摘要：本文通过分析经常出现在冬季北部山区的逆温天气现象，分析研究黑龙江省北部山区中低层的逆温规律以及逆温背景下日最低温度的影响规律，揭示了逆温对日最低气温的影响机理，通过对不同逆温强度的天气形势的分析，建立了不同逆温类型的天气模型，在实际工作中，通过对逆温类型的预报，结合对应指标，做出最低气温的定量预报，来提高温度预报准确率。
关键字：北部山区 逆温 最低气温
1 引言
气象资料显示，北部山区气温特征不同于平原地区，表现在同期的平均气温和最低气温都比同纬度低，日较差比同纬度平原地区大，（对比伊春和海伦，乌伊岭和德都），究其原因，海拔高是一方面，山区天气特点是主要原因，而逆温就是冬季山区的主要天气现象，因此，从研究逆温的变化规律出发，来研究山区天气发生规律，进而订正逆温背景下的最低温度预报指标是本课题的研究目的。
2 资料
资料来源有4个方面：
（1）2010年-2014年1、2、11、12月冬季4个月伊春地面最低气温和降水观测资料。
（2）2010年-2014年冬季4个月伊春每天两次的探空观测资料，其中选取地面、925百帕、850百帕、700百帕4个层次的温度资料。
（3）2010年-2014年冬季4个月欧洲数值产品温度预报零场资料。
（4）2010年-2014年micaps资料。
3 研究方法
3.1逆温的一般概念
3.1.1逆温的定义与成因
在正常情况下,对流层中的气温随海拔升高而逐渐降低，海拔每上升100米，气温下降0.6℃，平均垂直递减率为-0.6℃/100米。因为对流层大气的热量主要直接来自地面的长波辐射，离地面越远，气温越低。但在一定条件下，对流层的某一高度有时也会出现气温随高度增加而升高的现象，这种气温逆转的现象就是逆温。出现逆温现象有两种情况：（1）气温随海拔升高而升高。 (2)气温垂直递减率小于-0.6℃/100米【1】。我们这里只研究第一种情况。
根据逆温的定义，通过对高空资料各层次的温度计算发现，逆温大多发生在850hPa以下，因而结合Tlogp图，将850hPa以下出现的逆温作为本课题的主要研究对象。
通常大气温度是下层高，上层低，即大气层温度是由下向上逐渐降低的。 这就使得大气下层温度高，上层温度低，但到了冬季，北半球太阳辐射大大地减弱，地表长波辐射大于吸收的太阳辐射，出现入不敷出的情况，地表温度就越来越低，尤其是晴朗无风的夜晚。在这种情况下，大气层温度结构就容易出现下层温度低、上层温度高的反常现象，即气象上所说的“逆温”现象。这就意味着大气层“头轻脚重”，十分稳定，这就是逆温现象[1]。
3.1.2逆温的种类
根据逆温产生的原因不同，逆温可分为辐射逆温、平流逆温、地形逆温和锋面逆温四种类型。
(1) 辐射逆温：在晴朗无风或微风的夜晚，地面冷却很快，离地面愈近，降温愈多；离地面愈高，降温愈少，因而形成了自地面开始的逆温。 (2) 平流逆温：当暖空气水平移动到冷却的地面、水面或气层之上时，底层空气因受下垫面的影响而迅速降温，上层空气因距离较远，降温较慢，于是产生逆温。逆温的强弱，主要由暖空气和地面的温差决定。 (3) 地形逆温:常发生在山地、 盆地和谷地中。由于山坡散热快，山坡上的冷空气沿山坡下沉到谷底，谷底原来较暖的空气被冷空气抬挤上升，从而出现温度的倒置现象。 (4) 锋面逆温：对流层中，冷暖空气相遇，暖空气密度小，爬升到冷空气的上面，两者之间形成一个倾斜的过渡区即锋面。在锋面上，冷暖空气的温度差比较显著，便出现逆温现象。我们这里研究的逆温多是辐射逆温。
3.1.3 逆温的气候规律
3.1.3.1逆温各月分布规律
全年来看，逆温主要发生在冬季，最冷的12月份和1月份是逆温发生最多的月份，统计2010--2014年1、2、11、12各月逐日07时和19时伊春测站探空资料可以看出，有逆温出现的次数（每日7时和19时记为两次）占总统计次数依次是12月82%、1月80%、2月69%、11月64%。
3.1.3.2 逆温空间结构特点
在有逆温出现的统计次数中，从逆温出现的高度上分为近地面逆温、低层逆温、中层逆温及高层逆温。
近地面逆温：逆温层底始于地面或近地面，逆温层顶高在925百帕以下的逆温称为近地面逆温。我市冬季逆温多属于这种情况，对最低气温有影响的也是此种逆温，也是本课题的主要研究对象。
低层逆温：逆温层底始于925百帕以上，逆温层顶在850百帕以下的逆温称为低层逆温，出现频次仅次于近地面逆温，通常是近地面逆温和低层逆温连续出现，这种情况直观表现为逆温层厚度较厚。
中层逆温：逆温层底始于850百帕以上，逆温层顶在700百帕以下的逆温称为中层逆温，出现次数较少，对最低气温的影响较小，不做为主要研究对象。
高层逆温：逆温层底在700百帕以上的逆温称为高层逆温，极为罕见，不做考虑。
07时出现的近地面层逆温次数大大多于19时出现的近地面层逆温次数，而07时正是冬季绝大多数情况下最低气温的出现时间，这种分布特点，提示我们， 07时出现的近地面逆温是影响最低气温的主要因素，因此，在以下的分析研究中仅考虑07时的近地面逆温，将19时出现的逆温仅作为补充。
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3.1.3.3逆温与晴雨的关系
统计2010年——2014年1、2、11、12逐日晴雨与逆温存在与否的相关性，可以看出，（1）有逆温情况：出现近地面逆温(只统计07时探空资料)时，多为无雨天气；出现低层或中层逆温时多为降水天气。
（2）无逆温情况：无逆温时大多伴有降水（78%），且1月和12月寒冬时，无逆温有降水的概率高达87%和82%。这与降水产生条件和逆温存在条件是相符合的。
3.2 有无逆温的天气学模型
3.2.1近地面逆温典型配置模型
(1)鞍型场：高空500hPa处于东部低涡后部，西部低涡没有进入我省，而45°N以南为弱高压脊，50°N以北东西伯利亚为另一高压控制，我省大部处于稳定的鞍型场中。700百帕或850百帕以下为暖脊控制，这样低层为暖层。
(2)暖脊高压型：500百帕和850百帕均为暖高压脊，地面高压控制，表现为强辐射降温，这种天气形势，预报时极易被暖脊蒙蔽，以为暖脊将控制，未来将会升温，实则不然，这种天气通常表现为晴朗无云，低面辐射降温强，逆温层厚度大，表现为近地面和低层均为逆温。
(3)涡后西北气流：500百帕处在低涡后部，有冷平流或无平流，850百帕脊前暖平流，地面低压后部，虽然逆温层不算厚，但温度垂直增温大。
(4)北脊南槽型：500百帕我省北部东西伯利亚为高脊，我省南部处在低压横槽中，我市处在槽后脊前偏东气流中；850百帕为径向环流控制，有来自北部的暖平流，这种形势可以概括为北高南低，北暖南冷。
(5)西风环流型：500百帕为西风气流控制，850百帕南北冷暖空气势力相当，均纬向移动，整层大气层结稳定，逆温稳定存在。地面图上等压线维持少动。逆温持续多日。
(6)纬向低涡型：北纬中高纬度欧亚大陆乌拉尔山以东至勘察加半岛均为大面积低涡控制，并有冷空气与之配合，850百帕上低涡位置稍有偏东，但面积仍然很大，这种正压结构，预示着天气稳定少变，对逆温维持非常有利。
3.2.2低层逆温模型
天气图（图略）分析看出，低层逆温（925-850百帕）的出现大都伴有降水，逆温的形成主要是由于在槽前有利的动力条件下，垂直上升运动强烈，低层暖湿空气得以抬升较高层次，而低层槽后有冷空气侵入，造成垂直结构上的上暖下冷配置，这不属于通常意义上的逆温。倒是可以作为一个降水指标来进一步研究，这里不做这一类型的分析。
3.2.3无逆温天气模型
统计无逆温的天气个例中，有80%以上是有降水的天气，这样，对于预报有降水的天气形势我们就可以做为无逆温的天气模型来使用，而另外20%的无逆温也无降水的天气个例，也做了模型加以排除。
当前日20时500百帕高空槽压在本站，强冷空气快速入侵，地面降水刚刚结束，高空降温速度快于地面，这时，地面温度仍较高，没有逆温出现，但也没有降水。
槽后西北气流，当整层无冷暖空气的交换，此时，无逆温也无降水。
3.3不同逆温强度对温度的影响程度
逆温厚度：逆温层底高度与逆温层顶高度的差。由于探空资料中我们使用气压值来表示高度，因而这里我们把逆温底高（P1）和顶高（P2）也用气压值来表征。逆温厚度△P=P1-P2.
逆温差：逆温层顶的温度（T2）与逆温层底的温度（T1）差值，称为逆温差逆温差。
逆温差△T=T2-T1。
逆温率：在逆温大气中，单位气压差上升的温度数，称为逆温率V。逆温率
V=(T2-T1)/（P1-P2）。
逆温厚度、逆温差、逆温率均与逆温强度有关。计算2010年-2014年1、2、11、12月近地面层逆温厚度、逆温差、逆温率，可知，决定逆温强度的最大因素是逆温厚度，其次是逆温率。
逆温厚度越厚（△P≥100百帕），逆温差越大，逆温越强；
厚度中等（50百帕≤△P＜100百帕）时，逆温强度取决于逆温率，逆温率大，逆温强，逆温率小，逆温弱；
逆温层薄（△P＜50百帕）时，逆温率越大，逆温越强。
由此，可以通过计算不同逆温强度的相应特性层与地面最低温度的温差，做为预报地面最低气温的指标。
4 结论
通过对北部山区逆温背景的分析研究的，总结出有无逆温的天气学模型，并且依据5年的历史资料，发现了一些不同种类、不同程度的逆温形势及对最低温的的影响指标，但实际应用还有一定距离，表现在有否逆温的确定上，虽然有模型参照，但仍然是预报员的主观判断，这势必有一定的误差，这种误差的直接结果就是影响指标应用。同时在确定逆温程度和性质上，如何应用数值预报产品还需要细致的研究，研究的越深入，越发现，有关逆温的研究还是有很多可深入的地方，比如逆温与污染关系，逆温与弱降水关系，今后还需做大量的细致研究工作，本次工作积累的逆温分析资料也算是一大收获。
参考文献：
1、肖同玉,任红玉,张兴文,等. 哈尔滨冬季逆温规律分析及预报. 东北农业大学学报.2001年6月.第32卷.第二期 .文章编号 1005-9369（2001）02- 0139-07.
2、刘实,随波,涂刚,等. 我国东北地区冬季气温变化的东亚冬季风背景. 应用气象学报.2014,25（1）；11-21.
3、赵鸣,王彦昌,金皓,等. 一种预报逆温层高度的方法. 气象科学. 1987年,24
论文作者:王爱香1， 赵玲2 ，石磊1,，潘蔷 1
论文发表刊物:《科技中国》2017年11期
论文发表时间:2018/5/2
标签：逆温论文; 逆温层论文; 地面论文; 温度论文; 天气论文; 冬季论文; 平流论文; 《科技中国》2017年11期论文;