樂平3次寒潮天氣過程的路徑與溫度對比分析

盛夢婷，馬中元，陳鮑發(fā)，黃龍飛，李燕玲

(1.江西省氣象科學(xué)研究所，南昌 330046；2.樂平市氣象局，樂平 333300；3.景德鎮(zhèn)市氣象局，景德鎮(zhèn) 333000)

0 引言

寒潮天氣是中國冬季災(zāi)害性天氣之一，是在一定環(huán)流形勢下大范圍的強冷空氣活動過程，其主要特點是劇烈降溫和大風(fēng)，并伴有雨雪、霜凍、結(jié)冰，對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、交通運輸、居民生活都有嚴重的影響。

國內(nèi)外學(xué)者對寒潮天氣系統(tǒng)、寒潮的路徑、成因、預(yù)報指標等方面多有研究[1-3]，指出：500 hPa上貝加爾湖東部的冷渦引導(dǎo)冷空氣以及地面冷高壓南下是引發(fā)寒潮爆發(fā)的根本原因。烏拉爾山阻塞形勢的崩潰與寒潮爆發(fā)密切相關(guān)，500 hPa正渦度區(qū)與槽前鋒區(qū)配合一致，更有利于引導(dǎo)強冷空氣東移南下。低層強冷平流對地面加壓降溫作用至關(guān)重要，渦度平流使得高空動量下傳，加大地面冷高壓強度，造成強烈的降溫，850 hPa存在強盛的冷平流，是產(chǎn)生寒潮天氣的主要原因。薄文波針對1次冷空氣過境過程，對船載風(fēng)廓線雷達探測結(jié)果與實況傳真圖進行比較分析，以期對船載風(fēng)廓線雷達使用人員有所幫助。劉鐵軍[4]等對1次強冷空氣海浪場進行數(shù)值模擬，結(jié)果表明模擬數(shù)據(jù)與觀測數(shù)據(jù)在走勢上保持一致。這些研究成果為文章研究提供了理論和參考依據(jù)。

2020年12月中旬至2021年1月上旬，江西在1個月內(nèi)連續(xù)出現(xiàn)3次寒潮天氣，歷史罕見。第1次寒潮天氣過程出現(xiàn)在2020-12-13—2020-12-15(簡稱過程Ⅰ)，持續(xù)時間較短、瞬時風(fēng)力強、伴有小雨和雨夾雪；第2次冷空氣過程出現(xiàn)在2020-12-29—2020-12-31(簡稱過程Ⅱ)，降溫幅度大、以晴冷天氣為主、持續(xù)時間較長；第3次冷空氣過程出現(xiàn)在2021-01-06—2021-01-09(簡稱過程Ⅲ)，晴冷時間更長，最低溫創(chuàng)近年新低，并伴有小雪。樂平市位于江西東北部，受到3次寒潮天氣過程不同程度的影響。

文章通過對3次寒潮天氣過程的冷鋒路徑、最高最低氣溫、樂平單站氣溫和850 hPa氣溫等對比分析，為樂平市寒潮天氣過程的預(yù)警預(yù)報提供參考依據(jù)。

1 資料來源

天氣資料來源于MICAPS系統(tǒng)平臺常規(guī)氣象觀測資料；地面資料來源于江西自動站數(shù)據(jù)平臺；逐小時地面觀測資料來源于樂平國家觀測站；數(shù)值預(yù)報產(chǎn)品來源于歐洲中心數(shù)值預(yù)報溫度產(chǎn)品。

2 寒潮劃分標準及實況對比分析

2.1 寒潮劃分標準

根據(jù)中國氣象局提出的《寒潮等級》中對單站寒潮的規(guī)定，將寒潮劃分為3個等級：

1)寒潮：使當?shù)厝兆畹?或日平均)氣溫在24 h內(nèi)降溫幅度≥8 ℃，或48 h內(nèi)降溫幅度≥10 ℃，或72 h內(nèi)降溫幅度≥12 ℃，而且使該地日最低氣溫≤4 ℃ 的冷空氣活動；

2)強寒潮：使當?shù)氐娜兆畹?或日平均)氣溫在24 h內(nèi)降溫幅度≥10 ℃，或48 h內(nèi)降溫幅度≥12 ℃，或72 h內(nèi)降溫幅度≥14 ℃，而且使該地日最低氣溫≤2 ℃的冷空氣活動；

3)特強寒潮：使當?shù)氐娜兆畹?或日平均)氣溫在24 h內(nèi)降溫幅度≥12 ℃，或48 h內(nèi)降溫幅度≥14 ℃，或72 h內(nèi)降溫幅度≥16 ℃，而且使該地日最低氣溫≤0 ℃的冷空氣活動。

2.2 實況對比分析

1)過程Ⅰ：如表1所示，區(qū)域站前期最高氣溫18.5 ℃，過程降溫8～10 ℃，其中樂平市城區(qū)13日最低氣溫9 ℃，14日降至0.9 ℃，15日降至-0.3 ℃，24 h降溫8.1 ℃，48 h降溫9.3 ℃，地面偏北風(fēng)明顯加大；國家站13日下午到晚上出現(xiàn)了16.6 m/s瞬時大風(fēng)，達到寒潮標準。14日白天出現(xiàn)雨夾雪天氣，局部地區(qū)小到中雪。但16日氣溫明顯回升，最低氣溫升至2.7 ℃。此次寒潮特點是降溫明顯、瞬時風(fēng)力強，但低溫僅降至0 ℃附近，且持續(xù)時間較短。

表1 2020年12月中旬至2021年1月上旬樂平3次寒潮天氣過程天氣要素和天氣現(xiàn)象統(tǒng)計

2)過程Ⅱ：前期最高氣溫與過程最低氣溫落差更大，12月28日樂平市區(qū)最高氣溫17.3 ℃，區(qū)域站最高氣溫20.3 ℃；1月1日樂平市區(qū)最低氣溫達-6.2 ℃，區(qū)域站最低-8.2 ℃。過程最低氣溫持續(xù)下降，48 h最大降幅僅有8.3 ℃，即從29日的2.5 ℃降至31日的-5.8 ℃，冷空氣大風(fēng)達15.5 m/s，僅達到寒潮藍色預(yù)警級別。但最低氣溫低，31日為-5.8 ℃，1月1日為-6.2 ℃，為2016年2月以來的最低氣溫。此次寒潮的特點是前后氣溫落差大，極端最低氣溫更低，且持續(xù)時間長，31日、1日、2日連續(xù)3 d樂平市區(qū)最低氣溫降至-5 ℃以下。

3)過程Ⅲ：極端最低氣溫再創(chuàng)2016年以來的新低，9日樂平城區(qū)降至-7.6 ℃。從最低氣溫的降溫幅度看，6日5.4 ℃、7日0.7 ℃、8日-5.0 ℃，48 h降溫幅度10.4 ℃，達到寒潮標準。區(qū)域站偏北風(fēng)力明顯弱于前2個過程，最大10 m/s，并伴有小雪。但前期溫度并不高，區(qū)域站1月5日最高氣溫僅11.8 ℃。此次寒潮的特點是最低氣溫超低，且持續(xù)時間長，受寒潮影響，1月8—14日連續(xù)7 d降至0 ℃以下，8-10日和12日最低氣溫降至-5 ℃以下。

3 3次寒潮天氣過程冷鋒路徑

圖1是影響樂平的3次寒潮天氣過程的冷鋒路徑中分析圖，2020-12-12T08：00(圖1a)，500 hPa高空冷渦在中國東北角形成并加深，與之伴隨的橫槽位于黑龍江至蒙古中南部，強冷空氣在槽后貝加爾湖西南方向堆積，地面冷高壓中心達1060 hPa，13日08：00，橫槽轉(zhuǎn)豎，東移南擺，引導(dǎo)地面強冷空氣大舉南下，影響中國東部大部分地區(qū)，13日20：00，安慶850 hPa氣溫降至-8 ℃，南昌降至-0.1 ℃。

2020-12-28T08：00(圖1b)，位于黑龍江東北部鄂霍茨克海附近的500 hPa高空冷渦不斷加深，冷溫中心達-45 ℃，與之伴隨的低槽很深，位于黑龍江經(jīng)蒙古中南部至河套以西，強冷空氣在槽后貝加爾湖西南方向堆積，地面冷高壓中心達1，072.5 hPa；29日08：00，低槽東移，引導(dǎo)地面強冷空氣南下；30日08：00低槽已移到渤?！L江中下游，贛北至浙北為西南偏西氣流，此時，安慶850 hPa氣溫已降至-14 ℃，南昌降至-9 ℃。30日20：00，低槽繼續(xù)東移，贛北與浙北轉(zhuǎn)為偏西風(fēng)，南昌850 hPa氣溫降至-11 ℃，達過程最低溫度。

2021-01-05T20：00(圖1c)，500 hPa高空冷渦位于黑龍江東北的鄂霍茨克海附近，冷溫中心達-45 ℃，強冷空氣在貝加爾湖西南方向堆積，500 hPa冷溫中心達-52 ℃，地面冷高壓中心達1070 hPa，與高空冷渦相伴隨的橫槽位于黑龍江西部至蒙古中部，此時蒙古以南、長江以北的大部分地區(qū)已轉(zhuǎn)為西北風(fēng)，表明前期已有冷空氣侵入。6日08：00，橫槽轉(zhuǎn)豎，引導(dǎo)貝加爾湖附近的強冷空氣南下，7日08：00，低槽移入海，8日08：00，安慶850 hPa氣溫已降至-15 ℃，南昌降至-11 ℃。

圖1 江西3次寒潮天氣過程冷鋒移動路徑中分析(a)2020年12月12-13日；(b)2020年12月28-30日；(c)2021年1月5-7日

4 3次寒潮天氣過程的氣溫變化特征

4.1 最高最低氣溫分布

2020年12月中旬至2021年1月上旬，江西出現(xiàn)3次寒潮天氣過程，樂平市受到不同程度影響。從最低氣溫降幅看，2020-12-12T08：00—2020-12-15T08：00，最低氣溫24 h最大降幅達8.1 ℃，48 h降溫9.3 ℃，達到寒潮黃色預(yù)警標準(過程Ⅰ)。2020-12-28T08：00—2021-01-01T08：00，最低氣溫48 h最大降幅8.3 ℃，僅達到寒潮藍色預(yù)警(過程Ⅱ)。2021-01-06T08：00—2021-01-09T08：00，最低氣溫48 h最大降幅為10.4 ℃，達到寒潮黃色預(yù)警(過程Ⅲ)。

3次寒潮天氣過程的最高、最低氣溫差在一定程度上能反映寒潮天氣的強弱程度。過程Ⅰ在樂平地區(qū)地面最高、最低氣溫差為16.4 ℃；過程Ⅱ最強，溫差達23.5 ℃；過程Ⅲ溫差為16.7 ℃。寒潮天氣過程中，江西省內(nèi)測站最高氣溫與最低氣溫的差距較大，婺源在過程Ⅱ觀測達25.9 ℃，為最強。

3次寒潮天氣過程的極端最低氣溫及最低氣溫的持續(xù)時間也能在一定程度上反映寒潮的劇烈程度。過程Ⅰ最低氣溫-0.3 ℃，僅12月15日的氣溫在0 ℃以下；過程Ⅱ(12月31日、1月1日、1月2日)連續(xù)3 d最低氣溫降至-5 ℃以下，最低達-6.2 ℃；過程Ⅲ有4 d最低氣溫降至-5 ℃以下，最低達-7.6 ℃，為樂平地區(qū)2016年2月以來的新低。

4.2 850 hPa與地面最低氣溫對比

過程Ⅰ，850 hPa南昌08：00與20：00的最低氣溫均出現(xiàn)在12月14日，08：00為-2 ℃，20：00為-4 ℃，地面最低氣溫-0.3 ℃，出現(xiàn)在14日凌晨。

過程Ⅱ，850 hPa南昌08：00與20：00的最低氣溫均出現(xiàn)在12月30日，08：00為-9 ℃，20：00為-11 ℃，地面最低氣溫-6.2 ℃，出現(xiàn)在12月31日凌晨。

過程Ⅲ，850 hPa南昌08：00與20：00的最低氣溫均出現(xiàn)在1月8日，08：00為-11 ℃，20：00為-9 ℃，地面最低氣溫出現(xiàn)在1月8日，為-7.6 ℃。

4.3 數(shù)值預(yù)報與實況對比

由于過程Ⅱ和過程Ⅲ的最低氣溫均降至-5 ℃以下，為2016年2月以來的最低氣溫，這種極端的低溫較為罕見。將歐洲中心數(shù)值預(yù)報的氣溫預(yù)報與實況進行對比，考察數(shù)值預(yù)報產(chǎn)品與地面實況的誤差(過程Ⅰ略)。

過程Ⅱ(2020-12-30—2021-01-02)，歐洲中心05：00氣溫的預(yù)報值與05：00樂平站實況最低氣溫對比，可以看到預(yù)報值與實況值非常接近，誤差均在-2 ℃以內(nèi)，最小誤差為0.2 ℃，出現(xiàn)在1月2日05：00，最大誤差1.4 ℃，出現(xiàn)在12月31日05：00。

過程Ⅲ(2021-01-07—2021-01-10)，將歐洲中心05：00氣溫的預(yù)報值與05：00樂平站實況最低氣溫對比，可以看到預(yù)報值與實況值大部分誤差在-2 ℃以內(nèi)，最小誤差為0.1 ℃，出現(xiàn)在1月10日05：00，最大誤差2.2 ℃，出現(xiàn)在1月9日05：00。

4.4 極端氣溫的變化曲線

3次過程中，每次過程選5 d，對02：00、08：00、14：00、19：00、20：00的國家站氣溫進行5 d平均，對比3次過程平均值的變化。

1)過程Ⅰ為2020-12-12—2020-12-16各時次的平均氣溫，其中02：00的平均氣溫為5.36 ℃，08：00為4.54 ℃，14：00為9.68 ℃，19：00為6.44 ℃，20：00為6.3 ℃；

2)過程Ⅱ為2020-12-28—2021-01-01各時次的平均氣溫，其中02：00平均氣溫為2.6 ℃，08：00為1.62 ℃，14：00為7.88 ℃，19：00為3.34 ℃，20：00為2.28 ℃；

3)過程Ⅲ為2021-01-05—2021-01-09各時次的平均氣溫，其中02：00平均氣溫為2.08 ℃，08：00為0.96 ℃，14：00為6.2 ℃，19：00為2.88 ℃，20：00為2.38 ℃。

對比3次寒潮天氣過程最低氣溫，過程Ⅲ氣溫最低。

由此可見，過程Ⅲ與過程Ⅰ的氣溫變化曲線基本平行。08：00與14：00的氣溫差為5～6 ℃，在出現(xiàn)-5 ℃以下的極端低溫過程時，08：00的平均氣溫在0 ℃附近，14：00氣溫在6～8 ℃或以下。

5 冷空氣大風(fēng)的分布

從3次寒潮天氣過程極大風(fēng)速分布來看(圖2)，影響江西的冷空氣大風(fēng)，主要從長江口灌入，沿贛江河谷自北向南移動；從彭澤、都昌至進賢一線為冷空氣極大風(fēng)速分布區(qū)，隨著大風(fēng)強度的增強，范圍向周邊擴展，在其左右分別出現(xiàn)8級大風(fēng)；而樂平與贛江之間有一定距離，受冷空氣大風(fēng)的影響較小，3次過程均未出現(xiàn)8級以上大風(fēng)，僅過程Ⅰ和過程Ⅱ達到7級大風(fēng)，過程Ⅲ最大風(fēng)速僅為10 m/s。從大風(fēng)的影響范圍與強度看，過程Ⅱ最強，都昌與進賢的最大風(fēng)速達26～28 m/s(10級)；過程Ⅰ次之，達22 m/s(9級)；過程Ⅲ最弱，僅16 m/s(7級)，未達到8級大風(fēng)標準。

圖2 3次寒潮天氣過程極大風(fēng)速分布：(a)過程Ⅰ；(b)過程Ⅱ；(c)過程Ⅲ

6 結(jié)束語

文章主要從冷鋒路徑、氣溫變化和大風(fēng)分布等方面，對2020年12月中旬至2021年1月上旬，影響樂平市的3次寒潮天氣過程進行對比分析，主要結(jié)論如下：

1)過程Ⅰ降溫明顯、瞬時風(fēng)力強，但是低溫僅降至0 ℃附近，移動速度較快且持續(xù)時間較短；過程Ⅱ前后氣溫落差大，極端最低氣溫低，連續(xù)3 d最低氣溫降至-5 ℃以下，移動稍慢；過程Ⅲ最低氣溫最低，持續(xù)時間更長，連續(xù)7 d降至0 ℃以下，但冷空氣大風(fēng)強度明顯弱于前2次過程，移動稍慢。

2)冷空氣發(fā)源地均位于貝加爾湖，冷空氣在此堆積，高空橫槽南擺、轉(zhuǎn)豎和低槽東移，引導(dǎo)強冷空氣東南下侵入江西，之后經(jīng)東南沿海等地入海。

3)過程Ⅰ和過程Ⅲ在24 h內(nèi)最低氣溫下降8 ℃或48 h內(nèi)下降10 ℃，達到黃色預(yù)警標準；而過程Ⅱ僅48 h內(nèi)最大降幅為8 ℃以下，達到藍色預(yù)警標準，過程Ⅱ達23～25 ℃，遠高于過程Ⅰ與過程Ⅲ；過程Ⅲ最強，有4 d在-5 ℃以下，過程Ⅱ有3 d，均遠強于過程Ⅰ。

4)3次過程分析表明，樂平地面最低氣溫要降至0 ℃或以下，850 hPa最低氣溫必須降至-4 ℃；地面出現(xiàn)-5 ℃或以下的極端最低氣溫，850 hPa最低氣溫要降至-11 ℃附近。

5)歐洲中心的最低氣溫預(yù)報值與實況值較為接近，基本上誤差均在±2 ℃以內(nèi)，只有過程Ⅲ的實況氣溫較預(yù)報偏低2.2 ℃，但整個下降趨勢符合寒潮氣溫下降的規(guī)律。

6)強冷空氣主要沿贛江河谷自北向南侵入江西，彭澤、都昌、進賢一線容易出現(xiàn)冷空氣大風(fēng)，而樂平受冷空氣大風(fēng)的影響相對較小。