永嘉縣2020年12月中旬一次冷空氣過程診斷分析

徐嬋嬋，陳鍇來，周建輝，戴益斌，張靜靜

永嘉縣氣象局，浙江永嘉 325100

寒潮是冬半年影響我國最主要的災(zāi)害性天氣，是判斷反常氣候的重要標志。寒潮帶來的低溫雨雪冰凍天氣不僅會導(dǎo)致人體免疫功能下降、引發(fā)呼吸疾病，同時對農(nóng)業(yè)、牧業(yè)等造成破壞，直接影響到人民群眾的生活[1]。李進等[2]通過診斷分析，給出了杭州典型大雪天氣發(fā)生時的概念模型和預(yù)報指標。沈玉偉等[3]在2010年冬季浙江2次強降雪過程分析發(fā)現(xiàn)水汽通量大值區(qū)的演變與降雪過程有較好的對應(yīng)關(guān)系。周弘媛等[4]通過對大氣環(huán)流和物理量診斷分析發(fā)現(xiàn)強勁的西南暖濕氣流、北方強冷空氣、中低層逆溫的存在及有利的溫度配置都是造成2018年1月下旬浙江大范圍低溫雨雪天氣的主要原因。他們認為全球變暖的大背景下，低溫雨雪冰凍災(zāi)害的發(fā)生具有減輕趨勢，但是對其預(yù)報難度較大，加上浙江經(jīng)濟社會的高速發(fā)展，低溫雨雪冰凍對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、交通運輸、電力通信及人民生活等方面的影響也愈加嚴峻。因此，加強對其規(guī)律的認識，并進一步做出較為準確的短期氣候預(yù)測對減少國民經(jīng)濟的損失有著重要意義[5-6]。

本文利用浙江省永嘉國家氣象觀測站的常規(guī)氣象觀測資料和MICAPS資料，采用天氣學(xué)原理和天氣動力學(xué)診斷分析方法，對永嘉縣2020年12月中旬出現(xiàn)的一次冷空氣過程進行診斷分析和總結(jié)，以期進一步提高對影響本地冷空氣的科學(xué)認識，為今后冷空氣天氣的監(jiān)測預(yù)報預(yù)警和防御提供參考依據(jù)，提升全民的氣象防災(zāi)減災(zāi)能力。

1 天氣實況

2020年12月12日 至12月17日，永嘉縣出現(xiàn)了一次明顯的低溫雨雪冰凍及大風(fēng)天氣，對交通運輸、農(nóng)林業(yè)生產(chǎn)、城市生活等多個方面造成了較為不利的影響。

受此次冷空氣影響，永嘉縣于13日開始降溫，15日平均氣溫達到過程最低；永嘉站過程極端最低氣溫3.2℃，北部山區(qū)-4℃～0℃，其中全縣最低氣溫為溪下羅垟（海拔885 m）-4.4℃（出現(xiàn)于15日08:00），其次為云嶺九龍山（海拔784 m）-3.8℃（出現(xiàn)于15日08:00）、溪下陳山頭（海拔898 m）-3.7℃（出現(xiàn)于16日02:00）。另外，全縣3個氣象站點出現(xiàn)5級大風(fēng)天氣，碧蓮、界坑、溪下、巖坦、茗岙等鄉(xiāng)鎮(zhèn)于14日出現(xiàn)降雪，并有積雪。

12月13—15日，日最低氣溫48 h內(nèi)降溫幅度永嘉國家氣象觀測站為8.9℃，且日最低氣溫下降至3.2℃。根據(jù)中華人民共和國國家標準《冷空氣等級》（GB/T 20484—2017）可知，此次永嘉縣主要受強冷空氣影響。

2 環(huán)流形勢分析

2.1 500 hPa環(huán)流形勢

12月12日08:00~17日08:00，500 hPa環(huán)流形勢基本為一槽一脊型。12日08:00，里海附近有一切斷低渦，中心值為548 dagpm，并伴有一個-28℃的冷中心，冷空氣在這一帶堆積。12日08:00~14日08:00，低渦位置略微東移南壓，南支槽東移，槽后西北氣流引導(dǎo)冷空氣南下，14—17日永嘉由西北氣流逐漸轉(zhuǎn)西南急流控制。

2.2 850 hPa環(huán)流形勢

12月12日08:00，西西伯利亞一帶為一高壓環(huán)流控制，并且蒙新高地及河套地區(qū)附近也有一較弱高壓中心，貝加爾湖附近有一個-24℃的冷中心，冷空氣在這一帶堆積。高壓中心不斷東移南壓，引導(dǎo)原在西西伯利亞的冷空氣不斷南下，14日08:00，高壓南壓至河南湖北境內(nèi)，中心為156 dagpm，永嘉地區(qū)受切變南邊偏北氣流影響，出現(xiàn)降水；16日08:00，全縣已轉(zhuǎn)偏東風(fēng)，降水逐漸減弱、停止；14日08:00~15日20:00，受高壓環(huán)流影響，152 dagpm等值線控制浙江并于16日08:00加強為156 dagpm等值線；17日08:00，156 dagpm線東移入海。

2.3 地面形勢

12月12日08:00，冷空氣在蒙新高地附近堆積形成冷高壓，中心值1 057.5 hPa，隨后冷高壓不斷加強并緩慢向南推進，冷空氣經(jīng)河套地區(qū)不斷南下，冷鋒直達長江中下游地區(qū)，可見，此次冷空氣過程為典型的中路冷空氣。13日20:00冷空氣前鋒已壓至福建境內(nèi)，同時冷高壓開始減弱，內(nèi)蒙古中部地區(qū)生成一新的高壓中心，中心值基本維持在1 045 hPa左右，高壓中心穩(wěn)定、少變。而永嘉為1 020 hPa等壓線控制，14日08:00~16日20:00逐漸加強為1 030 hPa等壓線控制，17日08:00內(nèi)蒙古高壓減弱消失，永嘉雖仍處于1 030 hPa等壓線控制，但冷空氣影響減弱；17日20:00冷空氣影響基本結(jié)束（圖1）。

圖1 12月13日20:00 500 hPa和地面形勢圖

3 強降溫成因分析

某地溫度的變化可用熱流量方程來表示：

式中：第一項為溫度平流項，考慮平流冷暖性質(zhì)和強度；第二項為垂直速度對局地氣溫變化的影響，ω在近地層近似為0，可不考慮；第三項為變壓和氣壓平流引起的溫度變化，局地變化微小，可不考慮；第四項為非絕熱因子項，考慮輻射、水汽凝結(jié)、蒸發(fā)和地面感熱對氣溫的影響，氣溫非絕熱變化主要表現(xiàn)為氣溫的日變化和氣團變性，但這次冷空氣期間有大范圍的鋒面云系，太陽輻射和地表輻射引起的日變化較小，故此項也不考慮。因此，本節(jié)只討論850 hPa上冷平流的演變情況。

分析12月12日08:00~17日20:00 850 hPa的溫度平流場可知，12日20:00內(nèi)蒙古西部的冷平流區(qū)逐漸朝東南方向發(fā)展，14日08:00，冷平流區(qū)覆蓋浙江省大部分地區(qū)。同比實況，永嘉于14—16日出現(xiàn)強冷空氣天氣，15日平均氣溫達到過程中的最低。

4 雨雪冰凍天氣的成因分析

4.1 水汽通量場

從13—15日水汽條件上看，850 hPa以下浙江沿海有1條NE-SW走向的水汽輸送帶，水汽通量中心值有14-16 g/（s·hPa ·cm），而陸地上水汽條件沒有明顯優(yōu)勢，但700 hPa表現(xiàn)完全不同，13—16日24°N~30°N上有W-E走向的強水汽輸送，永嘉地區(qū)在14日凌晨條件最為有利，中心極值達到10~12 g/（s·hPa·cm），說明雖然低層水汽條件一般，但中層上相對極為有利，正是如此其為永嘉的雨雪天氣提供了較為充分的水汽來源（圖2）。

圖2 850 hPa、700 hPa水汽通量圖

4.2 單站高空資料分析

根據(jù)以往對冰凍雨雪天氣層結(jié)特征的研究結(jié)果可知，雨雪天氣通常具有“冷—暖—冷”的垂直結(jié)構(gòu)，且必然存在逆溫層。從洪家和衢州探空資料可知（表1~表2），雨雪冰凍天氣過程期間，洪家站上空基本存在兩冷夾一暖的結(jié)構(gòu)，而衢州站上空溫度垂直結(jié)構(gòu)條件不是十分優(yōu)越，但也存在明顯的逆溫層，暖濕氣流與冷空氣的共同影響，為雨雪的產(chǎn)生創(chuàng)造了有利條件。

表1 洪家站2020年12月12—17日500~925 hPa各層的日平均氣溫 ℃

表2 衢州站2020年12月12—17日500～925 hPa各層的日平均氣溫 ℃

5 總結(jié)

（1）這次冷空氣天氣過程產(chǎn)生的環(huán)流背景：中高緯度環(huán)流形勢主要維持一槽一脊型，低渦中心位置東移南壓至巴爾喀什湖西南，南支槽東移，槽后西北氣流引導(dǎo)冷空氣南下，隨后冷渦中心減弱消失。

（2）此次冷空氣天氣過程的路徑屬于中路型，冷空氣主力自關(guān)鍵區(qū)經(jīng)河套一帶南下至長江中下游。

（3）冷渦、冷高壓環(huán)流和地面冷高壓是這次冷空氣天氣過程產(chǎn)生的主要天氣系統(tǒng)。

（4）探空資料925～500 hPa溫度層結(jié)分析表明，兩冷夾一暖的層結(jié)結(jié)構(gòu)以及活躍的暖濕氣流與冷空氣的共同影響為雨雪的產(chǎn)生創(chuàng)造了條件。