蘇北地區(qū)東路強冷空氣指標分析及預報

張方方 趙杰 孫磊 趙宇 武艷

摘要：統(tǒng)計2001-2010年的蘇北地區(qū)氣象資料，按照東路冷空氣的標準對其進行4個分型，根據(jù)每一型的特點得出預報指標。統(tǒng)計10年間符合條件個例的850和925hPa 48h降溫幅度和地面48h降溫幅度之間的關系，根據(jù)得出的各項指標，選用2011-2012年的資料進行試預報。結果表明，東路冷空氣的預報準確率在90%以上，且兩槽一脊型出現(xiàn)的次數(shù)較多，其次是橫槽轉豎型和阻高型，低槽東移型基本沒有出現(xiàn)。上層溫度的降幅對于地面氣溫的降幅有較高的參考意義。

關鍵詞：東路冷空氣;分型;降溫幅度;蘇北地區(qū)

中圖分類號：P458 文獻標識碼：A

文章編號：0439-8114（2020）09-0049-05

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2020.09.010

相對于西路冷空氣而言，東路冷空氣影響程度更強，降溫幅度更大，常造成影響地區(qū)的寒潮、大風、暴雪、冰凍等重大災害性天氣[1]。較多氣象學者都對冷空氣進行了研究，如對影響各地的冷空氣歷史氣候特征進行跨年度的整理與分析[2-6]，對具體的冷空氣個例從天氣形勢、影響原因等進行探討[7-9]，以及系統(tǒng)地對影響冷空氣的天氣形勢進行總結[10]。而如何準確地定位是否為東路較強冷空氣并進行準確的預報是氣象部門的重要工作，也是目前涉及較少的領域。蘇北地區(qū)處于江蘇省的最北部，是冷空氣最先影響的地區(qū)，也是相對最嚴重的地區(qū)，找出此區(qū)域符合條件的個例，整理出預報東路強冷空氣的具體指標，對寒潮的預報有一定的參考意義。

有些情況下，高空850hPa溫度沒有降到太低，但是實況的氣溫卻異常偏低，查看歷史個例，是因為925hPa降溫幅度增大，所以統(tǒng)計這兩層的降溫幅度，判斷冷層的厚薄，并根據(jù)結果對地面氣溫進行預估，從而找出地面氣溫客觀化的預報指標很重要。

1 統(tǒng)計、篩選個例

東路冷空氣的標準：①寒潮出現(xiàn)日的前1d，8：00地面高壓中心或高壓脊伸到東經115°以東;②8：00時邳州地面風為東北風;③低層925hPa徐州、濟南的風也為東北風。

統(tǒng)計2001-2010年蘇北地區(qū)徐州、邳州、睢寧、贛榆、灌云、沫陽、泗洪、淮安、盱眙共計9個站點每天的最低氣溫值，找出未來48 h內的變溫達到8℃以上的個例，考慮到并不是每次過程9個站都可以達到48 h降溫幅度在8℃或以上的標準，當有5個站及以上符合標準的時候，算為蘇北地區(qū)出現(xiàn)一次大面積的強冷空氣過程。同時由于最低氣溫在4℃以下為寒潮的標準之一，去掉48 h后最低氣溫大于4℃的個例，符合個例的個數(shù)如圖1所示。

10年間蘇北9個站中有5個以上降溫幅度在8℃以上且最低氣溫為4℃以下的有30次。符合標準次數(shù)最多的站為沐陽，達到了30d，最少的為唯寧，僅為21d。同時可以看出，2009年出現(xiàn)全區(qū)性寒潮的次數(shù)最多，2005年和2006年最少，全區(qū)性的僅有1次。

按東路冷空氣的標準篩選，有12次過程符合標準。再按冷空氣影響時的高空、地面形勢進行歸納分型，共分為兩槽一脊型、阻高型、低槽東移型和橫槽轉豎型。

2 分型及指標確認

2.1 東路冷空氣影響的共同特點

冷空氣來臨24～48h，850hPa圖上在北緯28°-38°、東經105°-120°有溫度脊存在，表示前期回暖，溫度升高;850hPa鋒區(qū)位置一般在北緯35°-50°、東經80°-120°，表示了低層冷空氣前鋒達到的位置，且強度為5～6個緯距內≥10℃，表示鋒區(qū)兩側溫差較大;500hPa影響的冷槽底部或前部附近都有8個站以上出現(xiàn)風速≥20m/s，風向在250°～290°的偏西氣流（中空急流）;500hPa影響槽后在40 gpm位勢高度場有3個站以上風速≥20m/s，風向在300°～20°，氣流區(qū)內等高線≥4條，氣流區(qū)內兩側溫差≥50℃。

2.2 入型條件及預報指標

2.2.1 兩槽一脊型

1）入型條件。500hPa圖（圖2a）上，里海以北地區(qū)到北緯60°附近，烏拉爾山以西到東經60°附近有低壓槽，中心高度520gpm或以下，冷中心強度-36℃或以下，烏拉爾山至貝加爾湖為一范圍較大的暖高壓脊，貝加爾湖以東至中國東北的中北部有一冷低壓，鋒區(qū)集中在北緯50°-60°，可分析3～4根等溫線。隨后貝加爾湖以東的冷槽逐漸加深，并攜帶冷空氣東移南下，從中國東北地區(qū)滲透，逐漸影響淮北地區(qū)，之后槽逐漸人海，華北東部轉受高壓脊控制。地面圖（圖2b）上，歐亞大陸冷高壓較強，中心位于貝加爾湖附近，中心最大強度可達1040hPa以上，甚至可達1055hPa或以上。從高壓中心向中國的東北部或蒙古東部伸出一較強高脊，伸出的高脊10個經緯度范圍內可分析至少3～4根等壓線，甚至可達7根等壓線。

2）預報指標。500hPa冷中心最低溫度在-40℃或以下，冷中心與徐州站的溫度差為24℃或以上;850hPa冷中心在-20℃或以下，與徐州站的溫度差為28℃或以上，徐州站與錦州站或沈陽站的溫度差為11℃以上;925hPa徐州站與錦州站的溫度差為11℃以上，與沈陽站的溫度差為10℃以上。地面冷高壓中心強度最大值在1040hPa或以上，與徐州、宿遷、連云港、淮安站的差在23hPa或以上;地面低壓中心與冷高壓中心的差在30hPa以上。地面鋒區(qū)的位置基本為遼寧、吉林經河北進入山西或經渤海灣進入河南，從河套頂部地區(qū)到徐州最少能分析出5根等壓線。

2.2.2 阻高型

1）入型條件。500hPa圖（圖3a）上，烏拉爾山及以西至巴湖附近為一阻塞高壓或強高壓脊，貝加爾湖到中國東北一帶有強冷低壓，中心強度為-40℃以下，從低壓中心經貝湖、巴湖附近至里海有一橫槽，并有較強溫度槽相配合，有時在溫度槽內（巴湖附近）還有一較強冷中心存在。東經90°以東、北緯35°-50°環(huán)流較平直，北緯40°-50°有較強的高空鋒區(qū)，一般可分析出5～6根等溫線。此種類型首先是橫槽后部較強冷空氣侵人阻高，使阻高崩潰，橫槽轉向，攜帶大量冷空氣，其中一部分冷空氣東移與東部一帶的冷空氣匯合加強，并向東南方向移動至中國的東北地區(qū)，而后經渤海西南下影響蘇北地區(qū)。地面圖（圖3b）上強大的歐亞冷高壓呈東西向，位于東經80°-11°，高壓軸在北緯50°附近，最大冷高壓中心位于東經90°-100°，中心強度一般在1040hPa或以上，最強可達1060hPa或以上，從高壓中心向蒙古東部或中國東北部伸出一高脊。在河套的底部到四川盆地附近有一范圍較大的低壓區(qū)，最低可達1002hPa左右。

2）預報指標。500hPa冷中心最低溫度在-40℃或以下，與徐州站的溫度差為26℃或以上;850hPa冷中心最低溫度在-24℃或以下，與徐州站的溫度差為24℃或以上，徐州站與錦州或沈陽站的溫度差為15.5°以上;925hPa徐州站與錦州站的溫度差為13.5°以上，與沈陽站的溫度差為14.5°以上。冷高壓中心強度最大值在1045hPa或以上，與徐州、宿遷、連云港、淮安站的差值在-38hPa或以上。地面鋒區(qū)的位置基本在蒙古中部和內蒙古西部的交界處或從遼寧、吉林經北京進入山西、陜西或經渤海灣進入河南，從河套頂部地區(qū)到徐州最少能分析出3～4根等壓線。地面低壓中心與冷高壓中心的差在40hPa以上。

2.2.3 低槽東移型

1）入型條件。500hPa圖（圖4a）上，東經80°-130°為一緯向槽，槽的內部還有一冷中心，溫度可達-40℃或以下，冷空氣促使槽迅速發(fā)展并東移南下，而且槽在東移過程中有來自北方的冷空氣并人，在槽的內部形成2個低渦，其中一個低渦逐漸東移南壓至中國的東北地區(qū)，渦后部的西北氣流攜帶冷空氣逐漸南下，影響淮北地區(qū)，造成一次強降溫。低槽東移型一定要注意2股冷空氣合并。地面圖（圖4b）上，貝加爾湖以西，北緯40°以北地區(qū)為冷高壓區(qū)，高壓中心可達1040hPa或以上，最大的可達1050hPa或以上，其余地區(qū)基本為低壓區(qū)控制，在中國東北地區(qū)或其北部及河套到長江中游，東經100°-120°經常會分析出2個不同的低壓中心，中心氣壓最低時可達992hPa左右。

2）預報指標。500hPa冷中心最低溫度在-40℃或以下，與徐州站的溫度差為26℃或以上;850hPa冷中心最低溫度在-20℃或以下，與徐州站的溫度差為30℃或以上，徐州站與錦州站的溫度差為9℃，與沈陽站的溫度差在10℃左右;925hPs徐州站與錦州站的溫度差為13℃左右，與沈陽站的溫度差為12℃左右。冷高壓中心強度最大值在1045～1050hPa，與徐州、宿遷、連云港、淮安站的差值在-22hPa或以上，最大差值可達41hPa左右。地面鋒區(qū)的位置大概從內蒙古中東部經河北、北京進入陜西、山西，從河套頂部地區(qū)到徐州最少能分析出3根等壓線。地面低壓中心與冷高壓中心的差在32.5hPa以上。

2.2.4 橫槽轉豎型

1）入型條件。500hPa圖（圖5a）上，東經90°-130°為一橫槽，烏拉爾山或以東及貝加爾湖地區(qū)為東北一西南向的脊，脊的附近經常有一個阻塞高壓，并且有暖平流與高壓脊配合，暖平流促使高壓脊繼續(xù)加強或阻塞穩(wěn)定維持，脊前的偏北氣流也隨之加強，不斷引導冷空氣在貝加爾湖附近的橫槽內聚集，匯成一般極寒冷的冷空氣。北緯35°-45°環(huán)流較平直，鋒區(qū)集中在北緯35°-50°，可分析出4～5根等溫線，黑海附近地區(qū)有冷平流，之后不斷加強，長波脊或阻塞高壓開始減弱。橫槽不斷旋轉東移南壓，逐漸轉豎，在轉豎的過程中有冷空氣相伴隨，造成一次較強的降溫過程。地面圖（圖5b）上，經常在貝加爾湖附近、中國的東北地區(qū)附近、河套以南地區(qū)會分析出2～3個高低壓中心，冷高壓中心一般位于貝加爾湖以西地區(qū)，中心強度在1045hPa左右，最大可達1060hPa，鋒區(qū)一般在河套地區(qū)附近。

2）預報指標。500hPa冷中心最低溫度在-40℃或以下，最低的可達-52℃，與徐州站的溫度差為30℃或以上;850hPa冷中心最低溫度在20℃或以下，與徐州站的溫度差為30℃或以上，徐州站與錦州站或沈陽站的溫度差為9℃以上;925hPa徐州站與錦州站的溫度差為14℃以上，徐州站與沈陽站的溫度差為11.5℃以上。地面冷高壓中心強度最大值在1047～1060hPa，與徐州、宿遷、連云港、淮安站的差值在-26hPa左右或以上。地面鋒區(qū)的位置大概在遼寧西部經渤海灣沿河北南部進入到山西中南部地區(qū)，從河套頂部地區(qū)到徐州最少能分析出3根等壓線。地面低壓中心與冷高壓中心的差在42.5hPa以上，最大可達50hPa。

2.3 定性試報

根據(jù)分型標準，檢驗2011-2012年的天氣圖資料，當天氣形勢符合任意一型的入型條件時，就按照其對應的指標套用，東路冷空氣的預報準確率在90%以上，且兩槽一脊型出現(xiàn)的次數(shù)較多，其次出現(xiàn)了橫槽轉豎型和阻高型，低槽東移型基本沒有出現(xiàn)。

3 降溫幅度分析

3.1 2001-2011年降溫幅度

根據(jù)2001-2011年的東路強冷空氣資料，計算冷空氣出現(xiàn)前后48h內925和850hPa的降溫幅度，對比地面氣溫48h的降溫幅度（因為探空資料只有徐州站的，所以此次統(tǒng)計主要對比徐州站的相關關系，其他站點的降溫幅度可以在得出徐州站的降溫幅度之后，根據(jù)云量、風等要素的具體情況以及站點自身的地域差別進行具體分析），結果如圖6所示。

當850hPa降溫幅度較小時（8℃以下），925hPa的降溫幅度基本都在8℃左右或以上，說明這些冷空氣過程發(fā)生的時候上層冷層比較薄，冷空氣主要從低層下來，此時850hPa的降溫幅度對地面降溫幅度基本沒有什么指導意義。對比925hPa和地面的降溫幅度，當925hPa的降溫幅度也在8℃以下時，地面降溫幅度為925hPa降溫幅度的1.6倍左右;當925hPa降溫幅度在8℃以上時，地面降溫幅度值接近925hPa的降溫幅度值。

當850hPa降溫幅度較大時（8～15℃），925hPa的降溫幅度都在8℃以上，說明這些冷空氣過程發(fā)生的時候上層冷層比較厚，此時要綜合考慮850和925hPa的降溫幅度對地面降溫幅度的影響。當925hPa的降溫幅度也在巧℃以下時，地面降溫幅度基本都在10℃左右（差值在2℃以內）;當925hPa降溫幅度在15℃以上時，地面降溫幅度為925hPa降溫幅度的1/2左右。

當850hPa降溫幅度很大時（巧℃以上），925hPa的降溫幅度也很高，說明這些冷空氣過程發(fā)生的時候上層冷層特別厚，此時也要綜合考慮850和925hPa的降溫幅度對地面降溫幅度的影響。對比三者之間的關系發(fā)現(xiàn)，此時的地面降溫幅度基本為850hPa降溫幅度的1/2左右。

3.2 檢驗2011-2012年的資料

首先分析得出2011-2012年東路強冷空氣過程共有4次，這4次過程的925、850hPa以及地面的降溫幅度如圖7所示。前兩次過程850和925hPa降溫幅度都在8～15℃，地面降溫幅度在10℃左右（差值在20以內），第四次過程850hPa降溫幅度在8℃以下，同時925hPa的降溫幅度也在8℃以下，所以地面降溫幅度為925hPa降溫幅度的1.6倍左右，與地面降溫幅度值貼合較好。比較特殊的是2011年11月22日的過程出現(xiàn)了850hPa降溫幅度為負值的情況，說明48h 850hPa溫度不降反升，此時的降溫主要是由低層氣溫下降所引起的。

4 結論與不足

1）統(tǒng)計了近10年來蘇北地區(qū)東路冷空氣的個例，充實了歷史資料庫。

2）對東路冷空氣進行分析，統(tǒng)計出預報指標，對今后的預報工作提供了可參考的歷史依據(jù)。

3）從925和850hPa的降溫幅度統(tǒng)計其與地面降溫幅度之間的關系，對今后預報48h之后的最低氣溫提供了參考依據(jù)。

4）對于出現(xiàn)850hPa不降反升的情況，由于個例太少，所以如何計算這種情況下上層降溫幅度與地面降溫幅度之間的關系就缺少樣本，在今后的工作中，會繼續(xù)搜集類似的個例，統(tǒng)計出這種特殊情況下的降溫標準。

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收稿日期：2019-12-23

基金項目：江蘇省氣象局青年基金項目（Q201410）

作者簡介：張方方（1984-），女，江蘇徐州人，工程師，主要從事短期預報和雷達資料研究分析，（電話）15062112725（電子信箱）zff19840505@163.com。