2021 年12 月25—27 日廣西寒潮天氣過程分析

董雪晗，農(nóng)孟松

（廣西壯族自治區(qū)氣象臺(tái)，南寧 530022）

引言

寒潮是冬季影響廣西的主要災(zāi)害性天氣之一。寒潮發(fā)生時(shí)，會(huì)產(chǎn)生劇烈的降溫和大風(fēng)，同時(shí)還伴有雨雪、冰凍等災(zāi)害性天氣，給人民的生命財(cái)產(chǎn)安全帶來威脅。近年來許多學(xué)者對(duì)寒潮的成因以及特點(diǎn)進(jìn)行了研究［1-12］，其中韋春霞［13］研究表明低緯環(huán)流形勢(shì)、高壓脊位置、冷空氣強(qiáng)度及其影響路徑、降水強(qiáng)度等差異是影響寒潮強(qiáng)度的主要因素；高安寧等［14］研究表明大范圍凍雨的形成與850hPa 0℃線密切相關(guān)。2021 年12 月25—27 日，受強(qiáng)冷空氣影響廣西出現(xiàn)了一次寒潮天氣過程，全區(qū)共76 站出現(xiàn)寒潮（總共91 個(gè)站點(diǎn)）。這次寒潮天氣過程具有降溫幅度大、影響范圍廣、平均氣溫低等特點(diǎn)。利用常規(guī)氣象觀測(cè)資料及ECMWF 預(yù)報(bào)資料，對(duì)這次寒潮天氣過程進(jìn)行了分析和總結(jié)，為今后的預(yù)報(bào)提供參考依據(jù)。

1 寒潮天氣概況

根據(jù)廣西地面氣象觀測(cè)站資料統(tǒng)計(jì)，此次寒潮過程大部地區(qū)氣溫下降幅度為10～12℃，局部降溫幅度達(dá)14℃以上，有8 市26 縣（市、區(qū)）的168 個(gè)氣象站氣溫低于0℃，過程最低日平均氣溫-1.4～11.0℃，其中27 日全區(qū)有40 個(gè)站的日平均氣溫在5.0℃以下，過程各地日最低氣溫-2.0～9.2℃，極端最低氣溫出現(xiàn)在全州縣才灣鎮(zhèn)（-8.1℃）；桂林、賀州、南寧、欽州、防城港、北海等6 市12 縣（市、區(qū)）22 個(gè)氣象站出現(xiàn)8～9 級(jí)的偏北大風(fēng)，最大為欽州市欽南區(qū)犀牛腳鎮(zhèn)24.4m·s-1（9 級(jí)）。

根據(jù)廣西寒潮標(biāo)準(zhǔn)：由于冷空氣入侵，致使當(dāng)?shù)厝掌骄鶜鉁卦?8h 內(nèi)急劇降溫8℃或以上，同時(shí)最低日平均氣溫降至7℃（桂北）、8℃（桂南）或以下時(shí)，稱為寒潮。全區(qū)共出現(xiàn)寒潮76 站（全區(qū)共有91 個(gè)站點(diǎn)），其中桂北、桂南均為38 站，本次過程屬于全區(qū)性寒潮。寒潮致使桂林、柳州、賀州、河池、南寧、百色、來賓等7 市23 縣（市、區(qū)）出現(xiàn)雪或雨夾雪、霧淞、凍雨、冰凍等災(zāi)害天氣。

2 寒潮天氣演變特點(diǎn)

2.1 環(huán)流形勢(shì)和主要天氣系統(tǒng)發(fā)展演變

23 日20 時(shí)，500hPa 中高緯呈兩槽一脊型，烏拉爾山高壓發(fā)展，貝加爾湖低壓后部強(qiáng)偏北氣流引導(dǎo)低層冷空氣向南爆發(fā)，冷渦中心強(qiáng)度達(dá)－48℃、1060hPa，寒潮天氣開始影響華北地區(qū)。此時(shí)廣西500hPa 受南支槽前西南氣流影響，850hPa 西南暖濕氣流發(fā)展，地面受暖低壓控制為偏南風(fēng)，鋒前氣溫回升明顯，有利于能量積累。冷空氣以擴(kuò)散方式南下，24 日20 時(shí)500hPa 東北地區(qū)大槽引導(dǎo)高原波動(dòng)槽東移，配合850hPa 弱切變及地面強(qiáng)冷鋒南下影響桂北。25 日橫槽轉(zhuǎn)豎強(qiáng)冷空氣迅速補(bǔ)充南下，強(qiáng)溫度鋒區(qū)及氣壓梯度大值區(qū)南移，帶來更大強(qiáng)度、更大范圍的降溫大風(fēng)天氣。

各層0℃線25 日08 時(shí)左右南壓進(jìn)入廣西，地面0℃線到達(dá)資源，20 時(shí)進(jìn)入桂林北部。26 日20 時(shí)至27 日08 時(shí)－2℃線達(dá)到桂林站，同時(shí)南支槽東移使得低層切變線在桂北徘徊，26 日20 時(shí)探空?qǐng)D顯示桂林上空有較明顯逆溫層，且850hPa 以下氣溫均小于0℃，有利于雪、雨夾雪等固態(tài)降水出現(xiàn)。27 日20 時(shí)廣西地面轉(zhuǎn)受冷高壓脊控制，850hPa 切變線北抬至黔桂交界處，各層0℃線向北移出廣西，廣西開始緩慢升溫，寒潮過程趨于結(jié)束。

2.2 降溫精細(xì)化實(shí)況演變特征

冷空氣從東路進(jìn)入廣西，降溫從桂東北開始，25日桂北最高氣溫下降6～10℃，局部11℃以上，之后隨著冷空氣向南滲透和穩(wěn)定維持，26 日、27 日氣溫持續(xù)下降，26 日大部地區(qū)最高氣溫、最低氣溫、日平均氣溫下降4℃以上，此過程共有76 個(gè)站達(dá)到寒潮標(biāo)準(zhǔn)，27 日降溫主要出現(xiàn)在桂南，部分地區(qū)最高氣溫降幅達(dá)8℃以上。

選取桂林資源站（站號(hào)57859）為例討論逐時(shí)氣溫變化。23 日受偏南暖濕氣流影響升溫明顯，之后隨著冷空氣南下24 日夜間開始?xì)鉁爻掷m(xù)下降，在26 日14 時(shí)降至0℃以下，24 日至27 日降溫幅度達(dá)13.2℃，27 日07 時(shí)后氣溫緩慢回升。23 日資源最高氣溫（19.8℃）出現(xiàn)在16 時(shí)；24 日最高氣溫（10.8℃）出現(xiàn)在當(dāng)天第一個(gè)時(shí)次，16 時(shí)氣溫較前一天下降8.6℃；25 日氣溫持續(xù)下降，24h 氣溫降幅達(dá)5.7℃，最低氣溫（4.4℃）出現(xiàn)在20 時(shí)；26 日氣溫持續(xù)下降，24h 氣溫降幅達(dá)5.5℃，14 時(shí)氣溫突破0℃，最低氣溫（－1.1℃）出現(xiàn)在20 時(shí)；27 日逐時(shí)氣溫均低于0℃，最低氣溫（－2℃）出現(xiàn)在06 時(shí)、07 時(shí)，白天氣溫開始回升；28 日氣溫繼續(xù)回升，最高氣溫（2.5℃）出現(xiàn)在16時(shí)、17 時(shí)，升溫幅度達(dá)3.5℃。

3 寒潮預(yù)報(bào)檢驗(yàn)

3.1 環(huán)流形勢(shì)預(yù)報(bào)檢驗(yàn)

本文檢驗(yàn)全球尺度模式ECMWF 各層形勢(shì)預(yù)報(bào)。500hPa 各時(shí)次預(yù)報(bào)華北槽較為穩(wěn)定準(zhǔn)確，預(yù)報(bào)南支槽移速偏慢。24 日20 時(shí)華北槽線較實(shí)況偏北，南支槽位置偏西，整體略微滯后于實(shí)況；模式預(yù)報(bào)25 日20 時(shí)華北槽較準(zhǔn)確，南支槽略偏西；模式預(yù)報(bào)26 日20 時(shí)南支槽偏西；模式預(yù)報(bào)27 日20 時(shí)較準(zhǔn)確。850hPa 各時(shí)次預(yù)報(bào)較為穩(wěn)定準(zhǔn)確，0℃線位置略偏南，各時(shí)次調(diào)整逐漸接近實(shí)況。模式預(yù)報(bào)24 日20時(shí)冷中心位于東北地區(qū)，冷中心強(qiáng)度準(zhǔn)確為－32℃，0℃線較實(shí)況偏南；25 日20 時(shí)冷中心強(qiáng)度較實(shí)況偏弱4℃，0℃線偏南；26 日20 時(shí)冷中心強(qiáng)度準(zhǔn)確，0℃線進(jìn)入廣西，較實(shí)況偏北，不利于降水相態(tài)范圍的預(yù)報(bào)；27 日20 時(shí)冷中心強(qiáng)度準(zhǔn)確，0℃線位于桂北邊緣，模式預(yù)報(bào)0℃線略偏南，北抬略快。對(duì)比海平面氣壓及2m 氣溫可知，24 日20 時(shí)1020hPa 線位于桂北，較實(shí)況偏北；25 日20 時(shí)1020hPa 線移至廣西南部海面，廣西南北氣壓差為10hPa，模式預(yù)報(bào)較為準(zhǔn)確；26 日20 時(shí)1020hPa 線繼續(xù)南移，廣西南北氣壓差為10hPa，桂北等壓線密集，模式預(yù)報(bào)較為準(zhǔn)確；27 日20 時(shí)廣西南北氣壓差為12.5hPa，等壓線密集區(qū)覆蓋廣西，此時(shí)0℃線已到達(dá)桂東北，模式預(yù)報(bào)較實(shí)況偏北；28 日20 時(shí)廣西為高壓脊控制，氣壓梯度減小，此時(shí)0℃線位于桂北邊緣，模式預(yù)報(bào)較實(shí)況偏北。

3.2 大風(fēng)降溫預(yù)報(bào)檢驗(yàn)

以桂林站為例，檢驗(yàn)數(shù)值模式大風(fēng)降溫預(yù)報(bào)，實(shí)況2m 風(fēng)最大為4m·s-1，預(yù)報(bào)偏大為6m·s-1；實(shí)況25—27 日降溫幅度為13.2℃，預(yù)報(bào)偏小為11℃；實(shí)況最低氣溫出現(xiàn)在27 日05 時(shí)，27 日08 時(shí)略有升溫，預(yù)報(bào)27 日05 時(shí)至08 時(shí)溫度略有下降，最低氣溫出現(xiàn)在08 時(shí)?？傮w上看，模式預(yù)報(bào)較實(shí)況相比冷空氣風(fēng)速偏大2m·s-1，降溫幅度偏小2.2℃。

3.3 預(yù)報(bào)極端性檢驗(yàn)

實(shí)況12 月26—27 日全區(qū)除百色外各地市平均氣溫低于歷史同期7.3℃以上，其中柳州市偏低10.95℃以上（表1），低溫天氣較為極端。

表1 2021 年12 月26—27 日平均氣溫與歷年同期對(duì)比

2002 年12 月25 日前后也發(fā)生了一次寒潮天氣過程，廣西有85 站達(dá)到寒潮標(biāo)準(zhǔn)，共42 個(gè)縣市出現(xiàn)降雪天氣，29 個(gè)縣市出現(xiàn)冰凍，15 個(gè)縣市出現(xiàn)雨凇。表2、表3 為兩次過程溫度預(yù)報(bào)場(chǎng)指標(biāo)對(duì)比，2021 年過程與2002 年相比鋒區(qū)強(qiáng)度相似，但850hPa 恩施、漢口溫度更高，因此過程偏弱，寒潮站數(shù)少7 站，固態(tài)降水站數(shù)也偏少。

表2 數(shù)值預(yù)報(bào)2021 年12 月24—26 日各時(shí)次850hPa 溫度

表3 數(shù)值預(yù)報(bào)2002 年12 月24—26 日各時(shí)次850hPa 溫度

4 可預(yù)報(bào)性及預(yù)報(bào)偏差原因分析

由模式檢驗(yàn)可知，EC 模式能較好地提前預(yù)報(bào)出此次寒潮過程的影響系統(tǒng)、強(qiáng)度、影響時(shí)間及地區(qū)，模式預(yù)報(bào)24—26 日全區(qū)共有38 站達(dá)到寒潮標(biāo)準(zhǔn)，大部分站點(diǎn)分布在桂北、桂中，25—27 日全區(qū)共有37 站達(dá)到寒潮標(biāo)準(zhǔn)，大部分站點(diǎn)分布在桂南、桂中，較為準(zhǔn)確地預(yù)報(bào)了此次寒潮過程。數(shù)值預(yù)報(bào)的降水相態(tài)預(yù)報(bào)較準(zhǔn)確地預(yù)報(bào)了桂北部分地區(qū)及高寒山區(qū)的固態(tài)降水，為此次過程提供了較穩(wěn)定且正確的預(yù)報(bào)產(chǎn)品，為寒潮過程中降溫、大風(fēng)、降水相態(tài)等要素的預(yù)報(bào)提供了重要的技術(shù)支撐。

此次過程中數(shù)值產(chǎn)品存在著預(yù)報(bào)風(fēng)速略偏大、降溫略偏小的情況。前期在南支槽和低層偏南氣流的影響下全區(qū)升溫明顯，貝湖橫槽轉(zhuǎn)豎引導(dǎo)冷空氣南下爆發(fā)后，500hPa 南支槽多次波動(dòng)?xùn)|移，低層鋒區(qū)維持在黔桂交界處，冷平流使得全區(qū)大范圍出現(xiàn)了降溫天氣，隨著氣壓梯度大值區(qū)不斷南移入海，湘桂鐵路沿線及沿海地區(qū)出現(xiàn)了大風(fēng)天氣。從形勢(shì)演變來看，預(yù)報(bào)的系統(tǒng)移速略偏快、偏弱是預(yù)報(bào)偏差出現(xiàn)的主要原因，冷空氣擴(kuò)散偏慢使得實(shí)況風(fēng)速更小一些，冷空氣偏強(qiáng)使得降溫更大一些，但由于預(yù)報(bào)偏差不大且各時(shí)次調(diào)整逐漸接近實(shí)況，使得最終預(yù)報(bào)效果偏差不大。

5 結(jié)論與討論

（1）受強(qiáng)冷空氣影響，12 月25—27 日廣西出現(xiàn)了全區(qū)性寒潮天氣過程，此次過程具有降溫幅度大、范圍廣、氣溫低等特點(diǎn)，全區(qū)91 個(gè)國(guó)家站點(diǎn)中76 個(gè)出現(xiàn)寒潮，7 市23 縣出現(xiàn)雪或雨夾雪、霧淞、凍雨、冰凍等災(zāi)害天氣。

（2）前期在南支槽和低層偏南氣流的影響下廣西升溫明顯，貝湖橫槽轉(zhuǎn)豎引導(dǎo)冷空氣南下爆發(fā)后，500hPa 南支槽多次波動(dòng)?xùn)|移，低層鋒區(qū)在黔桂交界處擺動(dòng)，隨著氣壓梯度大值區(qū)不斷南移，全區(qū)大范圍出現(xiàn)了降溫、大風(fēng)天氣。

（3）數(shù)值模式準(zhǔn)確地預(yù)報(bào)了此次過程的極端性。模式預(yù)報(bào)的系統(tǒng)移速略偏快、偏弱是預(yù)報(bào)偏差出現(xiàn)的主要原因，但由于預(yù)報(bào)偏差不大且各時(shí)次調(diào)整逐漸接近實(shí)況，最終預(yù)報(bào)效果偏差不大。

（4）此次預(yù)報(bào)著眼點(diǎn)在于冷空氣強(qiáng)度和影響時(shí)間的把握，冷空氣強(qiáng)度和移速快慢關(guān)系著降溫幅度、降水相態(tài)、氣溫回升時(shí)間等要素的預(yù)報(bào)，需根據(jù)數(shù)值預(yù)報(bào)的調(diào)整及時(shí)跟進(jìn)和調(diào)整預(yù)報(bào)，以免漏報(bào)錯(cuò)報(bào)。