盆地气象学和它的某些概念

张学文

email: zhangxw@mail.xj.cninfo.net ,2003年发表在《新疆气象》杂志第5期4-5页)

中国气象局乌鲁木齐沙漠气象研究所 830002,乌鲁木齐

内容提要:就盆地气象学的某些问题进行了讨论。

关键词:盆地气象学,天气学,气候学

1986年《新疆气象》刊出盆地气象学问题一文[1],作者提出了盆地气象学这个词汇。这个提法曾经得到了原中国气象局副局长章基嘉等很多学者的支持。现在,当时代呼唤“创新”和“西部大开发”的时候,重提盆地气象学问题是恰当的。

1盆地气象学

1.1我国盆地多

我国有塔里木盆地、准噶尔盆地、四川盆地,柴达木盆地等著名盆地。把盆地四周的山体也算在内,它们的总面积大约占国土面积的1/5 。如果把三面环山的东北,四面有山的两湖盆地也算在内,盆地占的面积要更大。盆地涉及的人口估计也超过二亿。

西部大开发是我们关注的重点。西部很多人都生活在大大小小的盆地中。研究盆地气象,对于保护盆地生态环境和治理盆地生态环境有重要的指导意义。

1.2.天气系统的移动性在盆地失灵

电报发明以后,在普遍设立了气象站的技术背景下, 19世纪就利用天气系统的移动性开展了气象预告服务。锋面气旋和台风移动到那里,那里就要下雨。这是气象预告的最基本的技术依据。靠锋面的移动预告天气是我国长江以北的预告员的基本本领。

但是盆地四周有山,山体严重影响了一些天气系统的移动性。锋面、气旋、台风的线性外推技术在盆地就严重变型甚至失灵。用平原、海洋上的天气系统外推概念预告天气,有时就理论与实际脱节。国外创立的某些天气学概念在盆地不好用,自己又没有形成新概念,结果是盆地天气预告困难重重。塔里木盆地固然很少出现降水,可那里的降水预告是非常难琢磨和预告的。据说预告四川盆地的降水量也有很多困难和特点。

用什么概念、语言描述盆地天气形式的变化和做好气象预告是气象人员面对的特殊问题。

1.3.盆地气象却有特色

文献[1]提出了盆地气象的几个问题。它们是

l         盆地的过热和奇寒:盆地夏季过热,吐鲁番盆地是我国的高温之最就是例子。盆地奇寒形成于冬季有大面积的积雪。2002年冬塔里木盆地比北部的准噶尔盆地还冷是新例子。冬季盆地内有了冷空气就堆积在盆内。形成了近地面的稳定温度层结。这对污染物的扩散十分不利。

l         气压日变化大:盆地的地面气压的变化比较大。中午的3小时变压经常达到负3-4百帕

l         盆地的风:该文提到了春季的翻山大风。一般的盆地环流没有多谈。

l         盆地的天气:该文指出

 “在新疆,至少初冬时的阴雾天气应当称得上是在盆地地形下形成的相对独立的天气。从气象卫星云图上看,在有的年份初冬覆盖着准噶尔盆地低云,可以一连几天甚至上十天稳定不动。这低云的边界恰好是准噶尔盆地四周的界山,所以卫星照片上云的分布形状几乎与地图上的准噶尔盆地的形状完全一致。

生活在盆地中部的人整天在这个低云笼罩之下,空气静的几乎不动,气温在-5-12之间,时有微量的降雪或米雪。空气的湿度近乎饱和。地面上一般是积上了这个冬季的永久积雪。

对于生活在盆地边缘山麓处的人来说,不仅是终日难得一见太阳,而且时常由阴天转为雾天,这自然为交通等带来很大问题。公路的湿滑、能见度差,很容易发生车祸,而且飞机难以降落。

这种阴雾天气是盆地地形、积雪(潮湿)的下垫面和一定的环流条件造成的。有的年份可以时断时续地维持近一个月。它一般发生在冷空气入侵后,在盆地中形成一池停滞性的冷空气的环流条件下,外界流过来的较暖空气从盆地中停滞的冷空气上部滑过。盆地的冷空气在探空曲线上表现为一个顶部与山顶相当的逆温层。这个盖满盆地的低云并不是生存在这个逆温层中,而是生存、发育在这个逆温层之下的湿中性或不稳定的层结中。

这一特殊天气最早为民航局的气象工程师刘益均所论及。70年代自治区气象台对它作了更准确的描述(指文献[2])。80年代以来搞人工控制天气的同志又进而作了云物理等方面的研究。

在卫星云图上有时也看到塔里木盆地的部分地区和四川盆地的有类似的情况存在。

我们觉得没有盆地的特殊地形很难形成这种几乎不移动的特殊天气。它涉及的铅直厚度没有超过三公里,但笼罩的面积可达几十万平方公里。

该文给出了一个探空曲线图,用以说明当时的近地面大气的层结特点。

在文献[3]中徐希慧指出:“1990年12月30日到1991年1月23日,塔克拉玛干沙漠腹地西段(阿克苏地区的沙雅南部至和田北部)出现一条宽约20km,长约400km带勾状的东北-西南走向的低云云带(给出了一张云图)。其地理位置、云的高度、外形“准静止”低维持了8天。至元月14日此特殊云带才变窄缩短了一些,地理位置和云带走向仍然很少变化

在文献[4]中林之光就揭露了四川盆地的降水历时(一年中有降水现象的时间长度)、云量要比周围高的特点,还指出了四川盆地的夜雨多的特点。他说“四川盆地是我国唯一的大面积夜雨区”,也论证了夜雨是四川盆地所特有。他认为夜雨是地形降水。林之光的这些研究揭露了盆地气象的特殊性,这就是盆地气象学研究。

文献[5]揭示四川盆地连同贵州山区是我国日照时数最少是地区。年日照时数少于1400小时的面积非常大,等于每天没有3小时的太阳光。结合这里的多雨我们可以把四川盆地称为湿盆地。而青海的柴达木盆地的日照时数却比四周高,一年有3000多小时。我们可以称它为干盆地。我们分析这些特殊的干或者湿都与盆地地形有关。

只要树立盆地气象学的概念,估计还会找到更多的天气气候事实与盆地气象学有关。

2.知识体系的特点

提出“盆地气象学”,就要建立新的知识体系。如何建立?我们认为这要

l         有较统一的研究对象、领域;

l         有适用于该领域的通用性比较强又比较确切的概念;

l         有研究这些对象的若干仪器、手段和方法;

l         发现了较丰富的客观事实、现象;

l         通过归纳、分析与推理得到了若干不互相矛盾的规律;

l         有若干应用事例、一些预言和一些没有解决的新问题;

l         在社会上得到了一定程度的传播。

上面这些一般认识也适合盆地气象学。盆地气象学的建设就是克服对一般天气气候概念的生搬硬套,努力提出适合盆地天气气候特点、有一般性(普适性)又有相对确切性的概念是最重要的问题

我们的目标当然是寻找盆地天气气候的特殊规律,但是要描述特殊地区的规律必须有特殊的概念。没有概念性的突破难以形成新的学科。下面就是我们初步提出的几个有关概念。

 

3.盆地气象学的一些概念

l         盆内云:云顶高度低于盆地四周的山体的平均高度的云。估计在新疆和四川都存在这种云,并且严重地影响着天气气候。

l         滞留云:云的外轮廓每天移动的距离在100公里以下,寿命在3天以上。这与地方性的积云不同,但是在盆地中可以见到。

l         盆内低空急流:低空急流的最大风速层低于盆地四周的山体的平均高度。仅出现在盆地内一部分地区的低空急流。

l         盆地地面特征高度:盆地内占的面积最大的高度。

l         盆内水汽权重:盆地内的大气含水量(从盆地地面到盆地四周的山体的平均高度)占总含水量的权重。估计新疆的一些盆地这个权重可以达到70-80%,即当地多数的水汽集中在盆地内部。

l         盆地内部降水量:指盆地内部蒸发所形成的降水量。

l         盆内云笼罩时间:它直接反映了盆地内的云对气候天气的影响。

l         盆内降水历时权重:指一年或者某时间段,盆内云形成的降水所占的时间与该时段中全部降水维持时间的比例。在新疆冬季,这个比例有时可以超过50%

以上仅是根据一些天气实际和分析初步提出的特殊词汇。详细的解释要有更细的工作。

4.盆地气象学的定义、特点与框架

研究盆地(可以包括山谷,山区)地形对天气气候(主要指当地)的影响的系统性知识称为盆地气象学。这可以作为盆地气象学的初步定义。

根据初步分析,盆地的天气气候与周围地区有比较明显的差别。天气系统在这里的移动性差。某些天气(现象)系统在盆地内部滞留的时间长。水分(水汽、云,蒸发、降水量)在盆地内部的循环比较明显。

准确认识和利用这些特点对于保护盆地生态和改造环境有重要意义。例如,数十年的资料显示塔里木盆地的阿克苏地区的降水量是持续增加的。笔者认为:该地区截占了大量水源去开荒,这些水分就在山谷风比较大的地方蒸发。水分在这种地方的蒸发使水分内循环加强,即该地区的降水量增加。它提示调度盆地内的水源使其在谷风强的地方蒸发,会增加盆地的降水量。

我国已经进入了大范围调水和生态治理的新时期,盆地气象学就是治理盆地天气气候和环境的理论武器。气象学不能总停留在跟着工程搞研究的阶段,它应当及时地提出重要的基础理论问题,做出对应的研究成果,从而指导和推进国家山河治理的大工程。

现在是这个新学科的形成期。收集与盆地地形有关的天气气候事实,提出对应的概念是最重要的。随后应当利用一般的流体力学、热力学等一般气象知识结合盆地气象学的特殊性发现新的规律、解释新发现的现象,甚至指导某些大型的环境改造工程。盆地气象学的知识框架要在研究中逐步形成。

5.创建盆地气象学

在中国创建盆地气象学是有可能性的,从实用角度看也有必要性21世纪初的中国不是100年前的中国了。我们已经有了一定的经济基础和科技实力。我们有丰富的天气图资料、气候资料和卫星云图资料。过去向国外学习是有成绩的。但是要克服无视中国“实际”的弱点。

笔者认为有关方面组织全国有关科技人员就此召开对应的学术会议,汇集大家的初步认识是应当的。在自然科学基金会或者气象部门的研究基金中列出对应的鼓励研究方向是应当的。很多盆地在我国西部,鼓励西部的科技人员组织起来联合研究这个问题的应当的。国家在乌鲁木齐和成都成立了专门的气象研究所。它们都是盆地的所在地,应当在这个方向多做工作。

过去,结合青藏高原对下游的天气影响我国创立了高原气象学。今天,我们应当结合西部大开发,创立盆地气象学。青藏高原只有中国有,盆地在世界各地都有,我们在这个领域有建树也是对世界气象科学的贡献。

参考文献

[1]江禾,盆地气象学问题,新疆气象,1986年,10期,2-4

[2]新疆气象局气象台预告室,准噶尔盆地冬季低云雾个例分析,气象,197712

[3]徐希慧,气象卫星资料在沙漠气象中的应用,新疆气象,1993年,16卷,2期,16-19

[4]张家诚,林之光,中国气候,上海,上海科学技术出版社,1985年,196-222270

[5]张家诚,林之光,中国气候,上海,上海科学技术出版社,1985年,299-315

Basin meteorology and its some concepts

Zhang Xue-wen

    Urumqi Desert and Meteorological Institute, CMA

Abstract: Some problems concerned basin Meteorology was discussed.

Key words: basin meteorology, weather, climate.