2014～2015年冬季烏蘭察布市兩次寒潮天氣過(guò)程對(duì)比分析

張百萍　常永旺　劉詩(shī)韻烏蘭察布?xì)庀缶?/p>

2014～2015年冬季烏蘭察布市兩次寒潮天氣過(guò)程對(duì)比分析

張百萍常永旺劉詩(shī)韻
烏蘭察布?xì)庀缶?/p>

利用常規(guī)高、低空，地面觀測(cè)資料和NCEP再分析資料（0.25°×0.25°），應(yīng)用天氣學(xué)分析和診斷方法，結(jié)合內(nèi)蒙古冬季寒潮預(yù)報(bào)指標(biāo)，對(duì)2014年冬季烏蘭察布2次寒潮天氣從天氣實(shí)況、環(huán)流背景、天氣成因等方面進(jìn)行了對(duì)比分析。結(jié)果表明：1130過(guò)程屬于阻高崩潰型，冷空氣經(jīng)西北路下滑，地面冷高壓補(bǔ)充南下，等壓線密集，造成大風(fēng)降溫天氣；0126過(guò)程屬高壓脊發(fā)展型，冷平流中心偏東偏北，地面冷高壓分裂南下，故造成的降溫幅度較1130小，風(fēng)力也較小；進(jìn)一步揭示了冬季烏蘭察布2次寒潮天氣的主要特點(diǎn)和成因，得到了一些冬季寒潮預(yù)報(bào)的指示信息。

寒潮大風(fēng)天氣成因環(huán)流形勢(shì)

一、引言

寒潮是華北地區(qū)冬半年主要的災(zāi)害性天氣之一，其特點(diǎn)是伴有劇烈降溫和大風(fēng)，有時(shí)還伴有雨、雪、霜凍。本文通過(guò)分析 2014～2015年期間發(fā)生在烏蘭察布地區(qū)的兩次寒潮天氣過(guò)程，對(duì)比兩次寒潮天氣過(guò)程的環(huán)流背景、冷空氣活動(dòng)等方面，進(jìn)一步揭示烏蘭察布寒潮天氣過(guò)程的成因和形成機(jī)制，旨在提高該地區(qū)寒潮天氣預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確率。

二、寒潮實(shí)況對(duì)比

2014年11月30日～12月1日，受西伯利亞?wèn)|移南下強(qiáng)冷空氣影響，我國(guó)新疆北部、西北地區(qū)、內(nèi)蒙古中西部出現(xiàn)了寒潮天氣，過(guò)程前期28～29日地面圖上（圖略），我國(guó)西南部到華北北部熱低壓強(qiáng)烈發(fā)展，受此低壓影響，烏蘭察布市地面24小時(shí)變溫幅度在2～ 7℃（如表1）。29日夜間，強(qiáng)冷空氣經(jīng)我國(guó)西北部開(kāi)始影響烏蘭察布市，全市自北向南出現(xiàn)了大風(fēng)天氣，之后，冷空氣大舉南下，寒潮爆發(fā)，過(guò)程降溫北部地區(qū)在-17℃左右，南部地區(qū)在-14℃左右，1日最低氣溫-23.7～-17.6℃（圖略）。

2015年1月26～27日，受貝加爾湖強(qiáng)冷空氣南下影響，我國(guó)西北地區(qū)大部、內(nèi)蒙古大部、華北和東北等多地出現(xiàn)寒潮。25日夜間到27日，冷空氣爆發(fā)，烏蘭察布市24小時(shí)降溫幅度在-11.7～-2.1℃，沒(méi)有出現(xiàn)大風(fēng)過(guò)程，27日凌晨氣溫達(dá)到最低，為冬季以來(lái)首次出現(xiàn)的最低氣溫。兩次過(guò)程均是在前期有強(qiáng)烈增溫的情況下，由強(qiáng)冷空氣南下入侵造成的，不同的是1130過(guò)程經(jīng)西北至東南向影響我國(guó)，范圍廣、時(shí)間長(zhǎng)、降溫幅度大且產(chǎn)生了大風(fēng)；0126過(guò)程冷空氣主體偏北，爆發(fā)迅速。

表1　2014～2015年烏蘭察布市兩次寒潮天氣過(guò)程主要指標(biāo)

三、環(huán)流形勢(shì)對(duì)比分析

1.環(huán)流背景分析

1130過(guò)程屬阻高崩潰型，爆發(fā)前期，11月27日08時(shí)（北京時(shí)，下同）500hPa亞歐圖上，45°N以北地區(qū)環(huán)流呈倒Ω型，位于85°E、62°N的高空，有一閉合低壓中心形成，中心高度值為493dagpm，高空鋒區(qū)已位于55°N，低壓中心有-44℃的冷中心配合，標(biāo)志著冷空氣堆已初步形成。并且在55°N附近的脊前偏北氣流和西北氣流之間生成一橫槽，橫槽后部的偏北風(fēng)風(fēng)速達(dá)到26～34米/秒，這股偏北氣流加劇了冷空氣的向南輸送和橫槽鋒區(qū)的南壓。到29日08時(shí)（如圖1），高脊強(qiáng)度減弱并東移，槽線東移南下至貝加爾湖以西至我國(guó)新疆中北部地區(qū)，并且由原來(lái)的東北至西南向旋轉(zhuǎn)為南北方向，此時(shí)，不斷有冷空氣沿新疆北部的強(qiáng)偏北氣流下滑。從高度場(chǎng)和溫度場(chǎng)的配置來(lái)看，從極地伸向北歐的冷舌，且冷舌略落后于高度槽，槽線上有冷平流。此時(shí)700hPa天氣圖上從蒙古到河套地區(qū)為一低渦槽，冷中心為-36℃。此后冷槽東移，到30日08時(shí)，槽前、鄂霍茨克海高壓脊后出現(xiàn)正變高區(qū)，等高線北抬，這使得冷槽進(jìn)一步加深，鋒區(qū)南壓，冷空氣爆發(fā)影響全市。

0126過(guò)程屬高壓脊發(fā)展型，前期1月24日08 時(shí)500hPa整個(gè)歐亞范圍內(nèi)呈1槽1脊型，烏拉爾山地區(qū)為高脊,在亞洲北部為寬廣的槽區(qū)，低渦中心盤(pán)踞在中西伯利亞附近,強(qiáng)度為497dagpm,伴有-44℃冷中心。此后由于烏拉爾山脊后暖平流促使烏山脊不斷強(qiáng)烈發(fā)展并向東北伸展，脊線呈東北至西南向。25日08時(shí)，低渦中心移至貝加爾湖，渦后脊前為強(qiáng)冷平流，冷空氣沿脊前偏北氣流在貝加爾湖堆積。20時(shí)，中亞地區(qū)逐漸形成弱脊，并向北發(fā)展，由于上下游效應(yīng)渦加強(qiáng)且底部等高線密集，形成強(qiáng)鋒區(qū)。26日08時(shí)脊進(jìn)一步發(fā)展，脊前為強(qiáng)的偏北風(fēng)將鋒區(qū)南壓到40°N，并在50°N、115°E附近有-40℃冷中心配合。烏蘭察布市處在強(qiáng)鋒區(qū)控制之下，冷空氣沿脊前偏北氣流大舉南下，自貝加爾湖直沖向河套及華北一帶，鋒區(qū)也迅速南壓，全市出現(xiàn)寒潮天氣。

圖1　2014年11月29日08時(shí)（a）、2015年1月25日20時(shí)（b）500hPa高空形勢(shì)場(chǎng)

2.地面系統(tǒng)演變

1130過(guò)程地面冷高壓從28日入侵我國(guó)，28日20時(shí)冷鋒位于貝加爾湖以西至我國(guó)新疆中北部，鋒后冷高壓中心最大值為1048.2hPa。冷槽不斷東移南壓，冷空氣不斷南下，地面冷高壓主體加強(qiáng)南壓，30 日08時(shí)冷高壓中心位于貝加爾湖以西，我國(guó)新疆以北，其最大值加強(qiáng)為1066.2hPa，烏蘭察布市處于冷鋒后部，冷空氣開(kāi)始影響全市。等壓線變得更加密集，冷鋒附近的氣壓梯度較大，在5個(gè)經(jīng)距內(nèi)分析出了4條等壓線，鋒前后的3小時(shí)變壓差達(dá)22hPa，鋒后強(qiáng)的氣壓梯度風(fēng)和冷空氣帶來(lái)的下沉氣流，使全市出現(xiàn)了大風(fēng)天氣。01日08時(shí)左右，冷高壓主體侵入烏蘭察布市，全市氣溫降至最低。1日14時(shí)，冷高壓中心開(kāi)始減弱，其前沿已移出我市。從24小時(shí)負(fù)變溫中心移動(dòng)過(guò)程（圖略）的變化也說(shuō)明冷空氣在東移過(guò)程中是增強(qiáng)的，從29日的最大負(fù)變溫-12℃到30日增大到-16℃，而且范圍在擴(kuò)大，最強(qiáng)冷中心在全市南部和以東地區(qū)。

0126過(guò)程當(dāng)冷空氣沿貝加爾湖高壓脊前下滑堆積時(shí)，25日05時(shí)在地面蒙古西部形成冷高壓，中心強(qiáng)度為1057hPa，此后地面冷高壓不斷發(fā)展加強(qiáng)，但停滯少動(dòng)。到25日20時(shí)其前部的地面冷鋒位于蒙古與我國(guó)交界一帶，地面冷高壓面積擴(kuò)大，強(qiáng)度發(fā)展為1061hPa。26日02時(shí)，地面冷鋒前鋒南壓至河套地區(qū)，鋒面前后氣壓、溫度、變壓梯度密集。此后冷鋒快速東移南壓，影響河套地區(qū)，冷鋒過(guò)境后地面降溫強(qiáng)烈。27日02時(shí)，冷高壓中心分裂出閉合小高壓，高壓中心達(dá)1052hPa，帶來(lái)的分裂冷空氣造成全市大幅度持續(xù)降溫。28日08時(shí)后，高壓變性，強(qiáng)度減弱，氣溫開(kāi)始回升。

四、兩次寒潮天氣成因

1.前期回暖明顯

2次過(guò)程冷空氣到達(dá)前，烏蘭察布市均有不同程度的回暖，但1130過(guò)程回暖強(qiáng)度更大一些，造成的寒潮天氣更強(qiáng)一些。由于地面前期回暖顯著，為冷空氣到來(lái)后溫度梯度的增大創(chuàng)造了條件。

2.高空強(qiáng)冷平流下沉入侵

分析2次過(guò)程爆發(fā)時(shí)850hPa的溫度平流變化，1130過(guò)程與橫槽對(duì)應(yīng)的冷平流區(qū)范圍較大，出現(xiàn)了自我國(guó)東北經(jīng)河套至新疆北部的帶狀冷平流區(qū)域，冷平流在河套北部達(dá)到了-31×10-5℃·s-1的冷平流中心。0126過(guò)程，冷空氣經(jīng)我國(guó)東北、華北至內(nèi)蒙古大部出現(xiàn)了東北西南向帶狀的冷平流區(qū)。冷平流中心在烏蘭察布市北部達(dá)到了為-22×10-5℃·s-1，27日冷空氣經(jīng)河套地區(qū)，主體向東移動(dòng)。2次強(qiáng)降溫過(guò)程都是冷平流引起的，且冷平流中心和最大強(qiáng)降溫中心有很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

1130過(guò)程中伴隨強(qiáng)烈的下沉運(yùn)動(dòng)，從30日05時(shí)，強(qiáng)下沉氣流區(qū)開(kāi)始自西北向東南侵入烏蘭察布市，且下沉速度不斷加強(qiáng)，08時(shí)位于河套北部的強(qiáng)中心達(dá)到48×10e-2pa/s，由于強(qiáng)冷平流伴隨強(qiáng)的下沉運(yùn)動(dòng)，造成動(dòng)量下傳引起我市大風(fēng)天氣，此后下沉運(yùn)動(dòng)持續(xù)一路侵襲內(nèi)蒙大部、華北大部，到1日20時(shí)，烏蘭察布市上空下沉運(yùn)動(dòng)開(kāi)始減弱。

五、小結(jié)

1.不同點(diǎn)分析

（1）冷空氣向南爆發(fā)的形勢(shì)不同，1130過(guò)程是阻高崩潰，橫槽旋轉(zhuǎn)東移南下影響我國(guó)新疆北部、西北地區(qū)、內(nèi)蒙古中西部等地；0126過(guò)程是在歐亞大陸環(huán)流形勢(shì)維持穩(wěn)定少變的情況下，高壓脊發(fā)展引起我國(guó)上空徑向環(huán)流較強(qiáng)，脊前強(qiáng)冷平流使鋒區(qū)南下加強(qiáng)，影響我國(guó)西北地區(qū)大部、內(nèi)蒙古大部、華北和東北等多地。

（2）2次過(guò)程的影響系統(tǒng)均為強(qiáng)冷高壓和地面冷鋒，差異是1130過(guò)程高壓主體以補(bǔ)充南下的方式影響，其前部的冷鋒在南下的過(guò)程中，鋒區(qū)強(qiáng)，引起地面大風(fēng)的同時(shí)造成烏蘭察布市30日的強(qiáng)降溫，1日冷空氣主體侵襲我市，補(bǔ)充南下的冷高壓造成進(jìn)一部的降溫，降溫強(qiáng)度大；0126過(guò)程中，冷空氣在蒙古西部我國(guó)新疆以北堆積，冷鋒移動(dòng)較快，冷高壓主體穩(wěn)定少動(dòng)，以分裂出閉合小高壓的形勢(shì)，造成烏蘭察布市的寒潮天氣。

（3）冷平流范圍和強(qiáng)度不同，0126過(guò)程冷平流中心是從蒙古國(guó)進(jìn)入我國(guó)境內(nèi)，冷空氣路徑偏東偏北，而1130過(guò)程強(qiáng)冷平流主要是來(lái)自中西伯利亞強(qiáng)冷空氣東移南下影響，冷空氣取西北東南向，先后影響新疆北部、西北地區(qū)和內(nèi)蒙古大部。從影響河套地區(qū)的冷平流強(qiáng)度來(lái)看，1130過(guò)程也強(qiáng)于0126過(guò)程，強(qiáng)冷平流下沉入侵作用，可使地面氣壓梯度很快加大，造成大風(fēng)，因此1130過(guò)程不僅降溫幅度和影響范圍較0126過(guò)程強(qiáng)，還出現(xiàn)了大風(fēng)天氣。

2.烏蘭察布市冬季寒潮預(yù)報(bào)著眼點(diǎn)分析

（1）寒潮前回暖是冬季寒潮預(yù)報(bào)的重要指標(biāo)，在冷空氣勢(shì)力相同的情況下，寒潮前回暖越強(qiáng)，降溫強(qiáng)度越大。

（2）強(qiáng)冷空氣在貝加爾湖、中西伯利亞附近堆積，地面冷高壓中心強(qiáng)度達(dá)到1060hPa，及高空強(qiáng)勁的偏北氣流是寒潮爆發(fā)的必要條件。

（3）高空環(huán)流形勢(shì)的演變也進(jìn)一步揭示了寒潮的爆發(fā)時(shí)間及影響范圍。對(duì)于阻高崩潰型,寒潮爆發(fā)的關(guān)鍵是預(yù)報(bào)阻高何時(shí)崩潰、橫槽何時(shí)轉(zhuǎn)豎；高脊發(fā)展型預(yù)報(bào)的關(guān)鍵是槽后的脊何時(shí)加強(qiáng)、偏北風(fēng)何時(shí)加大。

（4）地面強(qiáng)降溫中心和850hPa冷平流強(qiáng)度中心有很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。日常預(yù)報(bào)中，可根據(jù)冷平流中心確定最大強(qiáng)降溫中心。

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