影響延邊東部氣溫預(yù)報失誤的持續(xù)性低云過程分析

徐昌龍，馮景瑜，張瑩瑩，隋 妍

延邊朝鮮族自治州氣象局，延邊延吉 133001

長期以來，有很多有關(guān)氣溫預(yù)報的影響因素方面的研究[1-3]。例如，孫敏等通過檢驗上海地區(qū)連續(xù)兩天最高氣溫預(yù)報失敗案例，發(fā)現(xiàn)預(yù)報失誤原因主要是對天空狀況判斷失誤和對冷空氣影響時間判斷失誤[4]。

2022 年12 月22 日20:00—23 日20:00，吉林省延邊朝鮮族自治州大部分地方出現(xiàn)小雪，全州城區(qū)平均降水量為2.8 mm，其中和龍、龍井出現(xiàn)中雪，為4.0 mm。本次降雪在12月23日18:00已完全結(jié)束，但延邊東部(延吉、圖們、琿春)氣溫反而逐漸升高，且23日夜間(23日20:00—24日08:00)延吉站氣溫仍繼續(xù)升高，圖們、琿春站氣溫也僅在24日05:00之后有小幅下降，導(dǎo)致3個站最低氣溫均出現(xiàn)在12月23日20:00，分別為-15.5、-14.0和-12.0 ℃。試圖找出影響延邊東部氣溫預(yù)報失誤的原因，為今后類似預(yù)報過程積累經(jīng)驗。

1 低云天氣過程預(yù)報檢驗及方法

針對本次過程，延邊州氣象臺12月23日14:00預(yù)報延吉、圖們、琿春23日夜間為多云間晴，預(yù)報最低氣溫分別為-18 ℃、-17 ℃和-16 ℃。相較于實況，天空狀況和氣溫的預(yù)報均出現(xiàn)了較大的偏差。

從天空狀況看，23日20:00(圖1a)低云量在八至十成，24日00:00后(圖1b)低云量開始減少，但也基本在四至八成，天空狀況為陰轉(zhuǎn)多云。從最低氣溫來看，延吉、圖們、琿春預(yù)報偏差分別為-2.5、-3.0和-4.0 ℃(圖1c)，可見本次過程對延邊東部夜間低溫預(yù)報明顯偏低。

通常天氣學(xué)尺度條件下，某一地方溫度變化，主要取決于溫度平流、垂直運(yùn)動及非絕熱因子引起的溫度變化[5]，即：

因此，可以利用常規(guī)觀測資料、ECMWF逐1 h再分析資料(水平分辨率為0.25°×0.25°)，從冷暖平流、天空狀況和地面風(fēng)速等方面分析延邊東部持續(xù)性低云過程。

2 環(huán)流形勢分析

500 hPa上，12月20日20:00極渦分裂，在貝加爾湖附近形成一強(qiáng)度為500 dagpm的冷渦，21日20:00冷渦南落至吉林省西部，此時貝加爾湖附近形成一高壓脊，但冷空氣強(qiáng)度較弱，日本附近仍有一高壓脊，因此形成了“正-負(fù)-正”的環(huán)流形式。12月23日08:00，冷渦中心移至日本海，中心強(qiáng)度仍然保持500 dagpm。12月23日20:00，冷渦完全移出，且強(qiáng)度變至504 dagpm。

700 hPa上，12月22日08:00切變位于延邊西部，之后形成低渦沿中朝邊境自西向東移動。12月22日20:00，低渦中心移至日本海附近，延邊地區(qū)為偏北風(fēng)或東北風(fēng)，隨著低渦移動，橫槽下擺，東北急流為延邊地區(qū)輸送水汽和能量，但直至降水結(jié)束，12月23日下午至夜間延邊地區(qū)始終為東北風(fēng)，至24日白天風(fēng)向才轉(zhuǎn)為西北風(fēng)。

850 hPa上，12月22日白天朝鮮半島北部為弱切變，且切變逐漸向東移動，延邊地區(qū)為西北風(fēng)。12月22日19:00，切變已在日本海附近加強(qiáng)成低渦，延邊地區(qū)轉(zhuǎn)為西北氣流，但風(fēng)速增強(qiáng)至16 m/s以上。隨著低渦向北移動，有冷空氣不斷卷入，12月23日11:00前后在延邊地區(qū)出現(xiàn)西北風(fēng)與偏北風(fēng)或東北風(fēng)的輻合，14:00后隨著低渦繼續(xù)東移減弱，延邊地區(qū)轉(zhuǎn)為偏北風(fēng)，且直至12月24日白天偏北風(fēng)減弱并逐漸轉(zhuǎn)為西北氣流。

可見，本次過程中，冷空氣和風(fēng)速輻合提供了動力抬升作用，配合中低層?xùn)|北急流輸送的水汽和能量，由此出現(xiàn)小雪和中雪。而在降水結(jié)束后，雖然12月23日20:00，500 hPa冷渦已完全移出，但中低層仍然為東北風(fēng)或北風(fēng)，并沒有西北干冷空氣注入，導(dǎo)致中低層濕度較大，天空狀況仍為陰或多云，不利于夜間地表長波輻射降溫。

3 低云的形成及維持

降水結(jié)束后，延邊由于長時間受低云影響，預(yù)報與實況相差較大，且持續(xù)性低云是夜間氣溫幾乎不變的重要原因，因此分析低云的形成原因至關(guān)重要。

3.1 水汽條件

沿42.9°N做相對濕度的剖面，發(fā)現(xiàn)12月23日16:00后濕層明顯變薄，相對濕度減小，但在800～900 hPa之間始終存在一個相對濕度達(dá)80%以上的區(qū)域，最大達(dá)90%以上。20:00(圖2a)后，中低層濕層大值區(qū)繼續(xù)變薄，但始終存在。此外，延邊東部850 hPa(圖2b)和925 hPa存在弱的水汽輻合，說明低層有水汽匯集，具備成云的水汽條件。

12月23日15:00，延吉地區(qū)降水結(jié)束后，露點溫度從15:00的-18.7 ℃下降至18:00的-21.8 ℃，之后露點溫度保持不變或上升狀態(tài)(圖2c)，說明15:00—18:00僅有短暫弱冷空氣影響使延吉絕對濕度下降，但由于近地面為西南風(fēng)，導(dǎo)致露點溫度開始升高，絕對水汽含量增大。且由于降水后冷空氣強(qiáng)度較弱，近地面水汽幾乎沒有被清除，是形成低云的有利背景和重要原因。

3.2 動力條件

沿42.9°N做垂直速度的剖面，發(fā)現(xiàn)降水結(jié)束后(圖2a)，在延吉附近800～900 hPa濕層附近仍然保持有弱的上升運(yùn)動，上升運(yùn)動強(qiáng)度不足0.5 Pa/s。低云過程期間，弱上升氣流能夠?qū)窨諝鈳У娇罩校街谀Y(jié)核上形成云滴，并受到持續(xù)弱上升氣流的影響，飄浮在低空而維持低云。

3.3 層結(jié)條件

利用延吉探空資料分析大氣垂直結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)12月23日08:00，溫度廓線和露點廓線幾乎完全重合，此時降雪沒有結(jié)束，整層飽和程度高，但750～850 hPa逆溫層已經(jīng)形成，且逆溫強(qiáng)度達(dá)到10.5 ℃。至12月23日20:00，750 hPa以上溫度廓線和露點廓線出現(xiàn)開口，說明高空有干冷廓線下沉，逆溫層強(qiáng)度減為3.7 ℃，但由于高空冷空氣較弱，且低層有暖平流，導(dǎo)致逆溫層難以被突破，且在夜間逆溫層進(jìn)一步增強(qiáng)。至12月24日08:00，逆溫層強(qiáng)度達(dá)到7.8 ℃，導(dǎo)致靜穩(wěn)形勢長時間維持。若冷空氣強(qiáng)一些，下沉氣流也許會沖破逆溫層，那么延吉附近將會是晴朗的天氣。

4 溫度平流

從700 hPa溫度場看，12月24日00:00之前，延邊地區(qū)溫度分布較均勻，12月24日00:00后，有-10 ℃的暖中心自西向東移入，05:00后暖中心移出，配合偏北風(fēng)，將北方冷空氣帶入。850 hPa溫度場上，12月23日16:00前后，長白山附近為一個冷中心，延邊地區(qū)位于冷中心東北部，且為北風(fēng)或東北風(fēng)影響，導(dǎo)致有暖平流輸入，并持續(xù)到12月24日00:00，之后從溫度場上看不出有明顯的平流輸入。

通過計算溫度平流發(fā)現(xiàn)，850 hPa，12月23日下午延邊中西部為強(qiáng)暖平流控制，20:00后，暖平流減弱，但直至12月24日白天，延吉附近始終為暖平流，從925 hPa上發(fā)現(xiàn)，12月23日18:00之后，延吉處有弱的暖平流出現(xiàn)，強(qiáng)度較弱，22:00后暖平流減弱，12月24日02:00之后逐漸轉(zhuǎn)為弱的冷平流。值得注意的是，無論在850 hPa、還是925 hPa，圖們、琿春始終為冷平流。

總之，本次過程雖然有冷空氣南下，但冷平流較弱，且在中低層延吉始終為暖平流控制，12月23日夜間暖平流逐漸減弱，圖們、琿春始終為冷平流，持續(xù)性低云和地面風(fēng)對夜間氣溫幾乎沒有下降起到了關(guān)鍵性作用。

5 低層風(fēng)及地形

分析逐小時極大風(fēng)變化發(fā)現(xiàn)，無論是降雪期間還是降雪結(jié)束，延吉、琿春平均風(fēng)速均達(dá)5～6級，極大風(fēng)速達(dá)到7～8級，圖們風(fēng)速略小，但小時極大風(fēng)速也達(dá)5～6級。湍流交換強(qiáng)度很大程度上取決于風(fēng)速的大小，夜間地面輻射冷卻，經(jīng)常有輻射降溫，湍流將熱量向下傳遞，當(dāng)風(fēng)速較大時，向下的通量也大，使得最低氣溫不致太低?？梢娧舆厲|部地面風(fēng)速較大，可以加速低云消散，也是氣溫幾乎沒有下降的重要原因。

延邊地區(qū)地勢西高東低，自西南、西北、東北三面向東南傾斜。由于地形作用，配合雪后偏西風(fēng)或西北風(fēng)，導(dǎo)致空氣沿山地下沉，下沉增溫作用有利于延邊東部氣溫升高，而濕空氣抬升達(dá)到飽和形成云，也易使云體穩(wěn)定維持在山前，地形作用也導(dǎo)致延邊東部風(fēng)力更大。

6 北半球大尺度環(huán)流背景

從2022年12月500 hPa平均高度場及距平場(圖3a)及500 hPa溫度距平場(圖3b)可知，中高緯環(huán)流形勢上，烏拉爾山地區(qū)高度場及溫度場均為正異常，烏拉爾山地區(qū)高度場正異常不顯著。歐亞中高緯整體以經(jīng)向型環(huán)流為主，有利于冷空氣由中路影響我國東北地區(qū)。高度場和溫度場上，東北地區(qū)整體處于負(fù)距平控制下。

圖3 2022年12月500 hPa平均高度場及距平場(a)、500 hPa溫度距平場(b)、500 hPa緯向風(fēng)速及距平場(c)和850 hPa緯向風(fēng)距平和經(jīng)向風(fēng)距平(d)

從12月500 hPa緯向風(fēng)速大小及距平場(圖3c)可知，歐亞大陸中高緯度地區(qū)均為偏西風(fēng)控制，延邊地區(qū)西風(fēng)強(qiáng)度在15 m/s左右，處于負(fù)距平區(qū)邊緣，緯向風(fēng)偏弱，不利于偏西冷空氣南下到達(dá)延邊，因此冷空氣活動較弱。從850 hPa低層風(fēng)場距平(圖3d)可知，延邊地區(qū)為弱的南風(fēng)異常和弱西風(fēng)異常，有利于延邊暖濕氣流的輸入，為低云生成提供了良好條件。

7 結(jié)論

(1)冷空氣和風(fēng)速輻合為本次降雪過程提供了動力抬升作用，配合中低層?xùn)|北急流輸送的水汽和能量，使得延邊東部出現(xiàn)了小雪和中雪。12月23日20:00降水結(jié)束后，雖然500 hPa冷渦已完全移出，但中低層仍為東北風(fēng)或北風(fēng)，并沒有西北干冷空氣注入，導(dǎo)致中低層濕度較大，天空狀況仍為陰或多云，不利于夜間地表長波輻射降溫。

(2)中低層濕層配合弱的水汽輻合，以及露點溫度小幅下降，說明降水過后無明顯冷空氣影響，近地面濕度未得到有效清除。弱上升氣流能將濕空氣帶到空中，附著在凝結(jié)核上形成云滴，持續(xù)的弱上升氣流使得云滴飄浮在低空而使低云維持。高空冷空氣較弱，且低層有暖平流，導(dǎo)致逆溫層難以被突破，且在夜間逆溫層進(jìn)一步增強(qiáng)，靜穩(wěn)形勢長時間維持。在近地面濕度未得到有效清除的背景下，配合弱上升運(yùn)動、穩(wěn)定大氣層結(jié)，使得低云得以維持。

(3)本次持續(xù)性低云過程雖然有冷空氣南下，但冷平流較弱，且在中低層延吉始終為暖平流控制，12月23日夜間暖平流逐漸減弱，持續(xù)性低云和地面風(fēng)對夜間氣溫幾乎沒有下降起到關(guān)鍵性作用。

(4)延邊東部地面風(fēng)速較大，可以加速低云消散，氣溫也幾乎沒有下降。在地形因素作用下，下沉增溫有利于延邊東部氣溫升高，濕空氣抬升達(dá)到飽和形成云，利于云體穩(wěn)定維持在山前，同時也導(dǎo)致延邊東部風(fēng)力增大，使氣溫不易下降。