2016年1月22—26日云南寒潮天氣過(guò)程分析

楊倩媛，楊素雨，張秀年,潘婭婷

(1.云南省氣象臺(tái),云南 昆明 650034；2.云南省昆明市氣象臺(tái)，云南 昆明 650500)

1 引言

冬半年，中高緯度冷高壓的強(qiáng)烈活動(dòng)使強(qiáng)冷空氣南下。造成短時(shí)間內(nèi)大幅度的降溫，常伴有大風(fēng)、降雨和降雪天氣。與中國(guó)其他大部分地區(qū)不同，冷空氣在受到青藏高原和重重高山的阻擋后到達(dá)云南時(shí)強(qiáng)度減弱，造成的降溫幅度偏小，且降溫速度慢，因此云南寒潮天氣少，大雪天氣則更為少見(jiàn)。受寒潮影響會(huì)出現(xiàn)低溫連陰雨，使人們感到寒冷潮濕，路面濕滑易引發(fā)事故[1-2]。并且云南地處低緯地區(qū)，平時(shí)氣溫不低，御寒能力較差，一旦出現(xiàn)降溫降雪等強(qiáng)寒潮天氣，給工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成的災(zāi)害較重[3]。此外，對(duì)于寒潮降雪天氣的影響系統(tǒng)、動(dòng)力機(jī)制、水汽條件[4-5]以及降水相態(tài)變化[6]等已有眾多學(xué)者已經(jīng)做了詳盡的分析[8-10]，入侵低緯高原的強(qiáng)冷空氣與南支槽前的西南暖濕氣流相遇，這是云南強(qiáng)降雪的主要形勢(shì)[1]。也有論文對(duì)幾次過(guò)程進(jìn)行對(duì)比，總結(jié)出寒潮過(guò)程的主要類型[3、7]。

本文基于歷史資料和常規(guī)觀測(cè)等資料，采用天氣學(xué)分析方法對(duì)2016年1月22—26日發(fā)生在云南省的一次低溫雨雪天氣過(guò)程的形成機(jī)制進(jìn)行研究，并與1983年12月強(qiáng)寒潮過(guò)程進(jìn)行對(duì)比分析，以進(jìn)一步認(rèn)識(shí)云南寒潮天氣的機(jī)制和影響。

2 過(guò)程概況

2016年1月22—26日，強(qiáng)冷空氣自東向西影響云南,全省出現(xiàn)大范圍持續(xù)低溫雨雪天氣。此次過(guò)程強(qiáng)度強(qiáng)，范圍廣，低溫持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，給農(nóng)林牧業(yè)、交通、電力、水管和綠化植物等城市設(shè)施等帶來(lái)了嚴(yán)重影響，農(nóng)業(yè)損失嚴(yán)重。

2.1 雨雪情況

過(guò)程期間全省出現(xiàn)大范圍持續(xù)雨雪天氣。降雨(圖1a)主要出現(xiàn)在滇南大部，大監(jiān)站84 h累積雨量超過(guò)25 mm的有6站，最大雨量出現(xiàn)在紅河州建水縣39.2 mm，區(qū)域站最大雨量為紅河州河口縣壩灑站的51.1 mm。

圖1 (a)2016年01月22日20時(shí)—26日08時(shí)區(qū)域站累積降水分布圖(單位：mm， 實(shí)線所圍區(qū)域無(wú)降水)；(b)過(guò)程12 h間隔的雨雪分界線圖Fig.1 (a)Distribution of accumulated precipitation from 20:00 on January 22, 2016 to 8:00 on January 26, 2016. Unit: mm; the area within the solid line is the non-precipitation region; (b) Demarcation between rain and snow with an interval of 12 hours

從12 h間隔的雨雪分界線圖(圖1b)上可以看出，降雪區(qū)域隨著冷空氣逐漸向西擴(kuò)展，主要集中在昭通、曲靖、昆明、文山北部、紅河北部、玉溪北部、楚雄東部、迪慶以及大理東部。全省有74個(gè)縣出現(xiàn)降雪,海拔1 400 m以上大部分區(qū)域出現(xiàn)積雪，過(guò)程最大積雪深度為9 cm，出現(xiàn)在昭通市威信縣，從過(guò)程積雪深度上看，降雪量較大的區(qū)域主要位于在滇中及其以東地區(qū)。

2.2 降溫情況

此次過(guò)程的冷空氣強(qiáng)度強(qiáng)、降溫幅度大，低溫持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，滇中及其以東地區(qū)日平均溫度約下降4～10 ℃，滇東南局地的降幅超過(guò)12 ℃，大監(jiān)站的最大降溫幅度為文山州的馬關(guān)縣、文山市的12.9 ℃。

全省大部地區(qū)日最高氣溫降溫幅度為9～16 ℃，滇南及滇東部分地區(qū)的降幅超過(guò)18 ℃，降幅最大出現(xiàn)在文山州丘北縣，下降了18.2 ℃；有44個(gè)站日最高氣溫降到0 ℃以下，81個(gè)站日最高氣溫小于5 ℃。滇中及以東大部地區(qū)日最低氣溫普遍下降4～9 ℃，局地超過(guò)10 ℃，最大降溫幅度為12.1 ℃，出現(xiàn)在紅河州個(gè)舊市；滇中及以東大部地區(qū)最低氣溫普遍降至-12～0 ℃之間。

將此次過(guò)程中大監(jiān)站的極端低溫與過(guò)去30 a的1月極端最低氣溫進(jìn)行對(duì)比:有36個(gè)站低于1月歷史極值，主要分布在昭通、曲靖、文山、昆明、玉溪、紅河(圖2)；其中有4個(gè)站更是低于過(guò)去30 a的歷史極端低溫(表1)，所以，此次過(guò)程是上世紀(jì)80年代以來(lái)1月份影響較大的一次強(qiáng)低溫寒潮過(guò)程。

圖2 過(guò)程的極端低溫低于過(guò)去30 a的1月極端最低 氣溫站點(diǎn)分布圖，●表示站點(diǎn)的位置Fig.2 Distribution of stations with extreme low temperatures below the historical minimum in January over the past 30 years; ● is the location of the stations

站名歷史極值/℃過(guò)程極端低溫/℃金平-0.3-0.4屏邊-1.7-1.9綠春-1.2-1.8鎮(zhèn)沅2.62.2

3 主要影響系統(tǒng)

500 hPa(圖3a)上副熱帶高壓的位置偏南(588線位于海南以南)；西西伯利亞地區(qū)有一東北—西南向的阻塞高壓，高壓前部強(qiáng)的偏北氣流引導(dǎo)北冰洋的冷空氣南下；東北地區(qū)有一冷渦較強(qiáng)，中心溫度<-40 ℃，其向西南伸出一個(gè)東北—西南向橫槽，溫度槽落后于高度槽，槽后有明顯的冷平流，槽后的冷空氣南下在新疆東部堆積。在冷中心南部形成東西向的高空鋒區(qū)，其附近有一等溫線、等壓線密集區(qū)，標(biāo)志著冷空氣已堆積；后期隨著低渦逐漸向東移動(dòng)，低槽東移，槽后冷空氣隨著偏北風(fēng)南下影響云南省。與此同時(shí)，青藏高原南側(cè)90°E附近有南支槽形成并逐漸東移，槽前的西南急流輸送的暖濕氣流與南下的冷空氣相遇，冷暖交匯形成降水。

在低空700 hPa(圖3b)形勢(shì)圖上，高壓自青海向四川南壓，高壓前的偏北大風(fēng)攜帶冷空氣隨之南下。同時(shí)，與高層的南支槽對(duì)應(yīng)，西藏南部有一低渦向東移動(dòng)，低渦切變前部的西南急流與偏北氣流相交匯形成切變線，北高南低的形勢(shì)有利于冷空氣的南下；在切變線附近產(chǎn)生降水。另外從溫度場(chǎng)上可以看出有較強(qiáng)的冷槽，且溫度水平分布梯度大，形成高空鋒區(qū)，加之風(fēng)速很大，風(fēng)向與等溫線夾角接近90°，冷平流很強(qiáng)。

從地面圖(圖3c)上看：貝巴之間有強(qiáng)冷高，逐漸向南擴(kuò)，1 060 hPa等壓線南壓到35°N附近；氣壓梯度繼續(xù)加大，等壓線也由西北—東南向逐步轉(zhuǎn)為南北向。冷空氣推著強(qiáng)冷鋒南下西進(jìn)，1 040 hPa線到達(dá)滇中，冷鋒向西推進(jìn)到滇西地區(qū)，在鋒后出現(xiàn)明顯的降溫降水。

圖3 2016年01月23日20時(shí)實(shí)況資料，(a)500 hPa形勢(shì); (b)700 hPa形勢(shì)圖(實(shí)線為高度場(chǎng)，單位：10gpm， 虛線為溫度場(chǎng)，單位： ℃)；(c)海平面氣壓圖 (>1 020 hPa),單位：hPaFig.3 Actual observations at 20∶00 on January 23,2016; (a)the 500 hPa situation field;(b)the 700 hPa situation field (the solid line is geopotential height,unit:10 gpm;The dotted line is temperature field,unit:℃);(c)the sea-level pressure(>1 020 hPa),unit:hPa

是700 hPa 23日20時(shí)和24日08時(shí)水汽通量散度圖。從圖中可以看出，隨時(shí)間的變化，有一條水汽輻合帶配合著700 hPa的切變線自東北向西南移動(dòng)；云南東北部地區(qū)大約在22日20時(shí)出現(xiàn)水汽輻合，之后隨著輻合帶逐漸向西南，越往云南中部輻合越強(qiáng)，到24日08時(shí)昆明附近的最大水汽通量散度大約為-10 g·hPa-1·cm-2·s-1，為此次持續(xù)的降雨、降雪過(guò)程提供水汽。

圖4 2016年01月23日08時(shí)(a)、24日08時(shí)(b)700 hPa水汽通量散度(單位：g·hPa-1·cm-2·s-1)Fig.4 Divergence of moisture flux (unit:g·hPa-1·cm-2·s-1 ) (a) 8∶00 on January 23, 2016; (b) 8∶00 on January 24,2016

4 與歷史極端天氣個(gè)例的對(duì)比分析

在對(duì)此次過(guò)程進(jìn)行預(yù)報(bào)過(guò)程中，存在昆明站降雪的時(shí)間和位置、是否能超過(guò)歷史極值等多個(gè)預(yù)報(bào)難點(diǎn)。所以，在對(duì)過(guò)去30 a的極端低溫及降雪情況進(jìn)行分析后，選取昆明站的歷史極端低溫出現(xiàn)的1983年12月25—28日的寒潮天氣過(guò)程與此次低溫雨雪天氣進(jìn)行對(duì)比分析。

4.1 降雨降雪區(qū)域分布

首先對(duì)比圖1b和圖5(兩次過(guò)程的雨雪分界線)，可以看到兩次降雪的范圍。2016年和1983年兩次過(guò)程的降雪的區(qū)域主要均位于滇中以東以及滇西北，都是位于鋒區(qū)附近及鋒后的偏東氣流控制一側(cè)，降雪的范圍最南可以到達(dá)位于滇南的紅河、文山。但1983年的降雪時(shí)間較長(zhǎng)，尤其滇東北的降雪從冷空氣開(kāi)始影響時(shí)一直持續(xù)到結(jié)束，且南部的降雪的強(qiáng)度明顯比2016年的要強(qiáng)，范圍也相對(duì)較廣。

對(duì)于降雨情況，與2016年的降水多集中于南部不同，1983年(圖略)的過(guò)程降水多集中于滇中及滇西，量級(jí)在60～100 mm之間，最強(qiáng)降水出現(xiàn)在滇中的玉溪新平縣，達(dá)111.3 mm。

圖5 1983年12月過(guò)程12 h間隔的雨雪分界線圖Fig.5 Demarcation line between rain and snow with an interval of 12 hours in December, 1983

4.2 極端低溫及平均降溫幅度的分布

據(jù)統(tǒng)計(jì)，2016年的極端低溫(圖6a)低于5 ℃的大監(jiān)站有103個(gè)，占所有站點(diǎn)數(shù)的82%，而0 ℃以下的則有76個(gè)站，主要位于滇西北、滇中及其以東地區(qū)，兩個(gè)低溫中心分別位于滇西北的迪慶州的香格里拉(-12.0 ℃)，滇東北的曲靖和昭通(-10 ℃左右)。統(tǒng)計(jì)1983年的極端低溫，低于5 ℃的大監(jiān)站有112個(gè)，占所有站點(diǎn)數(shù)的89.6%，而0 ℃以下的則有80個(gè)站，也是主要位于滇西北、滇中及其以東地區(qū)，但通過(guò)圖6b和圖6a的對(duì)比，可以看出1983年的0 ℃以下低溫范圍明顯大于2016年的，0 ℃線也明顯偏西，西伸到了位于滇西的保山市；其同樣有兩個(gè)低溫中心，分別位于滇西北的迪慶州的香格里拉(-16.0 ℃)以及滇東北的曲靖和昆明(-13 ℃左右)，兩個(gè)低溫中心的溫度明顯低于2016年的，滇東北的低溫中心明顯偏南且低于-10 ℃的范圍更大。

同樣從兩次過(guò)程的平均溫度降溫幅度(圖7)的對(duì)比來(lái)看：2016年的主要降溫區(qū)位于滇中及其以東以南地區(qū)，尤其是滇東南和滇南的部分區(qū)域降溫幅度較大；而1983年降溫幅度最大的地方在滇中和滇西北，滇西北局地降溫超過(guò)10 ℃，相對(duì)而言，東部降溫幅度明顯比2016年的小很多，但是其最低溫度卻明顯低于2016年的。

圖6 過(guò)程極端低溫的分布(單位：℃)，實(shí)線為0 ℃線 (a)2016年；(b)1983年Fig.6 Distribution of extreme low temperature, unit:℃; the solid line is 0 ℃ line (a)in 2016; (b)in 1983

圖7 過(guò)程平均溫度的降溫幅度(單位：℃)，(a)2016年；(b)1983年Fig.7 Range of temperature drop, unit:℃ (a)in 2016; (b)in 1983

4.3 大氣環(huán)流的異同

對(duì)比兩次寒潮過(guò)程，首先500 hPa上，兩次過(guò)程在東北地區(qū)均有較強(qiáng)的冷渦生成，其中心溫度均低于-44 ℃，但2016年1月的過(guò)程冷渦中心溫度低于-44 ℃的范圍較1983年12月的大，而且東亞大槽皆位于30°N以北的地區(qū)，與東北冷渦相連，底部在30°N以南存在較強(qiáng)的鋒區(qū)。2016年的過(guò)程中冷渦向西伸出橫槽，且槽后有明顯的阻塞高壓，22日20時(shí)中心強(qiáng)度超過(guò)568 dagpm，脊前槽后有明顯的冷空氣堆積，隨著橫槽轉(zhuǎn)豎，偏北大風(fēng)引導(dǎo)冷空氣南下，冷平流勢(shì)力增強(qiáng)，造成云南較強(qiáng)的寒潮天氣；而1983年的過(guò)程中沒(méi)有橫槽生成，只是在冷渦中心南側(cè)形成了低槽，槽后有高壓脊，沒(méi)有形成阻塞高壓，強(qiáng)度相對(duì)于2016年的過(guò)程要弱一些，最大中心強(qiáng)度約為559 dagpm，但是1983年的過(guò)程開(kāi)始之前有一次冷渦生成東移(12月21—23日)已經(jīng)有冷空氣南下，在滇中及滇東北東地區(qū)造成雨雪天氣，過(guò)程中間只有一天間隔，所以1983年過(guò)程前期的溫度相對(duì)較低，即使溫度降幅較小，其最低溫度依然低于2016年。

除此之外，2016年以及1983年的這兩次過(guò)程，在低緯度地區(qū)90°E附近存在較強(qiáng)的南支槽，冷暖平流交匯造成的雨雪天氣，云南均為槽前的西南氣流控制，并且都有-20 ℃溫度冷槽配合，從而使得后期南支槽將進(jìn)一步加強(qiáng)；但是2016年的過(guò)程不斷有新的南支槽東移影響，在整個(gè)冷空氣影響的時(shí)段里均對(duì)云南有影響；1983年過(guò)程的南支槽較深，后期逐漸東移變淺，對(duì)云南造成影響的時(shí)間相較于冷空氣的影響時(shí)段偏后接近一天，過(guò)程開(kāi)始時(shí)，由于前期就有一次降溫雨雪天氣，雖然沒(méi)有明顯南支槽配合，依然產(chǎn)生了降雪，之后冷暖平流在滇中及其以西以北交匯更為明顯，且交匯時(shí)移動(dòng)到滇中以西的冷空氣的強(qiáng)度已經(jīng)有所減弱，滇西的降水天氣以降雨為主。另外，2016年在低緯度地區(qū)，副熱帶高壓(588 dagpm線)前期一直穩(wěn)定在海南以南，隨著冷空氣南下，很有利于南支槽東移；而對(duì)于1983年的過(guò)程，副高很弱，但后期滇緬之間轉(zhuǎn)為高壓脊，云南省也很快轉(zhuǎn)為西北氣流控制之下，天氣轉(zhuǎn)晴，晴空輻射溫度進(jìn)一步降低，也是造成1983年的最低溫度明顯低于2016年的原因之一。

圖8 1983年12月 (a) 26日20時(shí)500 hPa形勢(shì)圖；(b) 28日08時(shí)700 hPa形勢(shì)圖：箭頭為流場(chǎng)，虛線為溫度場(chǎng)Fig.8 Actual observations in 1983; the arrow is the wind field, the dotted line is temperature field (a) the 500 hPa situation field at 20∶00 on December 26; (b) the 700 hPa situation field at 8∶00 on December 28

在700 hPa上(圖8b)，兩次過(guò)程均有明顯的切變從滇東北向西向南移動(dòng)，2016年的過(guò)程切變最強(qiáng)輻合在滇中一帶；而1983年的過(guò)程最強(qiáng)輻合更偏北，尤其是滇西北在28日08時(shí)才有十分明顯的輻合。與此同時(shí)，1983年位于云南西側(cè)的切變相較于2016年的偏北。

圖9 1983年12月27日20時(shí)海平面氣壓圖，單位： hPaFig.9 sea-level pressure at 20∶00 on December 27, 1983, unit:hPa

4.4 地面冷高壓的強(qiáng)度

多數(shù)情況下，影響云南的強(qiáng)冷空氣首先侵入的是東部地區(qū)，先在滇東北形成了準(zhǔn)南北向的靜止鋒后，冷空氣推著鋒面，自東北向西南移動(dòng)影響云南，這兩次過(guò)程均是同樣的情況，都有明顯的冷空氣入侵：位于西伯利亞的冷高壓在向南移動(dòng)的過(guò)程中，沿河西走廊先移到四川盆地和貴州后，再?gòu)牡釚|北進(jìn)入云南，自東北向西向南在云南境內(nèi)移動(dòng)，在海平面氣壓場(chǎng)上表現(xiàn)為等壓線密集區(qū)自東北向西南的移動(dòng)。

冷高壓的強(qiáng)度是表征冷空氣強(qiáng)度的一個(gè)很好的指標(biāo)。兩次過(guò)程北方冷高壓的中心強(qiáng)度均超過(guò)1 060 hPa，相較于1983年的過(guò)程2016年的過(guò)程1 060 hPa等壓線控制的范圍較大，1 060 hPa等壓線最南到達(dá)35°N附近，而1983年的1 060 hPa等壓線基本就位于40°N附近；1 020 hPa等壓線在兩次過(guò)程中均進(jìn)入了云南境內(nèi)，表明在云南境內(nèi)有明顯的冷高壓活動(dòng)，其中2016年進(jìn)入云南的壓強(qiáng)最大值為1 047.5 hPa，1 040 hPa等壓線到達(dá)位于滇中的昆明，冷高壓強(qiáng)度較強(qiáng)，冷高壓前沿的偏北風(fēng)相對(duì)1983年的風(fēng)速大一些，影響較大；1983年進(jìn)入云南的等壓線的最大值為1 047.5 hPa，過(guò)昆明的最大值則是1 025 hPa，冷高壓強(qiáng)度相對(duì)弱一些；但是1983年北側(cè)的冷高壓主體后期向東移動(dòng)，不斷有冷空氣隨高壓底部的東南氣流影響云南。

4.5 700 hPa 0 ℃線的演變

將兩次過(guò)程的間隔24 h 700 hPa 0 ℃線的演變圖(圖10a、10b)與雨雪分界線演變圖(圖1b和圖5),可以看出在滇中以東以北700 hPa 0 ℃線的位置與同時(shí)次的雨雪分界線對(duì)應(yīng)得很好，所以700 hPa 0 ℃線可以作為滇中以東以北判斷雨轉(zhuǎn)雪的區(qū)域和時(shí)間的一個(gè)指標(biāo)。對(duì)于滇西和滇西南：冷空氣受到哀牢山、無(wú)量山、高黎貢山等山脈的阻擋，造成停滯，大多數(shù)情況冷空氣無(wú)法翻越或者即使翻越也會(huì)明顯減弱，加之這片區(qū)域溫度相對(duì)較高，相對(duì)難以產(chǎn)生降雪，多為只在海拔較高的山上產(chǎn)生降雪，所以700 hPa 0 ℃線的位置可作為滇西、滇西南的雨轉(zhuǎn)雪的指標(biāo)。

圖10 間隔24 h的700 hPa 0℃線的演變圖，(a)2016年；(b)1983年Fig.10 700 hPa 0 ℃ line with an interval of 24 hours (a)in 2016; (b)in 1983

對(duì)比圖10a、10b，兩次過(guò)程的700 hPa 0 ℃線隨著冷空氣先進(jìn)入滇東北，后逐漸向西向南移動(dòng)。2016年的700 hPa 0 ℃線移動(dòng)到保山—普洱—文山一線，后期逐漸后退；1983年由于過(guò)程開(kāi)始前已經(jīng)有一次冷空氣侵入，所以過(guò)程開(kāi)始時(shí)700 hPa 0 ℃線就一直維持在滇中以東地區(qū)，且這一區(qū)域的雨雪天氣從過(guò)程開(kāi)始一直持續(xù)到過(guò)程結(jié)束，后期700 hPa 0 ℃線移動(dòng)得的更偏西偏南，且一直穩(wěn)定維持，這與后期有冷空氣補(bǔ)充有關(guān)，而且這也是1983年強(qiáng)降雪范圍廣，且后期滇南降雪較強(qiáng)的重要原因。

5 結(jié)論

①2016年1月22—26日的這次低溫雨雪天氣的最主要的特點(diǎn)是冷空氣強(qiáng)度強(qiáng)、影響范圍廣、降溫明顯且低溫持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)。

②500 hPa的高空橫槽和南支槽、700 hPa的低層切變、地面冷高壓及冷鋒是2016年1月這次低溫雨雪天氣的主要影響系統(tǒng)。地面冷高壓向南移動(dòng)沿河西走廊先移到四川盆地和貴州后，再?gòu)牡釚|北進(jìn)入云南，產(chǎn)生此次自東北向西向南寒潮過(guò)程。

③水汽主要來(lái)自500 hPa南支槽前的西南暖濕氣流，源地在孟加拉灣，水汽在產(chǎn)生降水的區(qū)域有明顯的輻合。南支槽與冷空氣的配合決定了降雪和降水的分布情況。

④700 hPa 0 ℃等溫線的位置以及移動(dòng)，決定了降水形態(tài)轉(zhuǎn)換的區(qū)域和時(shí)間。

⑤相較于1983年12月的強(qiáng)寒潮過(guò)程，2016年的過(guò)程冷高壓強(qiáng)度強(qiáng)、降溫明顯，但降雪的范圍及強(qiáng)度偏弱，且昆明站極端低溫沒(méi)有超過(guò)歷史極值，這些與1983年過(guò)程前期的溫度偏低、高空環(huán)流形勢(shì)的改變以及地面冷空氣不斷有補(bǔ)充的情況有關(guān)。