黃石市2020年2月14—16日寒潮天氣過程分析

潘夢瑩 衛(wèi)文芳 劉熠炎 童紅梅 張新宜 呂燦九

摘要 利用常規(guī)觀測資料、雷達(dá)回波和衛(wèi)星云圖等資料，對2020年2月14—16日黃石地區(qū)出現(xiàn)的寒潮天氣過程進(jìn)行綜合分析。結(jié)果表明：（1）此次寒潮天氣過程范圍廣、持續(xù)時(shí)間長、降溫幅度大、陣風(fēng)強(qiáng)，天氣現(xiàn)象復(fù)雜，伴有雷電、雨雪等天氣;（2）本次過程強(qiáng)降溫主要是由于前期基礎(chǔ)氣溫高、強(qiáng)盛冷平流、輻射降溫、降水蒸發(fā)及冰雪融化等因素造成的;（3）充足的水汽條件、較強(qiáng)的上升運(yùn)動、一定的不穩(wěn)定條件及合適的層結(jié)條件，有利于黃石市雨雪天氣過程發(fā)生，當(dāng)整層溫度均低于0℃且存在逆溫層時(shí)，有利于形成降雪;（4）大風(fēng)的形成與強(qiáng)冷平流的入侵、氣壓梯度、變壓梯度及高空動量下傳有密切關(guān)系。

關(guān)鍵詞 寒潮;成因;強(qiáng)降溫;大風(fēng)

中圖分類號：S426 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B 文章編號：2095–3305（2021）04–0050–04

寒潮是我國重大的災(zāi)害性天氣之一，寒潮天氣過程是一種大規(guī)模的強(qiáng)冷空氣活動過程。寒潮天氣的主要特征是劇烈的降溫和大風(fēng)，有時(shí)還伴有雨、雪、雨凇或霜凍。寒潮能導(dǎo)致河港封凍、交通中斷、牲畜和早春晚秋作物受凍，但它有利于小麥滅蟲、鹽業(yè)制鹵等[1]。因此做好寒潮天氣預(yù)報(bào)，服務(wù)于國防、經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)部門，以便采取積極措施預(yù)防其危害，對避免和減少災(zāi)害損失具有相當(dāng)重要的意義。近年來，許多氣象工作者對復(fù)雜的寒潮天氣過程進(jìn)行了分析和研究，得出了許多成果[2-4]。利用常規(guī)觀測資料，結(jié)合雷達(dá)回波和衛(wèi)星云圖等資料，對2020年2月14—16日黃石地區(qū)出現(xiàn)的寒潮天氣過程進(jìn)行綜合分析，揭示此次寒潮成因，為今后寒潮天氣的預(yù)報(bào)提供參考依據(jù)。

1 天氣實(shí)況

2020年2月14—16日，黃石出現(xiàn)一次寒潮天氣過程。本次過程14日08：00～16日08：00 48 h最低氣溫降幅為13.0℃～13.7℃，平均氣溫降幅11.5℃～12.9℃，16日早晨最低氣溫降至0.3℃～1.0℃（其中黃石0.8℃、大冶0.3℃、陽新1.0℃）。此次寒潮過程伴有8～9級，陣風(fēng)10級的偏北大風(fēng)，極大風(fēng)速達(dá)到27.7 m/s，出現(xiàn)在2月14日23：35黃石的鐵山區(qū)。

2月14日08：00～16日08：00 48 h累計(jì)降水量17.2～27.6 mm（圖1）。其中，14日08：00～15日08：00，黃石北部普降中到大雨，南部小到中雨，14日夜間出現(xiàn)了短時(shí)雷雨大風(fēng)天氣。15日08：00～16日08：00，全市小到中雨轉(zhuǎn)中到大雪，無積雪。

2 環(huán)流形勢分析

2.1 高空500 hPa形勢

在2020年2月14日08：00 500 hPa上（圖2a），歐亞中高緯度為兩槽一脊型，貝加爾湖附近為高壓脊且高壓脊強(qiáng)烈發(fā)展北伸形成阻塞高壓，在阻塞高壓東側(cè)為一橫槽、槽底部形成切斷低壓。阻塞高壓東側(cè)強(qiáng)偏北氣流引導(dǎo)極地冷空氣南下，在橫槽內(nèi)堆積，形成-40℃的冷中心。隨后由于阻高后側(cè)烏拉爾山脈附近有冷平流入侵，導(dǎo)致阻塞高壓崩潰，橫槽轉(zhuǎn)豎，槽加深發(fā)展，槽后偏北氣流帶動冷空氣大舉南下。

2.2 中低層形勢

700 hPa冷中心強(qiáng)度在-24℃以下，30°N～35°N附近等溫線密集，5個(gè)緯距內(nèi)溫差達(dá)到15℃，強(qiáng)盛冷空氣和西南暖濕氣流的冷暖交匯于湖北省上空，斜壓鋒生加強(qiáng)（圖2b）。

2020年2月15日08：00 850 hPa等壓面上（圖2c），黃淮、江漢、江淮西部地區(qū)出現(xiàn)偏北強(qiáng)風(fēng)帶，最大風(fēng)速≥20 m/s，風(fēng)向與等溫線夾角接近90°，有強(qiáng)的冷平流。15日08：00 850 hPa上-4℃線位于湖北中部，0℃線位于黃石西北側(cè)，東北干冷氣流和東南暖濕氣流在黃石上空交匯，強(qiáng)勁的東北風(fēng)冷氣流有利于低層冷墊的形成和維持;15日20：00 850 hPa的0℃線壓至黃石市東南側(cè)。

2.3 地面形勢

從地面圖上看（圖2d），阻塞高壓東側(cè)的冷空氣不斷堆積，蒙古高壓中心不斷加強(qiáng)，中心強(qiáng)度高。寒潮路徑為中路，冷空氣經(jīng)河套南下，移動速度快。13日08：00冷鋒在內(nèi)蒙古地區(qū);14日08：00冷鋒緩慢南壓到華北黃淮一帶，地面寒潮冷高壓中心達(dá)到1 070 hPa，鋒后等壓線密集、氣壓梯度大，達(dá)到10 hPa每3緯度，降溫明顯，武漢和二連浩特溫差達(dá)到31℃;15日08：00冷鋒已經(jīng)南壓至湖南江西一帶，低層冷墊形成; 20：00冷鋒南壓至華南;16日08：00冷高壓明顯南壓減弱，此次寒潮天氣基本結(jié)束。

3 強(qiáng)降溫成因分析

3.1 基礎(chǔ)氣溫

受地面暖低壓影響，地面氣溫明顯回升，2月14日日最高氣溫達(dá)到19.2℃～ 20.1℃，日最低氣溫為13.3℃～14.1℃。寒潮前回暖顯著，既有利于冷鋒南下鋒生加強(qiáng)，又加大了降溫幅度。

3.2 溫度平流

此次過程氣溫下降的主要原因是強(qiáng)冷平流造成的。高空冷平流越強(qiáng)，溫度梯度越大，鋒區(qū)就越強(qiáng)，越有利于發(fā)生寒潮。2月15日08：00 850 hPa臨近黃石市北側(cè)出現(xiàn)偏北強(qiáng)風(fēng)帶，最大風(fēng)速≥20 m/s，風(fēng)向與等溫線夾角接近90°，冷平流強(qiáng)盛。風(fēng)場與等溫線夾角越大（接近90°），冷平流越強(qiáng)，降溫程度越大。

3.3 非絕熱因子

3.3.1 輻射降溫 2020年2月16日早晨受高空槽后偏北氣流控制，云系減少，晴朗少云，輻射降溫明顯，使降溫幅度增大。

3.3.2 冰雪融化、降水蒸發(fā) 2020年15日08：00黃石市有降水發(fā)生，到14：00轉(zhuǎn)為雨夾雪，20：00變?yōu)榧冄?。降水蒸發(fā)和冰雪融化吸收周圍環(huán)境大氣中的熱量，使地面氣溫持續(xù)下降，導(dǎo)致降溫幅度進(jìn)一步加大。

4 雨雪成因及相態(tài)轉(zhuǎn)換分析

4.1 水汽條件

黃石市位于中低層切變線東南側(cè)，有利于水汽的輻合抬升;切變線南側(cè)的西南急流最大風(fēng)速達(dá)到20 m/s，西南急流將暖濕空氣向黃石市輸送，為此次雨雪過程提供了充足的水汽來源。從物理量場上看，黃石市處于水汽通量散度負(fù)值區(qū)，水汽輻合，大量的水汽向黃石市輸送;從探空圖上看，濕層深厚，有利于降水的發(fā)生。

4.2 動力條件

黃石市位于500 hPa槽前正渦度平流，產(chǎn)生高空輻散，且在中低層切變線附近，風(fēng)向、風(fēng)速存在輻合。低層輻合，高層輻散，有利于上升運(yùn)動。較強(qiáng)的上升運(yùn)動可以觸發(fā)不穩(wěn)定能量的釋放，為此次的雨雪天氣提供有利的動力條件。

4.3 層結(jié)條件

15日08：00 850 hPa上-4℃線位于湖北中部，0℃線位于黃石市西北側(cè)，湖北西北部地面溫度在2℃以下，鄂西北大部出現(xiàn)小雨轉(zhuǎn)雨夾雪或小雪、局部中到大雪;湖北東部700 hPa暖層溫度在0℃以上，15日早晨仍以降水為主。在14：00前后地面氣溫仍在2℃～4℃，其他各層溫度下降到0℃以下，黃石市出現(xiàn)雨夾雪;下午地面溫度持續(xù)下降接近0℃，整層溫度基本在0℃以下，轉(zhuǎn)為純雪。

從探空圖上看（圖3），2月15日08：00濕層高度垂直伸展到-10℃高度以上，有利于冰晶的形成;中低層存在明顯逆溫層，暖濕氣流強(qiáng)盛;15日08：00 700 hPa和地面溫度在0℃以上，以降雨天氣為主;15日20：00整層溫度基本低于0℃，有利于降雪的形成。

5 大風(fēng)成因分析

5.1 氣壓梯度作用

在中高緯度，風(fēng)場和氣壓場基本符合地轉(zhuǎn)風(fēng)、梯度風(fēng)原理。根據(jù)地轉(zhuǎn)風(fēng)原理，氣壓梯度越大，風(fēng)越大。14日08：00地面寒潮冷高壓中心達(dá)到1 070 hPa，冷鋒緩慢南壓到華北黃淮一帶，暖低壓中心強(qiáng)度低于1 007.5 hPa，冷鋒后氣壓梯度大，等壓線密集;14日20：00冷鋒逼近黃石市，氣壓梯度加大，風(fēng)力加大; 14日23：35分黃石鐵山區(qū)極大風(fēng)速達(dá)到27.7 m/s;15日02：00冷鋒壓過黃石市。同時(shí)寒潮冷鋒前有暖低壓，暖低壓與鋒后的冷高壓形成北高南低的地面氣壓形勢，有利于偏北大風(fēng)的出現(xiàn)，極大風(fēng)速加大。14日23：00—15日18：00黃石市出現(xiàn)7～9級，陣風(fēng)10級的寒潮大風(fēng)，15日19：00風(fēng)力開始減弱。

5.2 變壓梯度作用

局地氣壓劇烈變化，水平氣壓梯度上形成變壓風(fēng)。變壓風(fēng)沿變壓梯度風(fēng)向吹，由高值變壓區(qū)吹向低值變壓區(qū)。14日20：00湖北中西部和河南一帶△P3值基本大于50 hPa，△P3最大值中心達(dá)到70 hPa以上，位于宜昌襄陽地區(qū);湖北中西部和河南以北△P24值大于100 hPa，△P24最大值中心達(dá)到200 hPa以上，位于山西南部。15日08：00湖北大部地區(qū)△P3值在20 hpa以上，△P3最大值中心值為37 hPa，位于湖北咸寧;湖北地區(qū)△P24值基本在150～200 hPa，湖北正處于△P24大值中心區(qū)（圖4）。變壓梯度越大，風(fēng)力越強(qiáng)。在冷鋒后最大風(fēng)速出現(xiàn)在正變壓中心附近，即變壓梯度最大的地區(qū)附近[1]。

5.3 動量下傳作用

風(fēng)向發(fā)生順時(shí)針轉(zhuǎn)變，而風(fēng)速隨高度增加，高層動量較大。14日白天受地面暖低壓控制，地面溫度較高，夜間冷空氣南下，層結(jié)不穩(wěn)定，鉛直交換強(qiáng)，空氣的動量下傳較強(qiáng);14日20：00高空的風(fēng)速達(dá)到20 m/s，夜間鋒面過境，地面加壓，鋒后有下沉運(yùn)動，空氣動量向下傳，使地面風(fēng)速明顯加大。

6 對流天氣分析

6.1 雷達(dá)與衛(wèi)星云圖分析

6.1.1 雷達(dá)特征分析 從組合反射率上看，14日22：30孝感武漢咸寧沿線一帶出現(xiàn)了大范圍的帶狀回波區(qū)，回波強(qiáng)度普遍在30 dBZ以上，最強(qiáng)回波強(qiáng)度達(dá)到58 dBZ。回波逐漸東移，23：00（圖5a）強(qiáng)回波區(qū)進(jìn)入黃石市保安地區(qū);在之后的東移過程中回波強(qiáng)度逐漸減弱，達(dá)到45 dBZ以上的回波零散分布，難以形成短時(shí)強(qiáng)降水;直至15日00：30（圖5b），大片回波基本移出黃石市，移至黃岡地區(qū)。

從徑向速度上看，14日22：30（圖6a），速度圖上等徑向速度線為直線，各高度層風(fēng)向基本為偏北風(fēng)，并且出現(xiàn)一對“牛眼”結(jié)構(gòu);15日00：00（圖6b）鋒面已經(jīng)移過武漢的雷達(dá)站，零速度線是風(fēng)場的不連續(xù)線，即鋒區(qū)的所在位置[2]。

6.1.2 衛(wèi)星云圖特征分析 從紅外云圖上看，2020年14日17：00在湖南北部生成對流云團(tuán)，發(fā)展并向東北偏東方向移動。對流云團(tuán)14日21：00（圖7a）在黃石市西側(cè)出現(xiàn)，呈橢圓形;15日00：00（圖7d）從黃石市移出，進(jìn)入黃岡地區(qū)，以雷暴天氣為主。

6.2 探空圖分析

從14日08：00探空圖上看（圖8），上下層溫差大，850 hPa與500 hPa溫差達(dá)到28.1℃，K指數(shù)37.1℃，SI值為負(fù)值，訂正后CAPE值為341.3 J/kg，CAPE值較小，為雷暴的發(fā)生提供有利的不穩(wěn)定條件。0℃高度為3 046 m，-20℃高度為6 026 m ，有適宜的0℃層和-20℃層高度，有利于雷暴的發(fā)生。14日20時(shí)探空圖上，上干下濕，呈向上的喇叭口溫濕廓線，垂直風(fēng)切變較大，有利于大風(fēng)的形成。

7 結(jié)語

利用常規(guī)觀測資料，雷達(dá)回波和衛(wèi)星云圖等相關(guān)資料，對2020年2月14日—16日黃石地區(qū)出現(xiàn)的寒潮天氣過程進(jìn)行綜合分析，得出以下結(jié)論：

（1）此次寒潮天氣過程的氣候特點(diǎn)是范圍廣、持續(xù)時(shí)間長、降溫幅度大、陣風(fēng)強(qiáng)、天氣現(xiàn)象復(fù)雜，伴有雷電、雨雪等災(zāi)害性天氣。

（2）此次寒潮天氣過程的環(huán)流背景：高層中高緯度環(huán)流形勢是兩槽一脊型，500 hPa南北槽疊加，中低層切變線由西北向東南影響黃石市，西南急流旺盛，地面冷高壓強(qiáng)盛。

（3）本次過程強(qiáng)降溫的成因：受暖低壓控制，前期基礎(chǔ)氣溫高，冷空氣強(qiáng)度強(qiáng)、有強(qiáng)的冷平流，冷鋒南下迅速，導(dǎo)致降溫劇烈，疊加輻射降溫、降水蒸發(fā)和冰雪融化降溫，導(dǎo)致本次寒潮過程降溫幅度大。

（4）寒潮過程伴隨著雨雪相態(tài)轉(zhuǎn)化的復(fù)雜天氣過程，較強(qiáng)的上升運(yùn)動，充足的水汽條件，及合適的層結(jié)條件，有利于產(chǎn)生明顯的雨雪天氣;當(dāng)0℃層高度迅速下降、整層溫度低于0℃時(shí)，降水相態(tài)由雨轉(zhuǎn)化為純雪。

（5）由于冷空氣不斷堆積，產(chǎn)生強(qiáng)的氣壓梯度，地面迅速加壓產(chǎn)生強(qiáng)的變壓風(fēng)，加之高空動量下傳的共同作用，造成了本次過程8～9級，陣風(fēng)10級的偏北大風(fēng)。大風(fēng)的形成與強(qiáng)冷平流的入侵、氣壓梯度、變壓梯度及高空動量下傳有密切關(guān)系。

（6）存在有利的不穩(wěn)定條件，850 hPa與500 hPa溫差達(dá)到28.1℃，K指數(shù)值37.1℃;上干下濕，呈向上的喇叭口溫濕廓線，中層存在干層;0℃層高度3 km左右，-20℃層高度6 km左右，0℃層和-20℃層高度適宜，有利于雷暴大風(fēng)強(qiáng)對流天氣的產(chǎn)生。

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責(zé)任編輯：黃艷飛