孝感市一次春季強寒潮天氣過程分析

鄧凱 羅金芳 張慧娟

摘要 利用常規(guī)天氣觀測資料、GRAPES_GFS模式高分辨率（0.25°×0.25°）再分析格點資料，對2020年3月26—28日湖北省孝感市強寒潮天氣過程進行分析。結(jié)果表明：此次強寒潮天氣過程出現(xiàn)在北半球中高緯環(huán)流形勢由緯向型向經(jīng)向型轉(zhuǎn)換過程中，烏拉爾山阻高和橫槽的建立為冷空氣的輸送和聚積提供必要條件;烏拉爾山阻高崩潰和蒙古低渦豎槽的東移，引導地面冷空氣從東路南下，造成了此次強寒潮天氣過程。此過程出現(xiàn)在一個非典型的倒Ω流型中，且烏拉爾山阻高維持時間短，橫槽無明顯轉(zhuǎn)動（只是減弱南壓直至消失），蒙古低渦豎槽與橫槽明顯分離，這些是此次寒潮過程的基本特點。在低空強盛的東北急流和北方強大的冷平流持續(xù)共同作用下，造成孝感市氣溫急劇下降。在低空急流動量下傳、梯度風和變壓風的共同作用下，造成了孝感市大范圍大風天氣。

關(guān)鍵詞 強寒潮;強降溫;強風;成因分析

中圖分類號：P458.3 文獻標識碼：A 文章編號：2095-3305（2020）04-0-03

DOI：10.19383/j.cnki.nyzhyj.2020.04.022

寒潮是湖北省孝感市主要氣象災害之一。孝感市位于湖北省東北中部，長江以北，漢江以東，位于武漢市西北方，與武漢市毗鄰;地跨30°23′～31°52′N，113°19′～114°35'E;孝感市下轄大悟縣、安陸市、孝昌縣、應城市、云夢縣、孝南區(qū)、漢川市等七個縣市區(qū)。2020年3月26—28日，孝感市出現(xiàn)一次強寒潮天氣過程，強降溫和大風等天氣對全市夏糧夏油和林果茶等越冬農(nóng)作物造成一定程度不利影響。利用常規(guī)天氣觀測資料、GRAPES_GFS模式高分辨率（0.25°×0.25°）再分析格點資料，對此次強寒潮天氣過程的環(huán)流形勢、影響系統(tǒng)以及冷空氣源地、路徑、強降溫和強風等方面進行分析，以便對今后寒潮過程的預警預報和防災減災提供一些參考借鑒。

1 天氣實況

按照冷空氣等級國家標準（GB/T 20484-2017）規(guī)定，使某地的日最低氣溫24 h內(nèi)降溫幅度大于或等于8℃，或48 h內(nèi)降溫幅度大于或等于10℃，或72 h內(nèi)降溫幅度大于或等于12℃，且使該地日最低氣溫下降到4℃或以下的冷空氣稱為寒潮[1]。利用20～20時日氣溫資料，分析孝感市2020年3月26—28日日最低氣溫下降幅度，全市日最低氣溫24 h平均下降了10.9℃，最大降幅出現(xiàn)在應城，達12.5℃，48 h平均下降了12.4℃，最大降幅也出現(xiàn)在應城，達13.9℃。28日全市日最低氣溫為1.7℃～4.0℃，其中大悟最低，達1.7℃，達到了強寒潮標準（表1）。

應城是此次強寒潮過程孝感市降溫幅度最大的地方，此次強寒潮天氣過程降溫從26 日17：00 （氣溫18.9℃）開始，一直持續(xù)到 28日 04：00（氣溫3.5℃），如圖1中紅色箭頭所示，48 h內(nèi)應城氣溫下降了15.4℃。強降溫發(fā)生同時，孝感全市還出現(xiàn)偏北大風和小到中雨、局部大雨天氣。從3月26日17：00開始至28日6：00，孝感全市出現(xiàn)了持續(xù)6—7級偏北大風，陣風8—9級，極大風速達到22.2 m/s，出現(xiàn)在大悟26日22：15。在強寒潮到來之前，26 日13：00—16：00 ，受中低層切變線和西南急流影響，孝感市出現(xiàn)短時雷雨大風等強對流天氣，3 h內(nèi)氣溫下降了4.1℃，如圖1中藍色箭頭所示。此次雷雨大風天氣從某種程度上擬制了冷鋒過境之前回暖升溫，影響了寒潮過程降溫幅度（圖1）。

2 寒潮天氣過程分析

2.1 冷空氣源地和寒潮醞釀

寒潮能否爆發(fā)，與前期一定的大氣環(huán)流形勢、冷源及冷空氣的聚積程度有著密切關(guān)系。此次強寒潮過程爆發(fā)，其冷空氣源要追溯到過程爆發(fā)的前一周。3月20日08∶00時極渦位于北地群島以東，亞歐中高緯為平直西風環(huán)流。3月21日開始，極渦環(huán)流向西南伸展和分裂，中高經(jīng)緯向環(huán)流向經(jīng)向環(huán)流調(diào)整。至3月23日08∶00，在東歐平原南部分裂出一個冷渦，在西西伯利亞出現(xiàn)一個冷槽，這兩個低值區(qū)之間在位于烏拉爾山形成一個相對高值區(qū)。此時，在烏拉爾山中部形成一個較短的橫槽，此后橫槽加深并逐漸南壓。隨著從新地島以東超極地路徑南下的冷平流向西西伯利亞輸送，致使貝加爾湖附件出現(xiàn)大片負變高區(qū)。例如，25日08∶00貝加爾湖西南邊的30 715站（俄羅斯境內(nèi)）24小變高和變溫分別為-17 dagpm、-13℃;48小變高和變溫分別為-29 dagpm、-17℃，冷渦因而加深，加之咸海以西的暖平流向烏拉爾山發(fā)展，致使烏拉爾山高壓脊前出現(xiàn)大片正變高區(qū)。再如，25日08∶00西西伯利亞的西南部28 275站（俄羅斯境內(nèi)）24小變高和變溫分別為+10 dagpm、+4℃，48小變高和變溫分別為+29 dagpm、+12℃，阻高逐步發(fā)展。至3月25日08∶00，亞歐中高緯形成一個非典型的倒Ω流型，一般典型的倒Ω流型是東部阻高位于太平洋北部的鄂霍次克海，西部烏拉爾山阻高維持3 d以上。3月25日08∶0050 0 hPa 亞歐天氣圖上，亞洲東部130°E有一高壓脊，烏拉爾山發(fā)展為一阻塞高壓，在烏拉爾山南部、咸海以北出現(xiàn)一個564 dagpm的閉合高壓環(huán)流，這兩個高值區(qū)之間，在貝加爾湖有一冷渦，并有-NE-SW低槽相配合（以下稱為低渦豎槽），低渦中心強度達522 dagpm，冷中心強度達到-41℃。同時在此低渦豎槽的西邊，從貝加爾湖西邊至巴爾喀什湖出現(xiàn)了一明顯的東西向橫槽，長度達32個經(jīng)距，橫槽后（北部）吹東北風、橫槽前（南部）為偏西風，橫槽后東北風強勁，最大風速達20 m·s —1（圖2a）。

自3月23日橫槽初步形成到25日08∶00發(fā)展鼎盛，橫槽后部阻高前東北氣流引導新地島以東冷空氣，不斷向西西伯利亞輸送聚積，25日08∶00 700 hPa天氣圖上，在蒙古國東部有溫度鋒區(qū)，溫度梯度均達到20℃/10個緯度;700 hPa在貝加爾湖西南邊有一個-29℃的冷中心（圖2b）。地面圖上在西西伯利亞南部生成一個中心強度達1 049.0 hPa的冷高壓，其中心位于52.9°N 、69.2°E（圖3）。這些跡象表明冷空氣聚積已完成，具備寒潮暴發(fā)的前提條件[2]。

2.2 寒潮爆發(fā)

25日08∶00以后，東歐平原泠渦的冷平流侵入烏拉爾山阻塞高壓，蒙古冷渦不斷加深，低渦豎槽后偏北氣流加大并向東移動，低渦豎槽與橫槽明顯分離，橫槽后東北風轉(zhuǎn)偏北風，風速明顯減小。烏拉爾山阻高在維持了一天以后，迅速崩潰，而橫槽東段消失、西段南壓，直至27日全部消失（圖4）。

隨著500 hPa烏拉爾山阻高崩潰和橫槽消失，受200 hPa亞洲冷槽東移影響，500 hPa蒙古低渦豎槽不斷東移，引導地面冷空氣從東路大舉南下，經(jīng)蒙古國、華北、黃河中下游后，影響長江中下游及其以南大片地區(qū)。從3月26 日17∶00時開始，冷鋒自北向南過境孝感市，強寒潮由此爆發(fā)，孝感全市出現(xiàn)了劇烈降溫和大風天氣（見圖5）。至3月28日20日500 hPa東亞沿海大槽建立，寒潮過程基本結(jié)束。

綜上所述，此次寒潮天氣過程是出現(xiàn)在北半球中高緯環(huán)流形勢由緯向型向經(jīng)向型轉(zhuǎn)換過程中，烏拉爾山阻高和橫槽的建立為冷空氣的輸送和聚積提供了必要條件;但烏拉爾山阻高崩潰和蒙古低渦豎槽的東移，引導地面冷空氣從東路南下，造成此次寒潮天氣過程。但此次強寒潮過程出現(xiàn)在一個非典型倒Ω流型中，且烏拉爾山阻高維持時間短，橫槽無明顯轉(zhuǎn)動（只是減弱南壓直至消失），蒙古低渦豎槽與橫槽明顯分離，這些是此次寒潮過程的基本特點。

3 強降溫和強風成因分析

3.1 強降溫成因分析

根據(jù)朱乾根等著《天氣學原理和方法》， 局地溫度變化主要決定于溫度平流和非絕熱因子作用。溫度平流主要考慮平流冷暖性質(zhì)和強度;非絕熱因子包括輻射、水汽凝結(jié)、蒸發(fā)和地面感熱對氣溫的影響。3月26日下午寒潮暴發(fā)后，孝感市一直維持陰雨天氣，天空云量較多，輻射作用并不明顯。從應城單站溫度變化曲線上可看到，整個寒潮過程中降溫最劇烈時段在26日20∶00～23∶00，其中應城26日20∶00～21∶00 1h降溫達3.3℃，26日20∶00～23∶00 3h降溫達6.4℃。

利用GRAPES_GFS模式高分辨率（0.25°×0.25°）再分析格點資料，對此次寒潮過程低層大氣東北急流和冷平流進行分析。隨著500 hPa蒙古低渦豎槽東移，850 hPa低空東北急流帶不斷向南發(fā)展，至26日20∶00，低空東北急流帶南端已達30°N。東北急流帶主體位于河套以東，河套及以西地區(qū)偏北風較小，急流軸位于濟南—洛陽—漢中—成都一線，急流軸上最大風速達22 m·s-1，該情況平常較少見。東北急流帶與冷舌形態(tài)基本一致，急流軸北部有一個-4℃冷中心，位于石家莊附近，溫度鋒區(qū)已壓至30°～33°N之間，低空東北急流引導冷空氣從華北不斷南侵（圖6）。

在高空偏北氣流引導下，強冷平流帶不斷從華北向南移動，冷平流帶與低空東北急流帶位置基本一致，均為NE—SW走向，3月26日08∶00 850 hPa冷平流帶上北京附件有一個-160×10-5℃/s的冷平流中心，26日20∶00 850 hPa冷平流帶南壓，在孝感市西北方向的河南省南陽附件有一個-140×10-5℃/s的冷平流中心，這表明冷平流非常強盛。在低空強盛的東北急流和北方強大的冷平流共同作用下，造成26日20∶00～23∶00孝感市氣溫急劇下降（圖7）。27日08∶00 850 hPa冷平流帶上，在孝感市北部仍有一個-80×10-5℃/s冷平流中心，說明孝感市氣溫下降繼續(xù)維持。強冷平流影響了孝感市，且維持較長時間，是此次強降溫的主要原因。

3.2 強風成因分析

冷空氣影響的同時，孝感市出現(xiàn)了6～7級偏北大風，陣風8～9級。溫度平流與地面風場之間是通過變壓場相互關(guān)聯(lián)和促進的[3]。風場與氣壓場的關(guān)系，一般符合地轉(zhuǎn)風、梯度風原理。強冷平流不僅會造成氣溫驟降，還會使地面正變壓場加強、地面變壓梯度和氣壓梯度增大，促使地面風場發(fā)展，冷平流愈強，出現(xiàn)的風力也就越大，此次寒潮天氣過程也是如此[4]。26日20∶00 850 hPa孝感市上空出現(xiàn)風速達18 m·s-1時東北急流，強盛的東北急流勢必也會引起空氣動量向下傳輸，促使地面風場加強。從26日20∶00海平面氣壓場可以看到，受冷高壓擴散南下影響，鄭州與武漢的氣壓差為12 hPa，其間等壓線非常密集，氣壓梯度大（24 hPa/10個緯距），梯度風大（圖8）。從24 h變壓來看，27日08∶00在孝感市的西北方向，鄭州—南陽—襄樊有一個24 h正變壓高值區(qū)，其中南陽北部有一個+17.9 hPa的中心;從3 h變壓來看，26日20∶00在孝感市大悟北部有一個3 h正變壓高值區(qū)，大悟北部有一個+6.8 hPa的中心，可見變壓風也很大。在低空急流動量下傳、梯度風和變壓風共同作用下，造成了孝感市大范圍大風天氣。

4 結(jié)論

（1）此次強寒潮天氣過程是出現(xiàn)在北半球中高緯環(huán)流形勢由緯向型向經(jīng)向型轉(zhuǎn)換過程中，烏拉爾山阻高和橫槽的建立為冷空氣的輸送和聚積提供必要條件;烏拉爾山阻高崩潰和蒙古低渦豎槽東移，引導地面冷空氣從東路南下，造成此次強寒潮天氣。

（2）此次強寒潮過程出現(xiàn)在一個非典型的倒Ω流型中，且烏拉爾山阻高維持時間短，橫槽無明顯轉(zhuǎn)動（只是減弱南壓直至消失），蒙古低渦豎槽與橫槽明顯分離，這些是此次寒潮過程的基本特點。

（3）在低空強盛的東北急流和北方強大的冷平流持續(xù)共同作用下，造成孝感市氣溫急劇下降。在低空急流動量下傳、梯度風和變壓風的共同作用下，造成了孝感市大范圍大風天氣。

參考文獻

[1] 王萬筠，盧煥珍，卜清軍，等.2018年華北寒潮天氣的強降溫及大風分析[J].天津科技，2019，46（11）：110-116，120.

[2] 姚學祥.天氣預報技術(shù)與方法[M].北京：氣象出版社，2011.

[3] 牛若蕓，喬林，陳濤，等.2008年12月2-6日寒潮天氣過程分析[J].氣象，2009，35（12）：74-82.

[4] 吳海英，孫燕，曾明劍，等.冷空氣引發(fā)江蘇近海強風形成和發(fā)展的物理過程探討[J].熱帶氣象學報，2007（4）：388-394.

責任編輯：黃艷飛