並且到大連時又正好發展到鼎盛期，所以大連的降雪量也就“相當”大了。這些天氣系統不僅影響了大連，而且整個環渤海地區均受到影響，煙臺、青島等地的持續大雪天氣也是受到這些天氣系統的影響。
影響天氣
在這個時節來場暴雪是利多弊少的，尤其對當年農業生產益處頗多。氣象專家解釋說。這些好處包括：雪能蓄水抗旱。大雪降到田間，成為一個天然的覆蓋層，可以有效地抑制土壤水分的蒸發；雪融化時，雪水又滲入土壤中，增加了土壤的水分。對冬小麥、冬油菜等作物生長十分有利，而且能夠滿足作物返青後對水分的需求，起到了蓄水抗旱的作用。雪能防寒、保溫。剛降到大地的雪鬆軟、空隙多，空隙中的空氣是熱的不良導體，從而使土壤中的熱不易散發，同時還阻止了寒氣侵入土壤，因而雪可防寒、保溫，保護作物免受更低的溫度侵害，有利於作物的安全越冬。雪能生成氮肥。雪可吸附空氣中大量的游離氣體，通過化學反應，生成氮化物，當雪融化時，這些氮化物便隨雪水滲入土壤中，從而增加了土壤肥力。據資料顯示，一升雪水中，含氮化物7.5毫升，是一升雨水的5倍。雪能消滅蟲卵。積雪阻塞了地表空氣的流通，可使一部分在土壤中越冬的害蟲窒息而死。雪融化時，由於要消耗大量的熱量，而使土壤溫度驟然降低，此時，可把土壤表面與作物根茬里的害蟲和蟲卵凍死，使農作物生長時的蟲害大大減少。雪能增加產量。據科學試驗表明，雪水中含重水少，每公斤雪水中含重水（氚）是普通水的1/4,而重水有抑制作物生長的作用，所以用雪水浸種、澆灌和進行葉面噴灑各種作物和水果時，都有增加產量的效果。雪能提高品質。用雪水澆灌農作物可提高作物的品質。有人作過調查，新疆的哈密瓜和無核葡萄（乾）之所以甘甜味美，就是有大量的雪水澆灌的作用。用雪水澆灌的糧食和果類也都會明顯提高品質。
引發黃渤海大風的黃河氣旋診斷研究
黃河氣旋是影響我國黃河下游、遼東半島、黃海、渤海的重要天氣系統之一。它一年四季均可發生，具有生成突然、發展迅速之特徵常給這些地區帶來強風、暴雨雪、沙塵暴等惡劣天氣，時常還造成較嚴重的災害。如2007年3月3-5日，一個爆發性的黃河氣旋誘發渤海風暴潮襲擊了山東半島沿海，致使海水倒灌沖毀防海堤壩，部分碼頭塌陷，船隻損壞，房屋倒塌，農田被毀，海水養殖業受損嚴重，受災人口達64.15萬，直接經濟損失40.1億元，達到特大型氣象災害標準。因此，多年來國內外很多學者對中高緯度突發性氣旋或稱“氣象炸彈”作了全面和深人的分析研究。
早期主要是統計研究，揭示有關溫帶氣旋發生的頻率和發展條件。指出這種爆發性氣旋主要在冬半年，集中在大西洋和太平洋西部。學者通過動力學和數值模擬分析，探討氣旋突發性發展的物理機制。研究對流層中層以上氣旋性渦度平流和暖平流、非絕熱加熱過程、低層靜力穩定度、海表溫度梯度、前期地面的渦度發展以及地面能量通量幾個因子的綜合作用是氣旋爆發性發展不可缺少的。高空急流出口區北側的輻散區為爆發性氣旋發展提供了動力條件，上游斜壓性的發展使對流層頂發生摺疊，平流層與對流層相互作用增強。由於高空波動引起高空急流加速，在急流人口區也十分有利於低層氣旋波的發展。研究東亞寒潮過程相伴隨的大環流調整給下游氣旋猛烈發展提供了較好的背景條件。有研究通過個例診斷和數值模擬比較了絕熱斜壓過程與非絕熱強迫過程以及它們之間的相互作用，在迅速加強的赤道外氣旋的發生髮展中的相對重要性，認為赤道外氣旋的發生髮展應該是在濕斜壓不穩定條件下，斜壓動力學與非絕熱過程的非線性相互作用的結果。數值模擬研究次級海洋氣旋爆發對初始誤差的影響隨著積分時間消退，在乾模式中消退更快，當不計地表蒸發時，降水減少，氣旋無法發展。指出斜壓不穩定是淺薄的氣旋初期發展的主要機制，而潛熱釋放是後期發展的重要因素。對大西洋氣旋的研究發現，初期氣旋是一個弱的斜壓系統，當高空槽到達氣旋上空時，氣旋得到迅速發展，強調了斜壓性和對流凝結潛熱加熱的作用。數值模擬研究也指出，如果沒有潛熱釋放，就不會出現氣旋的爆發性發展，潛熱釋放是爆發性發展的關鍵因子。研究兩個不同路徑的爆發性氣旋，發現高空大值位渦空氣的下伸是氣旋爆發性發展的一個重要條件。初生氣旋逐漸向強位渦區移近，並形成上下位渦區相接的形勢，使氣旋迅速發展。從理論上解釋冷鋒通過暖的下墊面時形成的大氣位勢不穩定可導致類似機制的發生，從而促使氣旋強烈發展。對稱不穩定對海洋氣旋的爆發性發展可能是重要的。指出能量頻散效應是氣旋爆發性發展的一種機制。而海面能通量在氣旋初始時刻比後期更重要。
儘管近年來鋒面氣旋倍受關注，學者從天氣學、動力學診斷和數值模擬方面對氣旋突發性發展做了不少工作，得到氣旋發展基本上是一種斜壓不穩定現象，其中溫度平流、渦度平流、高低空急流、凝結潛熱釋放和高空位渦空氣下伸等因子對其發生髮展都有作用，但各種影響因子的相對重要性說法還不十分一致，需要做進一步深人研究。所有的研究個例都限於北大西洋或東太平洋，而對太平洋西岸個例的研究還很少。研究利用NCEP/NCAR的再分析資料、常規觀測資料和風雲衛星雲圖資料，分析研究2011年4月26-27日突發性黃河氣旋造成黃渤海強風天氣過程的演變特徵，採用動力學診斷和雲圖分析來審視整個氣旋發生髮展物理變化過程，試圖更好地研究和了解鋒面氣旋及其發生髮展機制，初步探索大氣的溫度平流、渦度平流、斜壓性的發展、非地轉風及高低空急流對溫帶氣旋發展的重要作用還從地轉偏差風角度討論了黃渤海強風產生的原因。為氣旋動力學研究、天氣分析預報提供有參考價值的信息。今後，還要通過多個海洋爆發性氣旋的中尺度模擬和敏感性試驗，對上述問題進行探討。
黃河氣旋路徑和大風概況
這次黃渤海大風與黃河氣旋的移動路徑和強度密切相關。該氣旋於2010年4月26日14時北京時，下同在華北平原南部生成後向偏東方向移動，在當晚20時前後移人渤海，其中心氣壓開始明顯降低，移速減慢；27日凌晨進人渤海灣，27日8時轉向東北方向移動，並於中午前後移進朝鮮西北部，而後折向偏北方向移動，進人了我國吉林省境內（圖1）。在渤海期間黃河氣旋突發性發展，27日2時至14時的12個小時內，中心氣壓從1003hPa下降至992hPa，共降11hPa。當移至吉林省氣旋的中心強度開始顯著減弱。28日當移至吉林省西北部時其逐漸減弱消失。
圖1
圖1受此突發性黃河氣旋的影響，26晚上至27日，渤海、黃海北部和中部出現了9級偏北和偏西大風，陣風達10-11級；河北東部、山東大部、遼寧南部和吉林南部也出現了7-8級偏北風，陣風9-10級，山東並伴有沙塵暴。本次大風天氣過程具有大風突發性強，風力大之特徵，造成部分地區風災損失嚴重，僅山東省受災人口約為150萬，因災死亡3人，養殖大棚倒塌、房屋損毀，直接經濟損失達3.96億元；煙臺、威海和青島等海域相繼發生起船舶險情。
黃河氣旋發生髮展的環流特徵
本次黃渤海大風天氣過程是在歐亞中高緯兩槽一脊向兩槽兩脊環流型轉換過程中發生的。過程前4天，兩個長波槽分別位於歐洲西部和貝加爾湖及以東地區，東歐到中西伯利亞是一寬闊的長波脊。此後，在泰米爾半島附近出現一不穩定小槽，由於西歐低槽的斜壓不穩定發展，小槽沿著東歐至烏拉爾山經向發展的西段脊前部不斷加強的偏北氣流往南加深，促使中西伯利亞的東段脊加速分離並東移控制了貝加爾湖以東地區，替代原先的長波槽，該槽逐漸移出亞洲。24日8時，西段脊在烏拉爾山到西西伯利亞平原一帶發展成南北經向度很大的阻塞長波脊，脊前冷平流及正的熱成風渦度平流導致泰米爾半島不穩定小槽在勒拿河流域加強成一低渦，與低渦相連的槽線長達25個緯度以下簡稱影響槽，至此，在歐亞中高緯建立了兩槽兩脊經向環流形勢。
25日當影響槽移到貝加爾湖附近時，勒拿河低渦移至東西伯利亞北部，渦後正變高並人到東移的東段脊中，使得影響槽被切斷，槽內冷空氣與高緯冷空氣脫離而孤立起來，在蒙古國東北部誘生一低渦，渦前後有明顯的冷暖平流，對應西南和西北風速為10-20m·s-1，同時，在700和850hPa上有20℃/5個緯距強鋒區配合；25日8時當冷鋒移進地面低壓中與暖鋒相連線，生成一蒙古氣旋。蒙古氣旋向偏北方向移動，26日2時當中心行抵到黑龍江西北部時，其中心部分和西南邊的暖區脫離，在西南暖區部位的內蒙古中部逐漸形成一個新的低壓中心，對應在雲圖上殘留下一個近似圓形的渦旋雲系，它逐日南移，範圍擴大，密閉雲區逐漸變得較為清晰，表明其在增強。這個低壓形成之初，低壓內無鋒面，伴隨著貝加爾湖低渦後部轉下一橫槽，與橫槽相伴在蒙古國西部有一條斷裂破碎而且很窄的不活躍冷鋒雲帶，其移速較快。當渦旋雲系移至華北平原時，雖其範圍較大，而雲繫結構變得鬆散。當橫槽轉豎以後，高空槽加深，槽前暖平流加強並生成暖鋒，即當冷鋒雲系進入渦旋雲系中形成了凸起的波狀雲型。26日14時在河北衡水附近生成一次級黃河氣旋。此後，位於黑龍江北部的蒙古氣旋顯著減弱橫槽後部南下的較強冷空氣與槽前強西南氣流（風速達14-24 m·s-1）相互作用，導致黃河氣旋突發性發展。此時，氣旋雲系凸起更明顯，在其後方開始下凹，表明有乾冷舌開始侵人。26日19時，黃河氣旋中心附近開始出現螺旋狀雲系，27日2時當移至渤海西部時快速發展，乾舌已伸向雲系中心。促使氣旋中心氣壓劇烈下降。在氣旋西部出現了20hPa/5個緯距的較強氣壓梯度，造成黃渤海及黃淮等地產生強風。
研究結論
通過對2010年4月26-27日黃河氣旋突發性發展造成黃渤海強風的成因進行了天氣動力學診斷分析，得到以下結論：
（1） 這次強風天氣是在歐亞中高緯度兩槽一脊向兩槽兩脊對流型轉換的過程中，烏拉爾山高壓脊經向發展，泰米爾半島不穩定小槽東移加深，致使東亞大槽重建過程中出現的。大槽中一橫槽轉豎引導冷空氣大舉南下，槽前後盛行暖冷平流，導致一個次級黃河氣旋形成、發展，引發黃渤海出現大風。
（2） 不活躍冷鋒雲系進人渦旋雲系中形成凸起的波狀雲型，黃河氣旋形成氣旋雲系凸起更為明顯，其後方開始下凹，表明乾冷舌開始侵人，黃河氣旋中心附近開始出現螺旋狀雲系，當乾舌已伸向雲系中心，氣旋強烈發展。衛星雲圖的特徵對於監測氣旋的發生髮展有較好的指示意義。
（3） 在氣旋發展中溫度平流起了主要作用，但高空槽前的渦度平流在氣旋發展初期也起了主要作用。大氣的斜壓性與氣旋的發展有密切關係，冷鋒上的斜壓性對於氣旋發生髮展起著重要作用。斜壓性對於有效位能的釋放、動能的製造及氣旋的加強是有幫助的，斜壓強迫可能是氣旋發生髮展的重要原因之一。矢量輻合區與地面氣旋鋒區的走向非常接近，氣旋始終位於矢量散度梯度最大北方，有利的動力和熱力條件提供能量積累，利於黃河氣旋前期發展和後期維持。高空偏西急流和低空偏南急流動力學上的相互藕合，低空暖濕氣流的熱力強迫，使得低層大氣產生了強上升運動，促使黃河氣旋強烈發展。低空急流前方的輻合所伴隨的渦度製造是氣旋強烈發展過程中渦度迅速增大的動力學原因。
（4） 這次黃河氣旋引發的黃渤海大風接近地轉風。渤海、黃海北部沿海海區的強風是大值變壓梯度造成的變壓風黃海中部、山東半島沿海強風是大值氣壓梯度所造成的梯度風高空冷空氣向低層迅速穿透所帶來的大風動量下傳以及超低空急流右側的偏差風輻散都是造成地面強風不可忽略的因素。
