El Nino背景下2023年12月東亞地區(qū)超冷寒潮天氣的成因分析

摘 要：利用ECMWF的ERA5再分析資料和NOAA降水量資料，采用天氣動(dòng)力學(xué)診斷分析方法分析了正處在中等強(qiáng)度El 事件最盛期背景下，2023年12月發(fā)生在東亞地區(qū)的持續(xù)性寒潮天氣過(guò)程的成因。結(jié)果表明：此次寒潮冷空氣過(guò)程持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，影響范圍廣，降溫幅度大，雨雪強(qiáng)度強(qiáng)。在此期間經(jīng)歷了2次寒潮和1次強(qiáng)冷空氣天氣過(guò)程，冷空氣分多次、多路南下，冷空氣源地、強(qiáng)度、傳播路徑均有所不同。前期，受El 事件影響，異常強(qiáng)盛的鄂霍次克海暖脊（阻塞高壓）阻擋了西風(fēng)帶冷空氣東移，造成大量強(qiáng)冷空氣在西伯利亞堆積；后期，切斷后獨(dú)立的鄂霍次克海高壓延極圈向西漂移，并與烏拉爾山阻高連通，將極渦壓向更低的緯度帶，最終冷空氣爆發(fā)造成強(qiáng)降溫和持續(xù)低溫天氣。

關(guān)鍵詞：El 事件；寒潮；持續(xù)性低溫；成因

中圖分類(lèi)號(hào)：P458.122 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編號(hào)：2095–3305（2024）10–0-04

寒潮是我國(guó)冬春季常見(jiàn)的災(zāi)害性天氣之一，會(huì)給工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、交通運(yùn)輸、電力、人類(lèi)健康等造成嚴(yán)重影響[1]。朱乾根等[2]定義了寒潮關(guān)鍵區(qū)，并分析了關(guān)鍵區(qū)冷空氣堆積、寒潮暴發(fā)路徑。牛若蕓等[3]研究了寒潮天氣過(guò)程中山東半島出現(xiàn)降雨和強(qiáng)降雪的條件與成因等，為準(zhǔn)確預(yù)報(bào)寒潮天氣起到了積極的指導(dǎo)作用。但隨著氣候變暖，在氣候多因子的影響下，極端天氣頻發(fā)，寒潮天氣也呈現(xiàn)出多樣性和極端性的特點(diǎn)。利用ECMWF的ERA5再分析資料和NOAA降水量資料，采用天氣動(dòng)力學(xué)診斷分析方法，探討了處在中等強(qiáng)度事件最盛期背景下2023年12月發(fā)生在東亞地區(qū)的持續(xù)性寒潮天氣過(guò)程的成因，旨在為寒潮預(yù)報(bào)提供借鑒。

1 寒潮天氣概況

2020年5月暴發(fā)的La 事件一直持續(xù)到2023年5月才結(jié)束，隨即快速轉(zhuǎn)變?yōu)镋l 事件，并在2023年12月達(dá)到峰值，自2024年1月開(kāi)始衰減，成為21世紀(jì)以來(lái)第四次達(dá)到中等強(qiáng)度的El 事件。

2023年12月9—23日東亞地區(qū)接連遭受了2次寒潮和1次強(qiáng)冷空氣過(guò)程，3次過(guò)程銜接緊湊，空窗期短，導(dǎo)致我國(guó)大部分地區(qū)長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)低溫，并且中東部地區(qū)出現(xiàn)強(qiáng)降雪和凍雨天氣，導(dǎo)致嚴(yán)重的自然災(zāi)害。12月9日第一次寒潮暴發(fā)，主要影響東北、華北、華中、華東、兩廣西北部地區(qū)，大部分地區(qū)48 h內(nèi)最低氣溫降幅8～11 ℃、最高氣溫下降17～19 ℃，最低溫度達(dá)到-5～0 ℃。華北地區(qū)普降大雪，其中，駐馬店12月10日降雪21.3 mm、信陽(yáng)21.8 mm，達(dá)到大暴雪級(jí)別。

此次寒潮過(guò)程于12月12日結(jié)束，但此時(shí)第二股寒潮已經(jīng)抵達(dá)我國(guó)與哈薩克斯坦邊境，此后經(jīng)新疆、甘肅、內(nèi)蒙古后向東擴(kuò)展，使得受第一次寒潮影響的地區(qū)繼續(xù)維持低溫天氣，并于12月14日16：00迅速東移南下，一夜席卷南方大部地區(qū)，到達(dá)第一次寒潮冷空氣未影響的地區(qū)，西南和華南地區(qū)48 h內(nèi)最低溫度降溫幅度達(dá)8～12 ℃，遵義72 h內(nèi)最高氣溫下降21 ℃、最低氣溫下降16 ℃，日最低氣溫降至0 ℃。同時(shí)，華北和江淮地區(qū)再遭大雪或雨夾雪天氣，部分地區(qū)達(dá)到暴雪量級(jí)（濟(jì)南12月14日降雪15.5 mm、濰坊13.2 mm）。

此次寒潮于12月17日結(jié)束，僅2 d短暫的空窗期后，又一股強(qiáng)冷空氣從寒潮關(guān)鍵區(qū)經(jīng)內(nèi)蒙古到達(dá)河套平原后南下影響我國(guó)。此時(shí)，我國(guó)大部分地區(qū)受前2次寒潮過(guò)程影響氣溫尚未回升，新一股冷空氣又刷新了最低氣溫的紀(jì)錄，廣州最低溫度降至3 ℃，三亞最低溫度也達(dá)到15 ℃。此次強(qiáng)冷空氣給華北地區(qū)帶來(lái)持續(xù)降雪，山東威海從12月19日夜間開(kāi)始持續(xù)降雪72 h，積雪厚度超過(guò)70 cm，打破了歷史極值。

2 天氣形勢(shì)分析

2.1 500 hPa環(huán)流形勢(shì)

2023年12月8—23日，北極地區(qū)附近200 hPa上空基本穩(wěn)定維持了偶極型環(huán)流，高緯度的中西伯利亞至貝加爾湖一帶受極渦控制，整個(gè)東亞地區(qū)受長(zhǎng)波大槽影響。

12月9日，在歐亞地區(qū)500 hPa的中高緯度地區(qū)，大氣環(huán)流呈“大倒Ω”流型（圖1），烏拉爾山西側(cè)和鄂霍次克海東部均有暖脊發(fā)展強(qiáng)盛，兩脊之間為大極渦區(qū)，其中，西西伯利亞和雅庫(kù)茨克為2個(gè)分裂的冷渦中心，前者冷中心氣溫低至-48 ℃，后者也達(dá)到-40 ℃。在鄂霍次克海強(qiáng)大暖脊對(duì)上游冷渦的阻擋作用下，冷空氣在西伯利亞地區(qū)堆積。

12月9日20：00，中西伯利亞冷空氣暴發(fā)，在雅庫(kù)茨克低渦槽后西北氣流輸送下，冷空氣沿著東路南下進(jìn)入東北、華北，直至江南一帶，形成第一次寒潮天氣過(guò)程。12月12日，隨著雅庫(kù)茨克低渦東移進(jìn)入日本海附近，我國(guó)中東部地區(qū)轉(zhuǎn)受弱脊控制，天氣開(kāi)始轉(zhuǎn)好，寒潮影響趨于結(jié)束。但與此同時(shí)，西西伯利亞低渦東移，橫槽轉(zhuǎn)豎，西西伯利亞冷空氣暴發(fā)，向新疆西北部靠近。此時(shí)，鄂霍次克海東部暖脊發(fā)展并向西北方向伸入北極圈。

12月13日20：00，源自西西伯利亞的冷空氣由新疆進(jìn)入我國(guó)并繼續(xù)向東擴(kuò)展，12月15日與貝加爾湖南下的新冷空氣匯合在蒙古中部到我國(guó)西北一帶形成低槽，引發(fā)強(qiáng)寒潮天氣過(guò)程，先后影響河套、華北、江淮、江南地區(qū)，并向華南和西南地區(qū)擴(kuò)散。在這個(gè)階段，伸入北極圈的鄂霍次克海暖脊被日本海附近冷渦切斷成為獨(dú)立的高壓環(huán)流，并沿著北極圈向西飄移，導(dǎo)致其南側(cè)的低渦系統(tǒng)被壓制到更低的緯度帶，更有利于冷空氣南下，所以此次寒潮過(guò)程對(duì)華南、西南地區(qū)都造成較大的影響，海南三亞氣溫也降至當(dāng)月最低。

12月16日08：00，西飄的獨(dú)立高壓靠近泰梅爾半島，而與之呼應(yīng)的是烏拉爾山暖脊發(fā)展，并伸向此獨(dú)立高壓。在烏拉爾山脊前偏北氣流的引導(dǎo)下，又有一股新冷空氣在西西伯利亞聚集增強(qiáng)。此時(shí)，蒙古低槽加強(qiáng)東移到達(dá)東北地區(qū)，至20：00基本移出東北，此次寒潮過(guò)程的影響趨于結(jié)束。12月17日08：00，西飄的獨(dú)立高壓與烏拉爾山暖脊匯合，形成東北—西南走向強(qiáng)大的高壓帶，造就了橫亙庫(kù)頁(yè)島—烏蘭巴托—巴爾喀什湖的東西向橫槽，使得歐亞大陸中高緯度地區(qū)呈現(xiàn)出西北高、東南低的環(huán)流形勢(shì)。

在烏拉爾山傾斜高壓的擠壓下，西西伯利亞強(qiáng)冷空氣被迫南下，再次瀕臨新疆西北部邊境。12月19日夜間烏拉爾山高壓東移，引發(fā)其東側(cè)橫槽轉(zhuǎn)豎，冷空氣暴發(fā)，12月20日08：00，烏拉爾山高壓繼續(xù)東移并加強(qiáng)，在脊前偏北氣流的推動(dòng)下，冷空氣自西北向東南方向橫掃我國(guó)中東部大部分地區(qū)，形成了又一次強(qiáng)冷空氣的天氣過(guò)程。

a.2023年12月9日20：00；b.2023年12月12日08：00；c.2023年12月15日08：00；

d.2023年12月17日08：00；e.2023年12月18日08：00；f.2023年12月20日08：00

圖1" 歐亞地區(qū)500 hPa高度場(chǎng)與溫帶場(chǎng)

由此可見(jiàn)，此次持續(xù)性的寒潮天氣過(guò)程與鄂霍次克海暖脊的強(qiáng)盛發(fā)展密切相關(guān)。王雅萌[4]發(fā)現(xiàn)，除2014年外，El 年份鄂霍次克海SST均比前一年升高。在秋冬季節(jié)El 發(fā)展時(shí)，冬季西北太平洋鄂霍次克海地區(qū)500 hPa高空會(huì)出現(xiàn)一個(gè)超過(guò)+25 gpm的強(qiáng)正異常中心。如前文所述，歷時(shí)3年的La 事件持續(xù)至2023年5月結(jié)束，隨即快速轉(zhuǎn)為El 事件，并在2023年12月達(dá)到中等強(qiáng)度且觸及峰值。

在此El 背景下，冬季鄂霍次克海SST上升，鄂霍次克海高空暖脊發(fā)展，阻擋了西風(fēng)帶冷空氣的東移，導(dǎo)致西伯利亞冷空氣長(zhǎng)久堆積。持續(xù)發(fā)展的鄂霍次克海暖脊最終加強(qiáng)成為鄂霍次克海阻塞高壓，阻高被極渦切斷后形成獨(dú)立暖高壓，沿北極極圈向西飄移，最后并入烏拉爾山暖脊，促使寒潮暴發(fā)，強(qiáng)大持續(xù)的冷空氣橫掃東亞地區(qū)。

2.2 850 hPa環(huán)流形勢(shì)

2023年12月10日08：00我國(guó)境內(nèi)除新疆西北部、東北地區(qū)受高壓脊影響外，其他地區(qū)均為低壓控制（圖2），低渦中心位于青藏高原東側(cè)西南地區(qū)，從四川盆地向東沿著長(zhǎng)江北岸及江淮之間形成暖式切變線(xiàn)，切變線(xiàn)兩側(cè)偏南風(fēng)向華北、長(zhǎng)江中下游一帶地區(qū)輸送了大量的暖濕氣流和水汽，并與來(lái)自北方冷空氣相遇在山東、江蘇、河南、安徽等地，形成大范圍雨雪天氣。12月11日隨著冷空氣南下，切變線(xiàn)也南壓至貴州—湖南—江西—安徽南部，雨雪區(qū)出現(xiàn)在江南一帶。同時(shí)，受黃海氣旋后部偏北氣流影響，華北尤其是山東半島持續(xù)降雪過(guò)程。12月12日20：00隨著第一次寒潮過(guò)程結(jié)束，中東部大部分地區(qū)轉(zhuǎn)受偏南氣流控制，氣溫開(kāi)始有所回升。12月14日新一次寒潮反攻并迅速南下，與冷鋒相伴隨的冷式切變線(xiàn)從河套地區(qū)開(kāi)始向東南方向推進(jìn)，鋒前強(qiáng)烈的氣旋式切變，配合南方的暖濕氣流華北、黃淮地區(qū)普降中到大雪。至12月15日08：00，冷式切變線(xiàn)壓至桂北—湘南—贛北—蘇南一線(xiàn)，長(zhǎng)江兩岸出現(xiàn)雨雪、雨夾雪。此輪寒潮過(guò)程，在冷暖空氣的交互作用下，我國(guó)中東部地區(qū)普降大雪，部分地區(qū)降暴雪或特大暴雪。

a.2023年12月10日08：00；b.2023年12月11日08：00；c.2023年12月15日08：00

圖2" 850 hPa高度場(chǎng)與溫帶場(chǎng)

2.3 地面天氣形勢(shì)

2023年12月8日20：00地面天氣圖上（圖3），東亞地區(qū)呈北高南低、東高西低的形勢(shì)，冷空氣堆積在貝加爾湖和西西伯利亞兩地，冷高壓底部壓到新疆—內(nèi)蒙古—大興安嶺一線(xiàn)，除青藏高原中部局部受高壓控制外，我國(guó)大部分地區(qū)均在低壓控制下，黃海以東西北太平洋上是高氣壓帶。12月9日寒潮暴發(fā)，冷空氣取道東路，經(jīng)內(nèi)蒙古中東部、華北，到達(dá)長(zhǎng)江以南地區(qū)，12月12日08：00地面冷鋒到達(dá)華南一帶并逐步減弱。此次寒潮過(guò)程導(dǎo)致我國(guó)中東部地區(qū)全線(xiàn)降溫，長(zhǎng)江以北地區(qū)3 d累積降溫超-10 ℃以上，東北、華北降溫-18 ℃以上，黑龍江西南部、河北南部、河南北部的部分地區(qū)降溫超過(guò)-23 ℃，局部達(dá)-27 ℃。12月12日后冷鋒進(jìn)入南海并減弱消失，第一輪寒潮天氣過(guò)程宣告結(jié)束。

a.2023年12月8日20：00，b.2023年12月12日08：00，c.2023年12月11日06：00

圖3" 第一輪寒潮過(guò)程地面形勢(shì)場(chǎng)和72 h變溫圖

在12月12日08：00第一次寒潮趨于結(jié)束之際，聚集在西西伯利亞的冷空氣大舉東進(jìn)，并分裂了一小股冷空氣進(jìn)入新疆。12月14日08：00（圖4），從新疆進(jìn)入的冷空氣已經(jīng)到達(dá)南疆盆地，而東進(jìn)的強(qiáng)冷空氣到達(dá)蒙古高原西部一帶，形成中心強(qiáng)度超過(guò)1 060 hPa、氣溫低于-40 ℃的蒙古高壓，其前沿也從內(nèi)蒙古入侵我國(guó)境內(nèi)，新一輪寒潮徹底爆發(fā)。18：00冷鋒達(dá)到東北—華北北部—河套—甘肅一線(xiàn)，12月15日00：00蒙古高壓停止東進(jìn)，冷空氣源源不斷地從內(nèi)蒙古西部進(jìn)入我國(guó)，并與新疆冷空氣合并后，經(jīng)甘肅、寧夏、河套向東向南快速擴(kuò)散。20：00前后，中心強(qiáng)度達(dá)到1 048 hPa

的蒙古高壓中心坐鎮(zhèn)內(nèi)蒙古西部到寧夏附近，冷空氣已經(jīng)控制中東部大部地區(qū)，冷鋒前沿壓到華南沿海一帶。在冷鋒快速南壓的過(guò)程中，我國(guó)中東部地區(qū)先后迎來(lái)又一輪雨雪、大風(fēng)、降溫過(guò)程，長(zhǎng)江以北地區(qū)前一次降溫幅度已經(jīng)較大，之后維持較低氣溫，因此在第二輪寒潮過(guò)程中降溫幅度不大。而江南、華南地區(qū)，此次寒潮降溫十分顯著，貴州、華南北部、江南24 h普遍降溫-15 ℃以上，其中，貴州東北、湖南南部超過(guò)

-20 ℃/24 h，造成雨雪冰凍災(zāi)害。12月16日08：00減弱的冷空氣在繼續(xù)向南擴(kuò)散的同時(shí)，開(kāi)始緩慢東移，我國(guó)大部分地區(qū)維持了低溫天氣，雨雪開(kāi)始減弱，第二輪寒潮走向尾聲。

12月17—18日，源自蒙古的多股弱冷空氣多次擴(kuò)散影響我國(guó)中東部地區(qū)，使得我國(guó)大部分地區(qū)持續(xù)維持低溫天氣狀態(tài)。同時(shí)，貝加爾湖附近冷空氣不斷堆積，蒙古高壓在此徘徊、加強(qiáng)。12月19日08：00，增強(qiáng)至1 056 hPa的冷高壓?jiǎn)?dòng)向東偏南方向進(jìn)發(fā)，新一輪強(qiáng)冷空氣進(jìn)入內(nèi)蒙古地區(qū)，我國(guó)再次拉開(kāi)降溫降雪的強(qiáng)冷空氣活動(dòng)序幕。20：00（圖略），冷高壓主體進(jìn)入蒙古中部地區(qū)，強(qiáng)度維持1 056 hPa，從中分裂的冷空氣迅速向東南方向擴(kuò)散，影響甘肅—河套—華北地區(qū)，降溫、降雪與大風(fēng)天氣席卷北方大部分區(qū)域。12月20日20：00，強(qiáng)度減弱至1 052 hPa的冷高壓主體進(jìn)入河套一帶，推動(dòng)強(qiáng)冷空氣沿著西北—東南路徑進(jìn)一步南下東擴(kuò)，在12月21—22日先后影響江南、華南、西南地區(qū)，全國(guó)大范圍出現(xiàn)降溫、大風(fēng)天氣，降溫幅度大部分為-5 ℃左右，東部大部伴隨著出現(xiàn)降雪過(guò)程，由于此前的積雪并未融化，此輪降雪雖然強(qiáng)度不大，但累積的積雪深度很深。隨著12月22日20：00地面1 040 hPa

變性高壓從上海附近東移入海，此輪強(qiáng)冷空氣過(guò)程宣告結(jié)束。

a.2023年12月14日08：00，b.2023年12月16日08：00，c.2023年12月15日16：00

圖4" 第二輪寒潮過(guò)程地面形勢(shì)場(chǎng)和24 h變溫圖

自此從2023年12月9—23日結(jié)束的持續(xù)型寒潮和強(qiáng)冷空氣天氣過(guò)程徹底結(jié)束，在此期間，伴隨著2次地面強(qiáng)冷高壓系統(tǒng)的活動(dòng)（圖5）。在第二輪寒潮過(guò)程中，冷高壓在北西伯利亞低地形成后，沿烏拉爾山東側(cè)向南移動(dòng)并不斷增強(qiáng)，在西西伯利亞停滯少動(dòng)，強(qiáng)度增至最強(qiáng)，中心氣壓達(dá)到1 064 hPa，最低氣溫達(dá)到-48 ℃。寒潮暴發(fā)后一路向東偏南方向進(jìn)發(fā)，從內(nèi)蒙古中部進(jìn)入我國(guó)，經(jīng)華北東移入海。第三輪強(qiáng)冷空氣過(guò)程中，形成與中西伯利亞北部的冷高壓南下加強(qiáng)，到達(dá)貝加爾湖后強(qiáng)度達(dá)到最大，中心氣壓達(dá)到1 056 hPa，最低氣溫為-46 ℃。強(qiáng)冷空氣暴發(fā)后，也從內(nèi)蒙古中部入境我國(guó)，經(jīng)華北向東南行進(jìn)，最后在上海附近入海。2次冷高壓活動(dòng)路徑不同，但持續(xù)時(shí)間久、影響范圍廣，且高壓強(qiáng)度差異不大，只是由于在第二次寒潮大幅度降溫的基礎(chǔ)上，大部分地區(qū)氣溫已經(jīng)很低，很難形成大幅度降溫，因此，第三次強(qiáng)冷空氣過(guò)程未達(dá)到寒潮標(biāo)準(zhǔn)[5-11]。

黑色線(xiàn)段.2023年12月9—17日；紅色線(xiàn)段.2023年12月15—23日

圖5" 第二次寒潮與第三次強(qiáng)冷空氣過(guò)程地面冷高壓中心移動(dòng)軌跡及其強(qiáng)度

3 結(jié)束語(yǔ)

2023年12月期間持續(xù)的寒潮冷空氣過(guò)程持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、影響范圍廣、降溫幅度大、雨雪強(qiáng)度強(qiáng)。期間經(jīng)歷了2次寒潮和1次強(qiáng)冷空氣天氣過(guò)程，冷空氣源地、強(qiáng)度、傳播路徑均有所不同，冷空氣分多次多路南下。

此次持續(xù)性寒潮過(guò)程是在El 事件背景下發(fā)生的，與鄂霍次克海暖脊異常強(qiáng)盛發(fā)展有關(guān)。前期，鄂霍次克海暖脊、阻塞高壓阻擋了西風(fēng)帶冷空氣東移，導(dǎo)致西伯利亞冷空氣堆積；后期，切斷獨(dú)立的鄂霍次克海高壓向西漂移，并與烏拉爾山阻高連通，將極渦擠壓至更低的緯度帶，最終冷空氣暴發(fā)造成持續(xù)強(qiáng)降溫、低溫天氣。

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收稿日期：2024-06-26

基金項(xiàng)目：2021年廣東省質(zhì)量工程項(xiàng)目（010203032201）；廣東海洋大學(xué)科研項(xiàng)目（Y19040）。

作者簡(jiǎn)介：陳黃榮（2003—），男，湖南郴州人，研究方向?yàn)樘鞖鈩?dòng)力與數(shù)值模擬。#通信作者：薛宇峰（1967—），男，副教授，研究方向?yàn)榇髿饪茖W(xué)專(zhuān)業(yè)教學(xué)，E-mail：xueyf@gdou.edu.cn。