郭 蘭

（三門(mén)峽市氣象局，河南 三門(mén)峽 47722000000）

寒潮是冬春季節(jié)嚴(yán)重的災(zāi)害性天氣之一，是一種大規(guī)模的強(qiáng)冷空氣活動(dòng)過(guò)程，常常會(huì)造成強(qiáng)降溫、大風(fēng)等天氣，給人們的生產(chǎn)和生活造成嚴(yán)重的影響。寒潮引發(fā)的強(qiáng)降溫與冷空氣的活動(dòng)有著密切聯(lián)系［1-2］，而冷空氣的活動(dòng)在天氣圖和物理量場(chǎng)上均有所反應(yīng)。許愛(ài)華等人［3-6］對(duì)2005年3月一次寒潮天氣過(guò)程的診斷分析揭示出強(qiáng)盛的冷平流是造成強(qiáng)降溫的主要原因。劉海麗［7］通過(guò)日本數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品對(duì)寒潮天氣分析發(fā)現(xiàn)，日本傳真圖500 hPa形勢(shì)場(chǎng)和850 hPa氣溫的預(yù)報(bào)，對(duì)判斷能否產(chǎn)生寒潮天氣有很好的指示作用，但其開(kāi)始時(shí)間存在一定偏差。寒潮也是影響三門(mén)峽地區(qū)較為嚴(yán)重的氣象災(zāi)害之一，文章將通過(guò)對(duì)兩次寒潮過(guò)程的對(duì)比分析，找出三門(mén)峽地區(qū)寒潮過(guò)程的異同點(diǎn)，以期為三門(mén)峽地區(qū)寒潮天氣的預(yù)報(bào)提供參考。

1 實(shí)況分析

根據(jù)河南省寒潮標(biāo)準(zhǔn)，在一次降溫過(guò)程中，最低氣溫24h內(nèi)下降8℃以上，或48h內(nèi)下降10℃以上，同時(shí)最低氣溫降至4℃以下，稱為寒潮過(guò)程。受冷空氣的影響，2010年4月10-13日三門(mén)峽市出現(xiàn)連續(xù)降溫天氣，11-13日大部分地區(qū)48小時(shí)降溫幅度達(dá)到了寒潮標(biāo)準(zhǔn)，最低氣溫低于0℃，出現(xiàn)了晚霜凍天氣，此時(shí)正值果樹(shù)開(kāi)花，農(nóng)作物生長(zhǎng)季節(jié)，霜凍造成了嚴(yán)重的災(zāi)害，經(jīng)濟(jì)損失達(dá)上億元。2011年3月31日-4月2日，同樣受冷空氣影響，三門(mén)峽大部分地區(qū)出現(xiàn)了寒潮天氣，但是由于最低氣溫未降至0℃以下，全市未出現(xiàn)災(zāi)情［8-9］。

2 影響系統(tǒng)分析

2.1 高空環(huán)流形勢(shì)分析

寒潮的暴發(fā)，與前期的環(huán)流形勢(shì)、冷源以及冷空氣的堆積有著密切的關(guān)系。2010年4月9日08時(shí)500hPa高空形勢(shì)上，歐亞大陸為倒Ω型，在貝加爾湖東部有一低渦，低渦向西伸出一個(gè)橫槽，此時(shí)貝加爾湖西側(cè)有一個(gè)-44℃的冷中心，低渦隨后旋轉(zhuǎn)東南移，強(qiáng)冷空氣隨之向華北地區(qū)擴(kuò)散。10日08時(shí)低渦移至黑龍江北部地區(qū)（圖1a），此時(shí)又有一低渦形成于貝加爾湖西側(cè)，并向西伸出一個(gè)橫槽，此時(shí)有一個(gè)-44℃的冷中心與低渦相對(duì)應(yīng)。橫槽前部為冷平流且有階梯槽形成，后部為暖平流正變高，預(yù)示著橫槽將轉(zhuǎn)豎。11日08時(shí)橫槽轉(zhuǎn)豎，并移至貝加爾湖附近，12日08時(shí)低槽向南加深發(fā)展（圖1a），繼續(xù)引導(dǎo)冷空氣南下。至此，橫槽轉(zhuǎn)豎以及轉(zhuǎn)豎后不斷加深發(fā)展導(dǎo)致冷空氣不斷補(bǔ)充南下，在冷空氣的持續(xù)影響下，造成了三門(mén)峽地區(qū)的連續(xù)降溫，并在12日夜間暴發(fā)了寒潮及霜凍天氣。

圖1 500hPa高空形勢(shì)

2011年3月30日08時(shí)500hPa高空形勢(shì)上，歐亞大陸為兩槽一脊型，在新地島以西有一個(gè)中心溫度為-40℃的冷渦。30日20時(shí)，該冷渦快速東移到西伯利亞中東部地區(qū)，其中心強(qiáng)度增強(qiáng)為-44℃。31日20時(shí)，冷中心東移南壓到中西伯利亞?wèn)|部，低槽移至我國(guó)華北地區(qū)（圖1b）。而此時(shí)有南支槽位于甘肅南部到四川一線，且槽線處有冷平流輸送，在系統(tǒng)東移的過(guò)程中，在1日20時(shí)兩支槽實(shí)現(xiàn)了同位相疊加（圖1b），兩股冷空氣合并加強(qiáng)，更有利于引導(dǎo)冷空氣的南下，4月1日夜里至2日，三門(mén)峽地區(qū)暴發(fā)了寒潮天氣。

2.2 冷空氣路徑

地面圖上，2010年4月11日08時(shí)冷高壓中心位于貝加爾湖西部，冷中心強(qiáng)度達(dá)1 045hPa，此時(shí)三門(mén)峽地區(qū)為一低壓帶控制，隨著系統(tǒng)的東移，冷空氣向東南方向擴(kuò)散，11日20時(shí)冷鋒前沿到達(dá)河套地區(qū)（圖2a），氣壓梯度增大，11日夜里冷空氣南下，影響三門(mén)峽地區(qū)，此時(shí)，貝加爾湖西南部的冷中心仍然維持，且強(qiáng)度增強(qiáng)為1 050hPa，由其擴(kuò)散的冷空氣經(jīng)河套地區(qū)不斷東南移動(dòng)，持續(xù)影響三門(mén)峽地區(qū)。12日白天冷中心強(qiáng)度減弱至1 030hPa，而12日夜間冷中心又加強(qiáng)至1 042.5hPa，并分裂出多個(gè)強(qiáng)度稍弱的冷中心，13日凌晨影響三門(mén)峽地區(qū)的冷空氣勢(shì)力達(dá)到了最強(qiáng)（1032.5hPa），一直持續(xù)至14日，三門(mén)峽一直受此穩(wěn)定高壓控制。

2011年3月31日08時(shí)冷高壓中心位于貝加爾湖西南部，冷中心強(qiáng)度為1 042.5hPa，冷中心在東移過(guò)程中，擴(kuò)散的冷空氣逐漸在內(nèi)蒙古境內(nèi)堆積。31日20時(shí)在四川到河套地區(qū)有暖倒槽生成，冷空氣入侵前在暖倒槽的控制下三門(mén)峽地區(qū)一直處于升溫狀態(tài)。4月1日08時(shí)冷中心分裂為兩個(gè)（圖2b），分別位于貝加爾湖西南部和東南部，東南部的冷中心東移南下擴(kuò)散的冷空氣勢(shì)力較弱，對(duì)三門(mén)峽影響不大。從1日夜里開(kāi)始，貝加爾湖西南部的冷中心開(kāi)始分裂并迅速東南移動(dòng)，影響三門(mén)峽地區(qū)暴發(fā)了寒潮天氣。

分析發(fā)現(xiàn)，兩次寒潮過(guò)程均屬于西北路冷空氣影響，而且在兩次過(guò)程冷空氣入侵前，三門(mén)峽市均為暖低壓控制，前期的升溫狀態(tài)為寒潮天氣暴發(fā)提供了能量聚集條件。強(qiáng)冷空氣的堆積是寒潮暴發(fā)的關(guān)鍵，兩次過(guò)程的冷空氣均在貝加爾湖附近聚集南下，且兩次冷空氣強(qiáng)度勢(shì)力相當(dāng)。不同之處在于前一次過(guò)程是多個(gè)冷中心持續(xù)南下，不斷補(bǔ)充，從而導(dǎo)致最低氣溫不斷下降，且維持在較低水平，而后一次過(guò)程冷空氣移速較快，導(dǎo)致溫度降幅較大，但未引發(fā)霜凍天氣。

圖2 海平面氣壓場(chǎng)

3 物理量診斷分析

要造成強(qiáng)降溫天氣，就要有一定強(qiáng)度的冷空氣，某地溫度的變化主要決定于溫度平流和非絕熱因子的作用。溫度平流主要考慮平流冷暖性質(zhì)和強(qiáng)度，非絕熱因子考慮輻射、水汽凝結(jié)、蒸發(fā)和地面感熱對(duì)氣溫的影響。氣溫的非絕熱變化主要表現(xiàn)為氣溫的日變化和氣團(tuán)變性。在兩次寒潮過(guò)程中，由于有大范圍的鋒面云系，太陽(yáng)輻射和地表輻射引起的氣溫日變化較小，降水過(guò)程中水汽凝結(jié)和蒸發(fā)作用會(huì)使氣溫有所下降，但是氣溫驟降主要是冷平流所引起的。

圖3 850hPa冷平流分布圖（單位：10-5℃·s-1）

2010年4月11日23時(shí)（圖3a），在山西北部到甘肅南部有東北-西南向的帶狀冷平流，中心為-36×10-5℃·s-1，12日08時(shí)冷平流中心位于三門(mén)峽市上空（圖3b），強(qiáng)度增強(qiáng)為-40×10-5℃·s-1，與冷高壓移動(dòng)路徑一致，12日上午強(qiáng)冷平流入侵過(guò)境，由于入侵迅速，到14時(shí)三門(mén)峽市已逐漸轉(zhuǎn)入冷高壓控制之下，所以此時(shí)冷空氣輸送減弱，冷平流也隨之減弱為-8×10-5℃·s-1，由于強(qiáng)冷平流的過(guò)境，使三門(mén)峽的氣溫維持在較低水平。隨后有強(qiáng)度為-8×10-5℃·s-1冷平流不斷補(bǔ)充南下，造成了溫度持續(xù)下降，并達(dá)到0℃以下，從而造成了13日凌晨的寒潮及霜凍天氣。

3月31日20時(shí)，在我國(guó)內(nèi)蒙古西部到華北地區(qū)出現(xiàn)了東西向的帶狀冷平流區(qū)，影響三門(mén)峽市的冷中心暫時(shí)位于河北北部，此時(shí)冷平流中心強(qiáng)度為-40×10-5℃·s-1，冷空氣勢(shì)力很強(qiáng)。伴隨著高空低槽的南伸以及低層冷空氣的南移，4月1日08時(shí)，冷中心移至山西地區(qū)，冷空氣勢(shì)力有所減弱。4月1日20時(shí)，冷平流前沿已經(jīng)開(kāi)始影響河南省北部地區(qū)（圖3c），在冷暖平流交匯處溫度梯度變化很大，此后12h冷空氣迅速南下，2日08時(shí)三門(mén)峽地區(qū)已受冷高壓控制，冷平流輸送減弱，中心強(qiáng)度為-8×10-5℃·s-1（圖3d）。

通過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，兩次寒潮過(guò)程的強(qiáng)降溫都是由于強(qiáng)冷平流的輸送引起的，強(qiáng)盛的冷平流是造成氣溫驟降的主要原因。兩次過(guò)程前最強(qiáng)冷平流中心一致，而且影響三門(mén)峽時(shí)均入侵迅速，影響三門(mén)峽地區(qū)時(shí)強(qiáng)度也一致，不同之處在于前一次過(guò)程冷平流輸送到達(dá)三門(mén)峽地區(qū)后有持續(xù)的冷平流輸送，而后一次冷平流輸送時(shí)間較短，無(wú)后續(xù)補(bǔ)充，所以造成前一次過(guò)程的最低氣溫更低。

4 數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品的應(yīng)用

圖4 歐洲850hPa溫度預(yù)報(bào)場(chǎng)與實(shí)況對(duì)比（單位：℃）

歐洲數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品的穩(wěn)定性相對(duì)較高，是日常做預(yù)報(bào)的主要參考產(chǎn)品。在三門(mén)峽地區(qū)的溫度預(yù)報(bào)中一般選取112.5°E，35°N格點(diǎn)的850hPa溫度作為參考值。從圖4中可以看到，兩次過(guò)程中雖然歐洲850hPa預(yù)報(bào)場(chǎng)與實(shí)況溫度均略有差別，但整體溫度變化趨勢(shì)一致，預(yù)報(bào)場(chǎng)的準(zhǔn)確率相對(duì)較高，而且在兩次過(guò)程開(kāi)始前歐洲數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品已連續(xù)5～7天預(yù)報(bào)出兩次降溫過(guò)程［10］。前一次過(guò)程預(yù)報(bào)的48h降溫幅度為6～8℃，而后一次過(guò)程預(yù)報(bào)的48h降溫幅度達(dá)到了12～13℃，降溫幅度后一次過(guò)程更強(qiáng)，但前一次地面實(shí)況溫度降得更低，主要是由于前一次過(guò)程溫度屬于持續(xù)下降，基礎(chǔ)溫度較低，導(dǎo)致最低氣溫更低，而后一次過(guò)程前期升溫狀態(tài)明顯，過(guò)程中溫度驟降繼而回升，從而地面最低氣溫高于前一次過(guò)程。根據(jù)兩次過(guò)程分析及預(yù)報(bào)經(jīng)驗(yàn)得出，在春季當(dāng)歐洲數(shù)值產(chǎn)品連續(xù)五天預(yù)報(bào)850hPa降溫幅度≥8℃時(shí)即考慮溫度低谷期三門(mén)峽地區(qū)將有強(qiáng)降溫過(guò)程，對(duì)歐洲數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品的有效應(yīng)用大大提高了強(qiáng)降溫過(guò)程的預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率［11］。

5 小結(jié)

5.1 前一次過(guò)程高空形勢(shì)為橫槽轉(zhuǎn)豎型，后一次過(guò)程為低槽東移型，兩次過(guò)程均為暴發(fā)寒潮天氣的典型形勢(shì)，且兩次過(guò)程的高空冷中心強(qiáng)度一致。

5.2 強(qiáng)冷空氣的堆積是寒潮暴發(fā)的關(guān)鍵，兩次過(guò)程的冷空氣均在貝加爾湖附近聚集南下，且兩次冷空氣強(qiáng)度勢(shì)力相當(dāng)，不同之處在于前一次過(guò)程是冷空氣的持續(xù)南下，不斷補(bǔ)充，導(dǎo)致最低氣溫不斷下降，引發(fā)了寒潮及霜凍天氣，而后一次過(guò)程冷空氣移速較快，僅造成寒潮天氣。

5.3 強(qiáng)盛的冷平流是造成兩次過(guò)程氣溫驟降的主要原因。

5.4 在春季當(dāng)歐洲數(shù)值產(chǎn)品連續(xù)五天預(yù)報(bào)850hPa降溫幅度≥8℃時(shí)即考慮溫度低谷期三門(mén)峽地區(qū)將有強(qiáng)降溫過(guò)程。

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