賀州市一次低溫雨雪冰凍天氣成因及預(yù)報(bào)效果分析

歐陽家萌，韋小雪，廖志朗，黃遠(yuǎn)盼

（賀州市氣象局，廣西 賀州 542899）

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，低溫雨雪冰凍災(zāi)害對社會(huì)各行業(yè)發(fā)展影響增加，大范圍的低溫雨雪冰凍天氣會(huì)給電力、交通等行業(yè)帶來較為嚴(yán)重的損失［1-3］。自2008 年南方低溫雨雪冰凍災(zāi)害發(fā)生后，各行業(yè)各部門對冬季低溫雨雪冰凍天氣較為關(guān)注，國內(nèi)氣象學(xué)者對此進(jìn)行多方面的研究與分析。孫曉娟等［4］研究發(fā)現(xiàn)我國南方年冰凍指數(shù)近年來存在減弱趨勢，但仍存在強(qiáng)的持續(xù)性冰凍雨雪事件發(fā)生；陸虹等［5］研究得出華南地區(qū)低溫雨雪事件主要發(fā)生在23°N 以北地區(qū)，事件高頻區(qū)主要集中在廣東西北部和廣西東北部，而單站和區(qū)域持續(xù)性低溫雨雪事件主要發(fā)生在1 月和2 月；唐熠等［6］研究結(jié)果表明廣西低溫雨雪冰凍的影響主要在24.5°N 以北區(qū)域，最嚴(yán)重的是桂東北區(qū)域，危險(xiǎn)區(qū)等級(jí)由東北向西南呈遞減趨勢；王艷蘭等［7］研究發(fā)現(xiàn)廣西低溫過程中的兩槽一脊型環(huán)流形勢導(dǎo)致的低溫過程持續(xù)時(shí)間小于等于6 d，低溫?cái)_動(dòng)路徑為東路，造成短過程。

2022 年1 月28 日至2 月25 日，廣西出現(xiàn)大范圍低溫雨雪冰凍天氣過程，對全區(qū)交通、電力、農(nóng)林漁牧業(yè)造成嚴(yán)重影響［8］。2022 年2 月，有3 次強(qiáng)冷空氣影響賀州市，氣溫偏低，降雨偏多，平均氣溫和降雨量接近歷史同期極值，其中2 月19—23 日大范圍低溫雨雪冰凍過程為2009 年以來影響賀州市最強(qiáng)的過程，大部分地區(qū)出現(xiàn)大風(fēng)和強(qiáng)降雨，過程最低氣溫低，雨雪冰凍范圍廣。通過分析此次過程的氣候背景、環(huán)流形勢特點(diǎn)和數(shù)值模式預(yù)報(bào)效果，以期為做好低溫雨雪冰凍天氣預(yù)報(bào)預(yù)警服務(wù)提供參考思路。

1 資料與方法

采用2022 年2 月19—23 日賀州市地面自動(dòng)氣象觀測站資料、高空及地面常規(guī)氣象觀測資料、EC細(xì)網(wǎng)格和CMA-GFS 數(shù)值模式預(yù)報(bào)產(chǎn)品。運(yùn)用天氣學(xué)原理和方法對賀州市此次低溫雨雪冰凍天氣成因及預(yù)報(bào)誤差原因進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 低溫雨雪冰凍天氣過程特點(diǎn)分析

2022 年2 月19—23 日，受南支槽、低空切變線和強(qiáng)冷空氣共同影響，賀州市日平均氣溫比2 月17日大部下降6～8 ℃，全市大部出現(xiàn)大到暴雨，局部大暴雨，大暴雨以上落區(qū)主要位于賀州市八步區(qū)、平桂區(qū)中南部，最大降雨出現(xiàn)在八步區(qū)蓮塘鎮(zhèn)，為138.9 mm。冷空氣過境時(shí)，富川縣、鐘山縣、八步區(qū)、平桂區(qū)局部出現(xiàn)7～9 級(jí)偏北大風(fēng)，其中平桂區(qū)望高鎮(zhèn)在19日06 時(shí)出現(xiàn)21.1 m·s-1偏北陣風(fēng)。此次過程賀州市平均氣溫為4.2 ℃，與歷年同期相比偏低8 ℃，居1991 年以來同期第二低，僅次于1996 年；平均降雨量81.2 mm，較常年同期偏多5 倍，居1991 年以來同期第一位。

受此次強(qiáng)冷空氣過程影響，賀州市過程最低氣溫普遍偏低，大部地區(qū)最低氣溫為1～4 ℃，高寒山區(qū)最低氣溫為-3～1 ℃。賀州市雨雪冰凍范圍較廣，三縣兩區(qū)高寒山區(qū)均出現(xiàn)雨凇、冰凍和道路結(jié)冰；其中平桂區(qū)姑婆山、富川縣朝東、麥嶺及鐘山縣紅花等多地出現(xiàn)雨夾雪，雨雪冰凍天氣較常年同期偏多。

2.2 2 月氣候背景分析

根據(jù)國家氣候中心海溫監(jiān)測顯示，2021／2022年一次弱的“拉尼娜”事件已正式形成。受“拉尼娜”事件影響，西太平洋海溫升高，高低緯度之間的氣壓場梯度增強(qiáng)，經(jīng)向環(huán)流增強(qiáng)，導(dǎo)致冷空氣南下影響頻繁，強(qiáng)度偏強(qiáng)。對2022 年2 月天氣形勢進(jìn)行分析，500 hPa 中高緯地區(qū)多為兩槽一脊形勢，烏拉爾山附近低槽較深，有利于冷空氣堆積；極渦位置偏南，不斷分裂低渦南下影響；500 hPa 高空出現(xiàn)多個(gè)-44 ℃冷中心，冷空氣強(qiáng)盛。強(qiáng)冷空氣多在烏拉爾山附近堆積，地面冷高壓中心強(qiáng)度最強(qiáng)時(shí)超過1 060 hPa。當(dāng)烏拉爾山橫槽轉(zhuǎn)豎，受槽后西北氣流引導(dǎo)，地面冷空氣南下影響廣西。

2.3 環(huán)流形勢特點(diǎn)分析

2 月18 日20 時(shí)500 hPa 亞洲中高緯地區(qū)為兩槽一脊環(huán)流形勢，巴爾喀什湖以北上空有一阻塞高壓，中心達(dá)556 dagpm，我國東北地區(qū)上空有一高空槽，在亞洲中高緯地區(qū)形成L 型環(huán)流，有利于冷空氣向中緯度地區(qū)輸送，且500 hPa 冷中心強(qiáng)度為-44 ℃。2月19 日起高空槽緩慢東移，強(qiáng)度偏強(qiáng)，位置偏南，加上阻塞高壓維持，有利于槽后脊前的西北氣流引導(dǎo)冷空氣南下影響廣西；孟加拉灣上空南支槽較深，槽前西南氣流把低緯暖濕空氣向廣西上空輸送，有利于降雨的持續(xù)。2 月20 日08 時(shí)南支槽緩慢東移，進(jìn)一步加強(qiáng)廣西的輻合上升運(yùn)動(dòng)，從而導(dǎo)致雨量的進(jìn)一步增大。賀州市受槽前西南氣流影響，正渦度平流明顯，上升運(yùn)動(dòng)增強(qiáng)，為此次過程提供動(dòng)力條件。

在850 hPa，2 月18 日20 時(shí)切變線位于廣西北部，隨后切變線逐漸南壓進(jìn)入賀州市北部，低層輻合抬升條件良好，上升運(yùn)動(dòng)較強(qiáng)，切變線南側(cè)有偏南氣流維持，持續(xù)向廣西低層輸送充足的水汽和不穩(wěn)定能量，水汽在切變線附近輻合上升，導(dǎo)致賀州市出現(xiàn)大范圍明顯降雨天氣。從850 hPa 溫度場可以看到，在江南至華南一帶上空鋒區(qū)強(qiáng)度較強(qiáng)，沿110°E，在20°～30°N 的10 個(gè)緯距內(nèi)，南北溫度差達(dá)20 ℃，達(dá)到廣西寒潮爆發(fā)時(shí)平均鋒區(qū)強(qiáng)度20 ℃的臨界值，長江中游上空的溫度下降到-4～-8 ℃，冷空氣強(qiáng)盛，為此次過程提供較好的熱力和動(dòng)力條件。850 hPa 上0℃線一般預(yù)示著廣西雪線的位置，2 月18 日20 時(shí)850 hPa 上0 ℃線位于廣西北部，隨后逐漸南壓，19日08 時(shí)850 hPa 上0 ℃線進(jìn)入賀州市北部，20 日08 時(shí)850 hPa 上0 ℃線壓至賀州市南部，導(dǎo)致賀州市上空溫度較低；通過分析溫度場，發(fā)現(xiàn)500 hpa 和925 hpa 上賀州市溫度小于0 ℃，而700 hpa 上賀州市溫度大于0 ℃，表明700 hpa 附近存在明顯的暖層，高寒山區(qū)出現(xiàn)凍雨或雨夾雪。

從地面形勢圖（圖1a）可以看到，2 月18 日20時(shí)冷高壓中心位于蒙古西部，冷高壓中心強(qiáng)度達(dá)1 057.5 hPa，地面冷鋒位于我國黃淮地區(qū)，此時(shí)賀州市已受冷空氣滲透影響，出現(xiàn)小幅降溫，隨后冷高壓分裂南下影響，冷空氣從東路影響廣西；19 日20 時(shí)（圖1b）地面冷鋒進(jìn)入廣西北部，賀州市氣壓梯度增大，受強(qiáng)冷空氣影響明顯，全市進(jìn)一步降溫；23 日，賀州市處于地面冷高壓前部，受地面冷高壓前部強(qiáng)冷平流影響，賀州市氣溫持續(xù)偏低。

圖1 地面形勢圖

2.4 探空圖分析

從2 月19 日08 時(shí)桂林（圖2a）和梧州（圖2b）探空圖上可以看到，500 hPa 附近溫度較冷，均在-10 ℃左右，形成冰晶層，而700 hPa 附近為大于0 ℃的暖層。當(dāng)?shù)涂諟囟鹊陀? ℃，形成上暖下冷的條件，使落入暖層的冰晶或雪花融化為雨滴，從暖層下降的雨滴保持或冷卻為0 ℃以下的過冷卻雨滴，碰到地面的物體凍結(jié)，形成雨凇天氣。逆溫層的存在，利于冰晶的融化。對比發(fā)現(xiàn)，2 月19 日08 時(shí)桂林探空圖在850 hPa 至地面為-3～4 ℃，結(jié)合地面溫度可看出，存在明顯的逆溫層、中層暖層及較低的低層溫度，利于降雪或凍雨的發(fā)生，故此時(shí)以降雨為主，山區(qū)可能出現(xiàn)凍雨或雨夾雪；而此時(shí)梧州探空圖逆溫不明顯，在600 hPa 以下基本都大于0 ℃，因而不利于降水相態(tài)由雨向雪的轉(zhuǎn)變，故出現(xiàn)降雨天氣。賀州市位于兩者之間，地面溫度在2～4 ℃之間，所以賀州市以降雨為主，一定高度以上的山區(qū)可能出現(xiàn)凍雨或雨夾雪。

充足的水汽條件是雨雪冰凍天氣產(chǎn)生的必要條件。通過對比分析發(fā)現(xiàn)，2 月18 日20 時(shí)桂林站和梧州站從地面到700 hPa 相對濕度基本在90%以上，表明低層水汽比較飽和，低層濕度條件較好，有利于雨雪冰凍天氣的發(fā)生。到2 月19 日20 時(shí)，強(qiáng)冷空氣南下影響時(shí)，桂林站以及梧州站探空圖顯示濕層延伸至400 hPa 附近，濕層厚度明顯增厚，表明中低層水汽呈飽和狀態(tài)，有利于雨雪冰凍天氣的發(fā)生與維持。

3 數(shù)值模式預(yù)報(bào)效果分析

選取目前預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)常用的EC 細(xì)網(wǎng)格模式和CMA-GFS 模式2 月18 日08 時(shí)起報(bào)的預(yù)報(bào)資料進(jìn)行分析，對比兩家數(shù)值模式預(yù)報(bào)效果，分析偏差原因。

EC 細(xì)網(wǎng)格模式2 月18 日08 時(shí)起報(bào) “19 日08時(shí)賀州市北部地區(qū)氣溫0～3 ℃，中南部地區(qū)氣溫4～7 ℃”，與實(shí)況相比偏高1 ℃；2 月18 日08 時(shí)起報(bào)的12～24 h 降雨要素預(yù)報(bào)較好地預(yù)報(bào) “賀州市南部為中到大雨”，與實(shí)況相符。CMA-GFS 模式2 月18 日08 時(shí)起報(bào)“19 日08 時(shí)賀州市北部地區(qū)氣溫3～4 ℃，中南部地區(qū)氣溫5～7 ℃”，與實(shí)況相比偏高1～2 ℃；2月18 日08 時(shí)起報(bào)的12～24 h 降雨要素預(yù)報(bào)為 “賀州市大部地區(qū)為中雨，東北部和西北部為大雨”，而實(shí)況為賀州市中北部中雨，南部大雨，強(qiáng)降雨落區(qū)位置預(yù)報(bào)偏北。

從環(huán)流形勢場上看，EC 細(xì)網(wǎng)格模式2 月18 日08 時(shí)起報(bào)場產(chǎn)品對19 日08 時(shí)500 hPa 風(fēng)場形勢和850 hPa 低空切變線位置預(yù)報(bào)與實(shí)況較為符合，對850 hPa 風(fēng)速預(yù)報(bào)也與實(shí)際情況差距不大，但對850 hPa 上0 ℃線位置以及南北溫度梯度預(yù)報(bào)偏差較大。EC 細(xì)網(wǎng)格模式預(yù)報(bào)19 日08 時(shí)850 hPa 0 ℃線位于河池、柳州北部到桂林中部一帶，而實(shí)況為850 hPa 上0 ℃線位置已壓至賀州市北部，且預(yù)報(bào)的等溫線與實(shí)況相比，較為稀疏。

CMA-GFS 模式2 月18 日08 時(shí)起報(bào)場產(chǎn)品對19 日08 時(shí)500 hPa 風(fēng)場形勢預(yù)報(bào)較好，但對850 hPa 低空切變線位置、風(fēng)速、0 ℃線位置以及溫度梯度預(yù)報(bào)偏差較大。CMA-GFS 模式預(yù)報(bào)19 日08 時(shí)850 hPa 切變線位置偏北，風(fēng)速也偏弱，對低層水汽輸送條件以及輻合強(qiáng)度預(yù)報(bào)偏小，導(dǎo)致對降雨落區(qū)預(yù)報(bào)位置偏北，強(qiáng)度偏弱。預(yù)報(bào)19 日08 時(shí)850 hPa上0 ℃線位置與EC 細(xì)網(wǎng)格模式預(yù)報(bào)的位置基本一致，但預(yù)報(bào)后期850 hPa 上0 ℃線位置明顯南壓至賀州中部，而EC 細(xì)網(wǎng)格模式預(yù)報(bào)后期850 hPa 上0℃線位于賀州北部附近，與實(shí)況相比，兩家模式均對850 hPa 上0 ℃線位置預(yù)報(bào)偏北且預(yù)報(bào)的鋒區(qū)強(qiáng)度（南北溫度梯度）都較弱。

從海平面氣壓場分析，EC 細(xì)網(wǎng)格和CMA-GFS兩家模式2 月18 日08 時(shí)起報(bào)場產(chǎn)品對19 日20 時(shí)1 027.5 hPa 線位置預(yù)報(bào)偏北，預(yù)報(bào)位于河池、柳州中部到桂林南部一帶，而實(shí)際上1 027.5 hPa 線已南壓至賀州北部，對地面冷高壓中心強(qiáng)度也預(yù)報(bào)偏小2.5～5 hPa，對漢口與?？跉鈮翰钜差A(yù)報(bào)偏小5～6 hPa。

從EC 細(xì)網(wǎng)格和CMA-GFS 兩家模式對各層氣象要素預(yù)報(bào)效果看，對500 hPa、850 hPa 整體形勢預(yù)報(bào)把握較好，但兩家模式均對850 hPa 上0 ℃線位置預(yù)報(bào)偏北，對海平面氣壓場1 027.5 hPa 線進(jìn)入賀州市的預(yù)報(bào)時(shí)間偏晚，冷高壓中心強(qiáng)度偏弱，漢口與?？跉鈮翰钜财。瑥亩鴮?dǎo)致兩家模式預(yù)報(bào)的溫度均比實(shí)況偏高；而EC 細(xì)網(wǎng)格預(yù)報(bào)850 hPa 低空切變線位置和風(fēng)速與實(shí)況較為接近，CMA-GFS 預(yù)報(bào)850 hPa 低空切變線位置和風(fēng)速偏差大，可見兩家預(yù)報(bào)的降雨落區(qū)與強(qiáng)度的不同，EC 細(xì)網(wǎng)格預(yù)報(bào)的降雨落區(qū)、強(qiáng)度與實(shí)況較為接近，CMA-GFS 預(yù)報(bào)的降雨落區(qū)偏差大，強(qiáng)度與實(shí)況相比偏弱。

4 結(jié)論

（1）賀州市2 月19—23 日低溫雨雪冰凍天氣過程主要受綜合因素影響造成:500 hPa 高空槽東移，槽后西北氣流引導(dǎo)地面冷空氣南下，從東路影響廣西。地面冷高壓中心強(qiáng)度達(dá)到1 057.5 hPa，地面1 027.5 hPa 線進(jìn)入賀州市中部，850 hPa 上0 ℃線南壓到賀州市南部，造成大范圍降溫天氣。500 hPa 南支槽較深，賀州市受槽前西南氣流影響，正渦度平流明顯，850 hPa 切變線的存在造成賀州市出現(xiàn)大范圍強(qiáng)降雨天氣。

（2）EC 細(xì)網(wǎng)格和CMA-GFS 兩家模式對各層氣象要素預(yù)報(bào)均有一定偏差，導(dǎo)致對此次過程的溫度預(yù)報(bào)偏高；CMA-GFS 模式預(yù)報(bào)850 hPa 低空切變線位置偏北和風(fēng)速偏弱，導(dǎo)致其對強(qiáng)降雨落區(qū)位置預(yù)報(bào)出現(xiàn)偏差、降雨強(qiáng)度預(yù)報(bào)也偏弱?？傮w而言，EC 細(xì)網(wǎng)格模式對此次過程的溫度和降雨的預(yù)報(bào)效果較好，有較高的參考價(jià)值。