呼倫貝爾市一次強寒潮天氣過程分析

摘要利用常規(guī)觀測資料及數(shù)值模式產(chǎn)品，采用天氣學(xué)診斷分析方法，對2014年11月26～27日呼倫貝爾市強寒潮天氣過程進行分析、總結(jié)。結(jié)果表明，此次強寒潮天氣過程是一次典型的橫槽轉(zhuǎn)豎型寒潮過程；極渦亞洲一側(cè)強度偏強，引導(dǎo)極地冷空氣不斷南下堆積形成橫槽，烏山阻高迅速建立、崩潰致使橫槽轉(zhuǎn)豎從而引導(dǎo)冷空氣南下東進，產(chǎn)生劇烈的降溫；黑海-里海地面高壓發(fā)展強盛，向東伸展形成強盛的冷高壓，并導(dǎo)致貝湖氣旋分裂演變?yōu)闁|北低壓，高低壓之間強大的氣壓梯度力導(dǎo)致大風(fēng)的產(chǎn)生；在前期強烈升溫的基礎(chǔ)上，冷平流導(dǎo)致氣溫驟降，低層弱上升運動起到了輔助降溫的效果。

關(guān)鍵詞寒潮；降溫；診斷分析

中圖分類號S426文獻標識碼

A文章編號0517-6611（2015）05-185-05

作者簡介付亞男（1987- ），男，山東棗莊人，助理工程師，從事天氣預(yù)報工作。

收稿日期2014-12-23

寒潮天氣過程是極地或高緯度地帶強冷空氣向南暴發(fā)的過程，以劇烈的降溫為主要特征，同時往往伴有大風(fēng)、沙塵暴和暴雪等災(zāi)害性天氣，能引發(fā)多種嚴重的氣象災(zāi)害，對農(nóng)業(yè)、牧區(qū)、工業(yè)、交通運輸及人民生活均有很大影響。因此，及時準確地做好寒潮天氣預(yù)報至關(guān)重要[1]。

呼倫貝爾市地處祖國北部邊疆（115°31′～126°04′E、47°05′～53°20′N），面積25.3萬km2，境內(nèi)共有16個區(qū)域站、177個自動站。寒潮天氣是呼倫貝爾市冬春季節(jié)較為常見的災(zāi)害性天氣，對當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)業(yè)、牧業(yè)生產(chǎn)和城鎮(zhèn)居民生活均有一定的影響。

國內(nèi)氣象學(xué)者們在大量典型寒潮過程分析的基礎(chǔ)上，歸納出影響我國大陸的冷空氣源地、路徑及關(guān)鍵區(qū)，對環(huán)流形勢及影響系統(tǒng)進行分型，并總結(jié)了一些預(yù)報指標[2]。這些研究成果在寒潮天氣預(yù)報業(yè)務(wù)中發(fā)揮了顯著作用。但由于我國幅員遼闊，各地區(qū)氣候條件差異很大，寒潮天氣過程也不盡相同，因而深入分析一些特殊的寒潮個例十分必要[3]。筆者選取常規(guī)觀測資料，采用天氣學(xué)診斷分析方法，對2014年11月26～27日寒潮天氣過程進行分析總結(jié)，著重分析強降溫的成因，以期進一步提高對寒潮天氣的認知，為呼倫貝爾市寒潮天氣的預(yù)報業(yè)務(wù)提供參考依據(jù)。

1過程概述

此次寒潮天氣過程降溫的主要時段出現(xiàn)在11月26～27日。過程開始前3 d，呼倫貝爾市境內(nèi)16個測站的平均氣溫均較常年同期平均偏高5.5 ℃，26日日平均氣溫較常年同期平均偏高9.6 ℃。11月26日，冷鋒過境，氣溫驟降，26～27日日平均氣溫降幅約為6～15 ℃，16個測站中有8個測站達到了寒潮標準，有6個測站達到了強寒潮標準。11月27日，16個測站的最低氣溫平均值降至-23.3 ℃。伴隨強降溫過程，呼倫貝爾市自西向東出現(xiàn)了大風(fēng)天氣，16個測站的極大風(fēng)力均已超過6級。整個過程中，共有4個測站出現(xiàn)降水，量級均為小雪。影響范圍廣、降溫幅度大、風(fēng)力較強、降水較弱是這次寒潮天氣過程的主要特征（表1）。

2主要影響系統(tǒng)

2.1極渦

此次過程開始前，北半球?qū)α鲗由喜?00 hPa極渦分裂為2個中心，呈偶極型分布。亞洲一側(cè)的極渦中心南壓至西伯利亞地區(qū)，強度較強，冷空氣自西伯利亞地區(qū)不斷南下，造成此次寒潮天氣過程（圖1）。

2.2烏拉爾山阻塞高壓和鄂霍次克海高壓

烏拉爾山阻塞高壓迅速建立、加強和崩潰直接影響了冷空氣的積聚、暴發(fā)（圖2b）。鄂霍次克海高壓建立，一方面使低層暖平流加強，另一方面使鋒區(qū)附近溫度梯度加大，進而導(dǎo)致降溫顯著（圖2c）。

2.3黑海-里海高壓

此次寒潮過程，冷鋒后的地面高壓主體始終位于黑海-里海附近，由于極地冷空氣南下，使地面高壓主體穩(wěn)定，并向東伸展、加強，由經(jīng)向型逐漸調(diào)整為緯向型，最終分裂，在蒙古國境內(nèi)形成閉合（圖3e）。

2.4貝加爾湖氣旋及氣旋冷鋒受極地冷空氣南下影響，亞洲一側(cè)極渦中心逐漸發(fā)展，底部槽前正渦度平流加強，貝加爾湖附近有地面氣旋隨之產(chǎn)生、發(fā)展，并有冷、暖鋒與之配合。伴隨高空冷渦的旋轉(zhuǎn)及橫槽轉(zhuǎn)豎，貝加爾湖氣旋逐漸加強東移。隨后鄂霍次克海附近有高壓脊逐漸建立，對應(yīng)地面高壓加強，貝加爾湖氣旋受黑海-里海高壓東伸及鄂霍次克海高壓加強的影響逐漸調(diào)整為經(jīng)向型并分裂為南北兩支（圖3d）。南支系統(tǒng)在蒙古國境內(nèi)形成蒙古氣旋，逐漸發(fā)展并伴有冷鋒生成，自呼倫貝爾境內(nèi)劃過，形成東北低壓，帶來一次寒潮天氣過程（圖3e）。

3環(huán)流形勢分析

3.1500 hPa環(huán)流形勢及其演變過程

此次寒潮天氣過程是一次典型的烏山阻高崩潰致使橫槽轉(zhuǎn)豎東移而形成的寒潮過程。24日08：00，亞洲中高緯地區(qū)呈一脊一槽（渦）型，烏拉爾山西部有一高壓脊向東伸展，自黑海里海地區(qū)至西伯利亞地區(qū)有一橫槽，脊前槽后偏北氣流強盛，冷渦中心位于110°E、70°N附近西伯利亞地區(qū)，冷中心最低溫度為-48 ℃（圖2a）；25日08：00，烏拉爾山附近有阻塞高壓生成，冷渦穩(wěn)定少動，但中心附近的環(huán)流形勢由緯向型逐漸開始轉(zhuǎn)為經(jīng)向型（圖2b）；26日08：00，烏拉爾山阻塞高壓崩潰，橫槽完全轉(zhuǎn)豎，槽前西南氣流強盛，暖平流顯著，鄂霍次克海附近有高壓脊生成3.2地面形勢及其演變過程

24日08：00，呼倫貝爾市處于弱高壓的控制之下，上游貝加爾湖附近有一鋒面氣旋，黑海-里海北部有一發(fā)展強盛的冷高壓（圖3a）；24日20：00，隨著極地冷空氣不斷南下，貝加爾湖氣旋逐漸發(fā)展東移，黑海-里海高壓主體加強南下并向東伸展，高低壓之間氣壓梯度加大（圖3b）；25日20：00，貝加爾湖氣旋分裂，北支逐漸消亡，南支壓至呼倫貝爾西部、蒙古國境內(nèi)，黑海-里海高壓主體穩(wěn)定少動，但向東伸展至貝加爾湖附近（圖3c、d）；至26日08：00，鋒面氣旋完全控制呼倫貝爾，黑海-里海高壓東伸至蒙古國境內(nèi)的部分完全分裂形成閉合，中心強度達1 040 hPa，冷鋒后部、高低壓之間氣壓梯度超過30 hPa/10經(jīng)距，寒潮暴發(fā)（圖3e）；27日08：00，呼倫貝爾自西向東逐漸轉(zhuǎn)為蒙古冷高壓控制（圖3f ）。

4強降溫成因分析

根據(jù)熱流量方程

Tt=-V·T-w（γd-γ）+γdρg（Pt+V·p）+1cpddt

可知某地的溫度隨時間的變化由溫度平流、垂直運動、變壓和氣壓平流以及非絕熱因子決定[4]。

在實際大氣中，由變壓和氣壓平流而引起的溫度局地變化非常小，因而在此不予考慮。非絕熱因子引起的溫度局地變化是空氣與外界熱量交換的結(jié)果（如輻射、潛熱釋放、亂流傳導(dǎo)等）。在此次寒潮過程中，由于有大量鋒面云系存在，太陽短波輻射及地表長波輻射的作用并不顯著；加之此次過程降水較少，因而潛熱釋放的作用也不顯著；亂流傳導(dǎo)主要引起氣團變性，對溫度局地變化的影響較之強冷暖平流的作用可以忽略不計。

25日08：00，850 hPa溫度平流場上有一帶狀冷平流區(qū)自貝加爾湖北部向西南延伸，經(jīng)巴爾喀什湖至咸海附近，有多個中心存在，中心值均在-90×10-5～-70×10-5 ℃/s，此時呼倫貝爾則處于暖平流的控制之下（圖4a）。25日20：00，烏拉爾山阻塞高壓崩潰，橫槽轉(zhuǎn)豎，850 hPa溫度平流場上冷平流帶也隨之由東北-西南走向逐漸轉(zhuǎn)為南北走向，此時下游鄂霍次克海高壓建立，脊后西南氣流強盛，控制呼倫貝爾

的暖平流區(qū)開始加強，冷暖平流勢力相當(dāng)（圖4b）。26日08：00，上游強冷空氣的不斷補充，850 hPa溫度平流場上冷平流帶繼續(xù)東移，中心值位于呼倫貝爾市南部，為-70×10-5 ℃/s（圖4c）。26日20：00，冷鋒過境，850 hPa溫度平流場上呼倫貝爾自西向東先后轉(zhuǎn)為冷平流控制，冷平流區(qū)的2個中心分別位于呼倫貝爾市東北部和西部地區(qū)，強度分別為-80×10-5和-60×10-5 ℃/s（圖4d）。直至27日08：00，冷平流隨系統(tǒng)減弱東移，降溫過程結(jié)束。

垂直運動對溫度局地變化的影響，主要是通過垂直運動的方向、強度及大氣的穩(wěn)定度來實現(xiàn)。26日20：00，高空槽區(qū)壓至呼倫貝爾境內(nèi)，相應(yīng)地，低空大氣均以上升運動為主，925、850、700 hPa上均有上升運動，700和850 hPa上又有弱輻合區(qū)存在（圖5），有助于低層大氣溫度的下降。大興安嶺山脈的存在對嶺西地區(qū)低層大氣的上升運動有所加強，而嶺東地區(qū)由于下坡的影響對低層大氣的上升運動及冷平流降溫有所抵消，這也是雖然冷平流勢力在嶺東地區(qū)達到最強但降溫最劇烈的地區(qū)卻出現(xiàn)在嶺西地區(qū)的原因。

由此可見，此次寒潮天氣過程中大范圍的降溫主要是由強盛的冷平流所致，而前期暖平流帶來的升溫使得冷平流的作用更為顯著，同時，低層大氣的上升運動也在一定程度上加強了冷平流的降溫效果。

5單站氣象要素分析

海拉爾區(qū)位于呼倫貝爾市中部，是呼倫貝爾市唯一一個市轄區(qū)，也是呼倫貝爾市政治、經(jīng)濟、文化中心。在這次寒潮天氣過程中，海拉爾站各氣象要素的表現(xiàn)最為顯著也最為典型，因而選取海拉爾站各氣象要素的實況及其變化進行簡要分析。

24日08：00～26日08：00高空形勢上，海拉爾始終處于弱脊或槽前西南氣流的控制之下，低層暖平流顯著，海拉爾站的氣溫持續(xù)上升；地面形勢上，貝加爾湖冷渦分裂出的南支系統(tǒng)演變?yōu)闁|北低壓，海拉爾處于低壓前部，氣壓持續(xù)下降。25日，海拉爾站日平均氣溫較常年同期偏高9.4 ℃，至26日08：00冷鋒過境前，海拉爾站氣溫升至1.2 ℃，突破建站以來歷史極值，海平面氣壓降至990.9 hPa。冷鋒過境后，海拉爾站風(fēng)向迅速由偏南風(fēng)轉(zhuǎn)為偏西風(fēng)，10 min平均風(fēng)速由7.4 m/s增至10.7 m/s，極大風(fēng)速由10.5 m/s增至14.2 m/s，至26日13：00達最大值18.0 m/s。26日08：00～27日08：00，24 h內(nèi)海拉爾站氣溫驟降23.5 ℃，海平面氣壓猛升37.4 hPa；27日08：00后，隨著系統(tǒng)減弱東移，氣溫略有回升，氣壓趨于減?。▓D6）。

6預(yù)報與實況對比分析

由于此次寒潮天氣過程的降溫比較特殊，導(dǎo)致預(yù)報溫度與實況溫度相差較大。25日16：00發(fā)布的25日20：00～26日20：00的預(yù)報中，最高溫度的預(yù)報與實況的平均誤差為-3.98 ℃，最大誤差為-11.00 ℃，出現(xiàn)在牙克石站，最低溫度的平均誤差為0.13 ℃，最大誤差為-7.10 ℃，出現(xiàn)在小二溝站；26日06：00發(fā)布的26日08：00～27日08：00的預(yù)報中，最高溫度的預(yù)報與實況的平均誤差為0.44 ℃，最大誤差為4.40 ℃，出現(xiàn)在阿榮旗站，最低溫度的平均誤差為-1.03 ℃，最大誤差為-3.60 ℃，出現(xiàn)在小二溝站?？傮w而言，25日20：00預(yù)報的高溫普遍偏低，低溫西部地區(qū)偏高而東部地區(qū)偏低；26日08：00預(yù)報的高溫偏高，低溫偏低（表2）。

分析原因主要有以下幾點：

①數(shù)值預(yù)報產(chǎn)品的誤差較大。此次寒潮天氣過程，各家模式的數(shù)值預(yù)報均出現(xiàn)了不同程度的偏差，對前期暖平流強度的預(yù)報偏小。② 環(huán)流形勢的突變（暨鄂霍次克海高壓脊的建立以及東北低壓的生成與加強），導(dǎo)致過程開始前低層暖平流異常強盛且持續(xù)過久，呼倫貝爾市境內(nèi)升溫劇烈，加大了預(yù)報難度。③錯誤地估計了冷空氣的行進速度以及對東部地區(qū)的影響。④鋒面云系發(fā)展旺盛但降雪較少，大部分站點沒有出現(xiàn)降雪，導(dǎo)致預(yù)報的高溫偏高，夜間云系沒有完全消散，導(dǎo)致預(yù)報的低溫偏低。⑤ 呼倫貝爾市境內(nèi)16個測站中有7個測站最高溫度突破歷史同期極值，在前一日的預(yù)報中有所顧慮，導(dǎo)致預(yù)報誤差增大。

7小結(jié)

（1）此次強寒潮天氣過程是一次典型的橫槽轉(zhuǎn)豎型寒潮過程。偶極型極渦的亞洲一側(cè)強度偏強，引導(dǎo)極地冷空氣不斷南下堆積形成橫槽，烏拉爾山阻塞高壓迅速建立、崩潰致使橫槽轉(zhuǎn)豎從而引導(dǎo)冷空氣南下東進；黑海-里海地面高壓發(fā)展強盛，向東伸展形成強盛的蒙古冷高壓，并導(dǎo)致貝加爾湖氣旋分裂演變?yōu)闁|北低壓。高空系統(tǒng)與地面系統(tǒng)配置較好，從而造成了此次強寒潮天氣過程。

（2）強冷平流是導(dǎo)致氣溫驟降的原因；低層弱上升運動起到了輔助降溫的效果；前期低空強盛的暖平流又導(dǎo)致鋒區(qū)過境后降溫異常明顯。

（3）環(huán)流形勢的演變超出數(shù)值模式的預(yù)期，在今后的寒潮預(yù)報中理應(yīng)加強對實況場的分析，進而對數(shù)值模式進行釋用，以期達到良好的預(yù)報效果。

參考文獻

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責(zé)任編輯黃小燕責(zé)任校對況玲玲