楊淑華，杜美玲，李效良，王麗麗，李臘平

（1．山西省大同市氣象局，山西 大同037010；2．山西省靈丘縣氣象局，山西 靈丘034400；3．山西省懷仁縣氣象局，山西 懷仁038300）

2008年12月19～21日大同地區(qū)出現(xiàn)了一次強(qiáng)寒潮天氣過(guò)程，過(guò)程降溫均超過(guò)了9℃，8個(gè)站中有3個(gè)站的降溫幅度達(dá)到了18．6℃，3個(gè)站的降溫幅度超過(guò)了13．5℃，2個(gè)站降溫幅度超過(guò)了9．3℃，降溫幅度之大是不常見(jiàn)的。寒潮是一種大規(guī)模強(qiáng)冷空氣爆發(fā)的天氣過(guò)程。其主要特點(diǎn)是劇烈降溫和大風(fēng)，給工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來(lái)極其不利影響。為此，氣象工作者從20世紀(jì)50年代中期開(kāi)始就從不同角度研究此種天氣的特點(diǎn)。閆小利［1］等分析發(fā)現(xiàn)：烏拉爾山阻塞高壓與亞洲上空的極渦異常增強(qiáng)是強(qiáng)寒潮的行星尺度系統(tǒng)；徐鳳梅［2］等用經(jīng)驗(yàn)指標(biāo)預(yù)報(bào)認(rèn)為歐洲中心數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品中的850hpa溫度預(yù)報(bào)對(duì)降溫幅度和最低氣溫的預(yù)報(bào)有很好的指示作用；陳豫英［3］等研究認(rèn)為，寒潮的產(chǎn)生是在前期強(qiáng)烈升溫的基礎(chǔ)上，有強(qiáng)冷空氣向南侵襲造成的。本文從物理量場(chǎng)出發(fā)，研究寒潮來(lái)臨前各因子的變化特點(diǎn)，找出預(yù)報(bào)著眼點(diǎn)。

1 天氣系統(tǒng)分析

1．1 高空環(huán)流形勢(shì)演變

12月16日20時(shí)（圖略）在北冰洋附近有一個(gè)強(qiáng)大的暖高壓脊，脊前存在著東北風(fēng)和西北風(fēng)的切變，導(dǎo)致了橫槽的形成。由于高壓脊形成于高緯度地區(qū)，接近于西伯利亞海的冷空氣源地，高壓脊前的冷空氣既強(qiáng)又穩(wěn)定，不斷引導(dǎo)冷空氣在貝加爾湖附近的橫槽內(nèi)聚積，匯成一股極寒冷的冷空氣。橫槽形成后不斷東南移，到19日08時(shí)（圖1）在歐亞中高緯度形成穩(wěn)定的一脊一槽型，脊線(xiàn)位于80°E附近，巴湖北部到新西伯利亞為一阻塞高壓，中心高度達(dá)556dagpm，伴有－28℃的暖中心，且溫度場(chǎng)落后高度場(chǎng)，高脊后部的暖平流利于高脊的維持和發(fā)展。在貝加爾湖以東有一低壓，中心高度為496dagpm，并有－48℃冷中心配合。由于阻塞高壓的存在，阻擋了冷空氣的大規(guī)模東移南下，使來(lái)自極地的冷空氣不斷堆積加強(qiáng)［4］。到19日20時(shí)（圖略）亞歐大陸經(jīng)向環(huán)流加強(qiáng)，新疆高壓脊向北發(fā)展的過(guò)程中和東移的烏山高壓脊合并，脊前等高線(xiàn)呈南北向，脊振幅大于20個(gè)緯距。20日08時(shí)（圖略），西伯利壓高壓脊繼續(xù)向北發(fā)展，脊振幅近30個(gè)緯距，脊前為跨越30多個(gè)經(jīng)距的偏北強(qiáng)風(fēng)帶，脊前橫槽大幅南壓，槽底南伸到50°N，并在52°N、108°E附近有－52℃冷中心配合。大同地區(qū)處在強(qiáng)鋒區(qū)和強(qiáng)急流區(qū)控制之下，來(lái)自西伯利亞海的冷空氣沿脊前大舉南下，由于高空鋒區(qū)南壓，引導(dǎo)地面冷空氣擴(kuò)散南下，形成有利于寒潮降溫天氣的大尺度背景。而高空槽后冷平流的不斷下傳，又是大風(fēng)、降溫天氣維持的機(jī)制。

圖1 2008－12－19－08 500hPa高度場(chǎng) （粗線(xiàn)，單位：dagpm）和溫度場(chǎng)（細(xì)線(xiàn)，單位：℃）Fig．1 500hpa Height field（heavy line，unit：dagpm）and temperature field（fine line，unit：℃ ）at 2008－12－19T08：00

1．2 地面環(huán)流形勢(shì)演變

12月18日08時(shí)（圖略）在貝加爾湖到河套地區(qū)形成了一個(gè)中心強(qiáng)度為1007．5hPa的低壓帶，在低壓帶的西部和西北部各有一個(gè)中心強(qiáng)度為1042．5hPa和1037．5hPa的冷高壓，冷暖空氣在貝加爾湖到新疆北部形成了強(qiáng)烈的鋒區(qū)。到12月19日08時(shí)低壓帶向東南移動(dòng)到東北地區(qū)，強(qiáng)度不變，其西部和西北部的冷高壓在東南移的過(guò)程中強(qiáng)度加強(qiáng)為1050．0hPa和1052．5hPa，此時(shí)大同地區(qū)位于低壓帶后部冷高壓的前部。到12月19日20時(shí)（圖2）在貝加爾湖西北部地區(qū)的冷高壓繼續(xù)加深，中心位于57．5°N、100°E，強(qiáng)度達(dá)1055hPa。20日20時(shí)（圖3）冷高壓繼續(xù)東移南壓，等壓線(xiàn)加密，在40°～50°N、105°～115°E 區(qū)域內(nèi)有13 條等壓線(xiàn)，鋒后＋△P3最大值為＋6．9hPa，從而造成大同地區(qū)出現(xiàn)了大風(fēng)天氣，氣溫劇烈下降。21日20時(shí)（圖4）冷高壓控制河套地區(qū)，中心強(qiáng)度達(dá)1060hPa，到達(dá)了強(qiáng)寒潮的標(biāo)準(zhǔn)［5］。

圖2 2008－12－19－20時(shí)地面環(huán)流形勢(shì)圖／hPaFig．2 Surface circulation prog chart（unit：hPa）at 2008－12－19T20：00

圖3 2008－12－20－20時(shí)地面環(huán)流形勢(shì)圖／hPaFig．3 Surface circulation prog chart（unit：hPa）at 2008－12－20T20：00

圖4 2008－12－21－20時(shí)地面環(huán)流形勢(shì)圖／hPaFig．4 Surface circulation prog chart（unit：hPa）at 2008－12－21T20：00

2 物理量場(chǎng)診斷分析

2．1 渦度場(chǎng)分析

表1為19～21日冷高壓的位置與相對(duì)應(yīng)的渦度值，可見(jiàn)12月19日20時(shí)各層水平渦度場(chǎng)上，在貝加爾湖地區(qū)均由正渦度值控制，最大中心值達(dá)66×10－6s－1，對(duì)應(yīng)地面冷高壓前沿。12月20日20時(shí)各層水平渦度場(chǎng)上，正渦度值東移南壓到河套地區(qū)，河套地區(qū)由正渦度值控制，最大中心值達(dá)89×10－6s－1，表明冷高壓已經(jīng)移到河套地區(qū)，河套地區(qū)對(duì)應(yīng)地面冷高壓前沿，且冷高壓中心加強(qiáng)到1060hpa。從低層到高層的正渦度表明整層都有輻合上升運(yùn)動(dòng)，輻合上升運(yùn)動(dòng)使低層氣溫下降，為強(qiáng)降溫天氣提供動(dòng)力強(qiáng)迫機(jī)制，是大風(fēng)、降溫天氣形成的動(dòng)力條件。到21日20時(shí)，河套地區(qū)中低層已處于負(fù)渦度范圍，中心值為－28×10－6s－1，中低層負(fù)渦度表明低層有輻散下沉運(yùn)動(dòng)，此時(shí)接近地面冷高壓中心，降溫最劇烈。在寒潮爆發(fā)前后，水平渦度極大值中心由強(qiáng)到弱的變化特征表明地面冷空氣和高空正渦度在寒潮天氣中的相互作用和影響［6］。

2．2 垂直速度場(chǎng)分析

12月19日20時(shí)從100hpa到1000hPa垂直速度場(chǎng)上（圖5），40°～50°E地區(qū)均由正速度場(chǎng)控制，中心達(dá)25×10－2Pa·s－1，即下沉氣流明顯，由于動(dòng)量下傳作用的結(jié)果，在低層冷鋒后部，氣流下沉將高空的冷空氣帶至地面導(dǎo)致寒潮爆發(fā)。

2．3 溫度平流分布特征

在降溫過(guò)程的前六天，除17日有弱冷空氣影響外，其他時(shí)間大同地區(qū)都受暖平流控制持續(xù)升溫，這個(gè)結(jié)論和其它地區(qū)的寒潮發(fā)生原因相同［7～13］。

從14～18日（17日除外）700hPa溫度平流場(chǎng)（圖略）可知，在寒潮發(fā)生前，大同地區(qū)長(zhǎng)時(shí)間維持暖平流，18日20時(shí)暖平流正好位于槽前暖鋒鋒區(qū)內(nèi)，中心值達(dá)86×10－5℃·s－1，而槽后貝湖地區(qū)有較強(qiáng)的冷平流，中心值達(dá)－20×10－5℃·s－1，這種冷暖平流的顯著差異有利于低槽的繼續(xù)加深，到19日08時(shí)，大同地區(qū)被冷平流所占據(jù)，700hPa溫度平流場(chǎng)形成了一個(gè)－251×10－5℃·s－1的閉合中心，這表明冷平流經(jīng)下沉運(yùn)動(dòng)擴(kuò)展到低層，加強(qiáng)了近地層冷高壓勢(shì)力，對(duì)強(qiáng)降溫和低溫的持續(xù)起重要作用。

表1 19～21日冷高壓位置與相對(duì)應(yīng)渦度值／10－6 s－1Table 1 Cold high position and relative vorticity value from 19to 20（vorticity unit：10－6 s－1）

圖5 2008－12－19－20Omega（單位：25×10－3 Pa·s－1）沿110°E徑向垂直剖面圖Fig．5 Latitude－h(huán)eight cross section of Omega（unit：25×10－3 Pa·s－1）along 110°E on 2008－12－19T20：00

3 結(jié)論與討論

（1）造成這次寒潮天氣的冷空氣主體是西伯利亞冷空氣經(jīng)蒙古、內(nèi)蒙古中部入侵山西造成的，經(jīng)此條路徑南下的冷空氣是大同地區(qū)主要的冷空氣活動(dòng)路徑，也是給大同帶來(lái)強(qiáng)降溫的冷空氣路徑。

（2）造成這次寒潮的冷空氣強(qiáng)度強(qiáng)，其主要表現(xiàn)是關(guān)鍵區(qū)45～57°N、90～115°E內(nèi)，500hpa有－52℃、700hpa有－39℃的冷溫度中心。烏拉爾山地區(qū)的高壓脊經(jīng)向度較大，在20個(gè)緯距以上，這樣的基本特征對(duì)我們今后做好寒潮天氣預(yù)測(cè)有比較好的參考價(jià)值。

（3）地面低壓帶的東移及地面冷高壓中心強(qiáng)度達(dá)到1052．0hPa是寒潮爆發(fā)南下的必要條件。根據(jù)對(duì)近10年來(lái)大同地區(qū)寒潮天氣的研究可知，當(dāng)?shù)孛胬涓邏褐行膹?qiáng)度達(dá)到1045hpa以上時(shí)均出現(xiàn)強(qiáng)寒潮天氣，可以作為寒潮預(yù)報(bào)的重要因子。

（4）從渦度場(chǎng)看，低層到高層都為正渦度表明整層都有輻合上升運(yùn)動(dòng)，輻合上升運(yùn)動(dòng)使低層氣溫下降，為強(qiáng)降溫天氣提供動(dòng)力強(qiáng)迫機(jī)制，是大風(fēng)、降溫天氣形成的動(dòng)力條件；從垂直速度場(chǎng)看，低層到高層都為下沉氣流，可將高空的冷空氣帶至地面導(dǎo)致寒潮爆發(fā)；從溫度平流場(chǎng)看，寒潮爆發(fā)前長(zhǎng)時(shí)間維持暖平流，升溫明顯，強(qiáng)冷平流到來(lái)后，因冷暖平流的顯著差異有利于低槽的繼續(xù)加深，冷平流經(jīng)下沉運(yùn)動(dòng)擴(kuò)展到低層，加強(qiáng)了近地層冷高壓勢(shì)力，對(duì)強(qiáng)降溫和低溫的持續(xù)起重要作用。因而，低層為正渦度、從底層到高層均為正速度、前期地面升溫且升溫明顯都是預(yù)報(bào)寒潮天氣的重要因子。

（5）本次寒潮過(guò)程歐洲數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品提前3d做出了較準(zhǔn)確的預(yù)報(bào)，在寒潮天氣到來(lái)前若結(jié)合本地溫度實(shí)況，對(duì)數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品進(jìn)行訂正，也是準(zhǔn)確預(yù)報(bào)這類(lèi)天氣的有效方法。

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