一次冷空氣大風水平與垂直風場結(jié)構(gòu)分析

鄭麗君，黃京平，馬中元，盧秋芳，余劍浩，桂園園

(1.江西省氣象科學研究所，南昌，330046；2.江西省上饒市氣象局，333000，江西，上饒；3.江西省鷹潭市氣象局，335000，江西，鷹潭)

0 引言

2017年11月17-18日，江西出現(xiàn)一次冷空氣大風天氣過程，這次冷空氣影響下產(chǎn)生的大風天氣時間較長，影響范圍較大，出現(xiàn)八級以上大風的區(qū)域自動站涵蓋了全省10個地市，其中出現(xiàn)的最大風速達到26.7 m/s，對江西省工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和居民生活造成一定影響。本文對該次天氣過程做了詳細分析，尤其是對風場的水平與垂直結(jié)構(gòu)進行了分析。在以往的研究中，大部分研究學者研究的是強對流天氣下產(chǎn)生雷暴大風等強對流天氣的風場垂直結(jié)構(gòu)，或針對冷空氣大風的水平結(jié)構(gòu)進行分析，且地域性很強。如喬林[1]等研究指出對流層高層高位渦區(qū)與相對濕度小值區(qū)相對應，干空氣主要來源于北側(cè)(高緯度)對流層高層。黃彬[2]等研究指出當冷空氣影響渤海時，冷暖空氣對比使低空鋒區(qū)迅速加強,風力突增明顯。大風期間高層深厚的冷平流自上而下形成了一條西北東南向后傾式的冷平流傳輸通道，平流分3次傳送到底層對應著大風期間的3次波動峰值。趙亮[3]等研究指出位渦(Potential Vorticity，簡稱PV)的低頻振蕩(20-80 d和40-80 d振蕩)在表征冷空氣活動中效果最好。葉丹[4]等研究指出冷空氣從內(nèi)蒙古中東部入侵，主要影響華北、東北和東部沿海地區(qū)，強度較弱,持續(xù)時間短，冷空氣源地位于新地島以東的洋面及陸地上。陳炳洪[5]等分析指出烏拉爾山阻塞高壓穩(wěn)定維持使得冷空氣在中高緯堆積，橫槽轉(zhuǎn)豎后引導下來的冷空氣在南嶺山脈受到阻擋。分析冷空氣的垂直結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)，本次冷空氣較為淺薄，堆積發(fā)生在850 hPa以下，弱冷空氣經(jīng)過長時間堆積形成較強冷空氣，冷空氣帶來的陰雨天氣使得降溫以平流降溫為主。鄔仲勛[6]等研究指出動量下傳大風是高低空風場輻合輻散的環(huán)流運動強迫所造成的大風，發(fā)生的區(qū)域一般在高空急流南部整層垂直速度接近零的地方；高空槽是造成動量下傳的主要原因，高空槽的形狀及強度對于預報動量下傳大風具有較大的意義，槽過境及槽后強西北氣流可造成大風的持續(xù)。黃彬[7]等人根據(jù)對一次渤海大風過程進行診斷分析，發(fā)現(xiàn)大風期間高層形成了一條冷平流傳輸通道，平流傳送到底層對應大風期間波動峰值；且動量下傳在本次過程中起了重要的作用，下沉氣流的徑向度越大，高層下沉運動越強，對應地面的風速越大。朱男男[8]等人對一次黃渤海罕見大風天氣成因進行分析，認為較強冷空氣與快速發(fā)展的入海氣旋相互作用形成強氣壓梯度是導致此次海上強風的主要原因，對流層中低層強冷平流區(qū)與地面變壓風大值區(qū)有較好的對應關(guān)系，發(fā)現(xiàn)風廓線觀測到低層強風并伴有強的下沉運動，可以作為海上大風臨近預警的指標之一。黃海波[9]等人利用 WRF 模式對烏魯木齊機場一次東南大風天氣進行了預報和地形敏感性試驗，得出WRF 模式對東南大風有較強的預報能力，地形敏感性試驗表明下沉運動與東南大風有很好的對應關(guān)系。此次東南大風天氣的產(chǎn)生是低空動量下傳、狹管效應和下坡風共同作用的結(jié)果。針對風廓線雷達產(chǎn)品分析的垂直風場和θse能量鋒區(qū)的相關(guān)內(nèi)容，專家學者也有一定的研究結(jié)論，如：劉暢[10]等人分析了2001-2010年影響山東的切變線的天氣特征及大氣垂直結(jié)構(gòu)空間結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)切變線上均有θse能量鋒區(qū)配合；構(gòu)成切變線的相對暖氣團均具有對流不穩(wěn)定性。姚日升[11]等人對浙江北部近海風速垂直廓線進行分析發(fā)現(xiàn)，受地形影響，偏南、偏北風時塔基風速一般比上一層風速大，不同天氣系統(tǒng)影響下近地邊界層風廓線不同，南風型320 m以下風速基本遵從對數(shù)律。熱帶氣旋影響型和北風型時風廓線可分為3段，常通量層內(nèi)基本滿足對數(shù)律，該層向上一段高度熱帶氣旋影響型風速變化不大，北風型反而減小，再往上風速又繼續(xù)增大。胡娟[12]等人通過研究發(fā)現(xiàn)非對流性大風受大尺度系統(tǒng)影響，主要出現(xiàn)在冬春季節(jié)，滇東、滇中和滇西北影響最重，對流性大風多受中小尺度系統(tǒng)影響，主要出現(xiàn)于夏季，呈現(xiàn)局地性特征。馬中元[13]等研究江西致災大風天氣主要有3種類型，其中與冷鋒雷暴回波帶和冷空氣大風相伴隨的混合大風天氣，具有雷雨大風天氣和冷空氣大風天氣活動的特征。對內(nèi)陸大風研究較少，但對沿海地區(qū)的大風天氣研究較多，姚日升[14]等人通過模糊聚類空間分型建立浙江近海冷空氣大風的風速推算公式，得出冷空氣影響時自動站與浮標站相差別，站點離岸距離是自動站和浮標站風速差值影響的主要因子。盛春巖[15]等人利用WRF模式對2次大風過程進行了地形和海洋下墊面敏感性試驗，發(fā)現(xiàn)渤海北部地形對渤海海面大風有增強作用，海洋下墊面較光滑，會對海上大風起到增強作用。海洋下墊面對大風的增強作用與大風強度有關(guān)，風速越大，海面對大風的增強作用越明顯，向岸風作用也就越明顯。2次東北大風的試驗結(jié)果表明，海面對大風有增強作用，海洋下墊面對大風的增強作用大于渤海北部地形動力作用。曲巧娜[16]等人對渤海灣、渤海中部海區(qū)、黃海北部海區(qū)和山東沿海大風進行了對比分析，認為渤海灣海區(qū)，濱州北部和東營北部沿海站均比海面風速偏小，渤海中部海區(qū)，當天氣系統(tǒng)為低槽冷鋒時，東營東部、濰坊北部、煙臺北部和煙臺西部沿海站均比海面風速偏小。以上的研究結(jié)果對本文的撰寫提供了重要的理論指導。

本文利用MICAPS天氣和區(qū)域自動站觀測資料、美國NCEP 1°×1°再分析資料、上饒市TWP8-L對流層風廓線雷達資料，以及贛東北地形資料，對2017年11月17-18日江西出現(xiàn)的冷空氣大風天氣進行分析，試圖對冷空氣大風天氣的形勢背景、水平和垂直結(jié)構(gòu)、地形對大風的影響有所了解，為冷空氣大風天氣的預報提供分析依據(jù)。

1 資料來源與天氣實況

1.1 資料來源

上饒對流層TWP8-L風廓線雷達由北京敏視達雷達有限公司生產(chǎn)，其基本技術(shù)性能如下。

工作頻率：1 270～1 300 MHz；最低探測高度：150 m；最高探測高度：≥8 000 m；高度分辨率：120 m、240 m (可選)；掃描波束數(shù)：5波束(東16.3°、南16.3°、西16.3°、北16.3°、天頂)。資料在探測期間的時間分辨率為三波束指向：≤3 min；五波束指向：≤6 min。目前使用五波束方式，一次體掃時間為：6 min。

NCEP/NCAR再分析數(shù)據(jù)集是由美國氣象環(huán)境預報中心(NCEP)和美國國家大氣研究中心(NCAR)聯(lián)合制作。覆蓋地區(qū)：全球 (1°×1°)。內(nèi)容簡介：NCEP/NCAR每日4次(00:00、06:00、12:00、18:00)再分析資料數(shù)據(jù)集的要素內(nèi)容與NCEP/NCAR逐日再分析資料類同,包括等壓面資料7要素、地面資料11要素、地面通量資料42要素。

常規(guī)天氣資料來源于國家氣象中心MICAPAS 4.0平臺(氣象信息處理系統(tǒng))，M4采用分布式處理系統(tǒng)，直接對接CIMISS數(shù)據(jù)庫，能實現(xiàn)數(shù)據(jù)秒級計算和毫秒級寫入，對現(xiàn)代天氣預報業(yè)務提供了很好的支撐。

地形資料來源于江西WebGIS雷達拼圖平臺(http://10.116.32.81/，江西省氣象局內(nèi)網(wǎng)，2012年開發(fā))，采用Web技術(shù)和谷歌瓦片式地圖顯示。

1.2 天氣實況

我國氣象觀測業(yè)務中規(guī)定：瞬時風速達到或超過17 m/s的風為大風。而在中國天氣預報業(yè)務中則規(guī)定，蒲福風級六級(平均風速為10.8～13.8 m/s)或以上的風為大風天氣。

2017年11月17-18日，江西省國家站共出現(xiàn)16站次的大風并上傳重要天氣報，其中八級大風12站次，九級以上大風4站次(表1)。11月16日20:00-17日20:00區(qū)域自動站出現(xiàn)六級大風23站，七級大風7站，八級大風3站；11月17日20:00-18日20:00區(qū)域自動站出現(xiàn)六級大風362站，七級大風170站，八級大風62站，九級以上大風20站次(表2)。其中九江市廬山站出現(xiàn)的最大風速達到26.7 m/s。這次冷空氣影響下產(chǎn)生的大風天氣時間較長，影響范圍較大，出現(xiàn)八級以上大風的區(qū)域自動站涵蓋了全省10個地市。

上饒市范圍內(nèi)在17日20:00-18日20:00期間，共出現(xiàn)大于17 m/s的大風天氣14站次。其中距離上饒風廓線雷達較近的廣豐區(qū)出現(xiàn)7站次，5站次出現(xiàn)在18日04:00-05:00，2站次出現(xiàn)于18日13:00-14:00。而北部的鄱陽縣、余干縣在18日06:00-07:00出現(xiàn)3站次大風天氣。

表1 國家站重要天氣報大風實況

表2 11月16日20:00 18日20:00區(qū)域自動站大風實況

由此可見，2017年11月17-18日冷空氣大風是全省性大風天氣過程，上饒市處在江西東部走廊地形條件影響下，地面水平風場和風廓線雷達上的垂直風場分布有其不同的特點。

2 冷空氣大風與天氣形勢、變壓場

2.1 高空天氣形勢

2.1.1 100 hPa 17日08:00至17日20:00，北半球只有一個極渦中心偏向西半球，位于加拿大北部維持少動，屬于極渦偏心型，極渦中心的暖中心為-65～-60℃。東亞北部有一個大槽，槽北端為暖中心，中心強度為-50℃，隨時間推移，大槽略有加深。北太平洋中部為高壓脊對應溫度暖脊，溫度脊在16日溫度脊略落后于高度脊至17日20:00溫度脊與高度脊接近重合。至18日02:00從極渦伸向太平洋西岸的東亞大槽繼續(xù)向南加深且略有西移(圖略)。

2.1.2 500 hPa 16日08:00在西西伯利亞有大范圍冷中心，巴爾喀什湖西面為高壓脊，向北延伸至65°N，對應溫度脊，溫度脊落后于高壓脊，槽后脊前為暖平流。巴爾喀什湖東部為低壓槽，有低壓中心，伴有冷中心達到-32℃，槽后為暖平流，槽前為冷平流。巴爾喀什湖附近的槽脊均為東北東-西西南走向。橫槽北至貝加爾湖以北，向南至咸海西面。至16日20:00，巴爾喀什湖低槽斷裂成兩段，北段快速東移，南段橫槽在新疆西北部緩慢移入我國境內(nèi)。17日08:00-14:00，巴爾喀什湖冷渦橫槽在我國新疆北部維持少動，冷空氣再次堆積，中心強度維持-32℃，冷中心范圍擴大。17日20:00低槽前部有小高壓脊，脊前為西北風，呈現(xiàn)冷平流，將北面的冷空氣向我國自西北向東南輸送，造成了我國大范圍的降溫。此時在川渝地區(qū)有南支小槽向東移動，江西地區(qū)處于槽前，造成了實況中江西境內(nèi)的弱降水(圖略)。

2.1.3 700 hPa 17日08:00，江西省并無明顯的溫度平流，全省溫度為4～6℃，溫度梯度較小，江西省南北6緯距共有2℃溫差。贛北有較弱的反氣旋環(huán)流。17日14:00冷鋒鋒面位于長江以北，長江以南轉(zhuǎn)為西南氣流，暖平流和長江以北的冷平流在沿江地區(qū)交匯，贛北輻合區(qū)有降水產(chǎn)生。伴隨江南的暖平流，江西境內(nèi)溫度略有上升，等溫線的密集顯示了江西省境內(nèi)的溫度梯度增加。至20:00鋒面南壓至贛北北部地區(qū)。直至18日02:00～08:00，大風天氣發(fā)生在該時間段內(nèi)，贛北溫度梯度達到最大，約為1℃/緯度。江西省的溫度也降至0～6℃，6緯距溫差達6℃(圖略)。

2.1.4 850 hPa 17日08:00，鋒面位于長江以北地區(qū)，贛中贛南為一致的西南氣流，將贛南暖中心暖平流向北輸送。此時江西省內(nèi)溫度梯度較小，6緯距溫差為5℃。20:00鋒面南壓至贛北南部到贛中地區(qū)。直至18日02:00-08:00，溫度梯度明顯增大，江西省境內(nèi)全部轉(zhuǎn)為冷平流，且最大偏北風達到12 m/s。江西省的溫度也降至3～12℃，6緯距溫差達9℃。贛北850 hPa日降溫達6～9℃(圖略)。

2.2 地面天氣形勢

16日14:00-20:00(圖1(a))蒙古以北地區(qū)為大范圍的冷高壓。青藏高原西部有小范圍冷高壓，云貴高原地區(qū)有低壓中心，中心值1 005 hPa；我國中東部大部分地區(qū)均為低壓區(qū)。高低壓之間顯示密集的等壓線鋒區(qū)，地面鋒區(qū)仍在我國內(nèi)蒙古以北。17日08:00(圖1(b))至20:00(圖1(c))蒙古冷高壓向南移動，高壓中心強度達到1 050 hPa。青藏高原的小范圍冷高壓范圍向東擴大至云貴高原西部，我國中東部的低壓系統(tǒng)范圍縮小、中心值減弱。高壓前部的鋒區(qū)已到達我國河套地區(qū)至華北地區(qū)，此時江西境內(nèi)氣壓梯度較小，在江西省境內(nèi)僅有2根等壓線，根據(jù)以往的預報經(jīng)驗，在此氣壓梯度下江西省內(nèi)的風力為二級到三級。

18日08:00(圖1(d))蒙古冷高壓主體繼續(xù)東移南下，分裂出來的小高壓中心位于內(nèi)蒙古中部，位置略有南壓，影響范圍繼續(xù)擴大，地面冷鋒壓至長江中下游流域，江西省內(nèi)地面氣壓梯度明顯加大，達到10 hPa每6個緯距。強大的氣壓梯度力是地面大風的成因之一。此時江西省境內(nèi)出現(xiàn)大范圍的大風天氣。冷空氣為較典型的東路路徑，自蒙古向東南方向影響河套地區(qū)繼而南下影響江西境內(nèi)。

海平面氣壓(單位：hPa)

2.3 變壓場對風的影響

變壓場對風的影響，由式(1)中空氣運動的加速度大小與地轉(zhuǎn)偏差成正比。在近地面層中，除了摩擦作用外，變壓風是造成地轉(zhuǎn)偏差的另一重要因素。

(1)

(2)

式(2)中D1亦稱為變壓風。變壓風沿變壓梯度方向吹，由高值變壓區(qū)吹向低值變壓區(qū)。變壓梯度越大，風速也越大。在冷鋒后最大風速常常出現(xiàn)在正變壓中心附近變壓梯度最大的地區(qū)附近。江西地處中緯度地區(qū)，適用于準地轉(zhuǎn)理論。

在17日14:00(圖2(a))，江西省境內(nèi)為負變壓區(qū)，變壓梯度較小，南北變壓差為2～3 hPa，梯度方向為西北東南走向。至17日20:00(圖2(b))，江西境內(nèi)的變壓場正在由負變壓向正變壓過渡階段，九江地區(qū)日變壓為0。日變壓梯度明顯加大，省內(nèi)變壓差達到6 hPa，變壓梯度方向為西北東南向。根據(jù)實況資料，此時省內(nèi)風速明顯加大，但未出現(xiàn)17 m/s的大風。18日02:00(圖2(c))，江西省境內(nèi)大部分地區(qū)均轉(zhuǎn)為正變壓區(qū)，省內(nèi)南北變壓梯度達到9 hPa，此時九江地區(qū)出現(xiàn)大風天氣。

至18日08:00(圖2(d))，湖北境內(nèi)有18 hPa 的正變壓中心，變壓梯度在江西省南北向達到11 hPa。實況大風的范圍擴大。九江、上饒、南昌、贛州、吉安等地均出現(xiàn)大風天氣。隨著變壓梯度的增大，江西省境內(nèi)產(chǎn)生大風天氣。江西省境內(nèi)南北向變壓梯度達到9 hPa以上，省內(nèi)出現(xiàn)大風天氣。由于地轉(zhuǎn)偏向力以及地形作用的影響，出現(xiàn)的大風并不是全部為變壓梯度的西北東南向，而出現(xiàn)了部分東北風。

冷空氣的水平結(jié)構(gòu)從天氣圖上可以看出：100 hPa極渦中心與東亞大槽向南加深、500 hPa冷渦橫槽和南支小槽東移、700 hPa等溫線密集江西6緯距溫差達6℃、850 hPa溫度梯度明顯增大6緯距溫差達9℃、地面強大的氣壓梯度力是形成這次冷空氣大風的成因之一。

疊加地面風場(單位：m/s)

3 冷空氣的垂直結(jié)構(gòu)

3.1 風廓線雷達資料分析

風廓線雷達是揭示天氣系統(tǒng)垂直結(jié)構(gòu)的有效手段，冷空氣通過地形的影響，在東部走廊形成堆積，又由于狹谷作用，從而影響到150～2 000 m的區(qū)域風場，形成低層局部大風區(qū)。利用上饒市對流層TWP8-L風廓線雷達資料，分4個時期描述冷空氣大風隨時間變化的垂直結(jié)構(gòu)(圖3)。

3.1.1 高空風大(16日21:00-17日16:00) 11月16日21:00-17日16:00，風廓線雷達風場圖上(圖3(a))，對流層中上層為西北風，1～6 km為西南氣流。西南急流的底層自3.8 km附近，隨著時間的推移向下傳遞至2.0 km高度，強度逐漸加強；02:00，3.8 km處風速達到20 m/s，此時0～1 km為西北風，風隨高度順轉(zhuǎn)，為冷鋒前的暖平流。從03:00-06:00，2～6 km的西南氣流明顯減弱。直至07:00，1～2.2 km的西南風均轉(zhuǎn)為西北風，說明06:00-07:00內(nèi)有低層弱切變經(jīng)過上饒風廓線雷達站。17日10:00，1～3 km轉(zhuǎn)為偏西風，且無明顯溫度平流。16:00開始，1～2 km處轉(zhuǎn)為西北風，2.2 km以上為偏西風，0～1 km處為東北風。1～2.2 km有風隨高度逆轉(zhuǎn)的冷平流，說明此時已有弱冷空氣分裂南下影響上饒市。

圖3 2017年11月16日21:00-18日20:00上饒風廓線雷達風(a)及上饒國家站風速(b)圖

11月16日21:00-17日16:00，上饒市國家站風速變化圖(圖3(b))，風速在1～6 m/s之間徘徊，基本穩(wěn)定在4 m/s左右。

3.1.2 風向轉(zhuǎn)換(17日17:00-19:00) 11月17日17:00-19:00，風廓線雷達風場圖上(圖3(a))，冷空氣過境上饒風廓線雷達站時，風向有個轉(zhuǎn)換過程。風廓線雷達的垂直風速和徑向速度都比較小，只有0～2 m/s(圖略)；20:00后，1 000 m左右高度以下的風，由偏西風轉(zhuǎn)為偏東風，垂直風速和徑向速度都增大到4～6 m/s(圖略)，表明冷空氣帶來密度較大的冷空氣的影響。

11月17日17:00-19:00，上饒市國家站風速變化圖(圖3(b))，風速在進入最低值，在1～3 m/s間，表明風向轉(zhuǎn)換時風速比較小。17日17:00-19:00是冷空氣過境風向轉(zhuǎn)換過程，可以看出西風轉(zhuǎn)東北風的過程。

3.1.3 低層大風區(qū)(18日00:00-14:00) 11月18日00:00-14:00，風廓線雷達風場圖上(圖3(a))，形成低層大風區(qū)和高層(3 500～7 000 m)大風區(qū)的2個部分，而中間是弱風區(qū)過渡帶。高空一致的較大西風，低層為東北風，風向順時針旋轉(zhuǎn)，屬于歐陽定義的“順滾流”，即暖平流。低層淺紅色區(qū)域在地面150～1 200 m高度上東北風開始加大，且大風區(qū)高度逐漸升高；04:00，大風伸展高度達到1 800 m，中心風力加大為16～20 m/s；隨后，低層大風維持到14:00。

11月17日00:00-14:00，上饒市國家站風速變化圖(圖3(b))，風速開始逐步加大緩慢上升，05:00和12:00分別達到10 m/s和12 m/s 2個小高峰。上饒地處東部走廊中間位置，無論盛行東南風，還是偏東風，東部走廊狹谷效應都會對上饒有影響，主要表現(xiàn)就是風速增大和維持。冷空氣進入江西東部走廊后得到狹谷效應，使風速不斷加大。

3.1.4 大風結(jié)束期(18日15:00之后) 11月18日15:00后，風廓線雷達風場圖上(圖3(a))，低層大風區(qū)開始減弱，中層還有一些大風維持。

11月18日15:00后，上饒市國家站風速變化圖(圖3(b))，風速開始逐步下降，18日20:00降到6 m/s左右。

由此可見，冷空氣在風廓線圖上特征是高空風比較大，隨時間推移慢慢往下滲透；冷空氣過境近地面風向有個轉(zhuǎn)換過程，由偏西風轉(zhuǎn)為偏東風；由于東部走廊地形的影響，冷空氣由東向西沿狹窄地形移動過程中，風速不斷加大，并形成局地低層大風區(qū)。

3.2 V-3θ圖分析

V-3θ圖的V是探空資料中的風矢量(風向風速)，3θ則是：θ、θsed、θ*(位溫、露點假相當位溫、飽和假相當位溫)。

1)θ位溫：

θ是位溫(位勢溫度)，T為氣溫(絕對溫標K表示)，P0為海平面氣壓(hPa)，R為氣體常數(shù)，CP定壓比熱，體現(xiàn)大氣不穩(wěn)定能量分布。

2)θsed露點溫度計算的假相當位溫：凝結(jié)之前的水汽具有預測超前性，體現(xiàn)大氣的水汽分布(傳統(tǒng)的假相當位溫θsed是以凝結(jié)高度計算的)。

3)θ*假定當時氣溫為純飽和位溫：體現(xiàn)大氣的純飽和狀態(tài)。

T-LogP圖僅分析了熱力和水汽條件，沒分析動力條件；V-3θ圖反映了大氣能量結(jié)構(gòu)(動能、熱能、水汽)。因此，選擇距離上饒市江西東部走廊最近的衢州站探空數(shù)據(jù)，使用V-3θ圖進行分析(圖4)。

17日08:00(圖略)，500～850 hPa假相當位溫曲線和飽和假相當位溫曲線幾乎垂直于溫度軸，說明在對流層的中部有低溫區(qū)的存在。衢州925 hPa為偏北風，對流層中高層為西風轉(zhuǎn)西北風，衢州站為風隨高度逆轉(zhuǎn)的冷平流。500 hPa處有位溫曲線向左傾斜，說明該層大氣有不穩(wěn)定能量，但根據(jù)傾斜尺度判斷能量較弱。假相當位溫曲線和飽和假相當位溫曲線趨于平行，說明大氣水汽充沛。

17日20:00(圖4(a))，大氣層結(jié)穩(wěn)定，低層轉(zhuǎn)為為東北風，中層為偏西風，有風向隨高度的逆轉(zhuǎn)，持續(xù)冷平流。自該時次開始，近地層均轉(zhuǎn)為東北風，且風速隨時間增大。400 hPa以下θsed線貼著θ*線上升，且?guī)缀醮怪鄙仙?50 hPa以下偏北風只有2 m/s。

18日08:00(圖4(b))，700 hPa以下θsed線與θ*線明顯降低位溫向左突出，即兩線與X軸的傾角減小，850 hPa和925 hPa的東北風均達到了14 m/s，說明對流層低層的冷空氣明顯加強。

18日20:00(圖4(c))，700 hPa以下θsed線與θ*線兩線與X軸的傾角再次減小，這一特征表明冷空氣從700 hPa向下灌入低層，之后在東部走廊維持。925 hPa為10 m/s，對流層中高層為西北風。

19日08:00(圖略)925 hPa有加強，達到14 m/s，風向東北偏東，對流層中層為偏西風，風速隨高度逆轉(zhuǎn)，為冷平流。雖然冷鋒主體在19日20:00(圖略)已經(jīng)過境，但低層的東北風依然維持。

圖4 2017年11月17日20:00(a)、18日08:00(b)、18日20:00(c)衢州站V-3θ圖

由此可見，V-3θ圖上，對流層的中部有低溫區(qū)，風隨高度逆轉(zhuǎn)有冷平流存在；700 hPa以下θsed線與θ*線明顯降低位溫向左突出，對流層低層的冷空氣明顯加強，700 hPa以下向左突出越明顯，斜率越大，底層風速越大。

4 江西東部走廊地形對冷空氣大風的影響

江西贛東北3地(上饒、鷹潭、景德鎮(zhèn))，上饒地處東部走廊中間位置，無論盛行東南風，還是偏東風，東部走廊峽谷效應都會對上饒有影響，主要表現(xiàn)就是風速增大和維持；鷹潭地處東部走廊的上風方(西南風時)和下風方(偏東風時)；景德鎮(zhèn)的風場與東部走廊的關(guān)系不大，但贛東北迎風坡和鄱陽湖濕地是產(chǎn)生暴雨的重要機制。

江西東部走廊地形對地面的冷空氣大風有重要的影響，圖5顯示了2017年11月18日00:00、02:00、04:00江西東部走廊地形對地面風場的作用(東部走廊圖5中狹長的地帶，兩邊是1 500 m左右的山脈)。

11月18日00:00(圖5(a))，冷空氣大風分兩支南下：一是長江河谷口從九江灌入；二是從嘉興、杭州南下(黃山高山站大風是自然的)。地面冷空氣大風區(qū)(>8 m/s，下同)南下影響皖南山區(qū)，東部影響浙江北部地區(qū)，此時，東部走廊的風速只有2～6 m/s。

11月18日02:00(圖5(b))，長江河谷口灌入的冷空氣已經(jīng)侵入贛中盆地；從嘉興、杭州南下的冷空氣大風也灌入東部走廊，一致的東北風，風速達到4～12 m/s。浙江中部的偏北大風受山地的阻擋，形成分流，西支氣流通過浙贛之間東部走廊的影響，風向由偏北風或者東北偏北風轉(zhuǎn)為東北風，向西南方向影響江西境內(nèi)，風速在山區(qū)阻擋、分流和轉(zhuǎn)向的作用下有明顯的減弱。

11月18日04:00(圖5(c))，兩支冷空氣貫通為一體，東部走廊一致的東北風，風速達到8～18 m/s。東部走廊的風速一直維持到19日15:00之后。隨著偏北風冷空氣的繼續(xù)南下，東部走廊東北風的大風區(qū)的繼續(xù)向西南方向移動，且由于地形的狹管效應，使狹窄的東部走廊之間的東北風風速在窄區(qū)有明顯的增大，地面冷空氣大風中間持續(xù)時間20 h，上饒地區(qū)形成一致的東北大風，在東部走廊影響下繼續(xù)維持。

圖5 2017年11月18日00:00(a)、02:00(b)、04:00(c)江西東部走廊地形及風場實況圖

19日11:00(圖略)，浙北皖南的偏北大風有明顯的減弱，風速均小于8 m/s，但受狹管效應作用，東部走廊附近的贛東北及浙西地區(qū)大風區(qū)仍然繼續(xù)維持。贛東北的東部走廊大風區(qū)維持時間相較北部地區(qū)延遲4 h，至19日15:00(圖略)，大風區(qū)明顯減弱消失。

由此可見，浙贛皖3省交界的地形對冷空氣大風有風向的轉(zhuǎn)變作用，江西東部走廊的地形作用使得偏北大風轉(zhuǎn)為東北風，且由于狹管效應，東部走廊區(qū)域的大風有明顯的加強，且大風減弱消失的時間有4-5 h的延遲。

5 結(jié)論

利用MICAPS天氣和區(qū)域自動站觀測資料、美國NCEP 1°×1°再分析資料、上饒市TWP8-L對流層風廓線雷達資料，以及贛東北地形資料，對2017年11月17-18日江西出現(xiàn)的冷空氣大風天氣進行分析，得到以下幾點結(jié)果。

1)2017年11月17-18日冷空氣大風是全省性大風天氣過程，上饒市處在江西東部走廊地形條件影響下，地面水平風場和風廓線雷達上的垂直風場分布有其不同的特點。

2)冷空氣的水平結(jié)構(gòu)從天氣圖上可以看出：100 hPa極渦中心與東亞大槽向南加深、500 hPa冷渦橫槽和南支小槽東移、700 hPa等溫線密集江西6緯距溫差達6℃、850 hPa溫度梯度明顯增大6緯距溫差達9℃、地面強大的氣壓梯度力是形成這次冷空氣大風的成因之一。

3)冷空氣在風廓線圖上特征是高空風比較大，隨時間推移慢慢往下滲透；冷空氣過境近地面風向有個轉(zhuǎn)換過程，由偏西風轉(zhuǎn)為偏東風；由于東部走廊地形的影響，冷空氣由東向西沿狹窄地形移動過程中，風速不斷加大，并形成局地低層大風區(qū)。

4)V-3θ圖上，對流層的中部有低溫區(qū)，風隨高度逆轉(zhuǎn)有冷平流存在；700 hPa以下θsed線與θ*線明顯降低位溫向左突出，對流層低層的冷空氣明顯加強，400 hPa以下向左突出面積越大影響越大。

5)浙贛皖3省交界的地形對冷空氣大風有風向的轉(zhuǎn)變作用，江西東部走廊的地形作用使得偏北大風轉(zhuǎn)為東北風，且由于狹管效應，東部走廊區(qū)域的大風有明顯的加強，且大風減弱消失的時間有4-5 h的延遲。