2018年東北地區(qū)一次大范圍寒潮過程分析

李婉　李帥

摘要 ? ?通過運(yùn)用NCEP/NCAR逐日再分析資料和常規(guī)氣象資料等，對我國2018年1月上旬（7—9日）出現(xiàn)的寒潮過程進(jìn)行分析。結(jié)果表明，東歐東移的冷空氣不斷堆積變強(qiáng)，并且高壓脊向極地發(fā)展引導(dǎo)西伯利亞超極地冷空氣南下以西北—東南路徑侵襲我國東北地區(qū)。沈陽地區(qū)附近從低層到高層均為上升運(yùn)動，最大速度超過0.3 m/s，垂直運(yùn)動上升高度可達(dá)200 hPa。沈陽南側(cè)與北側(cè)垂直方向均為強(qiáng)正渦度區(qū)，為其上升運(yùn)動給予補(bǔ)充，為降溫現(xiàn)象發(fā)生提供了良好的抬升條件。

關(guān)鍵詞 ? ?寒潮;診斷分析;東北地區(qū);2018年

中圖分類號 ? ?P448 ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼 ? ?A

文章編號 ? 1007-5739（2019）13-0184-03 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）

寒潮的出現(xiàn)往往會伴隨著降溫、大風(fēng)，甚至是雨、雪或者霜凍等天氣現(xiàn)象的發(fā)生，會對民航交通運(yùn)輸、工農(nóng)業(yè)等造成巨大損失。早在1955年李憲之[1]就對東亞寒潮進(jìn)行了分類，冷空氣的活動還被更加細(xì)致地劃分成全國性的、區(qū)域性寒潮以及強(qiáng)冷空氣或者一般冷空氣等[2]。20世紀(jì)80年代初，仇永炎等[3-6]相繼開展了寒潮天氣的預(yù)報(bào)研究。到20世紀(jì)90年代早期，Chan等[7]從東亞冬季風(fēng)著手對東亞寒潮的形成進(jìn)行探索。進(jìn)入21世紀(jì)以來，對地方性寒潮的研究工作逐漸增多[8-10]，隨著我國冬季氣溫的顯著升高[11]，有必要對近期冬季的地方性寒潮繼續(xù)進(jìn)行研究。

1 ? ?資料與方法

2018年1月7日我國出現(xiàn)大范圍的降溫和大風(fēng)天氣，是2018年以來的首次全國大范圍寒潮過程。通過運(yùn)用2018年的氣象資料對我國東北地區(qū)1月上旬（7—9日）的一次寒潮過程進(jìn)行分析。所用資料為NCEP/NCAR逐日再分析資料，包括位勢高度、緯向風(fēng)速、徑向風(fēng)速、垂直速度、比濕，水平分辨率為2.5°×2.5°，該氣象資料由美國國家環(huán)境預(yù)報(bào)中心和美國大氣科學(xué)研究中心共同完成。

2 ? ?結(jié)果與分析

2018年1月上旬的寒潮過程是受較強(qiáng)冷空氣影響，1月7—9日，青海東部、西北地區(qū)東南部、華北西部和北部、黃淮南部、江淮、江漢、江南東部和南部、華南大部、貴州西部、云南東部以及內(nèi)蒙古中東部、東北地區(qū)南部等地氣溫將下降6～8 ℃。1月9日凌晨，地面最低溫度0 ℃線將南壓至江南南部，江南北部最低氣溫達(dá)-7～-3 ℃，黃淮中西部、江淮西部等地區(qū)最低氣溫達(dá)-13～-8 ℃。2018年1月8日凌晨，綿陽、德陽、成都相繼降下2018年的第一場雪。全國大風(fēng)降溫及最低氣溫如圖1所示，我國內(nèi)蒙古、東北地區(qū)主要為西北風(fēng)，風(fēng)速較大。沈陽地區(qū)降溫達(dá)6 ℃，最低氣溫達(dá)-20～-16 ℃，長春、哈爾濱大部分地區(qū)甚至可達(dá)-24～-20 ℃。我國安徽省、云貴高原等地降溫幅度可達(dá)10℃。此次寒潮過程造成全國大范圍降溫，尤其是對內(nèi)蒙古、東北地區(qū)影響較大。

2.1 ? ?冷空氣聚積南下

本次寒潮過程的暴發(fā)與其前期的環(huán)流形勢、冷空氣的來源和聚積與發(fā)展存在密切聯(lián)系。早在此次寒潮過程發(fā)生前3 d的2018年1月5日，如圖2（a）所示，在歐洲東部存在一閉合高壓中心沿高緯向東發(fā)展，高壓中心氣壓值達(dá)到556 dagpm。它將推動位于我國新疆北部的閉合低壓中心共同向我國東北地區(qū)移動。該短波槽隨低壓中心向下游發(fā)展，令此時(shí)位于貝加爾湖南部的高壓脊隨之向東發(fā)展移動。此時(shí)東歐東移的冷空氣尚未大范圍侵襲我國，但是低壓中心和冷空氣不斷堆積變強(qiáng)，為寒潮暴發(fā)提供了良好條件。

至1月8日寒潮過程暴發(fā)后，如圖2（b）所示，烏拉爾山到貝加爾湖東部處于大范圍低壓控制下，低壓中心氣壓值達(dá)到504 dagpm。東歐地區(qū)的高壓脊向極地發(fā)展，引導(dǎo)西伯利亞超極地冷空氣南下以西北—東南路徑侵襲我國東北地區(qū)。南支槽位于阿拉伯海附近引導(dǎo)西南氣流影響我國南方大范圍地區(qū)，直至日本海至我國東北地區(qū)的東亞大槽減弱東移，強(qiáng)冷空氣對我國的影響才能結(jié)束。冷空氣的堆積、高壓脊向極地延伸以及南支槽加深是本次寒潮過程的主要影響系統(tǒng)。

2.2 ? ?動力學(xué)分析

2.2.1 ? ?散度場。寒潮過程暴發(fā)前的2018年1月5日，如圖3（a）所示，我國西北地區(qū)為大范圍的輻合區(qū)，輻合中心位于我國甘肅、青海一帶，中心強(qiáng)度達(dá)到-12×10-6/s。我國東北地區(qū)和云貴高原地區(qū)則為大范圍的輻散區(qū)，東北地區(qū)的輻散較弱。輻合區(qū)與輻散區(qū)在東經(jīng)106°附近交界，故將沿東經(jīng)106°做散度場的經(jīng)向垂直剖面圖。由圖3（b）分析發(fā)現(xiàn)，北緯30°附近對流層低層為較強(qiáng)的輻合，中高層為輻散，這種高低空配置使上升運(yùn)動得到加強(qiáng)，有利于寒潮的暴發(fā)。本次寒潮過程暴發(fā)后的2018年1月8日，如圖3（c）（d）所示，我國四川地區(qū)和江西福建一帶為較強(qiáng)的輻合區(qū)，與降溫區(qū)基本一致。此次寒潮過程我國南方地區(qū)的降溫區(qū)與700 hPa散度場輻合區(qū)有較好的對應(yīng)關(guān)系。

2.2.2 ? ?垂直運(yùn)動。為進(jìn)一步了解本次寒潮過程暴發(fā)后東北地區(qū)的垂直運(yùn)動形勢，現(xiàn)以沈陽（北緯41.8°、東經(jīng)123.4°）為主，沿東經(jīng)120°～125°作經(jīng)向平均垂直速度剖面圖。從圖4（a）可以看出，沈陽地區(qū)附近從低層到高層均為上升運(yùn)動，上升速度最大可達(dá)0.2 m/s，垂直上升運(yùn)動大值中心位于500 hPa附近。自南向北垂直運(yùn)動在對流層中層速度最大，最大速度超過0.3 m/s，大值中心位于北緯30°以南，高度可達(dá)200 hPa。沈陽地區(qū)南側(cè)與北側(cè)均為下降運(yùn)動，為其上升運(yùn)動給予補(bǔ)充，為降溫現(xiàn)象的發(fā)生提供了良好的抬升條件。

沿北緯40°～45°作緯向平均垂直速度剖面圖，由圖4（b）可以發(fā)現(xiàn)，自西向東為上升運(yùn)動與下降運(yùn)動間隔出現(xiàn)。沈陽及東部均為強(qiáng)烈的上升運(yùn)動，上升高度可延伸到對流層高層200 hPa層以上。最強(qiáng)的上升運(yùn)動位于東經(jīng)135°附近，上升速度達(dá)到0.2 m/s。

2.2.3 ? ?水汽條件。通過分析寒潮過程暴發(fā)后2018年1月8日對流層低層700 hPa和850 hPa水汽通量散度及風(fēng)場的疊加圖可以發(fā)現(xiàn)，700 hPa北方冷空氣南下在我國華南地區(qū)與西南氣流交匯，產(chǎn)生了風(fēng)向的輻合帶。與此同時(shí)水汽通量大值區(qū)也位于我國華南地區(qū)，輻合中心位于我國湖南省、江西省一帶，中心值達(dá)到-1×10-5 g/（s·hPa·cm2），見圖5（a）。

如圖5（b）所示，對流層低層850 hPa我國東部大部分地區(qū)均處于強(qiáng)盛的西北氣流控制下，此時(shí)水汽輻合區(qū)發(fā)展到我國西南部，東北地區(qū)、江南地區(qū)仍位于較弱的水汽通量輻散區(qū)。同時(shí)考慮到風(fēng)場分布形勢，水汽輻合區(qū)將逐步影響我國南方地區(qū)。綜上所述，對流層低層水汽與動力場的輻合基本重疊為我國華南地區(qū)大范圍降溫、大風(fēng)天氣的形成提供了良好的前提條件。

2.2.4 ? ?渦度分析。通過分析寒潮過程暴發(fā)后2018年1月8日渦度沿東經(jīng)120°～125°的經(jīng)向渦度剖面圖6（a）可以看出，對流層高層200 hPa附近同時(shí)存在2個(gè)渦度中心，負(fù)渦度中心位于北緯25°附近，正渦度中心位于北緯37°附近，渦度零線此時(shí)位于北緯31°附近。其中沈陽地區(qū)位于正渦度區(qū)內(nèi)，從對流層低層到高層，渦度強(qiáng)度增大，200 hPa附近達(dá)到最大。

沿北緯40°～45°作緯向渦度剖面圖6（b）可以發(fā)現(xiàn)，自西向東正負(fù)渦度中心交替出現(xiàn)，對流層中層?xùn)|經(jīng)110°及東經(jīng)150°附近均為負(fù)渦度中心，對流層中高層?xùn)|經(jīng)70°及東經(jīng)123°附近均為正渦度中心，其中沈陽地區(qū)垂直方向由低層到高層均為強(qiáng)正渦度區(qū)且渦度強(qiáng)度最大。

3 ? ?結(jié)論

分析結(jié)果表明，2018年1月上旬（7—9日），西北地區(qū)東南部、華北西部和北部、黃淮南部、江淮及內(nèi)蒙古中東部、東北地區(qū)南部等地氣溫將下降6～8 ℃，是一次強(qiáng)度很大的寒潮過程，對全國大范圍地區(qū)均造成了影響。

東歐東移的冷空氣不斷堆積變強(qiáng)，為寒潮暴發(fā)提供了良好條件。該地高壓脊向極地發(fā)展，引導(dǎo)西伯利亞超極地冷空氣南下以西北—東南路徑侵襲我國東北地區(qū)，直至日本海至我國東北地區(qū)的東亞大槽減弱東移，強(qiáng)冷空氣對我國的影響才能結(jié)束。

北緯30°附近對流層低層為較強(qiáng)輻合區(qū)，中高層為輻散區(qū)，這種高低空配置使上升運(yùn)動得到加強(qiáng)，有利于本次寒潮過程暴發(fā)。寒潮暴發(fā)后在我國四川地區(qū)和江西、福建一帶為較強(qiáng)的散度輻合區(qū)，與南方地區(qū)的降溫區(qū)范圍基本一致。

沈陽地區(qū)附近從低層到高層均為上升運(yùn)動，上升速度最大可達(dá)0.2 m/s，垂直上升運(yùn)動大值中心位于500 hPa附近。自南向北垂直運(yùn)動在對流層中層速度最大，最大速度超過0.3 m/s，大值中心位于北緯30°以南，高度可達(dá)200 hPa。沈陽地區(qū)南側(cè)與北側(cè)均為下降運(yùn)動，為其上升運(yùn)動給予補(bǔ)充，為降溫現(xiàn)象的發(fā)生提供了良好的抬升條件。

700 hPa北方冷空氣南下在我國華南地區(qū)與西南氣流交匯，產(chǎn)生了風(fēng)向的輻合帶。自西向東正負(fù)渦度中心交替出現(xiàn)，對流層中層?xùn)|經(jīng)110°及東經(jīng)150°附近均為負(fù)渦度中心，對流層中高層?xùn)|經(jīng)70°及東經(jīng)123°附近均為正渦度中心，其中沈陽地區(qū)垂直方向由低層到高層均為強(qiáng)正渦度區(qū)且渦度強(qiáng)度最大。對流層低層水汽與動力場的輻合基本重疊為華南地區(qū)大范圍降溫、大風(fēng)天氣的形成提供了前提條件。

4 ? ?參考文獻(xiàn)

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