陳尊界 董大治 萬小雁

(蒼南縣氣象局,浙江 溫州 325800)

2016年1月浙江省一次強(qiáng)寒潮天氣過程分析

陳尊界 董大治 萬小雁

(蒼南縣氣象局,浙江 溫州 325800)

利用常規(guī)觀測資料，對2016年1月21—24日浙江強(qiáng)寒潮天氣過程的大尺度環(huán)流背景、影響系統(tǒng)以及物理量場進(jìn)行分析，結(jié)果表明：1)此次寒潮大尺度環(huán)流特征為橫槽型，是高空橫槽逐漸南壓轉(zhuǎn)豎，引導(dǎo)強(qiáng)冷空氣南下的過程。2)在冷環(huán)境下，低層的急流和切變?yōu)閺?qiáng)降雪的直接影響系統(tǒng)，強(qiáng)水汽輸送和弱輻合上升運(yùn)動，以及弱水汽輸送和強(qiáng)輻合上升運(yùn)動均能形成強(qiáng)降雪。3)前期較低的氣溫和持續(xù)36 h左右的強(qiáng)冷平流是極端低溫形成的主要原因。

寒潮；強(qiáng)降雪；低溫

0 引 言

寒潮是我國冬半年主要的災(zāi)害性天氣之一，2016年1月21—24日浙江遭受了歷史罕見的強(qiáng)寒潮襲擊，并形成低溫雨雪冰凍天氣。據(jù)評估，這次過程的冰雪嚴(yán)寒災(zāi)害全省為“嚴(yán)重”等級，過程導(dǎo)致的極端低溫是浙江省近40 a同期最低。因此研究此次強(qiáng)寒潮天氣過程的形成機(jī)制，對今后寒潮的天氣預(yù)報和防災(zāi)減災(zāi)都具有重要意義。

許多專家學(xué)者對寒潮過程的環(huán)流形勢演變、影響系統(tǒng)、路徑以及天氣變化等都有了較多的研究[1-4]，并且形成了系統(tǒng)的寒潮理論[5]。在氣候變暖的背景下，影響浙江的寒潮特征也有了一些變化[6]。

本文利用常規(guī)觀測資料，對2016年1月21—24日浙江強(qiáng)寒潮天氣過程的大尺度環(huán)流背景、影響系統(tǒng)以及物理量場進(jìn)行了分析與討論，進(jìn)一步揭示了此次浙江強(qiáng)寒潮天氣過程的成因和形成機(jī)制。

1 天氣過程實況

1.1 溫度實況

受強(qiáng)冷空氣的影響，2016年1月23日全省氣溫開始下降，24日出現(xiàn)局部性寒潮過程[7]。最低氣溫48 h降溫幅度最大出現(xiàn)在24日，在25日早晨達(dá)到最低值(圖1)，全省平均最低氣溫-8.8℃，全省大部分縣市的25日極端最低氣溫突破近40 a歷史同期極值，其中遂昌白馬山，臨安天目山頂觀測到的氣溫最低分別達(dá)-20.4℃、-20℃。

圖1 2016年1月25日最低氣溫 (單位：℃)

1.2 降雪實況

2016年1月20日下午浙北地區(qū)開始出現(xiàn)降雪，21日浙北地區(qū)出現(xiàn)中到大雪，局部暴雪，浙中以小雪為主；21日20時至22日02時，降雪減弱，大部分地區(qū)為小雪，隨后降雪強(qiáng)度再次加強(qiáng)，浙中北均出現(xiàn)中到大雪，局部暴雪，22日14時溫州永嘉觀測到純雪；到23日08時，降雪基本停止。整個降雪過程浙中北地區(qū)積雪深度普遍有5 cm以上，其中浙北的德清、臨安、安吉積雪深度超20 cm(圖2)。

圖2 2016年23日08時積雪深度(單位：cm)

2 大尺度環(huán)流背景

強(qiáng)寒潮過程與高空大尺度天氣形勢演變密切相關(guān)。在2016年1月17—19日的“橫槽型”冷空氣過后，西移南下的極地高壓開始并入烏拉爾山高壓脊，烏拉爾山高壓脊強(qiáng)烈發(fā)展，貝加爾湖以東地區(qū)為一深厚的冷渦，鄂霍次克海以及東西伯利亞為高壓系統(tǒng)控制，東亞倒Ω流型建立；22日08時，整個西伯利亞均為高壓脊控制，高壓脊暖中心強(qiáng)度-20 ℃以上，冷渦中心從60 °N移至我國東北地區(qū)，低壓中心強(qiáng)度為514 dagpm，冷中心強(qiáng)度為-48 ℃，各層冷中心位置基本重合，同時極地有一股冷空氣南下，侵入高壓脊前部，高壓脊減弱西退，環(huán)流經(jīng)向度加大，預(yù)示著冷渦將南壓，引導(dǎo)冷空氣大舉南下，此時浙江上空500 hPa受較為平直的西風(fēng)氣流控制。22日20時，500 hPa低渦后部的東北偏東風(fēng)逐漸轉(zhuǎn)為北風(fēng)，橫槽逐漸南壓,從浙江北部到山東沿海等溫線密集，850 hPa鋒區(qū)強(qiáng)度約為每10緯距23 ℃；24日08時，橫槽南壓至江淮地區(qū)，冷渦中心移到了日本海，浙江500 hPa吹偏西風(fēng)；24日20時，高空槽已經(jīng)轉(zhuǎn)豎入海，冷平流輸送逐漸減弱，寒潮過程趨于結(jié)束。

3 影響系統(tǒng)

2016年1月20日，在東亞倒Ω流型的大尺度環(huán)流背景的建立維持下，西南暖濕氣流有所加強(qiáng)，冷暖空氣對峙，700 hPa長江流域有切變線形成，切變南側(cè)從云南、湖廣、江西存在西南急流帶，急流強(qiáng)盛，850 hPa在我國江南地區(qū)形成切變并維持，杭州探空850 hPa溫度為-5 ℃左右，為強(qiáng)降雪提供了冷環(huán)境。20日下午起，受850 hPa低渦切變東伸影響，浙江北部開始出現(xiàn)降雪。21日08時，杭州探空700hPa風(fēng)速達(dá)20 m/s，處于急流軸的左前方，850 hPa處于切變末端，低層出現(xiàn)深厚的逆溫層，這種配置正好對應(yīng)著浙北地區(qū)形成強(qiáng)降雪時段(圖3a)；21日20時，隨著高空橫槽的南壓，850hPa切變線和700 hPa西南急流均向南推移，杭州探空700 hPa風(fēng)速減小至10 m/s，夜間降雪減弱。

1月22日08時，700 hPa西南急流繼續(xù)加強(qiáng)，急流核風(fēng)速達(dá)28 m/s，850 hPa切變移出浙江(圖3b)，此時，925 hPa及以下沿海地區(qū)為冷平流，冷空氣經(jīng)由海上從低層楔入浙江，杭州探空850 hPa轉(zhuǎn)為東風(fēng)，風(fēng)力從6 m/s(21日20時)增強(qiáng)到10 m/s(22日08時)，臺州洪家探空站風(fēng)力為16 m/s，達(dá)到急流的強(qiáng)度，浙江處于急流前端有明顯的風(fēng)速輻合，且存在著東北風(fēng)和東風(fēng)的風(fēng)切輻合，暖空氣在“冷墊”上抬升,850 hPa溫度-4 ℃線，925 hPa溫度0 ℃線位于臺州、麗水一帶，降雪強(qiáng)度再次加強(qiáng)，14時溫州永嘉出現(xiàn)純雪。

23日08時，在500 hPa橫槽南壓的過程中700 hPa以及850 hPa均轉(zhuǎn)為槽后偏北風(fēng)，且風(fēng)向與等溫線接近垂直，浙江大部分地區(qū)降水停止，而這種形勢一直維持到24日夜間，浙江出現(xiàn)明顯降溫，25日早晨氣溫達(dá)到最低。

4 強(qiáng)降雪診斷分析

4.1 垂直運(yùn)動條件分析

強(qiáng)降水的形成需要一定的垂直運(yùn)動條件。分析垂直速度的演變過程，1月21日浙江雖然受低渦切變東伸影響，出現(xiàn)降雪，但位置處于暖切的末端，輻合不明顯，導(dǎo)致21日強(qiáng)降雪期間垂直運(yùn)動較弱；21日20時低層由于冷空氣侵入，出現(xiàn)弱的下沉速度，此時正好與降雪減弱的時期相一致；隨著低層?xùn)|風(fēng)急流建立，以及東北風(fēng)和東風(fēng)輻合的共同作用下，暖濕氣流在“冷墊”上抬升，22日強(qiáng)降雪期間從850 hPa到高層均為強(qiáng)盛的垂直上升運(yùn)動(圖4)。

圖3 850 hPa風(fēng)場(m/s)和700 hPa急流帶

圖4 2016年1月22日08時沿120°E的垂直速度(0.1 Pa·s-1)空間垂直剖面圖

4.2 水汽條件分析

產(chǎn)生大型降水需要外來的水汽輸送。分析水汽通量(圖5)，可以看出孟加拉灣為強(qiáng)降雪的水汽源地，沿著中低層西南急流帶上的水汽通量大值區(qū)向浙江輸送水汽。

圖5 2016年1月21日08時700 hPa水汽通量(g·cm-1·hPa-1·s-1)和流場

此次強(qiáng)降雪過程的濕層深厚，從低層到高層均有明顯的水汽存在(圖6)，1月21日強(qiáng)降雪期間850 hPa的水汽通量大值區(qū)位于南海，對華南地區(qū)有著強(qiáng)的水汽輸送，而浙江降雪的水汽通道主要位于800 hPa～400 hPa，浙江上空的水汽通量中心值≥8 g·cm-1·hPa-1·s-1；隨著700 hPa西南急流南壓，22日強(qiáng)降雪時的水汽輸送變少，水汽輸送通道主要集中于500 hPa附近，且中心強(qiáng)度也有所減弱。

圖6 2016年1月21日08時沿120°E的水汽通量(g·cm-1·hPa-1·s-1)空間垂直剖面圖

外來的水汽輸送為降水提供水汽條件，而水汽通量散度與降水也具有一定相關(guān)性[8]。21日，浙江上空的水汽通量散度弱(圖7a)，中心位于925 hPa，強(qiáng)度≤-6×10-8g·hPa-1·cm-2·s-1，在500 hPa和浙中南850 hPa以上均為水汽輻散；22日，浙江上空為強(qiáng)的水汽輻合(圖7b)，浙中北水汽輻合大值區(qū)從900 hPa一直伸展到400 hPa，強(qiáng)輻合中心值為-10×10-8g·hPa-1·cm-2·s-1左右，浙南的強(qiáng)水汽輻合中心位于700 hPa，中心強(qiáng)度達(dá)-17×10-8g·hPa-1·cm-2·s-1以上，強(qiáng)水汽輻合讓輸送來的水汽在浙江上空積累，所以雖然22日的水汽通量比21日弱，但降雪依然強(qiáng)。

(a)2016年1月21日08時 (b)2016年1月22日08時圖7 沿120°E的水汽通量散度(10-8g·hPa-1·cm-2·s-1)空間垂直剖面圖

5 低溫診斷分析

根據(jù)熱流量方程，溫度平流是冷空氣過程中造成降溫的重要因素[5]。強(qiáng)寒潮來臨前各層均有一定的升溫，2016年1月23日開始，浙江從低層到高層一致受冷平流影響，中低層最為顯著。分析850hPa冷平流情況，22日20時，我國大部分處于冷平流區(qū)，強(qiáng)冷平流中心位于華南以及朝鮮半島，浙江受暖濕氣流的影響，部分地區(qū)為弱的暖平流；23日08時(圖8)，冷平流區(qū)域繼續(xù)擴(kuò)展，強(qiáng)冷平流中心南壓，中心值分別為-44.3×10-6K/s和-34.5×10-6K/s，華南地區(qū)的冷平流較前12 h明顯增強(qiáng)，浙江也處于強(qiáng)冷平流區(qū)域；23日20時強(qiáng)冷平流中心移至東海，對浙江省沿海地區(qū)的冷平流輸送增強(qiáng)，臺州洪家站23日20時和24日08時850hPa冷平流強(qiáng)度均達(dá)到了50×10-6K/s左右；24日20時，浙江自北向南逐漸轉(zhuǎn)為弱的暖平流，說明浙江地區(qū)冷平流將趨于結(jié)束；自23日08時到24日20時，全省冷平流強(qiáng)度平均達(dá)25×10-6K/s左右。

1月17日至19日的冷空氣過程，形成了一次較大范圍的降溫，隨后由于持續(xù)的雨雪天氣，地面氣溫保持較低且日變溫小，這是此次過程并未造成全省性寒潮的主要原因；23日開始，受強(qiáng)冷空氣影響浙江開始降溫，24、25日，浙江500hPa吹偏西風(fēng)，700 hPa以及850 hPa均為偏北風(fēng)，天空狀況較好，36 h左右的強(qiáng)冷平流疊加輻射降溫效應(yīng)，到25日早晨氣溫達(dá)到最低。

圖8 2016年1月23日08時850 hPa溫度平流圖(實線為等溫線，填色為冷平流強(qiáng)度(10-6K/s))

6 結(jié) 語

通過對2016年1月21—24日浙江強(qiáng)寒潮天氣過程的大尺度環(huán)流背景、影響系統(tǒng)以及物理量場進(jìn)行分析，得出如下結(jié)論：

1)大尺度環(huán)流背景場上，極地高壓西移南下使烏拉爾山高壓脊發(fā)展強(qiáng)烈，脊線最廣控制了整個西伯利亞，在極地冷空氣侵入高壓脊前部后，橫槽開始南壓轉(zhuǎn)豎，導(dǎo)致強(qiáng)寒潮過程的發(fā)生。

2)強(qiáng)降雪過程是西南暖濕氣流和冷空氣對峙形成的，前期的冷空氣過程為降雪提供了冷環(huán)境。21日700 hPa西南急流配合850 hPa低渦切變東伸共同作用下，在浙北形成強(qiáng)降雪；隨著850 hPa切變線南壓，低層?xùn)|風(fēng)急流建立，加上東風(fēng)和東北風(fēng)的輻合作用，暖濕空氣在“冷墊”上抬升形成了22日的強(qiáng)降雪。

3)浙江此次強(qiáng)降雪的主要水汽來源地為孟加拉灣，21日強(qiáng)降雪水汽輸送充足，水汽輸送通道主要位于800～400 hPa，但水汽輻合和上升運(yùn)動不明顯；22日強(qiáng)降雪水汽輸送較弱，水汽輸送通道單一，但有強(qiáng)烈的水汽輻合和深厚的垂直上升運(yùn)動。

4)前期的冷空氣過程導(dǎo)致浙江的降溫，20日至22日的雨雪天氣使浙江地面氣溫保持較低，36 h左右的強(qiáng)冷平流疊加輻射降溫效應(yīng)，導(dǎo)致了這次歷史罕見的低溫過程。

[1] 孫磊,彭明艷,張方方，等.徐州市11月下旬兩次寒潮過程對比分析[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),2012,40(32):15801-15803.

[2] 劉海麗.“2010·2·10”寒潮天氣過程分析[J].浙江氣象,2010,31(4):13-16.

[3] 田秀霞,壽紹文.2008年12月兩次強(qiáng)寒潮過程的等熵位渦分析[J].氣象科學(xué),2013,33(1):102-108.

[4] 陳紅專,葉成志,龍麗華.2011年1月湖南罕見持續(xù)性暴雪天氣成因分析[J].暴雨災(zāi)害,2012,31(2):141-148.

[5] 朱乾根,林錦瑞,壽紹文，等.天氣學(xué)原理與方法[M].北京:氣象出版社,2000：266-317.

[6] 季致建,李邦憲,何麗萍.浙江省54年寒潮氣候概況及時空分布特征[J].浙江氣象,2008,29(3):9-13.

[7] 王鎮(zhèn)銘,杜惠良,楊詩芳.浙江省天氣預(yù)報手冊[M].北京:氣象出版社,2013:279.

[8] 劉健漢,郭虎,李耀東.天氣分析預(yù)報物理量計算基礎(chǔ)[M].北京:氣象出版社,2006:64-69.

2016-08-02