白鶴灘水電站壩區(qū)兩次寒潮大風(fēng)天氣對比分析

摘 要：利用NCEP1°×1°6h再分析資料和常規(guī)觀測資料，對2018年1月6—9日和2月1—3日白鶴灘水電站壩區(qū)出現(xiàn)的兩次寒潮大風(fēng)天氣過程進(jìn)行對比分析，結(jié)果表明：兩次過程均有強(qiáng)冷空氣在貝加爾湖附近堆積，但由于環(huán)流形勢背景、冷空氣強(qiáng)度及路徑、前期基礎(chǔ)溫度不同，兩次過程產(chǎn)生的降溫幅度及大風(fēng)強(qiáng)度不同;鋒區(qū)強(qiáng)度、氣壓梯度及3h變壓對預(yù)報(bào)寒潮大風(fēng)有很好的指示作用;深厚且較強(qiáng)的冷平流輸送，配合高空動(dòng)量下傳，有利于地面大風(fēng)的形成;大風(fēng)發(fā)生前溫度平流、垂直速度、散度、渦度等物理量在高低層的分布將出現(xiàn)一定程度的逆轉(zhuǎn)。

關(guān)鍵詞：寒潮;大風(fēng);冷平流;動(dòng)量下傳

中圖分類號(hào)：S161

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

DOI：10.19754/j.nyyjs.20191015061

引言

白鶴灘水電站為金沙江下游的第二個(gè)梯級(jí)在建電站，其壩址位于四川省寧南縣和云南省巧家縣交界的“V”字形峽谷區(qū)，地勢東西高中間低，南北狹長，河谷地帶狹管效應(yīng)明顯。由于其特殊的地理位置，水電站常受大風(fēng)天氣影響，對電站修建期間大壩澆筑、高空纜機(jī)的正常運(yùn)行及施工人員的生命安全影響巨大。本文通過對2018年兩次寒潮大風(fēng)天氣過程進(jìn)行對比分析，探討寒潮大風(fēng)的形成機(jī)制，對做好電站寒潮大風(fēng)的預(yù)報(bào)、監(jiān)測及防災(zāi)減災(zāi)工作有一定的現(xiàn)實(shí)意義。

1 天氣實(shí)況

2018年1月6—9日（簡稱“1.6”過程）和2月1—3日（簡稱“2.1”過程）白鶴灘水電站出現(xiàn)了兩次寒潮大風(fēng)天氣過程。以新田站為溫度代表站，“1.6”過程降溫11.3℃，達(dá)寒潮標(biāo)準(zhǔn)[1]，過程極大風(fēng)速為26.0 m/s。“2.1”過程溫度負(fù)距平絕對值為9.3℃，達(dá)寒潮標(biāo)準(zhǔn)[1]，過程極大風(fēng)速為30.8m/s。

2 形勢分析

2.1 500hPa形勢對比

500hPa高度上，1月6日8∶00（圖1a），歐亞中高緯環(huán)流呈“多波型”，東亞倒Ω流型建立，東歐低槽發(fā)展東移，貝加爾湖西南部有一536hPa、-40℃的低壓閉合冷中心。20∶00低渦中心東移至蒙古國西部，向西伸出一條ENE—WSW向的橫槽。7日20∶00橫槽前壓到蒙古境內(nèi)，槽前平直的西風(fēng)鋒區(qū)中有小波動(dòng)從高原移出，小槽出現(xiàn)在橫槽的東南方，槽前等高線疏散，正渦度平流加強(qiáng)，負(fù)變高加大。橫槽沿冷渦中心旋轉(zhuǎn)南下，8日8∶00南支槽與旋轉(zhuǎn)南下的低槽在西南地區(qū)合并，槽后南北經(jīng)向度加大，偏北氣流加強(qiáng)，引導(dǎo)北極冷空氣大舉南下。高空鋒區(qū)南壓，增強(qiáng)到24℃/10個(gè)緯距，影響壩區(qū)。該過程屬于橫槽旋轉(zhuǎn)型。

2月1日8∶00（圖1b），歐亞中高緯為“兩槽一脊”型。1日20∶00黑海附近有暖平流，烏拉爾山高脊頂點(diǎn)北挺到喀拉海附近，脊的上游巴倫支海及新地島有趕槽東南移，槽后強(qiáng)盛偏北氣流引導(dǎo)冷空氣南下。東部低槽南壓至內(nèi)蒙古境內(nèi)，低槽東南部有一高原槽東移，且低槽前等高線疏散，有利于低槽東移加深，引導(dǎo)冷空氣向南爆發(fā)影響壩區(qū)。500hPa高度上鋒區(qū)強(qiáng)度≥24℃/10個(gè)緯距。該過程屬于低槽東移型。

2.2700hPa形勢對比

700hPa高度上，“1.6”過程壩區(qū)到盆地維持西南急流，急流中心最大風(fēng)速值達(dá)30 m/s，9日有切變影響。“2.1”過程，1日8∶00云南到四川有西南急流帶，壩區(qū)處在急流核附近，最大風(fēng)速值為12m/s，此后盆地到壩區(qū)轉(zhuǎn)為偏北風(fēng)，壩區(qū)附近有切變維持。

2.3地面形勢對比

“1.6”過程前期，壩區(qū)受熱低壓外圍的偏南風(fēng)控制，地面溫度較高。冷空氣在貝加爾湖西南部堆積，6日8∶00冷高壓中心強(qiáng)度達(dá)1065hPa，20∶00新疆南部到青海形成強(qiáng)烈的鋒區(qū)，冷空氣從新疆經(jīng)青海侵入四川盆地，鋒區(qū)增強(qiáng)，冷空氣主體從涼山州東北部南下影響壩區(qū)。7日17∶00—20∶00壩區(qū)3h變壓達(dá)5hPa，20∶00鋒區(qū)強(qiáng)度達(dá)15hPa/5個(gè)緯距，壩區(qū)附近氣壓梯度大，100°～105°E，5個(gè)經(jīng)距內(nèi)等壓線達(dá)7條，壩區(qū)處于等壓線密集區(qū)，風(fēng)速急增，溫度驟降。

“2.1”過程，2月1日8∶00貝加爾湖西南部冷高壓中心強(qiáng)度達(dá)1077.5 hPa，新疆南部到青海形成強(qiáng)烈的鋒區(qū)，1日14∶00鋒區(qū)強(qiáng)度達(dá)20hPa/5個(gè)緯距，鋒區(qū)南壓加強(qiáng)，20∶00冷空氣主體從云南昭通回流影響壩區(qū)，冷鋒南壓于壩區(qū)附近，1日17∶00—20∶00，壩區(qū)3h變壓達(dá)5hPa，20∶00 100°～105°E，5個(gè)經(jīng)距內(nèi)等壓線達(dá)9條，氣壓梯度迅速增大。與“1.6”過程相比，該過程貝加爾湖冷高壓更深厚，冷空氣更強(qiáng)，路徑主體偏東，等壓線更密集，造成壩區(qū)各站溫度更低，形成的極大風(fēng)速更強(qiáng)。

3 物理量對比

3.1 溫度平流和垂直速度

“1.6”過程，1月5日20∶00—6日8∶00，壩區(qū)上空從近地面層到250hPa為冷平流及正速度，冷平流層深厚，從高層到低層，冷平流強(qiáng)度呈現(xiàn)弱—強(qiáng)—弱的分布，垂直速度則呈增強(qiáng)的趨勢。6日8∶00，400hPa附近出現(xiàn)冷平流大值區(qū)，中心值為-66×10-5℃/s，700hPa上出現(xiàn)正垂直速度大值區(qū)，中心值為12×10-3hPa/s，強(qiáng)烈的下沉運(yùn)動(dòng)引導(dǎo)冷平流下傳，有利于壩區(qū)產(chǎn)生大風(fēng)降溫天氣。6日20∶00 400hPa以上轉(zhuǎn)為暖平流，700～400hPa為冷平流，垂直速度較強(qiáng)，這種中低層為冷平流并配合強(qiáng)烈下沉運(yùn)動(dòng)的形勢到7日20∶00左右發(fā)生逆轉(zhuǎn)，壩區(qū)風(fēng)速顯著增加。

“2.1”過程，2月1日8∶00 700～500hPa為冷平流，600hPa附近有冷平流大值中心，強(qiáng)度達(dá)-48×10-5℃/s，500hPa以上為暖平流，冷平流層相比于“1.6”過程較淺薄。從高層到低層均為正的垂直速度，下沉運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈。1日17∶00 700～550hPa由冷平流轉(zhuǎn)為暖平流，而700hPa以下及550hPa以上均為冷平流控制，1日20∶00在750hPa附近冷平流中心與正速度中心重合，由于動(dòng)量下傳作用，對流層中低層下沉運(yùn)動(dòng)及強(qiáng)的冷平流造成地面大風(fēng)。

3.2 散度和渦度

“1.6”過程極大風(fēng)速出現(xiàn)前，500hpa以上為負(fù)散度區(qū)，以下為正散度區(qū)，中高層輻合下沉、中低層輻散抽吸，利于高空動(dòng)量下傳，使地面風(fēng)速增強(qiáng)。之后高低層散度場的正負(fù)中心發(fā)生逆轉(zhuǎn)。渦度場上極大風(fēng)速發(fā)生前，近地面層到300hpa為正渦度區(qū)。7日17∶00正渦度平流大值中心高度下降，近地面層出現(xiàn)負(fù)渦度區(qū)，高層氣旋性切變，低層反氣旋性切變加強(qiáng)下沉運(yùn)動(dòng)的發(fā)生發(fā)展，7日18：52分新田站偏北大風(fēng)達(dá)8級(jí)，并呈增強(qiáng)趨勢，19：57分出現(xiàn)極大風(fēng)速達(dá)22.4m/s。

“2.1”過程，1日17∶00 600hPa以上為輻散區(qū)，新田站出現(xiàn)8級(jí)偏北大風(fēng)。23∶00高低層正負(fù)散度區(qū)有所調(diào)整，500～300hPa轉(zhuǎn)為輻合區(qū)，650～500hPa及近地面層為輻散區(qū)，中高層輻合低層輻散的環(huán)流配置利于地面大風(fēng)的產(chǎn)生，2日00：11分新田站出現(xiàn)偏北極大風(fēng)，風(fēng)速達(dá)25.3m/s。渦度場上，1日8∶00—17∶00，近地面層到200hPa為正渦度區(qū)，正渦度大值中心在400hPa附近，中心值達(dá)8×10-5/s。17∶00 700hPa以下開始轉(zhuǎn)為負(fù)渦度區(qū)，高層反氣旋性切變，低層氣旋性切變，利于下沉運(yùn)動(dòng)的發(fā)生，壩區(qū)出現(xiàn)8級(jí)偏北大風(fēng)，且風(fēng)力不斷增強(qiáng)。

4 結(jié)論

“1.6”過程貝加爾湖冷低渦發(fā)展向西伸出橫槽，并旋轉(zhuǎn)南下，槽后強(qiáng)偏北氣流引導(dǎo)冷空氣南下;“2.1”過程烏拉爾山高壓脊上游的趕槽東南移，脊前偏北氣流引導(dǎo)高緯冷空氣南下在貝加爾湖低槽堆積，槽前等壓線疏散，利于低槽東移加深，引導(dǎo)冷空氣南下爆發(fā)影響壩區(qū)。

“2.1”過程冷高壓中心強(qiáng)于“1.6”過程，且冷空氣路徑不同，“1.6”過程冷空氣主要從涼山州東北部南下影響壩區(qū)，主體偏西北;“2.1”過程冷空氣主要從云南昭通回流影響壩區(qū)，主體偏東。

當(dāng)?shù)孛驿h區(qū)強(qiáng)于15hPa/5個(gè)緯距、氣壓梯度5個(gè)經(jīng)距內(nèi)等壓線達(dá)7條及以上、3h變壓≥5hPa時(shí)，白鶴灘水電站壩區(qū)易出現(xiàn)10級(jí)及以上大風(fēng)。

深厚且較強(qiáng)的冷平流輸送，配合高空動(dòng)量下傳，利于地面寒潮大風(fēng)的形成。大風(fēng)發(fā)生前溫度平流、垂直速度、散度、渦度等物理量在高低層的分布將出現(xiàn)一定程度的逆轉(zhuǎn)。

參考文獻(xiàn)

[1] 朱乾坤，林錦瑞，壽紹文，等.天氣學(xué)原理與方法（第四版）[M].北京：氣象出版社，2000：10.

[2]章國材.強(qiáng)對流天氣分析與預(yù)報(bào)[M]. 北京：氣象出版社，2011：11.

作者簡介：

邊茜（1992-），女，本科，助理工程師。研究方向：短臨及中短期天氣預(yù)報(bào)。