2018 年廣西一次極端低溫雨雪冰凍災(zāi)害成因分析

王軍君，唐 熠，王艷蘭

（桂林市氣象局，廣西 桂林 541001）

引言

自2008 年中國(guó)南方發(fā)生大范圍低溫冰凍天氣后，極端低溫事件引起廣泛關(guān)注和研究［1-6］。極端低溫雨雪冰凍災(zāi)害是影響廣西冬季的災(zāi)害性天氣之一，對(duì)農(nóng)業(yè)、林業(yè)、電力、交通等行業(yè)有重大的影響。進(jìn)入21 世紀(jì)以來(lái)，廣西發(fā)生過(guò)三次較為嚴(yán)重低溫雨雪冰凍災(zāi)害：2008 年1 月13 日至2 月5 日，強(qiáng)冷空氣不斷補(bǔ)充南下，使得廣西出現(xiàn)50a 來(lái)最長(zhǎng)的低溫冰凍期，冰凍持續(xù)20d 之久；2016 年1 月23—28 日廣西多地出現(xiàn)第一次降雪記錄，強(qiáng)冷空氣導(dǎo)致雪線到達(dá)華南沿海，為近50a 來(lái)最南雪線；2018 年12 月28—31 日，廣西再次出現(xiàn)低溫雨雪冰凍天氣，這次過(guò)程雪線只是在廣西北部一帶，多站最低氣溫突破建站以來(lái)同期歷史記錄，達(dá)到極端事件標(biāo)準(zhǔn)。許多科研業(yè)務(wù)工作者從不同角度對(duì)南方低溫雨雪天氣進(jìn)行了研究，取得了有意義的結(jié)果。丁一匯等［2］指出造成2008 年南方持續(xù)低溫冰凍天氣的主要原因?yàn)闅W亞1月阻塞形勢(shì)的異常發(fā)展和大氣環(huán)流形勢(shì)持續(xù)穩(wěn)定，孟加拉灣和南海出現(xiàn)持續(xù)的大量暖濕空氣向北輸送；高安寧等［3］指出蒙古橫槽南壓分裂小槽東移，使地面冷高壓強(qiáng)度突然增強(qiáng)并爆發(fā)南下，是造成華南寒潮天氣的起因；李燦等［7］研究表明低層冷墊上空暖濕氣流強(qiáng)盛，垂直結(jié)構(gòu)逆溫長(zhǎng)時(shí)期維持是南方極端低溫冰雪過(guò)程的重要特征。本文從環(huán)流形勢(shì)、鋒區(qū)結(jié)構(gòu)、水汽條件等方面特征對(duì)2018 年12 月28 日至31 日廣西發(fā)生的一次極端低溫事件的成因進(jìn)行分析，尋找廣西極端低溫事件的預(yù)報(bào)著眼點(diǎn)，為今后的低溫雨雪預(yù)報(bào)預(yù)警提供參考依據(jù)。

1 資料和方法

所用資料包括：2018 年12 月28 日至2019 年1月2 日廣西地面氣象觀測(cè)站氣溫等觀測(cè)資料，F(xiàn)NL（1°×1°）逐6h 每日4 次再分析資料，1998 年至2018年NCEP（2.5°×2.5°）逐6h 每日4 次再分析資料。通過(guò)氣候統(tǒng)計(jì)和合成方法，結(jié)合天氣學(xué)診斷方法，從環(huán)流形勢(shì)、熱力條件、鋒區(qū)結(jié)構(gòu)、水汽條件等方面揭示此次極端低溫雨雪天氣的特點(diǎn)及其成因。其中500hPa 與地面環(huán)流形勢(shì)分析用的NCEP（2.5°×2.5°）資料，其余均用FNL（1°×1°）資料。

2 過(guò)程特點(diǎn)及災(zāi)情

據(jù)廣西地面觀測(cè)資料統(tǒng)計(jì)，2018 年12 月28—30 日，廣西各地降溫幅度5.5～9.2℃，其中崇左市大部及合浦、平果、德保等地降溫幅度達(dá)8～9℃。過(guò)程最低氣溫：桂北-3～0℃，桂中1～4℃，桂南5～8℃；高寒山區(qū)-8～-4℃。廣西有328 個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)最低氣溫降至0℃以下，最低出現(xiàn)在桂林資源瓜里鄉(xiāng)，達(dá)-8℃。其中，30 日融水和柳州最低氣溫分別為-1.0℃和-1.1℃，均打破當(dāng)?shù)亟ㄕ疽詠?lái)12 月同期最低記錄。另外，南寧、雁山、融安、融水、柳城、鹿寨、沙塘、柳州、柳江、環(huán)江、羅城11 個(gè)站日平均氣溫創(chuàng)下當(dāng)?shù)亟ㄕ疽詠?lái)12 月日平均氣溫新低。2018 年12 月29 日至2019 年1 月1 日，全區(qū)平均氣溫連續(xù)4d 低于8℃，其中12 月30—31 日連續(xù)2d 低于4℃，為近50a 來(lái)12 月下旬少有。廣西北部和中部、南部降水相態(tài)有明顯差異，桂北出現(xiàn)雨夾雪或小雪天氣，部分地區(qū)出現(xiàn)結(jié)冰或凍雨，全區(qū)共出現(xiàn)冰凍36 站日、雪54 站日、凍雨31 站日，為2003 年來(lái)12 月凍雨最多的過(guò)程，而桂中、桂南以小雨到中雨天氣為主，未出現(xiàn)降雪或凍雨。據(jù)統(tǒng)計(jì)，此次過(guò)程共造成廣西2.83 萬(wàn)人受災(zāi)，直接經(jīng)濟(jì)損失6303 萬(wàn)元，低溫冰凍災(zāi)害主要出現(xiàn)在桂北，受災(zāi)的經(jīng)濟(jì)作物有砂糖橘、沃柑、百香果、柿子、甘蔗等。

3 環(huán)流特征及成因分析

3.1 500hPa 環(huán)流形勢(shì)

在強(qiáng)冷氣影響廣西前，2018 年12 月25 日12時(shí)，烏拉爾山與貝加爾湖之間有一個(gè)強(qiáng)而穩(wěn)定的阻塞高壓，中心達(dá)548dagpm，比常年同期偏高24hdagpm 以上，在貝加爾湖有一個(gè)強(qiáng)盛的冷性低渦，中心強(qiáng)度達(dá)488dagpm，且持續(xù)穩(wěn)定在50°N 以北，冷中心溫度達(dá)-52℃，貝加爾湖至新疆一帶有一東西向的橫槽，有利于強(qiáng)冷空氣在我國(guó)北方不斷堆積，隨著橫槽轉(zhuǎn)豎，槽后強(qiáng)盛的西北氣流引導(dǎo)北方強(qiáng)冷空氣向華南輸送，另一個(gè)低槽區(qū)位于烏拉爾山以西到巴倫支海。強(qiáng)冷空氣影響廣西時(shí)，到12 月30 日12 時(shí)，亞洲中高緯呈兩槽一脊的環(huán)流形勢(shì)，中緯度有小槽東移，在橫槽前面出現(xiàn)階梯槽的疏散結(jié)構(gòu)，預(yù)示著橫槽將轉(zhuǎn)豎并向南加深，將引導(dǎo)北方強(qiáng)冷空氣大舉南下。到2019 年1 月1 日12 時(shí)，500hPa 橫槽轉(zhuǎn)為豎槽，位于我國(guó)東北附近，地面冷鋒已完全進(jìn)入南海，強(qiáng)冷空氣影響廣西基本結(jié)束。此次過(guò)程副高強(qiáng)度大于常年同期，整個(gè)冷空氣影響過(guò)程前、中、后期，588hPa 線北界都接近20°N，冷空影響時(shí)，副高稍有南落，明顯高于常年同期的15°N，副高的異常偏強(qiáng)有效阻止冷空氣的向南擴(kuò)散，造成廣西南北溫差較大的溫度分布。

3.2 地面冷高壓強(qiáng)度

由12 月28 日—31 日海平面氣壓平均場(chǎng)（圖略）可見(jiàn)，整個(gè)亞歐大陸由大陸強(qiáng)冷高壓控制，冷高壓中心位于貝加爾湖與烏拉爾山之間，平均強(qiáng)度達(dá)到1055hPa，比常年同期偏高24hPa 以上，29 日高壓中心強(qiáng)度達(dá)1070hPa（圖略），等壓線密集，整個(gè)中國(guó)大陸都處于強(qiáng)盛的冷高壓控制之下，1035hPa 線南壓至廣西地區(qū)，如此強(qiáng)大的冷源實(shí)屬罕見(jiàn)。

4 物理機(jī)制分析

4.1 850hPa 的0℃線位置

850hPa 0℃線一般預(yù)示著廣西雪線的位置。12月27—31 日，850hPa 溫度場(chǎng)上華南地區(qū)維持一個(gè)等溫線密集區(qū)，為鋒區(qū)位置所在，隨著強(qiáng)冷空氣向南推進(jìn)，廣西上空等溫線更加密集，0℃線于12 月30日南壓至24°N，導(dǎo)致廣西北部大部出現(xiàn)凍雨或雨夾雪天氣，而廣西中部、南部850hPa 基本高于0℃，只是以降雨為主，沒(méi)有出現(xiàn)降雪。計(jì)算（20°N，110°E）與（30°N，110°E）的南北溫度差，28—31 日平均溫度差可達(dá)20℃，其中28 日20 時(shí)，隨著強(qiáng)鋒區(qū)南壓，（30°N，110°E）溫度降至-10℃，20°N 與30°N 溫度差達(dá)到22℃，超過(guò)廣西寒潮爆發(fā)時(shí)平均鋒區(qū)強(qiáng)度20℃的臨界值，冷空氣異常強(qiáng)盛，為這次過(guò)程提供了較好的熱力和動(dòng)力條件。

4.2 鋒區(qū)結(jié)構(gòu)特征

冷暖空氣交匯形成鋒區(qū)是低溫雨雪的主要原因，為了更好了解這次過(guò)程期間鋒區(qū)的垂直結(jié)構(gòu)及特征，沿110°E 作假相當(dāng)位溫及溫度的垂直剖面圖（圖1）。以320K、284K 分別作為鋒區(qū)的上、下界，28日20 時(shí)，鋒區(qū)北界位于28°N 附近，南界伸至20°N附近，鋒區(qū)內(nèi)等溫線密集，28°N 以北有明顯逆溫層，此時(shí)廣西上空逆溫層不明顯。隨著強(qiáng)冷空氣南下，當(dāng)強(qiáng)冷空氣主體影響廣西時(shí)，即12 月30 日12 時(shí)鋒區(qū)北界到達(dá)22°N 附近，鋒區(qū)南界到達(dá)18°N 附近，廣西上空鋒區(qū)內(nèi)等溫線較28 日更加密集，鋒區(qū)內(nèi)逆溫層在24°N 附近非常明顯，在850～700hPa 之間有一明顯＞0℃的暖層，中層的暖層為融化層是凍雨形成的有利條件，廣西北部低層氣溫在0℃以下；而廣西中部、南部逆溫層不明顯，其上空600hPa 以下基本都大于0℃，因而不利于凍雨或降雪，主要為降雨為主。由上述分析可知廣西北部和中部、南部上空的鋒面垂直結(jié)構(gòu)有明顯差異，北部明顯的逆溫層、中層暖層及較低的低層溫度有利于降雪或凍雨的發(fā)生，而中部、南部上空不存在明顯逆溫，雖然溫度也較低，但都在0℃上，不利于降水相態(tài)由雨向雪的轉(zhuǎn)變。

圖1 沿110°E 作假相當(dāng)位溫（彩色等值線單位：K）與溫度垂直剖面（黑色等值線≥0℃，虛線＜0℃，單位：℃）

5 水汽輸送特征

5.1 相對(duì)濕度分析

充沛的水汽條件是雨雪天氣的必要條件。沿110°E 作相對(duì)濕度的緯度－高度垂直剖面圖（圖2，陰影區(qū)為相對(duì)濕度≥80%的區(qū)域），通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)，2018 年12 月28 日24°N 以南，廣西相對(duì)濕度從低層到高層都較小，表明在冷空氣影響前期空氣較干，不利于降水；而在24°N 以北從地面到700hPa 相對(duì)濕度基本在90%以上，中低層水汽呈基本飽和狀態(tài)，有利雨雪天氣的發(fā)生。到12 月30 日，強(qiáng)冷空氣南下影響廣西時(shí)，廣西的濕層明顯增厚，廣西北部濕層延伸至500hPa 附近，中低層水汽都呈飽和狀態(tài)，廣西中部、南部的相對(duì)濕度也明顯增大，有利于雨、雪天氣的發(fā)生與維持。

圖2 沿110°E 相對(duì)濕度的緯度－高度剖面

5.2 水汽通量散度分析

分析出現(xiàn)降雪時(shí)的700hPa 和850hPa 的水汽通量散度和流場(chǎng)分布圖（圖略），700hPa 廣西上空有大于12m·s-1的西南暖濕急流影響，形成一條水汽輻合帶，將孟加拉灣水汽往廣西上空輸送，水汽輻合中心為－1.2×10－5g.hpa－1·cm－2·s－1，而在850hPa 廣西基本為東南氣流控制，將南海水汽往廣西上空輸送，形成另一條水汽輻合帶。盡管兩條水汽輸送帶水汽來(lái)源不同，但是強(qiáng)度相當(dāng)，從850hPa 到700hPa 都有較強(qiáng)的水汽輻合，表明這次過(guò)程水汽條件深厚，充沛的水汽條件有利于這次低溫雨雪冰凍過(guò)程的發(fā)生發(fā)展。

6 結(jié)論與討論

利用地面氣象觀測(cè)站氣溫等資料、NCEP 和FNL 再分析資料，分析了2018 年12 月廣西一次極端低溫雨雪冰凍天氣過(guò)程的環(huán)流特征、冷空氣強(qiáng)度、鋒區(qū)結(jié)構(gòu)特征及熱力、水汽條件等，得到以下結(jié)論：

（1）中高緯度烏拉爾山阻塞高壓強(qiáng)而穩(wěn)定，貝加爾湖有一個(gè)強(qiáng)盛的冷性低渦，500hPa 冷中心溫度達(dá)－52℃，貝加爾湖至新疆一帶有一東西向的橫槽，有利于強(qiáng)冷空氣在我國(guó)北部不斷堆積，地面冷空中心氣壓達(dá)1070hPa，為低溫雨雪過(guò)程提供了強(qiáng)大的冷源。副高的異常偏強(qiáng)有效阻止冷空氣的向南擴(kuò)散，造成廣西南北溫差較大。

（2）副熱帶鋒區(qū)強(qiáng)盛，850hPa 南北溫度梯度達(dá)22℃，為這次過(guò)程提供了較好的熱力和動(dòng)力條件，0℃線只南壓至24°N，鋒區(qū)的結(jié)構(gòu)上，鋒區(qū)內(nèi)逆溫層在24°N 附近非常明顯，在850～750hPa 之間有一明顯＞0℃的暖層，為凍雨形成的有利條件，且廣西北部低層氣溫在0℃以下，而桂中、桂南逆溫不明顯，600hPa 以下基本大于0℃，從而造成了廣西北部和中部、南部降水相態(tài)的明顯區(qū)別。

（3）700hPa 和850hPa 水汽來(lái)源不同，但均具有較強(qiáng)的水汽輻合，強(qiáng)冷空氣影響時(shí)廣西北部的濕層延伸至500hPa 附近，廣西中部、南部的濕層也明顯增強(qiáng)增厚，持續(xù)且深厚水汽輸送為這次低溫雨雪冰凍過(guò)程提供有利的水汽條件。

2008 年和2016 年廣西均出現(xiàn)了極端低溫雨雪冰凍災(zāi)害，2008 年低溫冰凍天氣持續(xù)時(shí)間達(dá)20d 之久，降水相態(tài)以凍雨為主，2016 年廣西出現(xiàn)了大范圍的降雪天氣，多地出現(xiàn)建站以來(lái)第一次降雪記錄，雪線南壓至廣西沿海，為近50a 最南雪線，而2018年低溫冰凍雖然時(shí)間不長(zhǎng)，雪線也只是出現(xiàn)在廣西北部，但其造成的低溫冰凍災(zāi)害不亞于2016 年，廣西各地市最低氣溫比2016 年過(guò)程更低，三次過(guò)程的環(huán)流特征、熱力結(jié)構(gòu)、鋒區(qū)結(jié)構(gòu)及水汽條件會(huì)有怎樣的區(qū)別，下一步將對(duì)其進(jìn)行更深入的分析。