2022年11月滄州一次寒潮過(guò)程分析

摘 要：2022年11月28日—30日滄州出現(xiàn)一次低槽東移型寒潮天氣過(guò)程，帶來(lái)極端低溫。這次寒潮過(guò)程中，前期冷空氣的大量堆積有利于寒潮的暴發(fā)；貝加爾湖西側(cè)脊前偏北氣流引導(dǎo)冷空氣在槽內(nèi)聚集，地面冷高壓中心逐漸增強(qiáng)，為降溫提供了有利條件；低層先于中高層被強(qiáng)冷空氣入侵，冷空氣高空動(dòng)量下傳，造成地面大幅度增壓和降溫，中高層的強(qiáng)冷平流是造成滄州地區(qū)出現(xiàn)極端低溫的重要因素；偶極型極渦中心的異常偏南對(duì)極端低溫的出現(xiàn)產(chǎn)生重要影響。參考極渦指數(shù)計(jì)算出本地化指數(shù)，及研究極端低溫的形成機(jī)制和變化規(guī)律提供參考。

關(guān)鍵詞：寒潮；極渦；環(huán)流形勢(shì)；極端低溫；垂直速度

中圖分類號(hào)：P458.122 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編號(hào)：2095–3305（2024）11–0-03

寒潮是滄州市秋、冬、春季主要的災(zāi)害性天氣之一，伴有劇烈降溫和大風(fēng)等天氣現(xiàn)象，嚴(yán)重影響人們?nèi)粘Ｉ詈徒?jīng)濟(jì)發(fā)展。2022年11月28日—30日，河北地區(qū)受強(qiáng)冷空氣影響出現(xiàn)了一次大范圍寒潮天氣，滄州14個(gè)縣市中有7個(gè)縣市達(dá)到特強(qiáng)寒潮標(biāo)準(zhǔn)，全市平均氣溫48 h降幅為12.3～16.2 ℃[1]。此次寒潮過(guò)程中，滄州站及青縣站最低氣溫均突破了建站以來(lái)11月的歷史極值，分別達(dá)到了-13.7 ℃與-12.8 ℃。本次寒潮過(guò)程中僅有沿海地區(qū)出現(xiàn)了17.2 m/s以上的大風(fēng)（渤海新區(qū)程海一號(hào)無(wú)人站19.7 m/s），其余國(guó)家站最大風(fēng)速為8.7～16.6 m/s。28日，滄州中東部地區(qū)出現(xiàn)總量為0.3～1.7 mm的弱降水，因前期溫度較高未出現(xiàn)降雪天氣。此次寒潮過(guò)程降溫幅度大，最低氣溫極端。對(duì)本次寒潮過(guò)程進(jìn)行分析，為氣象部門提高未來(lái)對(duì)寒潮預(yù)報(bào)能力提供參考，從而更好地保障滄州地區(qū)冬小麥越冬。

1 前期環(huán)流背景與寒潮天氣過(guò)程形勢(shì)分析

1.1 前期環(huán)流背景

從圖1可以看出，寒潮暴發(fā)前1周，整體環(huán)流場(chǎng)呈現(xiàn)兩脊一槽的形勢(shì)，高壓脊在歐洲到西西伯利亞地區(qū)（60°～90°E）向東北延伸，前部的偏北氣流引導(dǎo)極地的冷空氣不斷向南擴(kuò)散，冷空氣在中西伯利亞到東西伯利亞（50°～80°N，90°～160°E）一帶大量堆積，有利于后期寒潮的暴發(fā)，為寒潮過(guò)程出現(xiàn)大幅度降溫提供了有利條件[2]。

1.2 形勢(shì)分析

2022年11月28日20：00，歐亞大陸環(huán)流場(chǎng)呈兩脊一槽型分布（圖略），貝加爾湖西側(cè)脊前偏北氣流引導(dǎo)冷空氣在槽內(nèi)聚集，在貝加爾湖以東有一低渦，中心強(qiáng)度為5 120 gpm。低渦西南部有-48 ℃冷中心，溫度槽落后于高度槽；隨后系統(tǒng)逐漸東移，低渦進(jìn)一步發(fā)展且冷中心南壓，29日20：00前后，高空槽過(guò)境，河北位于大風(fēng)速軸區(qū)，高空風(fēng)向轉(zhuǎn)為西北氣流，且溫度槽明顯落后于高度槽，溫壓線交角增大，不斷有冷空氣補(bǔ)充南下，出現(xiàn)較強(qiáng)的冷平流，為降溫提供了有利條件[3]。截至30日08：00，冷渦與-48 ℃冷中心基本維持在原來(lái)位置，溫度達(dá)到最低，溫壓線交角減小，滄州市降溫過(guò)程基本結(jié)束。因?yàn)榍捌谑艿孛媾蛪河绊?，所以地面氣溫回升，寒潮前期回暖較為顯著，這既有利于冷鋒南下，鋒生加強(qiáng)，又加大了降溫幅度。

11月28日08：00，在45°～51°N，95°～100°E附近有強(qiáng)度為1 070 hPa冷高壓中心（圖略），長(zhǎng)軸呈現(xiàn)東北—西南走向，滄州市位于地面冷鋒前。冷高壓中心以西北路徑南下影響滄州市。截至11月28日20：00，冷鋒移到滄州市上空，受地面冷鋒影響，28日白天到夜間滄州市出現(xiàn)了弱降水天氣，冷鋒后等壓線密集，氣壓梯度大。11月29日08：00，冷中心氣壓增大到1 075 hPa，

至29日20：00，寒潮天氣暴發(fā)。

從11月27日08：00 850 hPa的等溫線圖（圖略）可以看出，前期滄州市上空均受偏南風(fēng)控制，維持弱暖平流，導(dǎo)致基礎(chǔ)氣溫增高，有利于后期的大幅度降溫，28日20：00，500 hPa高空槽逐漸東移影響到河北地區(qū)，

850 hPa轉(zhuǎn)為西北風(fēng)，冷空氣滲透入侵，29日08：00，850 hPa

河北附近等溫線十分密集，等溫線與風(fēng)向接近垂直，至29日20：00河北上空存在較為密集的等溫線，冷中心強(qiáng)度達(dá)到-32 ℃，有強(qiáng)冷平流向河北輸送。

冷空氣影響滄州市地區(qū)期間，勢(shì)力逐漸增強(qiáng)，是寒潮天氣暴發(fā)并出現(xiàn)極端低溫的主要原因。此次寒潮天氣過(guò)程中，高空槽落后于地面冷鋒，地面冷空氣先于高空冷平流滲透影響滄州市，不利于大范圍大風(fēng)的出現(xiàn)。

2 垂直速度分析

從11月28—30日滄州市上空垂直速度剖面（圖2）來(lái)看，28日08：00地面到高空存在顯著的上升氣流區(qū)；隨后，低層先于中高層被強(qiáng)冷空氣入侵，冷空氣高空動(dòng)量下傳，造成地面大幅度增壓和降溫；之后，隨著寒潮的大規(guī)模暴發(fā)，上升氣流逐步消散。

3 極渦異常與歷史個(gè)例對(duì)比

從11月29日100 hPa環(huán)流形勢(shì)場(chǎng)（圖3a）來(lái)看，極渦呈現(xiàn)偶極型分布，對(duì)11月29日當(dāng)天的環(huán)流形勢(shì)場(chǎng)做距平圖（圖3b），可以看到，亞洲一側(cè)的極渦中心偏南偏強(qiáng)，極渦中心南壓到西伯利亞北部。這種極渦中心異常偏南偏強(qiáng)導(dǎo)致亞洲上空出現(xiàn)氣壓偏低的形勢(shì)，有利于冷空氣從西伯利亞南下，造成大范圍持續(xù)低溫[4]。

為表征極渦強(qiáng)度，選取李崇銀等[5]定義的平流層極渦強(qiáng)度指數(shù)：50 hPa等壓面上0°～360°N、75°～90°N的平均位勢(shì)高度值越低，說(shuō)明極渦越強(qiáng)。通過(guò)統(tǒng)計(jì)可以得知，極渦指數(shù)在極端低溫出現(xiàn)的前期就會(huì)發(fā)生比常年偏低的情況，如2016年1月的一次寒潮過(guò)程中（表1），在寒潮發(fā)生5 d前平流層極渦強(qiáng)度指數(shù)就已經(jīng)比歷史同期偏低[6]。

為驗(yàn)證極渦指數(shù)對(duì)極端低溫的前期指示意義，統(tǒng)計(jì)了2013—2022年滄州地區(qū)比較具有代表性的29次寒潮天氣過(guò)程（發(fā)生在10月至翌年3月，同時(shí)有5個(gè)站次及以上出現(xiàn)寒潮的過(guò)程），計(jì)算其達(dá)到最低溫度前一天的極渦指數(shù)，并與最低氣溫做相關(guān)性分析，計(jì)算相關(guān)系數(shù)，結(jié)果是0.522，為正相關(guān)，通過(guò)了0.05的置信檢驗(yàn)。

為得到更加本地化的指標(biāo)，結(jié)合上面的運(yùn)算，將29次寒潮過(guò)程的最低氣溫與出現(xiàn)最低氣溫前一天的50 hPa環(huán)流形勢(shì)場(chǎng)做相關(guān)性分析[7-8]，通過(guò)了0.01的置信檢驗(yàn)，得到結(jié)果如圖4?？梢钥吹?，歐亞大陸上空50 hPa高度場(chǎng)中存在與最低氣溫正相關(guān)的區(qū)域，選取30°～50°N，80°～120°E的正相關(guān)區(qū)域范圍內(nèi)50 hPa的平均位勢(shì)高度，作為本地化的表征極渦中心南壓程度的指數(shù)，將該指數(shù)序列與最低氣溫做相關(guān)性檢驗(yàn)，可以得到相關(guān)性為0.663，通過(guò)了0.01的置信檢驗(yàn)。由此可知，該本地化指數(shù)比極渦指數(shù)對(duì)滄州市寒潮過(guò)程中最低氣溫具有更好的指示性意義，可以運(yùn)用于未來(lái)的寒潮預(yù)報(bào)工作。

4 數(shù)值模式檢驗(yàn)

歐洲中心模式11月29日08：00起報(bào)的29日20：00

預(yù)報(bào)場(chǎng)對(duì)500 hPa兩脊一槽的形勢(shì)及位置，850 hPa氣溫梯度的模擬及對(duì)地面系統(tǒng)冷高壓的位置走向較實(shí)況接近，提高了本次寒潮過(guò)程的可預(yù)報(bào)性。對(duì)溫度進(jìn)行檢驗(yàn)可以看到，福州模式對(duì)最低溫度的預(yù)報(bào)誤差相比河北模式較小，但兩者對(duì)于溫度較低的滄州市、肅寧縣及青縣的24 h預(yù)報(bào)誤差均在2 ℃以上，這兩種模式48 h預(yù)報(bào)均比72 h預(yù)報(bào)更加貼近實(shí)況溫度，但24 h誤差均有所增加，河北模式24 h對(duì)鹽山站的預(yù)報(bào)最接近實(shí)況溫度，比實(shí)況偏高0.5 ℃，福州模式24 h預(yù)報(bào)對(duì)任丘站、東光站及吳橋站最低溫度的預(yù)報(bào)較為貼合，與實(shí)況的誤差在0～0.4 ℃。綜合來(lái)看，對(duì)于最低氣溫較高的站點(diǎn)，模式均有一定的把控能力，但對(duì)于最低氣溫較低的站點(diǎn)預(yù)報(bào)則有偏差，在之后的寒潮預(yù)報(bào)中，對(duì)在歷史上降溫過(guò)程中最容易受到影響，從而出現(xiàn)較低溫度的縣市可以參考本地預(yù)報(bào)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)最低氣溫適度進(jìn)行下調(diào)。

5 結(jié)論

（1）此次為低槽東移型寒潮天氣過(guò)程，出現(xiàn)極端低溫，但伴隨的大風(fēng)及降水天氣影響相對(duì)較弱。

（2）冷空氣在中西伯利亞到東西伯利亞一帶大量堆積，有利于后期寒潮的暴發(fā)及極端低溫的出現(xiàn)；貝加爾湖西側(cè)脊前偏北氣流引導(dǎo)冷空氣在槽內(nèi)聚集，地面冷高壓中心逐漸增強(qiáng)，為降溫提供了有利條件；此次過(guò)程中，低層先于中高層被強(qiáng)冷空氣入侵，中高層的強(qiáng)冷平流是造成滄州地區(qū)出現(xiàn)極端低溫的重要因素。

（3）偶極型極渦中心的異常偏南偏強(qiáng)對(duì)極端低溫的出現(xiàn)產(chǎn)生重要影響，參考極渦指數(shù)計(jì)算出本地化指數(shù)有助于研究極端低溫的形成機(jī)制和變化規(guī)律，可以運(yùn)用到未來(lái)的寒潮預(yù)報(bào)工作之中。

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