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(biāo)準(zhǔn)對其進(jìn)行4個分型，根據(jù)每一型的特點得出預(yù)報指標(biāo)。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(guān)系，根據(jù)得出的各項指標(biāo)，選用2011-2012年的資料進(jìn)行試預(yù)報。結(jié)果表明，東路冷空氣的預(yù)報準(zhǔn)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(zhuǎn)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(guān)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(xiàn)標(biāo)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(qiáng)，降溫幅度更大，常造成影響地區(qū)的寒潮、大風(fēng)、暴雪、冰凍等重大災(zāi)害性天氣[1]。較多氣象學(xué)者都對冷空氣進(jìn)行了研究，如對影響各地的冷空氣歷史氣候特征進(jìn)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(jìn)行探討[7-9]，以及系統(tǒng)地對影響冷空氣的天氣形勢進(jìn)行總結(jié)[10]。而如何準(zhǔn)確地定位是否為東路較強(qiáng)冷空氣并進(jìn)行準(zhǔn)確的預(yù)報是氣象部門的重要工作，也是目前涉及較少的領(lǐng)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(yán)重的地區(qū)，找出此區(qū)域符合條件的個例，整理出預(yù)報東路強(qiáng)冷空氣的具體指標(biāo)，對寒潮的預(yù)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(jié)果對地面氣溫進(jìn)行預(yù)估，從而找出地面氣溫客觀化的預(yù)報指標(biāo)很重要。

1 統(tǒng)計、篩選個例

東路冷空氣的標(biāo)準(zhǔn)：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(jīng)115°以東;②8：00時邳州地面風(fēng)為東北風(fēng);③低層925hPa徐州、濟(jì)南的風(fēng)也為東北風(fēng)。

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(nèi)的變溫達(dá)到8℃以上的個例，考慮到并不是每次過程9個站都可以達(dá)到48 h降溫幅度在8℃或以上的標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)有5個站及以上符合標(biāo)準(zhǔn)的時候，算為蘇北地區(qū)出現(xiàn)一次大面積的強(qiáng)冷空氣過程。同時由于最低氣溫在4℃以下為寒潮的標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)次數(shù)最多的站為沐陽，達(dá)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(biāo)準(zhǔn)篩選，有12次過程符合標(biāo)準(zhǔn)。再按冷空氣影響時的高空、地面形勢進(jìn)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(zhuǎn)豎型。

2 分型及指標(biāo)確認(rèn)

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(jīng)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(jīng)80°-120°，表示了低層冷空氣前鋒達(dá)到的位置，且強(qiáng)度為5～6個緯距內(nèi)≥10℃，表示鋒區(qū)兩側(cè)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(fēng)速≥20m/s，風(fēng)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(fēng)速≥20m/s，風(fēng)向在300°～20°，氣流區(qū)內(nèi)等高線≥4條，氣流區(qū)內(nèi)兩側(cè)溫差≥50℃。

2.2 入型條件及預(yù)報指標(biāo)

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(jīng)60°附近有低壓槽，中心高度520gpm或以下，冷中心強(qiáng)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(zhuǎn)受高壓脊控制。地面圖（圖2b）上，歐亞大陸冷高壓較強(qiáng)，中心位于貝加爾湖附近，中心最大強(qiáng)度可達(dá)1040hPa以上，甚至可達(dá)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(qiáng)高脊，伸出的高脊10個經(jīng)緯度范圍內(nèi)可分析至少3～4根等壓線，甚至可達(dá)7根等壓線。

2）預(yù)報指標(biāo)。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(qiáng)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(jīng)河北進(jìn)入山西或經(jīng)渤海灣進(jìn)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(qiáng)高壓脊，貝加爾湖到中國東北一帶有強(qiáng)冷低壓，中心強(qiáng)度為-40℃以下，從低壓中心經(jīng)貝湖、巴湖附近至里海有一橫槽，并有較強(qiáng)溫度槽相配合，有時在溫度槽內(nèi)（巴湖附近）還有一較強(qiáng)冷中心存在。東經(jīng)90°以東、北緯35°-50°環(huán)流較平直，北緯40°-50°有較強(qiáng)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(qiáng)冷空氣侵人阻高，使阻高崩潰，橫槽轉(zhuǎn)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(qiáng)，并向東南方向移動至中國的東北地區(qū)，而后經(jīng)渤海西南下影響蘇北地區(qū)。地面圖（圖3b）上強(qiáng)大的歐亞冷高壓呈東西向，位于東經(jīng)80°-11°，高壓軸在北緯50°附近，最大冷高壓中心位于東經(jīng)90°-100°，中心強(qiáng)度一般在1040hPa或以上，最強(qiáng)可達(dá)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(dá)1002hPa左右。

2）預(yù)報指標(biāo)。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(qiáng)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(nèi)蒙古西部的交界處或從遼寧、吉林經(jīng)北京進(jìn)入山西、陜西或經(jīng)渤海灣進(jìn)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(jīng)80°-130°為一緯向槽，槽的內(nèi)部還有一冷中心，溫度可達(dá)-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(nèi)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(qiáng)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(dá)1040hPa或以上，最大的可達(dá)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(jīng)100°-120°經(jīng)常會分析出2個不同的低壓中心，中心氣壓最低時可達(dá)992hPa左右。

2）預(yù)報指標(biāo)。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(qiáng)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(dá)41hPa左右。地面鋒區(qū)的位置大概從內(nèi)蒙古中東部經(jīng)河北、北京進(jìn)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(zhuǎn)豎型

1）入型條件。500hPa圖（圖5a）上，東經(jīng)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(jīng)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(qiáng)或阻塞穩(wěn)定維持，脊前的偏北氣流也隨之加強(qiáng)，不斷引導(dǎo)冷空氣在貝加爾湖附近的橫槽內(nèi)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(qiáng)，長波脊或阻塞高壓開始減弱。橫槽不斷旋轉(zhuǎn)東移南壓，逐漸轉(zhuǎn)豎，在轉(zhuǎn)豎的過程中有冷空氣相伴隨，造成一次較強(qiáng)的降溫過程。地面圖（圖5b）上，經(jīng)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(qiáng)度在1045hPa左右，最大可達(dá)1060hPa，鋒區(qū)一般在河套地區(qū)附近。

2）預(yù)報指標(biāo)。500hPa冷中心最低溫度在-40℃或以下，最低的可達(dá)-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(qiáng)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(jīng)渤海灣沿河北南部進(jìn)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(dá)50hPa。

2.3 定性試報

根據(jù)分型標(biāo)準(zhǔn)，檢驗2011-2012年的天氣圖資料，當(dāng)天氣形勢符合任意一型的入型條件時，就按照其對應(yīng)的指標(biāo)套用，東路冷空氣的預(yù)報準(zhǔn)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(zhuǎn)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(qiáng)冷空氣資料，計算冷空氣出現(xiàn)前后48h內(nèi)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(guān)關(guān)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(fēng)等要素的具體情況以及站點自身的地域差別進(jìn)行具體分析），結(jié)果如圖6所示。

當(dāng)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(dǎo)意義。對比925hPa和地面的降溫幅度，當(dāng)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(dāng)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(dāng)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(dāng)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(nèi)）;當(dāng)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(dāng)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(guān)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(qiáng)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(nèi)），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(fù)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(jié)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(jìn)行分析，統(tǒng)計出預(yù)報指標(biāo)，對今后的預(yù)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(guān)系，對今后預(yù)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(guān)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(biāo)準(zhǔn)。

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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(yù)報和雷達(dá)資料研究分析，（電話）15062112725（電子信箱）zff19840505@163.com。