常永旺 張百萍 于文英

烏蘭察布市氣象局

烏蘭察布市2016年1月20～23日寒潮天氣分析

常永旺 張百萍 于文英

烏蘭察布市氣象局

文章利用常規(guī)觀測資料、利用天氣學診斷方法對2016年1月20～23日烏蘭察布市寒潮天氣過程進行分析、總結。結果表明，此次寒潮天氣為高壓脊發(fā)展型，偏向于亞洲地區(qū)的極渦中心攜帶大量冷空氣向亞洲地區(qū)移動南下，在烏拉爾山阻塞高壓的脊前偏北氣流引導作用下以及鄂霍茨克海高壓阻擋作用，使得極地冷空氣不斷積聚、加強、南下，造成這次寒潮天氣的爆發(fā)，并由于鄂霍茨克海高壓的阻擋作用使得這次降溫過程持續(xù)時間長。

寒潮 冷平流 強降溫

寒潮天氣過程是極地或高緯度地帶強冷空氣向南爆發(fā)的過程。寒潮過程以劇烈降溫為主要特征，同時也往往伴有大風、沙塵暴和暴雪等災害性天氣，往往能引發(fā)多種嚴重的氣象災害，對農業(yè)、牧業(yè)、工業(yè)、交通和人民生活都有很大的影響[1]?！秲让晒抛灾螀^(qū)預報員手冊》中指出，寒潮類型分為4類，第一類為降溫寒潮，主要以降溫為主，沒有出現(xiàn)6級或6級以上的大風和少量或其以上降水；第二類為大風型寒潮，這類寒潮在降溫的同時，有6級或6級以上的大風；第三類為降雪型寒潮，這類寒潮在降溫的同時伴有明顯降水；第四類為大風降雪型寒潮，這類寒潮在降溫的同時伴有大風和降雪。本次影響烏蘭察布市的寒潮天氣為第二類寒潮即大風型寒潮，降溫的同時，伴有6級左右大風，文章詳細分析了本次寒潮天氣的形勢及成因。

一、天氣實況

受強冷空氣影響，1月20日～22日烏蘭察布市出現(xiàn)了一次寒潮天氣過程，此次寒潮天氣屬于降溫型寒潮，沒有出現(xiàn)6級或6級以上的大風和明顯的降雪。從實況可以看出，此次過程從21日白天開始降溫，到22日8時，烏蘭察布市全市最低氣溫48小時（20日～21日）下降8℃以上（見表1），達到了寒潮天氣標準，本次過程的最低溫度出現(xiàn)在23日早晨，其中化德縣最低達-34.1℃（見表2）。

表1 最低氣溫變溫情況（24、48、72小時最低氣溫變溫）

表2 最低溫度（單位：℃）

圖2 500hPa環(huán)流場

二、環(huán)流形勢分析

1.500 hPa環(huán)流形勢及其演變過程

分析500hPa高空圖，此次寒潮天氣過程為明顯的高壓脊發(fā)展型。18日08時，烏拉爾山附近的脊已經發(fā)展明顯，溫度脊的振幅大于高度脊并存在明顯的暖中心，利于高度脊的發(fā)展，脊前存在小槽，位于我國東北地區(qū)存在明顯的冷渦，長軸呈北——南走向，配合-44℃的冷中心，在冷渦下游地區(qū)即鄂霍茨克海同樣存在高度脊，阻擋了冷渦的東移，有利于冷空氣積聚（圖2a）；隨著高度脊的發(fā)展導致脊前的偏北氣流加大，小槽后部有明顯的冷平流，使得小槽發(fā)展移動，攜帶冷空氣不斷匯入東北冷渦，在22日08時位于烏拉爾山附近的高度脊發(fā)展為阻塞高壓，期間不斷有冷空氣匯入東北冷渦，在鄂霍茨克海高度脊阻擋下，東北冷渦發(fā)展加強南壓到烏蘭察布市北部地區(qū)，其冷中心強度為-48℃（圖2b）；到23日08時烏拉爾山阻塞高壓減弱，閉合環(huán)流中心消失，高度脊與溫度脊近于重合，-48℃的冷中心壓在了烏蘭察布市上空，導致在23日最低氣溫達到最低（圖2c）；到24日08時冷渦迅速南掉，鄂霍茨克海高度脊減弱消失，導致烏蘭察布市迅速轉為暖脊控制，回溫迅速，此次寒潮天氣過程結束（圖2d）。

2.850 hPa環(huán)流形勢及演變過程

21日08時在烏蘭察布市西北側存在高壓，烏蘭察布市北側存在-36℃冷中心，此時烏蘭察布市上空為溫度線的密集帶，此時鋒區(qū)強度為-12℃/5個緯距（圖略）；到22日08時，之前處于烏蘭察布市西北側高壓加強，并分裂為兩個中心，控制范圍擴大，此時烏蘭察布市處于其前部控制，-36℃冷中心南壓，強度減弱，變?yōu)?32℃冷中心，同時鋒區(qū)也有所南壓，但是鋒區(qū)的強度是加強的，此時鋒區(qū)的強度為-16℃/5個緯距；到23日08時：高壓減弱，同時鋒區(qū)完全移出烏蘭察布市，烏蘭察布市受-32℃的冷中心控制；到24日08時：冷中心再次減弱，烏蘭察布市受-28℃的冷中心控制，此次降溫結束。

3.地面形勢及變壓場的演變過程

（1）地面形勢演變過程

18日08時，極地高壓中心強度為1050hPa，中心位于70°N附近，之后隨著500hPa高度脊的發(fā)展，脊前的負渦度平流不斷加強，使得極地冷高壓向南移動、加強，到20日08時，極地冷高壓壓在了內蒙古北部，范圍廣大，具有三個冷高壓中心，最強冷高壓中心達1062.5hPa,靠近烏蘭察布市，冷高壓前沿的冷鋒已經壓在了烏蘭察布市西北部，到21日08時地面冷高壓進一步加強，最強冷中心達1072.5hPa，高壓前沿的冷鋒已經掃過烏蘭察布市，降溫開始，冷高壓不斷加強擴散南下，在22日02時冷高壓達到最強，中心值達到1082.5hPa,之后冷高壓中心強度一直都維持在1070.0hPa以上,本次寒潮天氣過程地面冷高壓中心強度一直都維持在1070.0hPa以上，并不斷有地面冷鋒過境。

（2）地面變壓場演變過程。在21日08時，烏蘭察布市24小時變壓為負變壓，變壓幅度為-2～0hPa；隨著冷高壓的加強，逐步移近烏蘭察布市，烏蘭察布市地面開始增壓，到22日08時烏蘭察布市大部地區(qū)的增壓幅度為6～8hPa；隨著冷高壓減弱，到23日08時烏蘭察布市24小時變壓幅度為-1～0 hPa。

三、主要影響系統(tǒng)

1.極渦

本次寒潮天氣過程前，200hPa極渦分裂為兩個中心，一側極渦中心偏向于北美洲，一側偏向于亞洲地區(qū)，呈偶極型分布，后期偏向于亞洲地區(qū)的極渦中心不斷偏離移向亞洲地區(qū)，攜帶大量冷空氣向亞洲地區(qū)移動南下，造成這次寒潮天氣的爆發(fā)。

2.烏拉爾山阻塞高壓和鄂霍茨克海高壓

本次寒潮天氣過程屬于高壓脊發(fā)展型，主要是烏拉爾山阻塞高壓建立期間，脊前偏北氣流引導極地冷空氣不斷南下，加上鄂霍茨克海高壓阻擋作用，使得東北冷渦不斷加強、南壓，攜帶冷空南下。

3.蒙古冷高壓

極低冷氣團在高空引導氣流和負渦度平流的作用下，使得極地冷氣團南下發(fā)展加強，移到蒙古地區(qū)形成了強大的蒙古冷高壓，此次過程中，最強冷高壓中心值達1082.5hPa。

4.寒潮冷鋒

隨著極地冷空氣不斷南下，配合脊前的負渦度平流，使得蒙古冷高壓不斷發(fā)展，擴散南下，伴隨冷高壓外圍的冷鋒和副冷鋒不斷形成南下。

四、強降溫成因

熱力學能量方程轉化為溫度預報方程：

由上式可知，溫度的局地變化與溫度平流、垂直運動、氣壓的局地變化和氣壓平流、非絕熱加熱作用有有關。實際大氣中由變壓、氣壓平流引起的溫度局地變化甚小，不予考慮。非絕熱表現(xiàn)為輻射、凝結潛熱、湍流感熱對氣溫的影響。本次寒潮發(fā)生在冬季，相對穩(wěn)定的下墊面湍流作用較弱，主要變現(xiàn)為氣團的變性；大范圍鋒面云系的存在，太陽短波輻射和地表長波輻射引起的氣溫日變化較??；過程中幾乎無降水發(fā)生，凝結潛熱作用可不考慮。此次寒潮降溫主要考慮溫度平流的作用[2]。

1.溫度平流

850hPa溫度平流的演變表現(xiàn)為：20日08時受烏山高脊與冷渦共同作用，在貝加爾湖北部存在一帶狀冷平流區(qū)，中心強度達-14×105℃/s至-12×105℃/s，同時河套地區(qū)存在呈南北向帶狀分布的冷平流區(qū)，中心強度達-5×105℃/s至-3×105℃/s，此時烏蘭察布由暖平流控制。20日20時隨著烏山高度脊的發(fā)展加強，及冷渦的東移南調，冷空氣順著渦后脊前偏北氣流下滑，位于貝湖北部的冷平流區(qū)南壓，與位于河套附近西進的冷平流區(qū)合強度有所減弱，中心強度達-9× 105℃/s至-7×105℃/s，此時烏蘭察布市西北地區(qū)為冷平流控制，氣溫開始下降。21日20時烏山高脊發(fā)展為阻塞高壓，冷平流區(qū)東移南壓并迅速加強，中心強度達-40×105℃/s至-30×105℃/s，中心靠近烏蘭察布市，我市出現(xiàn)劇烈降溫。23日08時隨著冷渦的不斷東南移，冷空氣也隨之發(fā)生移動，烏蘭察布市仍然為冷平流所控制，但中心已經東移如海，強度為-35× 105℃/s至-25×105℃/s，烏蘭察布市溫度繼續(xù)下降達到此次過程的最低點。24日08時冷平流區(qū)進一步東移，烏蘭察布市的東部及南部仍為冷平流區(qū)控制，全市氣溫維持較低，到25日08時全市逐漸為暖平流所控制，此次降溫過程結束。

2.散度場

垂直運動對局地溫度的影響，通過大氣的垂直向運動及大氣的穩(wěn)定度來變現(xiàn)。由700hPa散度場特征可知，20日20時烏蘭察布市為弱輻散區(qū)控制，近地面層有下沉運動，有利于低層大氣增溫；21日20時烏蘭察布市為弱輻合區(qū)控制，近地面層有上升運動，有利于低層大氣降溫，加之強盛的冷平流作用，此時降溫過程幅度很大；之后隨著冷渦的東南移出烏蘭察布市，烏蘭察布市轉為為輻散區(qū)控制，利于低層大氣的增溫，降溫過程結束。

綜上所述，20日20時烏蘭察布市開始受冷平流影響，21日20時冷平流達到最強，氣溫下降明顯，之后冷平流逐漸減弱東移，到25日08時轉為暖平流控制，降溫結束；散度場上只有21日20時表現(xiàn)為輻合區(qū)，有上升運動，有利于降溫作用；此次的強降溫度主要由冷平流決定，21日20時由于強盛的冷平流與近地面層的上升運動共同作用，出現(xiàn)強降溫，20日～22日過程降溫達到寒潮標準。

五、結論

1.此次寒潮天氣過程屬于高壓脊發(fā)展型，隨著烏山高壓脊的不斷發(fā)展引導極低冷空氣不斷下滑，地面場上表現(xiàn)為冷高壓不斷加強擴散南下，影響烏蘭察布市，造成此次的寒潮天氣過程。

2.烏拉爾山阻塞高壓的引導作用和鄂霍茨克海高的壓阻擋作用是造成的此次寒潮天氣過程持續(xù)降溫的特點的主要原因。

3.強的冷平流是造成強降溫的主要原因，近地面弱的上升運動起到輔助降溫效果。

[1]顧潤源,孫永剛,韓經緯等.內蒙古自治區(qū)天氣預報手冊[M]．北京：氣象出版社，2012．

[2]付亞男.呼倫貝爾市一次強寒潮天氣過程分析[J].安徽農業(yè).2015.43(5):185-189.