昆明準靜止鋒的發(fā)現(xiàn)和研究

索渺清丁一匯

（1 中國氣象局氣象干部培訓學院，北京 100081；2 國家氣候中心，北京 100081）

昆明準靜止鋒的發(fā)現(xiàn)和研究

索渺清1丁一匯2

（1 中國氣象局氣象干部培訓學院，北京 100081；2 國家氣候中心，北京 100081）

昆明準靜止鋒也稱西南準靜止鋒，早在20世紀40年代已被中國學者所發(fā)現(xiàn)。這是在東亞冷空氣爆發(fā)并向南擴展時，受西南高原地形阻擋形成的一種獨特的鋒面系統(tǒng)。在北美等地雖然也有類似現(xiàn)象，但昆明準靜止鋒在形成原因、活動規(guī)律和天氣影響上都十分不同。在青藏高原大地形、低緯高原和橫斷山脈的作用下，昆明準靜止鋒沿地形呈準南北走向，具有東西擺動和跳躍式西進的獨特活動規(guī)律。若靜止鋒轉(zhuǎn)變成冷鋒西進，往往伴隨著西南地區(qū)寒潮等轉(zhuǎn)折性天氣出現(xiàn)；若靜止鋒長期穩(wěn)定維持，不僅在冬季會造成凍雨等災害性天氣，還會在春季帶來雷暴、冰雹、大風等強對流天氣。從昆明準靜止鋒的發(fā)現(xiàn)開始，全面的回顧和總結(jié)相關的研究進程，對該領域研究的未來方向從以下幾個方面做出展望：1）昆明準靜止鋒的定義仍需明確；2）鋒區(qū)強烈逆溫的成因和水汽來源；3）昆明準靜止鋒的氣候結(jié)構和環(huán)流特征；4）昆明準靜止鋒的氣候變率及其影響因子；5）昆明準靜止鋒的維持和進退機理；6）昆明準靜止鋒的可預報性和數(shù)值預報能力研究。

昆明準靜止鋒，發(fā)現(xiàn)過程，形成原因，活動規(guī)律，天氣影響

0　引言

在全球變暖的總趨勢下，全球氣候變化的幅度變大，小概率、高影響天氣氣候事件發(fā)生的機會增加，極端天氣事件出現(xiàn)的概率在增加。在中國，連續(xù)21a暖冬的大背景下，2008年1月10日—2月2日中國南方經(jīng)歷了歷史上罕見的大范圍低溫、雨雪和冰凍災害，災害持續(xù)時間長，影響嚴重，致使南方近20個?。▍^(qū)、市）1億多人受災，引起了國內(nèi)外政府部門、防災減災機構和科學界高度的關注[1]。2011年1月1日—2月5日，中國南方再次出現(xiàn)嚴重的低溫雨雪冰凍災害。兩次災害都和昆明準靜止鋒系統(tǒng)相關，而該系統(tǒng)作為冬半年影響中國西南地區(qū)的重要天氣系統(tǒng)，盡管被中國氣象界認知已有數(shù)十年的歷史，但其中一些關鍵性的問題還亟待研究。

1　昆明準靜止鋒的發(fā)現(xiàn)

1930年，高空觀測開始在我國出現(xiàn)：1935年，朱炳海[2]提出研究鋒面的生消與活動，進而闡明天氣演變的機理應從分析氣團入手。趙九章[3]、黃廈千等[4]和Tu[5]等學者開展了東亞氣團分析以及不同氣團對天氣影響的研究，揭示了中國天氣獨有的一些特征。第二次世界大戰(zhàn)期間，高空測候站增加并擴展到我國西南一帶，獲得的記錄中反映四川盆地和云貴高原天氣變化的信息，受到更多氣象學者的關注[6-10]。張丙辰將中國氣團分為五大類，進而論及不同氣團間所發(fā)生的交綏作用，與其相因而生的天氣現(xiàn)象，由此發(fā)現(xiàn)中國氣團之交綏，可分昆明準靜止鋒等六大類型。據(jù)《中國科學家辭典》[11]記載：“張丙辰在大學讀書時，曾聽過呂炯《巴山夜雨》的報告，引起他對西南地區(qū)天氣的濃厚興趣。他積三年搜集、整理的資料，于1946年寫成《昆明準靜止鋒》一文，得到原大學老師涂長望教授的贊許，至今國內(nèi)天氣學教材中涉及此鋒，其名即自彼時始”。1947年，《科學》上刊登了張丙辰“吾國西南之氣團及準靜止面”[12]論文提要。1949年，《科學》又刊登了張丙辰《昆明準靜止鋒面之再探討》[13]等3篇論文提要，1950年，他的英文論文“The Kunming quasi-stationary front（昆明準靜止鋒）”在Journal of the Chinese Geophysical Society（已更名為Chinese Journal of Geophysics）上發(fā)表[14]。除《中國科學家詞典》的記載外，目前可獲取的相關文獻最早只追溯到1947年發(fā)表在《科學》上的論文摘要，但從各主要氣象和科學刊物的摘要和評述來看，張丙辰是最早系統(tǒng)地研究和總結(jié)昆明準靜止鋒的學者當無疑問。1956年，樊平[15]根據(jù)昆明氣象臺的經(jīng)驗和多次昆渝航線飛機報告，加以綜合后提出昆明準靜止鋒的預報指標和鋒面分析原則，對昆明準靜止鋒在實際業(yè)務應用起到了積極地促進作用。夏平[16]在總結(jié)我國解放十年來在鋒面系統(tǒng)的分析研究中取得的成就時，肯定了張丙辰和樊平先后對昆明準靜止鋒的發(fā)現(xiàn)所做出的貢獻。

昆明準靜止鋒也稱西南準靜止鋒，是指在東亞冷空氣爆發(fā)并向南擴展時，受西南高原地形阻擋形成的一種獨特的鋒面系統(tǒng)。如圖1所示，在北美等地也有類似現(xiàn)象，但其發(fā)生在中高緯地區(qū)；而昆明準靜止鋒的主要活動區(qū)域在30°N附近的低緯區(qū)域，因此其在形成原因、活動規(guī)律和天氣影響上都與其他類似系統(tǒng)有顯著區(qū)別，只是在冷空氣活動和山脈對冷空氣的阻擋作用等方面有相似性。

2　昆明準靜止鋒的形成原因

2.1獨特的地形作用

Jong[14]指出昆明準靜止鋒是地形的產(chǎn)物。在我國西南地區(qū)，青藏高原東南部與云貴高原相連，伴有南北走向的橫斷山脈。顧震潮[17]和葉篤正等[18]的研究表明，西藏高原是西風帶中最大的障礙，足以使西風帶產(chǎn)生極大的擾動，引起分支、會合、屏障及跳躍的現(xiàn)象。當西風帶處于西藏高原的緯度帶時，對流層下部的西風分成南北兩支，在高原北邊生成高壓脊，南部生成低壓槽。冬季，新疆、蒙古上空的這個高壓脊和地面蒙古高壓相關聯(lián)，孟加拉灣的地形槽更對鋒前暖氣團的屬性有很大影響。由于青藏高原大地形的影響，東亞冬季反氣旋活動路徑偏北偏東，很少能夠直接到達西南地區(qū)。Murakaim等[19]首次用數(shù)值模擬的方法發(fā)現(xiàn)，高原的動力作用有利于低層的冷高壓沿地形東部邊緣迅速南下到達高原的東南方。數(shù)值試驗研究[20]進一步表明，由于高原的存在大大加強了低層冷空氣的繞流作用，使高原東側(cè)的降溫增強，降雨增多，冷鋒南下加快。羅四維[21]發(fā)現(xiàn)，當冷空氣由高原北邊經(jīng)過時，經(jīng)常有較薄的冷空氣繞高原邊緣迅速南下。衛(wèi)星云圖對在高原上追蹤系統(tǒng)移動、確定系統(tǒng)結(jié)構和判斷系統(tǒng)發(fā)生、發(fā)展是一種有用的工具。丁一匯[22]通過衛(wèi)星云圖分析發(fā)現(xiàn)，一般情況下冷鋒不容易到達高原內(nèi)部，但當高原上或高原西北有高空槽引起高原上一次寒潮過程時，冷鋒可以進入高原，即使夏季在高原上也可以出現(xiàn)寒潮天氣，衛(wèi)星云圖上表現(xiàn)為一條冷鋒云帶侵入高原，并引起高原上降水天氣。段旭等[23]認為昆明準靜止鋒是地面冷高壓沿青藏高原東側(cè)運動遇高原阻擋而形成。王曼等[24]利用2008年1月MM5中尺度數(shù)值模擬結(jié)果，通過地形減半的敏感性數(shù)值試驗，定量分析得到高原地形阻擋作用是昆明準靜止鋒形成和維持的必要條件。

圖1　北美的氣團（a）和鋒面系統(tǒng)（b）（來源：美國天氣學課件）Fig. 1 The air masses and front of North America （from synoptic courseware， USA）

1997年，秦劍等[25]把緯度低于30°N、海拔高度在2km左右的地區(qū)稱為低緯高原，考慮到北方寒潮在到達華中、華南時的厚度不過2km左右，因此低緯高原有效地阻擋了北方南下冷空氣的侵襲。青藏高原東南側(cè)的橫斷山脈，是中國最長、最寬和最典型的南北向山系，山脈南北走向，縱向嶺谷相間，具有獨特的“通道—阻隔”效應。當?shù)孛胬涓邏耗锨謺r，西南地區(qū)處于高壓的西南側(cè)，多屬回流形式影響，冷空氣勢力較弱。加之經(jīng)四川盆地的冷空氣爬坡向南向西，又受到烏蒙山等山脈阻擋，難以翻越而停滯、堆積，形成準靜止鋒[26]。烏蒙山和哀牢山成為云南重要的氣候分界線。一般北方南下冷空氣進入四川、貴州兩省后，只有強冷空氣才能翻越烏蒙山，爬上低緯高原。而由于哀牢山的進一步阻擋，其西側(cè)幾乎常年沒有冷空氣活動[27]。羅四維[28]指出，昆明準靜止鋒是高原東部特殊地形的產(chǎn)物，它是北方寒潮跟高原南邊南支西風間的界面。當北方的寒潮向南侵襲時，因受到高原東部地形的屏障作用，冷空氣逐漸堆積于高原的東側(cè)，并與南支西風氣流相遇形成一條準靜止的界面。

我國西南地區(qū)地勢自西向東自西南向東北傾斜，有利于冷空氣在高原東側(cè)堆積，形成冷空氣堆（cold air damming，CAD）。CAD一般發(fā)生在障礙地形附近，世界上許多地區(qū)，如地中海、遠東、北美都有這種現(xiàn)象的發(fā)生。顧震潮[29]發(fā)現(xiàn)，青藏高原東側(cè)也有利于CAD形成。這層經(jīng)常存在的冷空氣與所謂的“昆明準靜止鋒”有密切關系，而這正是造成貴州一帶壞天氣的直接原因。要不是青藏高原的屏障作用，冷空氣不可能經(jīng)常停留在那里，準靜止鋒也不可能這樣長期存在。丁一匯等[1]指出，北方冷空氣經(jīng)西北、華北南下后在長江以南呈扇形展開并繼續(xù)南下，當扇形空氣的西南翼到達南北走向的橫斷山脈時，受其阻擋，在山脈以東的廣大區(qū)域內(nèi)不斷堆積，在云、貴、川、桂、鄂西、湘西低空1500m以下形成的冷空氣層，氣象上稱之為“冷墊”。許梓秀等[30]發(fā)現(xiàn)冷空氣進入華南以后，青藏高原以東往往在低空出現(xiàn)一層較薄的冷空氣墊。沿南支西風急流帶，有低壓槽在冷空氣墊上東移，地面高壓區(qū)域中常有低壓槽和鋒生出現(xiàn)，引起復雜多變的天氣。當冷空氣堆積到一定厚度爬上高原向西擴張時，又受到橫斷山脈縱向嶺谷的層層阻擋，使得昆明準靜止鋒沿山脈呈準南北走向，并具有東西擺動和跳躍式西進的獨特活動規(guī)律[31]。

2.2冷暖氣團之交綏

Jong[14]指出，冬季云南高原常為西南暖流所盤據(jù)，此暖流與沿高原北坡上爬之冷而干變性極地大陸氣流交綏于昆明、貴陽間，故稱之為昆明準靜止鋒。冬季數(shù)月，整個中國之天氣，受變性極地大陸氣團支配。此種大陸氣團，自西伯利亞源地向南爆發(fā)，在華西山地與云貴高原，西伯利亞冷氣流能沿山坡上升，而侵入昆明、貴陽等地。然而，南下的冷空氣是干冷的，又是如何造成貴州“天無三日晴”的呢？涂長望[7]指出地形是貴州高原云多雨豐的主要原因。貴陽冬季，東北風極占優(yōu)勢且來自變性較深的極地大陸氣團，此氣團沿貴州高原徐徐上升，至適當高度，空中水汽即開始凝結(jié)成云。趙恕[32]認為變性極地大陸氣團進入貴州，沿山坡上滑膨脹絕熱冷卻，使得溫度降低濕度增大。張君龍[33]發(fā)現(xiàn)正北路徑的冷空氣經(jīng)四川盆地南下，沿途不斷增濕，在爬上云貴高原的過程中，絕熱冷卻而凝結(jié)成云霧，形成鋒下云系。偏東路徑的冷空氣從中西伯利亞經(jīng)蒙古國、華北平原南下到兩湖盆地轉(zhuǎn)向，從貴州東北部入侵云貴高原。這類冷空氣入侵更為緩慢，準靜止鋒自東向西推移。當北方有小股冷空氣不斷補充時，準靜止鋒才能翻越烏蒙山。由于冷空氣以偏東回流形式入侵云貴高原，濕度比較大，爬升所凝成的云滴也較大。

盧鋈[34]在《中國之寒潮》中指出，“寒潮至西南高原一帶，已無形跡可尋。云南高原及西南大峽谷區(qū)域，則幾無影響”。實則不然，隨著氣象臺站的增加，氣象探測手段的不斷改進，大量事實說明低緯高原也是寒潮多發(fā)區(qū)，如1983年12月和1999年1月的寒潮，滇中昆明等地完全是一片銀裝素裹。影響云南的冷空氣一定要在四川盆地或貴州有一個堆積的過程，云南當?shù)氐念A報員稱之為冷空氣的“鋪墊”過程。只有當冷空氣“鋪墊”到一定厚度時，再加入新的冷空氣，哪怕是很弱的冷空氣，才會使之翻越大、小涼山和烏蒙山進入云南滇中地區(qū)，這也是成就“浩浩蕩蕩的冷空氣往往不會影響，而偷偷摸摸的卻造成云南寒潮”的獨特天氣現(xiàn)象。秦劍等[27]認為，入侵云南的寒潮冷空氣大致分為四路，除了從青藏高原直接南下的冷空氣外，其他北路、東北路、東路冷空氣加強時都會推動昆明準靜止鋒移向滇中，給昆明等地帶來陰冷雨雪天氣。所以，人們常說昆明準靜止鋒是昆明的晴雨鋒。段旭等[23]則認為，冷空氣影響云南一般只有西北、東北和偏東三條路徑。西北路徑的冷空氣來自青藏高原，當冷空氣南下時冷氣團受到大地形作用產(chǎn)生動力下沉，造成劇烈的輻散，不會形成準靜止鋒。東北和偏東路徑的冷空氣，當冷空氣不太強或影響云南的強冷空氣減弱東退時，受云貴高原地形阻擋，極易形成昆明準靜止鋒。

關于暖氣團的源地及屬性，張丙辰[35]認為，冬季控制中國西南高原的西南暖流源自中南半島及東京灣（現(xiàn)北部灣）。炎夏時即為熱帶太平洋氣團，與源自南半球之赤道氣團所代替。而Tu[36]在1938年根據(jù)飛機和風箏記錄，探討了中國氣團的分類及其不同季節(jié)的屬性，發(fā)現(xiàn)冬半年控制西南高原的熱帶大陸氣團是中國冬季最暖的氣團，也是最干燥的氣團。他推斷此氣團的源地當在北緬與北印，或遠至阿拉伯沙漠。Simpson[37]認為印度西部高空確有熱燥空氣存在，沙漠地帶尤為顯著。樊平[38]指出冬半年控制云南的氣團是熱帶大陸氣團，是從阿拉伯、伊朗、巴基斯坦、印度半島北部等沙漠或大陸地區(qū)平流過來的，昆明準靜止鋒是控制云南干暖大陸氣團的北界。

張君龍[33]根據(jù)鋒前西南氣流的源地，把昆明準靜止鋒分為干濕兩種類型。當高空高原南部為平直西風時，鋒前的偏西南氣流來自伊朗高原，鋒前和鋒面上為干暖氣流，這時準靜止鋒只有鋒下云系，鋒面以上干暖無云，稱為干型準靜止鋒，降水甚微。當孟加拉灣有低槽建立時，槽前西南暖濕氣流沿鋒面（或冷墊）滑升，在鋒附近和鋒后引起較大的降雪和降雨天氣，稱為濕型準靜止鋒。杜小玲等[39]也發(fā)現(xiàn)，造成貴州強凍雨的準靜止鋒具有鋒上暖濕云，鋒下冷濕云的特點。趙恕[32]指出，在冬半年，昆明準靜止鋒有時是變性極地大陸氣團與變性熱帶海洋氣團的界面；有時是與副熱帶大陸氣團的界面。在夏半年，主要是變性極地大陸氣團和變性熱帶海洋氣團的界面。

在青藏高原的動力作用下，孟加拉灣一年四季都有槽存在，但冬半年南支槽是副熱帶性質(zhì)的，夏半年印緬槽是熱帶性質(zhì)的[40]。伴隨孟加拉灣地形槽冬夏性質(zhì)的轉(zhuǎn)換，昆明準靜止鋒前暖氣團的干濕屬性也出現(xiàn)季節(jié)變化。但就是在冬半年，南支槽的干濕屬性也會發(fā)生變化。當南支冷空氣沿高原南緣到達孟加拉灣使南支槽形成和維持，此時南支槽位置偏北，槽前有干暖平流輸送；當上游西風擾動沿南支西風傳播到孟加拉灣使南支槽加深發(fā)展時，槽前有暖濕平流輸送[41]。丁一匯等[1]指出，南支槽向中國南方冰雪區(qū)輸送大量水汽，主要水汽輻合位于橫斷山脈以東，而且南支槽前源自孟加拉灣水汽輸送要明顯大于南海和中印半島的水汽輸送。這也許正是低空水汽通道繞過青藏高原東南角向下游輸送所致[43]。

綜合以上研究成果，初步得到昆明準靜止鋒概念模型（圖2）。冬半年，由于青藏高原的動力作用，冷空氣分為南北兩支，南支冷空氣到達孟加拉灣使南支槽形成和維持，北支冷空氣從高原東側(cè)南下與南支槽前干暖空氣相遇形成干型準靜止鋒。若南支槽加深發(fā)展或副熱帶高壓外圍有西南暖濕氣流輸送，則為濕型準靜止鋒。夏半年，西南季風北上受青藏高原阻擋形成印緬槽，槽前西南暖濕氣流與南下冷空氣相遇，形成濕型準靜止鋒。

圖2　昆明準靜止鋒概念模型Fig. 2 The conceptual model of Kunming quasi-stationary front

3　鋒面結(jié)構

從Jong[14]最早給出的鋒面結(jié)構（圖略）可以看出，鋒面自西南向東北傾斜，鋒面坡度較暖鋒要小，影響范圍包括了巴蜀盆地、云貴高原、廣西山地與湘西丘陵一帶。樊平[15]根據(jù)昆明氣象臺的經(jīng)驗和多次昆渝航線飛機報告，提出了西南準靜止鋒垂直結(jié)構的五個經(jīng)典指標。羅四維[28]認為鋒面位于地面冷高壓和云南熱低壓之間（圖3），高空鋒區(qū)自西（西南）向東（東北）傾斜，鋒面坡度在1/250以下，云系和降水的范圍很廣。川黔兩省冬季多陰沉天氣，大多是由于昆明準靜止鋒活動的結(jié)果。

圖3　昆明準靜止鋒結(jié)構［28］Fig. 3 The structure of Kunming quasi-stationary front［28］

鋒面強天氣是云南冬半年日常預報工作中的重點和難點。李英[44]通過個例分析，給出了有南支槽等系統(tǒng)配合時，產(chǎn)生強天氣的昆明準靜止鋒結(jié)構。段旭等[23]選取1993—1995年冬、春10個典型個例做合成分析，進一步給出無南支槽配合時昆明準靜止鋒結(jié)構，發(fā)現(xiàn)昆明準靜止鋒低層的溫度場、濕度場和風場等結(jié)構與一般冷鋒有明顯差異。鋒面向東傾斜，不僅鋒面為一濕區(qū)，鋒后還有較寬向東延伸的濕區(qū)。杜小玲等[45]對比分析了凍雨和強對流天氣的鋒區(qū)結(jié)構，以及凍雨和冰粒及雪等不同相態(tài)降水的不同鋒區(qū)結(jié)構。

圖4是美國和加拿大東部地區(qū)凍雨形成條件示意圖[46]?？梢钥吹剑芪鞑可矫}的阻擋，在近地面和低層形成一個CAD，其上有一暖空氣層。這可使落入此暖層的冰晶或雪花融化成水滴，再落入近地面的淺薄凍結(jié)層，形成凍雨。其中，圖4a為冷平流層位于暖平流層之下，西側(cè)為山脈，阻擋了冷空氣的向西擴展。圖4b與4c是凍雨形成時的溫度垂直分布（圖4b為近地面只有凍雨，圖4c為近地面凍雨與雨共存）。冷墊之上的暖層（又稱融化層）[47-49]，是降水類型過渡層，也是雨雪分界區(qū)，有多種相態(tài)粒子相互作用，包含微物理、熱力和動力過程的復雜耦合。

圖4　凍雨形成條件示意圖［46］Fig. 4 Idealized freezing-rain schematics［46］

200 8年1月中旬以來，湖南、貴州等地在1500～3500m出現(xiàn)了明顯的逆溫層，逐漸加強并維持近20d。逆溫層之下，近地面氣溫長時間低于0℃，形成了有利于冰凍產(chǎn)生的深厚冷墊。Cloudsat衛(wèi)星載雷達反射率表明[50]，2008年1月中國南方冰雪災害的融化層或降水過渡區(qū)十分寬廣，約在300km以上，而北美和北歐皆不到100km。關于強烈逆溫及其成因，早在1942年，涂長望[9]就指出貴州高原上空層云極為發(fā)達足證逆溫甚為強大?？罩腥鐭o逆溫層，則水汽及灰塵等無由集中，難以成霾成云。貴州高原大氣內(nèi)逆溫層的產(chǎn)生，主要是由于副熱帶高壓大氣之下沉，但一部分或由于機械擾動，或由于西南信風行駛于東北季風之上；或由于地面之強烈反射，或由于極地大陸氣團大氣之下沉。

總體而言，以往較多通過個例和統(tǒng)計分析研究冬季昆明靜止鋒結(jié)構。對于昆明準靜止鋒氣候結(jié)構及其環(huán)流特征，以及鋒區(qū)強烈逆溫的形成機制，雖然不同研究均有所涉及，但完整的認識還有待進一步研究。

4　活動規(guī)律

4.1空間分布

1950年代，潘菊芳[51]發(fā)現(xiàn)昆明準靜止鋒的東段常與華南準靜止鋒相連接，但它們在性質(zhì)上有很大差異。后者除南嶺山脈的作用外，主要為南下冷高壓與副熱帶暖性高壓在華南對峙的結(jié)果。華南準靜止鋒的消長和鋒面降水天氣與菲律賓暖高壓緊密相關。而昆明準靜止鋒則主要是高原大地形以及北方西風帶系統(tǒng)與南支天氣系統(tǒng)共同作用的結(jié)果。從氣候鋒分布[52]可以看出（圖5），昆明準靜止鋒除夏季基本不存在外，冬、春、秋均與華南準靜止鋒相連。1月，昆明準靜止鋒呈準南北走向，4月和10月呈西北東南走向。華南準靜止鋒一般呈準東西走向并有兩個準定常位置，一個位于南嶺附近，一個位于南海北部。當冷空氣活動強時，鋒面越過臺灣和海南靜止在南海北部；當冷空氣活動不很強時，鋒面受南嶺等山脈的阻擋靜止于華南北部[53]。

圖5　我國的氣候鋒［52］Fig. 5 The climate front of China［52］

Jong[14]也指出，昆明準靜止鋒移動于昆明、貴陽間之機會為64.5%；當冷氣流強時，此鋒一如冷鋒，西移至昆明以西，然其機會僅18.2%；反之如暖流勢盛，則鋒面類似暖鋒移至貴陽以東，唯其機會更少僅3.9%。樊平[15]則認為昆明準靜止鋒的平均地理位置在沾益、威寧以西、昭通以南、昆明和會澤的東北方。四川九龍以北的準靜止鋒，因海拔高很少有人注意，但在冬半年中，鋒線以西恒為碧空或少云，而在鋒線以東則為陰沉天氣，分界線也十分明顯。周幫利等[54]將準靜止鋒分為三類：第一類在貴陽與昆明之間，北端在西昌以北，南端在廣南附近與南嶺準靜止鋒相連；第二類傍哀牢山沿紅河河谷靜止在昆明以南，對滇南影響較大；第三類在貴陽以北，具有副熱帶高壓脊和南支西風急流強盛、地面熱低壓發(fā)展等特點。

高增勇等[31]認為昆明準靜止鋒的位置隨季節(jié)及冷空氣的強弱而不同，其北端可在西昌以北，南端可達到長山山脈南端，南北跨度達19個緯距（10°—29°N）。徐裕華[26]指出，除7月外，昆明準靜止鋒位于川西南、滇東北、黔西一帶，是我國鋒面活動頻數(shù)最高的地帶。潘里娜等[55]利用1989—1998年冬春季（11—4月）逐日云南氣候圖資料，統(tǒng)計了22°—28°N，100°—106°E范圍內(nèi)昆明準靜止鋒的頻數(shù)分布、分類和強度，發(fā)現(xiàn)高頻區(qū)位于昭通和宣威一帶。段旭等[23]通過合成分析發(fā)現(xiàn)，冬季昆明準靜止鋒呈準南北走向，平均位于103.5°—104°E附近，通常位于四川宜賓、貴州興仁和云南廣南一帶。杜正靜[56]根據(jù)實際預報經(jīng)驗，將準靜止鋒分為 4 種類型，發(fā)現(xiàn)Ⅱ型準靜止鋒出現(xiàn)日數(shù)最多，是準靜止鋒影響云貴地區(qū)的主要方式。張精華[57]參照上述方法，以昆明、沾益、貴陽來劃分昆明準靜止鋒的位置，從樊平的經(jīng)典定義出發(fā)，同時結(jié)合實際預報經(jīng)驗作為判據(jù)，統(tǒng)計分析了1970—2009年冬季（12—1月）昆明準靜止鋒的變化特征，發(fā)現(xiàn)C類（沾益與貴陽之間）發(fā)生最為頻繁。杜小玲[58]統(tǒng)計分析時，選取了103°—108°E作為昆明準靜止鋒的平均位置。而查書瑤[59]又將23°—27°N，106°—118°E作為華南準靜止鋒的關鍵區(qū)?？梢?，以住研究常結(jié)合樊平的經(jīng)典定義和預報經(jīng)驗進行統(tǒng)計分類，和華南準靜止鋒沒有明確的界定，常以經(jīng)向剖面來討論昆明準靜止鋒的垂直結(jié)構（圖6），存在稱謂不統(tǒng)一的現(xiàn)象，除了“昆明準靜止鋒”外，還有“西南準靜止鋒”、“云南準靜止鋒”、“滇黔準靜止鋒”、“貴州靜止鋒”和“云貴準靜止鋒”等不同叫法。

圖6　昆明和華南準靜止鋒空間范圍Fig. 6 The space distribution of Kunming and South China quasi-stationary front

4.2時間分布

昆明準靜止鋒具有夜間西南進、日間東北退的顯著日變化，并在幾十千米至近百千米范圍內(nèi)做東西擺動[31]。張丙辰最早在冬季發(fā)現(xiàn)了昆明準靜止鋒，后來一些研究[15,26,31,60]發(fā)現(xiàn)靜止鋒全年都可出現(xiàn)，只是冬春季（11—4月）偏多，夏秋季（5—10月）偏少。在春夏和秋冬交替季節(jié)存在驟降弱升的突變[56]。黃更生[61]統(tǒng)計了1969—1974年5個冬半年影響昆明地區(qū)的冷鋒靜止鋒，發(fā)現(xiàn)冬半年的兩頭（11、12、4月）鋒面影響次數(shù)較多，并以夜間開始影響，白天結(jié)束為多。許美玲等[60]統(tǒng)計分析了1982—2008年昆明與貴陽之間準靜止鋒的時空分布特征，發(fā)現(xiàn)昆明準靜止鋒出現(xiàn)天數(shù)的年際變化呈下降趨勢，20世紀80年代出現(xiàn)的天數(shù)偏多，90年代前期出現(xiàn)的天數(shù)偏少，90年代中期以后基本在平均值附近變化。

在全球變暖背景下，鋒面西側(cè)暖氣團控制之下的云南出現(xiàn)了氣溫升高、降水減少、極端天氣氣候事件增多增強的氣候變化[62]。鄭建萌等[63]發(fā)現(xiàn)滇中、滇南增溫最大，滇東降水減少，且滇東北減少幅度最大。張精華[57]發(fā)現(xiàn)昆明冬季變暖顯著，雨日數(shù)趨于減少，貴州凍雨總體減弱與昆明準靜止鋒活動明顯減少有關。在厄爾尼諾年的第二年冬季，昆明準靜止鋒無論過程次數(shù)還是影響日數(shù)均比厄爾尼諾年多；而拉尼娜年相反。但ENSO對昆明準靜止鋒年際變化影響到底有多大，昆明準靜止鋒的氣候變率及影響因子如何，有待進一步了解。

5　天氣影響

5.1氣候特征

昆明準靜止鋒兩側(cè)的天氣氣候迥然不同。丁一匯[64]指出，準靜止鋒活動頻繁是我國天氣的主要特色之一。昆明準靜止鋒造成在冷空氣一側(cè)的貴州“天無三日晴”，暖空氣一側(cè)的云南“四季如春”，一旦準靜止鋒西進南下，云南便“一雨成冬”。張丙辰[65]發(fā)現(xiàn)，昆明及鋒面以西，在暖氣團控制之下天氣晴朗，溫暖、明亮和舒適。貴陽、四川、重慶等地正好處于鋒面影響之下，總是陰暗、潮濕和寒冷，覆蓋著層狀云，有時有夜雨。如有新的冷空氣補充，天氣變得陰沉，甚至降雪。樊平[38]認為昆明準靜止鋒是云南的氣候鋒，經(jīng)過高度訂正后的平均最高氣溫、最多風向和年平均總云量等氣候要素的顯著不連續(xù)，是這條氣候鋒存在的反映。段旭等[23]發(fā)現(xiàn)昆明準靜止鋒的存在使該地區(qū)氣候出現(xiàn)明顯差異，就年平均日照時數(shù)來看（圖7），昆明為2528.2h，貴陽為1412.6h。

圖7　云南省1971—2000年平均日照時數(shù)分布（單位：h）［23］Fig. 7 The sunshine hours of Yunnan Province averaged from 1971-2000 （unit： h）［23］

受昆明準靜止鋒和華南準靜止鋒影響，貴州、湖南一帶常形成地方性凍雨天氣[66]。貴州凍雨次數(shù)多、持續(xù)時間長、影響范圍廣、災害程度重[67]，是我國凍雨發(fā)生最頻繁的省份[39]。統(tǒng)計表明[68]，貴州雨淞分布具有西部開始早而結(jié)束遲，東部及南部開始遲而結(jié)束早的特點。貴陽氣象臺[69]發(fā)現(xiàn)，當冷空氣變性或靜止鋒區(qū)向西移時，鋒面逆溫抬高，東部上空鋒消，西部仍可維持低溫雨淞天氣，這是西部雨淞多的主要原因。

5.2鋒面天氣

高增勇[70]認為水汽含量、垂直運動和穩(wěn)定度是決定鋒面天氣的基本因素。冬半年，昆明準靜止鋒位于干濕交界處，干區(qū)位于暖空氣一側(cè)，濕區(qū)位于冷空氣一側(cè)。因南下冷空氣坡度逐漸變小，垂直運動主要表現(xiàn)為冷空氣沿山坡的滑升，而鋒上暖空氣既很干燥又爬升很緩慢，產(chǎn)生不了大規(guī)模云系，故云系主要在鋒下冷空氣里，由雨層云和層積云組成，受其影響，多為陰天、冷性蒙雨天氣，即所謂的克拉香天氣。夏半年，準靜止鋒天氣有較大不同，天氣較不穩(wěn)定，鋒線附近經(jīng)常有雷陣雨產(chǎn)生，冷空氣一側(cè)為小陣雨天氣，主要原因是暖空氣性質(zhì)發(fā)生了較大變化，即由原來冬半年的干暖空氣變成夏半年的暖濕空氣，即使有不大的垂直運動，也可產(chǎn)生不穩(wěn)定性天氣。

單一的準靜止鋒天氣比較單調(diào)、穩(wěn)定，如與南支槽等其他系統(tǒng)結(jié)合，極易產(chǎn)生劇烈的天氣，造成冬季強降水[71]，還有春季的暴雨、冰雹和大風天氣[72-82]。趙恕[32]發(fā)現(xiàn)如果有低渦或低槽從云南向貴州移動時，順著槽后過來的冷空氣會在靜止鋒上形成高空冷鋒，可出現(xiàn)冬雷和冰雹。一些研究[56,79-80]發(fā)現(xiàn)，春季貴州中西部帶狀降雹區(qū)是由低渦切變和靜止鋒所造成；壽紹文等[81]認為高空低渦發(fā)展、準靜止鋒鋒生、斜升氣流以及低空急流加強是貴州暴雨發(fā)生發(fā)展的有利機制。段旭等[23]認為，在高原動力下沉作用下，鋒面上空為下沉氣流控制。但若有南支槽存在，槽前上升氣流與鋒后的上升氣流疊加使鋒面上形成較強的上升運動，極易在準靜止鋒附近產(chǎn)生大風、冰雹天氣。而靜止鋒上不同相態(tài)的降水過程，上升運動也有較大差異[46]。

昆明準靜止鋒作為地形的產(chǎn)物，一般只在其平均位置附近擺動。當靜止鋒轉(zhuǎn)為冷鋒向西南移動，常會引起鋒前天氣突變，帶來降溫、降雨等轉(zhuǎn)折性天氣，云南的寒潮和倒春寒天氣多與昆明準靜止鋒增強西進有關[83-85]；當靜止鋒轉(zhuǎn)變?yōu)榕h向東北移動，鋒面東側(cè)出現(xiàn)大片降壓區(qū)，雨區(qū)突然加強北擴[86]。昆明準靜止鋒維持和進退機理，以及鋒面垂直運動是否受到行星尺度輻散環(huán)流和急流次級環(huán)流的影響[40]，值得進一步探討。

6　鋒面分析和預報

6.1鋒面分析

我國西南地區(qū)地形復雜，地面溫度不能直接反映鋒的基本性質(zhì)，加上地形對鋒的阻擋，鋒面分析有很多困難。樊平[15]指出，從溫度場來定義昆明準靜止鋒時，應以日間溫度分布為依據(jù)，因夜間鋒前多碧空，輻射冷卻強盛，鋒前氣溫往往比鋒后來得低；從氣流場來定比較容易，鋒后偏北風，鋒前西南風，特別是日間午后云南高原西風增強時更為顯著；從云系和天氣看也很清楚，鋒后陰而有雨，鋒前晴好；變壓和變溫也可作參考，當鋒后冷平流加強且鋒面有南下趨勢時變壓變溫明顯，當趨弱或后退時變壓變溫就不明顯；850hPa有一西北東南向的氣壓槽，鋒后冷空氣愈強，等高線密度也愈大；700hPa切變線與地面鋒的位置，兩者相距愈近，鋒面愈強，兩者相距愈遠，鋒面愈弱。周幫利等[54]認為，在用溫度定鋒面時，應掌握“白天好用，夜間不行，強時好用，弱時不行”的原則。24h變溫一般鋒前為正，鋒后為負，變溫零線略趨于鋒前與靜止鋒相重合。地面氣壓場上，一般位于變性極地大陸冷高壓左側(cè)和地面熱低壓北側(cè)或東北側(cè)。當鋒面過境時，風向會有較大轉(zhuǎn)變；3h變壓當鋒后冷平流加強才較為明顯。靜止鋒北段，鋒后陰云密布且有成片降水，鋒前晴朗少云。南段天氣不及北段差異明顯，但鋒后天氣較鋒前嚴重且范圍廣大。850hPa鋒區(qū)呈西北東南走向，鋒面較強時700hPa也有明顯鋒區(qū)。

6.2鋒面預報

黃更生[61]統(tǒng)計分析了1969—1974年5個冬半年資料，發(fā)現(xiàn)影響云南的準靜止鋒具有獨特的活動規(guī)律，預報上引入不少新問題。要正確預報昆明準靜止鋒南下、靜止或減弱北退，首先要對昆明準靜止鋒垂直結(jié)構有正確的了解并對其未來發(fā)展做出正確的判斷。樊平[15]提出了昆明準靜止鋒垂直結(jié)構的五個指標，它不僅是預報昆明準靜止鋒的主要著眼點，也是預報寒潮、冷鋒是否南下的著眼點。高增勇等[31]認為，準靜止狀態(tài)只是鋒面生命史中的一個階段，它隨時都在向其他階段轉(zhuǎn)化。擺動可能與它常呈南北走向有關。一般都出現(xiàn)在形勢穩(wěn)定少變、準靜止鋒處于成熟期之后，云南熱低壓及日變化作用才明顯。昆明準靜止鋒形成主要有速成和緩成兩種，速成的環(huán)流背景是東亞大槽的重建，由南下冷鋒轉(zhuǎn)變而成。緩成是在中緯度緯向環(huán)流下，由長江流域以南鋒生西伸而成；昆明準靜止鋒轉(zhuǎn)為冷鋒向西（南）移動，一般呈兩種形式：一種是準靜止鋒與其后的冷鋒合并南下，另一種是700hPa西南渦加強東移。鋒消基本上也有兩種形勢，一種是大陸變性冷氣團繼續(xù)變性，鋒兩側(cè)溫差減小致使兩氣團混合而鋒消；另一種是500hPa大槽過后，高脊與鋒面疊加，氣流下沉而鋒消。林國民等[87]采用最優(yōu)化方法，建立了準靜止鋒轉(zhuǎn)變成冷鋒西進（南下）的非線性統(tǒng)計預報模式；李英等[88]以Q矢量和鋒生公式為基礎，研究了昆明準靜止鋒鋒生及其移動過程，建立了人機交互的短期預報系統(tǒng)[89]。

在冬季各種降水類型中，凍雨預報是其中最有難度、也最具挑戰(zhàn)的一種[66]。黃繼用[90]在統(tǒng)計方法的基礎上，提出了冷舌與凝凍分片預報方法。許炳南[91]根據(jù)6個預測信號建立的兩類貴州凝凍短期氣候預測模型，是目前貴州氣象臺冬季凍雨氣候預測的重要方法。汪衛(wèi)平等[92]發(fā)現(xiàn)鋒消過程中，盡管850hPa已轉(zhuǎn)為偏南風，但近地面仍保持弱冷空氣的注入，使得低溫陰雨的天氣繼續(xù)維持，為轉(zhuǎn)折性天氣提供了重要參考。孫建華等[93-94]和趙思雄等[95]根據(jù)中尺度模式輸出的層結(jié)、地面條件及降水狀況得到凍雨發(fā)生的范圍。朱坤等[96]利用中尺度模式模擬了2008年1月冰凍災害環(huán)流形勢以及降水帶的分布、走向及落區(qū)，分析了降雪及凍雨的云物理過程，指出900～600hPa逆溫層與凍雨密切相關。杜正靜等[97]認為產(chǎn)生凝凍天氣準靜止鋒表現(xiàn)為濕度鋒，極渦、東亞大槽異常偏南以及準靜止鋒維持是造成貴州重級冰凍天氣的重要原因。杜小玲等[42,45,58]利用2000—2009年12次強凍雨過程分析和歸納了中高緯阻塞形勢下強凍雨的預報著眼點及概念模型。張昕[98]發(fā)現(xiàn)凍雨中心通常位于廣義濕位渦的異常高值區(qū)，廣義濕位渦能夠較好地反映出凍雨系統(tǒng)的發(fā)展變化。高守亭等[66]探索性地提出一套凍雨的診斷預測方法，即“動力因子”和“三步判別法”相結(jié)合的方法，使貴州凍雨預報精度和速率有明顯的提高。

雖然數(shù)值預報對冷空氣的預報能力已明顯提高，但地面圖停發(fā)天空狀況，衛(wèi)星云圖時次滯后，雷達覆蓋不全，使鋒線附近降溫等轉(zhuǎn)折性天氣預報還是難以把握。而且從環(huán)境場、動力和數(shù)值模擬上對昆明準靜止鋒的研究相對薄弱，如何在模式中恰當?shù)孛鑼戜h面，使模式能考慮到鋒面對天氣發(fā)展的影響是模式預報中的難點。因此，應大力加強對昆明準靜止鋒可預報性和數(shù)值預報能力的研究。

7　小結(jié)與展望

從昆明準靜止鋒的發(fā)現(xiàn)至今已近70年，中國氣象學者取得了很多重要并具有開創(chuàng)性的成果，這大大豐富了經(jīng)典的鋒面理論，對天氣學尤其是中國天氣學是一個重大的貢獻。2008年極端天氣氣候事件和近年來我國南方冬季低溫雨雪冰凍天氣的頻發(fā)，極大地推動了靜止鋒數(shù)值模擬及其預報等相關業(yè)務的發(fā)展。并且，利用遙感資料和高分辨率數(shù)值模式探討凍雨的微物理結(jié)構，研究氣候變暖背景下昆明準靜止鋒的變化規(guī)律，表明對昆明準靜止鋒的研究不僅限于傳統(tǒng)的天氣尺度，而是深入到鋒面降水形成的微物理機制及其多尺度變率方面。為了提高昆明準靜止鋒的可預報性，必須充分研究鋒面的具體性質(zhì)。昆明準靜止鋒的一些關鍵問題，例如，鋒區(qū)強烈逆溫的成因和水汽來源、昆明準靜止鋒的氣候結(jié)構和環(huán)流特征、昆明準靜止鋒的氣候變率及影響因子以及昆明準靜止鋒維持和進退機理等，更是最終提高數(shù)值預報能力不可回避的問題。

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The Discovery and Study of Kunming Quasi-Stationary Front

Suo Miaoqing1, Ding Yihui2
（1 China Meteorological Administration Training Centre， Beijing 100081 2 National Climate Centre， Beijing 100081）

Kunming Quasi-Stationary Front, also known as Southwest Quasi-Stationary Front, which was found by Chinese meteorologists in 1940s, is a unique frontal system which forms when the cold air outbreaks in East Asia expanding southward, and is obstructed by the terrain in southwest China. Although similar phenomenon has been found in North America, Kunming Quasi-Stationary Front is very unique in terms of formation mechanism, activity patterns and its impact of weather. Under the influence of the Tibetan Plateau, the low-latitude plateau and the Hengduan Mountains, the Kunming Quasi-Stationary Front appears in a north-south direction along the terrain. It has a unique movement pattern of east-west direction and leaping towards west. If it turns into a cold front moving west, turning weather such as cold wave in the southwest part of China is often accompanied. If it remains stable for a long period, it will not only cause disastrous weather such as freezing rain in winter, but also severe convection weather such as thunderstorm, hail and gale in spring. This article begins with the discovery of Kunming Quasi-Stationary Front, followed by a comprehensive review and summary of relevant research progress, and provides some outlooks for future research direction as follows： 1） The definition of the Kunming Quasi-Stationary Front has to be clear； 2）The cause of strong frontal inversion and water vapor sources； 3） The climate structure and the circulation characteristics of the Kunming Quasi-Stationary Front； 4） The climate variability and its impact factors of the Kunming Quasi-Stationary Front； 5） The mechanism of the maintenance and the back-and-forth swinging of the Kunming Quasi-Stationary Front； 6） The predictability and the numerical weather forecast capability of the Kunming Quasi-Stationary Front.

Kunming Quasi-Stationary Front, discovery, formation, activity, weather

10.3969/j.issn.2095-1973.2016.03.001

2015年10月19日；

2016 年3月31日

索渺清（1968—），Email: ynsmq@foxmail.com

資助信息：中國氣象局預報員專項（CMAYBY2014-89）