ANALYSIS AND CASE STUDY OF CHARACTERISTICS OF EXTREME MINIMUM TEMPERATURE IN ZHANJIANG
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摘要: 利用广东湛江1951—2018年逐日气温资料、NCEP再分析资料和NOAA重建海温资料，分析近67年湛江冬季极端低温事件的特征，对比分析1967年1月、1975年12月和2016年1月三次极端低温事件过程的天气要素和环流特征，从ENSO和北极涛动（AO）方面探讨形成极端低温的原因。研究表明：1951—2017年平均最低气温和极端最低气温均呈增暖趋势，且极端最低气温比平均最低气温增暖更快。湛江冬季极端最低气温受东亚冬季风南北一致型模态影响，东亚冬季风一致偏强时湛江极端最低气温偏低，其关键环流系统为乌拉尔山及其以东地区的高压脊、贝加尔湖以南地区的低压槽和西伯利亚高压。进一步分析表明，三次冷空气过程受ENSO和AO的影响不同，其中1967年冷空气受东部型拉尼娜和AO负位相共同影响，1975年冷空气主要受中部型拉尼娜影响，2016年冷空气则主要受AO负位相影响。三次过程均以偏西路冷空气活动为主，都表现出对流层中层东亚地区位势高度偏低、对流层低层异常北风和西伯利亚高压偏强的特征。但高空环流形势不同，1967年冷空气过程为高压脊发展型，预报关键是槽后脊的发展时间；1975和2016年冷空气过程环流形势均为横槽转竖型，预报关键是阻塞高压崩溃、横槽转竖时间。地面受冷空气影响时间与925 hPa温度平流有较好的对应关系，但由平流降温造成的过程最低气温与850 hPa冷平流强度对应，过程最低气温往往发生在850 hPa冷平流最强的次日，另外还要关注辐射降温作用对最低气温的影响。Abstract: Based on the daily temperature data of Zhanjiang, the reanalysis data from the NCEP/NCAR and the Extended Reconstructed Sea Surface Temperature (SST) V5 from NOAA during 1951—2018, this study discussed the characteristics of winter extreme minimum temperature (EMT) in Zhanjiang during recent 67 years, compared the weather elements and circulation characteristics of three cases (January 1967, December 1975 and January 2016), and discussed the reasons of EMT from the perspective of El Niño-Southern Oscillation (ENSO) and Arctic Oscillation (AO). The results showed that the average minimum temperature and the EMT had a warming trend during 1951—2017, and the latter increased faster than the former. The winter EMT in Zhanjiang was affected by the mode of East Asian winter monsoon (EAWM) with the same sign of anomalies throughout eastern China. It was in favor of the EMT reducing in Zhanjiang when the EAWM was uniformly stronger. The key circulation systems were the ridge over the Ural Mountains and its east, the trough on the south of Baikal Lake and Siberian High. Further analysis showed that the influence of ENSO and AO on the three cases was different. The 1967 cold air was jointly affected by the negative phase of AO and the Eastern-Pacific La Niño, the 1975 cold air was mainly affected by the Central-Pacific La Niño, and the 2016 cold air was mainly influenced by the negative phase of AO. The three processes were dominated by the cold air activities in the west side, and the circulation showed the characteristics such as low geopotential height in the middle troposphere in East Asia, abnormal northerly wind in the lower troposphere and strong Siberian High. The three cases had different high-altitude circulation patterns. The 1967 cold air high-altitude situation was high pressure ridge development, and the key to forecast was the development time of the ridge behind trough. The 1975 and the 2016 cold air high-altitude situations were the transverse trough turning anticlockwise to meridional with blocking high-pressure activity, and the forecast key was the time of blocking high collapse and the zonal trough turning to a meridional one. The influence time of cold air on the ground corresponded well with the 925 hPa temperature advection, but the lowest process temperature caused by advection cooling corresponded to the intensity of 850 hPa cold temperature advection. The lowest process temperature usually lagged behind the strongest 850hPa cold temperature advection for one day. In addition, we should pay attention to the impact of radiation cooling on the lowest temperature.
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图 1 1951—2017年湛江冬季最低气温（a，灰实线：平均最低气温，灰长虚线：平均最低气温均值，灰短虚线：平均最低气温线性趋势；黑实线：极端最低气温，黑长虚线：极端最低气温均值，黑短虚线：极端最低气温线性趋势）和极端低温频数（b，黑长虚线：频数均值）时间序列
图 2 1951—2017年冬季极端最低气温与同期冬季500 hPa位势高度场的回归分布
a中填色图和灰等值线，打点为通过0.05显著性检验的区域，黑等值线为冬季1951—2017年平均的500 hPa位势高度，黑色方框为H500_UM指数定义范围，灰色方框为H500_BL指数定义范围；（b）同（a），但为海平面气压场，黑色方框为SLP_SH指数定义范围。
图 3 1967年1月6—20日（a）、1975年12月2—19日（b）和2016年1月15—30日（c）湛江逐日最低气温（实心圆折线）、日较差（空心圆折线）和日照时数（柱状，右坐标）的变化曲线
图 8 三次冷空气过程温度平流“时间-纬度”剖面图(第一、二行，沿110.3 °E剖面，单位：10-5 ℃/S，a、e、i为850 hPa，b、f、j为925 hPa)和“时间-经度”剖面图（第三、四行，沿21.15°N剖面，单位：10-5 ℃/S，c、g、k为850 hPa，d、h、l为925 hPa）
a、b、c、d. 1967年；e、f、g、h. 1975年；i、j、k、l. 2016年。
表 1 三次冷空气过程气温变化幅度对比（ΔT24为24小时变温，ΔT48为48小时变温，Tave为平均气温，Tmin为最低气温，Tmax为最高气温）
最低气温 ΔT24 ΔT48 过程降温 温度负距平 过程最低 连续降温时段 Tave Tmin Tave Tmin Tave Tmin Tave Tmin Tave Tmin Tmax 1967.1.15—1.17 3.9 3.7 4.6 6.6 4.6 8.6 7.0 10.3 8.7 2.8 13.9 1975.12.9—12.14 6.6 8.2 9.9 11.2 18.2 18.4 13.2 11.7 4.2 2.8 5.7 2016.1.22—1.25 5.9 5.1 9.9 9.4 13.1 12.5 11.6 10.5 4.0 2.7 6.1 
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表 2 三次冷空气过程对比
年份 降温方式 阻塞 环流形势 冷空气路径 Niño指数 AO 1967 晴空辐射
平流降温无 高压脊发展型 偏西 东部型
拉尼娜负位相 1975 平流降温 有 横槽转竖型 西路 中部型
拉尼娜正位相 2016 平流降温 有 横槽转竖型 中路偏西 东部型
厄尔尼诺负位相
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图(8) / 表(2)
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