魯南地區(qū)寒潮天氣過程分析及其對農業(yè)的影響

田 原，張 蕊

（山東省臨沂市氣象局，山東 臨沂 276004）

秋冬季節(jié)，冷空氣的堆積和爆發(fā)常引發(fā)寒潮低溫冷害、冰凍雨雪和大風等災害性天氣［1］。寒潮是一種自然天氣現象［2］，來自高緯度地區(qū)的寒冷空氣，在特定的天氣形勢下迅速加強并向中低緯度地區(qū)侵入，屬于空氣（冷空氣）流動的一種形式。

因各地受地理環(huán)境和氣候條件影響，寒潮標準［3］也不相同。國家標準《冷空氣等級》（GBT 20484—2006）中規(guī)定寒潮的標準是：某一地區(qū)冷空氣過境后，氣溫24 h 內下降8 ℃以上，且最低氣溫［4］下降到4 ℃以下；或48 h 內氣溫下降10 ℃以上，且最低氣溫下降到4 ℃以下；或72 h 內氣溫連續(xù)下降12 ℃以上，并且最低氣溫在4 ℃以下。

寒潮會造成沿途大范圍的劇烈降溫、大風以及雨雪天氣，由寒潮引發(fā)的大風、霜凍、雪災、雨凇等災害對農業(yè)、交通、電力、航海以及人們健康都有很大的影響［5］。寒潮和強冷空氣通常帶來的大風、降溫天氣，是中國冬半年主要的災害性天氣［6］。商兆堂等［7］研究認為，寒潮帶來的大風、強降溫天氣會對農業(yè)造成經濟損失，主要是設施農業(yè)和經濟林果業(yè)損失。許多學者對寒潮的分析主要從天氣系統(tǒng)［8］方面展開，本研究利用天氣學分析［9］和診斷方法從地面常規(guī)觀測資料［10］、高空環(huán)流形勢場和物理量場方面，探究2022 年11 月28 日至12 月1 日魯南地區(qū)出現的一次寒潮天氣過程成因，以提高寒潮天氣服務質量和農業(yè)對低溫、大風等災害的抵御能力［10］。

1 資料來源與方法

1.1 資料來源

本研究所用資料主要包括中國高空地面常規(guī)觀測資料、臨沂市自動站逐小時觀測資料。資料起止時段為2022年11月28日8：00—12月1日8：00。

1.2 研究方法

利用中國高空地面常規(guī)觀測資料，采用強天氣分析技術和天氣動力學診斷方法，對本次強寒潮天氣過程的大尺度環(huán)流背景進行研究，包括針對500 hPa 天氣圖環(huán)流背景及中空急流的分析，700 hPa 水汽及切變系統(tǒng)分析，850 hPa 溫度場、水汽及冷渦切邊的分析，地面冷鋒及冷高壓強度的分析。利用臨沂市自動站逐小時觀測資料，采用統(tǒng)計學分析方法和對比方法對寒潮引起的大風、降溫、雨雪實況進行分析，同時對照前期天氣變化，進而研究對農業(yè)生產的影響。

2 天氣實況分析

受強冷空氣影響，2022 年11 月28 日至12 月1日臨沂市出現了入冬以來第一次雨雪、大風降溫的強寒潮天氣。氣溫劇烈下降，全市過程降溫幅度12～16 ℃；如圖1 所示，最低氣溫出現在11 月30 日、12 月1 日早晨，為-8～-5 ℃（大監(jiān)站），其中臨沂站最低氣溫為-5.7 ℃、蒙陰縣為-7.8 ℃、平邑縣為-6.5 ℃、費縣為-5.9 ℃、沂水縣為-8.0 ℃、沂南縣為-7.6 ℃、莒南縣為-5.9 ℃、臨沭縣為-5.8 ℃、蘭陵縣為-4.8 ℃、郯城縣為-4.8 ℃，低于-10 ℃的鄉(xiāng)鎮(zhèn)有9 個，蒙陰縣雨王廟站點最低溫度達到全市最低，為-12.5 ℃。11 月28 日夜間至30 日上午，全市出現了偏北大風，平均風力4～5 級陣風7～8 級，個別站（沂南縣銅井站風速為23.0 m/s）達到9 級偏北大風。另外，11 月27 日夜間至28 日，全市陰有小雨，局部地區(qū)有中雨，其中臨沂站過程降雨總量為12.9 mm、費縣為9.1 mm、莒南縣為7.8 mm、蘭陵縣為5.9 mm、郯城縣為5.8 mm、沂南縣為5.4 mm、臨沭縣為5.3 mm、沂水縣為3.9 mm、平邑縣為3.6 mm、蒙陰縣為2.6 mm；11月29日白天，全市陰有零星小雪，且郯城縣有0.1 mm降雪量。這次寒潮天氣的特點是強度強、影響范圍廣、降溫幅度大。

圖1 11月28日至12月1日臨沂市最低溫度、降水量分布情況

3 天氣預報服務

3.1 預報情況

2022 年11 月25 日17 時臨沂市氣象臺制作重要天氣預報并發(fā)布寒潮黃色預警信號，11 月27 日16：00 時發(fā)布寒潮黃色預警信號，11 月28 日9：00 時發(fā)布氣象災害（寒潮）Ⅲ級應急響應啟動令，28 日、29日16：00 時繼續(xù)發(fā)布寒潮黃色預警信號，期間發(fā)布1期雨情信息快報，12 月1 日上午相繼解除寒潮黃色預警信號、發(fā)布氣象災害（寒潮）Ⅲ級應急響應終止令。

3.2 服務情況

在這次寒潮天氣過程預報服務中，利用了臨沂市氣象災害風險普查結果，以“重要天氣預報”的形式通過決策短信、電子郵件、新媒體等向市委、市政府以及農業(yè)、交通、安監(jiān)、水利等部門和公眾進行服務，并提出建議；發(fā)送決策服務短信3 500 余條次，撥打及應答電話20 余次，取得了較好的服務效果和社會效益。

4 寒潮天氣過程分析

4.1 環(huán)流背景

強冷空氣在西伯利亞、蒙古堆積是寒潮爆發(fā)的必要條件。27 日20：00 時，亞洲中高緯度呈現兩槽一脊的形勢，槽前有暖脊北伸，在冷暖平流的作用下，冷渦攜帶的西風槽緯向加深，促使槽后冷空氣堆積，鋒區(qū)增強，風速增大。暖脊緯向發(fā)展，槽后西北氣流引導西伯利亞冷空氣南下。

28 日8：00 時，500 hPa 冷渦攜帶的西風槽位于蒙古-山西一帶（圖2），山東省處于西風槽前西南暖濕氣流控制下，其中，臨沂市上空出現24 m/s 的中空急流，風速輻合明顯，700、850 hPa 受西風槽東移影響有明顯的水汽輻合，850 hPa 在重慶市一帶低渦北部攜帶的切變線與北支低槽打通，形成一條呈西南-東北向的水汽輻合帶，地面存在明顯的倒槽，給全市帶來明顯降水。

29 日14：00 時，500 hPa 中空急流明顯加強，水汽濕團位于魯南上空，700 hPa 系統(tǒng)逐漸南壓，臨沂市位于水汽輻合區(qū)邊緣位置，850 hPa 受冷空氣自北向南壓影響，水汽濕團南撤至蘇皖中部地區(qū)，臨沂市整層水汽條件變差，但冷空氣侵入明顯，850 hPa溫度下降，臨沂市氣溫處于-6～-4 ℃。地面偏北大風逐漸加強，氣溫快速下降，全市出現了較弱的冷流降雪。

4.2 強盛的冷空氣

寒潮強度與冷高壓的強度密切相關。11 月28日8：00 時地面冷鋒位于河北-北京一帶，冷高壓中心達1 070.0 hPa，冷空氣堆積已初步形成，隨著冷鋒南下，29 日2：00 時，冷鋒位于魯西南-蘇皖一帶，冷高壓中心達1 072.5 hPa，29 日8：00 時，冷鋒移至江南一帶，冷高壓中心達最大值1 075.0 hPa（圖3），臨沂市偏北風力在29 日白天達到最大值。

圖3 11 月29 日8：00 時臨沂市地面氣壓場環(huán)流形勢

此次寒潮路徑為西伯利亞冷空氣沿西北路經蒙古國、內蒙古自治區(qū)至山西省、河北省乃至山東省。冷鋒前為偏西南風，鋒后為西北或北風，這類寒潮天氣主要是大風、降溫和風后的霜凍。雨雪天氣并不嚴重，天氣較晴好，且侵入華北的寒潮主要是這條路徑。

強盛的冷平流是造成氣溫大幅下降的主要原因。隨著高空槽的東移，槽后的冷空氣也隨著南壓增強，11 月29 日850 hPa 溫度平流場上，與冷空氣相對應在河北省北部到山西省出現了東北-西南向的帶狀冷平流區(qū)，受其影響，29 日白天臨沂市出現了大幅度降溫，此后冷平流范圍擴大并且向東南移動，到11 月30 日白天時移出山東省。由于大氣的熱量交換是通過太陽輻射、水汽相變而釋放潛熱、亂流傳導來進行的，所以天空的狀況、有無降水產生和風的大小對氣溫變化均有影響。11 月30 日夜間天氣轉晴，受夜間地面輻射降溫的影響，最終導致12 月1 日早晨的最低氣溫較30 日早晨下降更加明顯。

5 寒潮天氣過程對農作物的影響

該次強寒潮天氣，臨沂市過程降溫幅度為12～16 ℃，平均降水量達6.2 mm，光照不足，受前期連續(xù)寡照影響，大棚內濕度偏大、光照不足，本次強寒潮天氣過程對設施蔬菜的生長及品質提升不利，對大田的部分農作物和蔬菜造成凍害，對部分地區(qū)麥苗旺長趨勢有一定的抑制作用，但劇烈降溫有利于滅蟲越冬，增加冬小麥的抗寒能力。寒潮期間偏北風4～5 級，陣風7～8 級，個別站（沂南縣銅井站達23.0 m/s）達到9 級偏北大風，對設施大棚結構造成了破壞。降溫、大風天氣影響大棚的保溫效果，造成凍害，蔬菜生育期相應延遲。寒潮天氣會使大棚形成低溫、寡照、高濕小氣候環(huán)境，大棚進口、四周邊緣處蔬果葉片因受凍枯黃，造成產量降低。

農戶通過氣象部門發(fā)布的預報應對強寒潮天氣，加強小麥苗情田間管理，對播期偏早、有旺長趨勢的地塊，在地表封凍前適當采取鎮(zhèn)壓、中耕、劃鋤等措施，以促根控蘗，晚播弱苗地塊，可趁墑追施速效氮肥，促進苗情轉化，力爭形成冬前壯苗，提高防寒抗凍能力。設施農業(yè)生產需做好溫室大棚的保溫、防風加固工作，適當采取補光，正午前后溫室大棚內氣溫較高，注意適當通風控溫降濕，謹防病害發(fā)生。連陰雨雪天氣后，若突然放晴，應逐步揭開保溫被，使植株逐漸適應環(huán)境，之后恢復常規(guī)管理，盡量減少強寒潮天氣對農作物的為害。

6 小結

1）該次寒潮天氣過程是在兩槽一脊的環(huán)流形勢下，槽前有暖脊北伸，在冷暖平流的作用下，冷渦攜帶的西風槽緯向加深，促使槽后冷空氣堆積，鋒區(qū)增強，風速增大。暖脊緯向發(fā)展，槽后西北氣流引導西伯利亞冷空氣南下。

2）前期氣溫偏高、強盛的冷平流及冷空氣過后的晴空輻射降溫是造成氣溫驟降的主要原因。

3）該次寒潮天氣影響部分設施農業(yè)生產，低溫、寡照、高濕的小氣候環(huán)境導致大棚內蔬菜受凍，產量降低。

4）應對強寒潮天氣過程，針對設施農業(yè)生產需做好溫室大棚的保溫、防風加固工作，適當采取補光等措施，加強大田冬小麥苗情田間管理。

5）臨沂市氣象局制作農業(yè)氣象災害預警、重要天氣預報服務材料等形式通過決策短信、電子郵件、新媒體等向市委、市政府以及農業(yè)、交通、安監(jiān)、水利等部門和公眾進行服務，盡可能降低強寒潮天氣造成的危害，取得了較好的服務效果和社會效益。