三門峽兩次寒潮天氣過程對比分析

郭 蘭

（三門峽市氣象局，河南 三門峽 47722000000）

寒潮是冬春季節(jié)嚴重的災害性天氣之一，是一種大規(guī)模的強冷空氣活動過程，常常會造成強降溫、大風等天氣，給人們的生產和生活造成嚴重的影響。寒潮引發(fā)的強降溫與冷空氣的活動有著密切聯(lián)系［1-2］，而冷空氣的活動在天氣圖和物理量場上均有所反應。許愛華等人［3-6］對2005年3月一次寒潮天氣過程的診斷分析揭示出強盛的冷平流是造成強降溫的主要原因。劉海麗［7］通過日本數(shù)值預報產品對寒潮天氣分析發(fā)現(xiàn)，日本傳真圖500 hPa形勢場和850 hPa氣溫的預報，對判斷能否產生寒潮天氣有很好的指示作用，但其開始時間存在一定偏差。寒潮也是影響三門峽地區(qū)較為嚴重的氣象災害之一，文章將通過對兩次寒潮過程的對比分析，找出三門峽地區(qū)寒潮過程的異同點，以期為三門峽地區(qū)寒潮天氣的預報提供參考。

1 實況分析

根據(jù)河南省寒潮標準，在一次降溫過程中，最低氣溫24h內下降8℃以上，或48h內下降10℃以上，同時最低氣溫降至4℃以下，稱為寒潮過程。受冷空氣的影響，2010年4月10-13日三門峽市出現(xiàn)連續(xù)降溫天氣，11-13日大部分地區(qū)48小時降溫幅度達到了寒潮標準，最低氣溫低于0℃，出現(xiàn)了晚霜凍天氣，此時正值果樹開花，農作物生長季節(jié)，霜凍造成了嚴重的災害，經濟損失達上億元。2011年3月31日-4月2日，同樣受冷空氣影響，三門峽大部分地區(qū)出現(xiàn)了寒潮天氣，但是由于最低氣溫未降至0℃以下，全市未出現(xiàn)災情［8-9］。

2 影響系統(tǒng)分析

2.1 高空環(huán)流形勢分析

寒潮的暴發(fā)，與前期的環(huán)流形勢、冷源以及冷空氣的堆積有著密切的關系。2010年4月9日08時500hPa高空形勢上，歐亞大陸為倒Ω型，在貝加爾湖東部有一低渦，低渦向西伸出一個橫槽，此時貝加爾湖西側有一個-44℃的冷中心，低渦隨后旋轉東南移，強冷空氣隨之向華北地區(qū)擴散。10日08時低渦移至黑龍江北部地區(qū)（圖1a），此時又有一低渦形成于貝加爾湖西側，并向西伸出一個橫槽，此時有一個-44℃的冷中心與低渦相對應。橫槽前部為冷平流且有階梯槽形成，后部為暖平流正變高，預示著橫槽將轉豎。11日08時橫槽轉豎，并移至貝加爾湖附近，12日08時低槽向南加深發(fā)展（圖1a），繼續(xù)引導冷空氣南下。至此，橫槽轉豎以及轉豎后不斷加深發(fā)展導致冷空氣不斷補充南下，在冷空氣的持續(xù)影響下，造成了三門峽地區(qū)的連續(xù)降溫，并在12日夜間暴發(fā)了寒潮及霜凍天氣。

圖1 500hPa高空形勢

2011年3月30日08時500hPa高空形勢上，歐亞大陸為兩槽一脊型，在新地島以西有一個中心溫度為-40℃的冷渦。30日20時，該冷渦快速東移到西伯利亞中東部地區(qū)，其中心強度增強為-44℃。31日20時，冷中心東移南壓到中西伯利亞東部，低槽移至我國華北地區(qū)（圖1b）。而此時有南支槽位于甘肅南部到四川一線，且槽線處有冷平流輸送，在系統(tǒng)東移的過程中，在1日20時兩支槽實現(xiàn)了同位相疊加（圖1b），兩股冷空氣合并加強，更有利于引導冷空氣的南下，4月1日夜里至2日，三門峽地區(qū)暴發(fā)了寒潮天氣。

2.2 冷空氣路徑

地面圖上，2010年4月11日08時冷高壓中心位于貝加爾湖西部，冷中心強度達1 045hPa，此時三門峽地區(qū)為一低壓帶控制，隨著系統(tǒng)的東移，冷空氣向東南方向擴散，11日20時冷鋒前沿到達河套地區(qū)（圖2a），氣壓梯度增大，11日夜里冷空氣南下，影響三門峽地區(qū)，此時，貝加爾湖西南部的冷中心仍然維持，且強度增強為1 050hPa，由其擴散的冷空氣經河套地區(qū)不斷東南移動，持續(xù)影響三門峽地區(qū)。12日白天冷中心強度減弱至1 030hPa，而12日夜間冷中心又加強至1 042.5hPa，并分裂出多個強度稍弱的冷中心，13日凌晨影響三門峽地區(qū)的冷空氣勢力達到了最強（1032.5hPa），一直持續(xù)至14日，三門峽一直受此穩(wěn)定高壓控制。

2011年3月31日08時冷高壓中心位于貝加爾湖西南部，冷中心強度為1 042.5hPa，冷中心在東移過程中，擴散的冷空氣逐漸在內蒙古境內堆積。31日20時在四川到河套地區(qū)有暖倒槽生成，冷空氣入侵前在暖倒槽的控制下三門峽地區(qū)一直處于升溫狀態(tài)。4月1日08時冷中心分裂為兩個（圖2b），分別位于貝加爾湖西南部和東南部，東南部的冷中心東移南下擴散的冷空氣勢力較弱，對三門峽影響不大。從1日夜里開始，貝加爾湖西南部的冷中心開始分裂并迅速東南移動，影響三門峽地區(qū)暴發(fā)了寒潮天氣。

分析發(fā)現(xiàn)，兩次寒潮過程均屬于西北路冷空氣影響，而且在兩次過程冷空氣入侵前，三門峽市均為暖低壓控制，前期的升溫狀態(tài)為寒潮天氣暴發(fā)提供了能量聚集條件。強冷空氣的堆積是寒潮暴發(fā)的關鍵，兩次過程的冷空氣均在貝加爾湖附近聚集南下，且兩次冷空氣強度勢力相當。不同之處在于前一次過程是多個冷中心持續(xù)南下，不斷補充，從而導致最低氣溫不斷下降，且維持在較低水平，而后一次過程冷空氣移速較快，導致溫度降幅較大，但未引發(fā)霜凍天氣。

圖2 海平面氣壓場

3 物理量診斷分析

要造成強降溫天氣，就要有一定強度的冷空氣，某地溫度的變化主要決定于溫度平流和非絕熱因子的作用。溫度平流主要考慮平流冷暖性質和強度，非絕熱因子考慮輻射、水汽凝結、蒸發(fā)和地面感熱對氣溫的影響。氣溫的非絕熱變化主要表現(xiàn)為氣溫的日變化和氣團變性。在兩次寒潮過程中，由于有大范圍的鋒面云系，太陽輻射和地表輻射引起的氣溫日變化較小，降水過程中水汽凝結和蒸發(fā)作用會使氣溫有所下降，但是氣溫驟降主要是冷平流所引起的。

圖3 850hPa冷平流分布圖（單位：10-5℃·s-1）

2010年4月11日23時（圖3a），在山西北部到甘肅南部有東北-西南向的帶狀冷平流，中心為-36×10-5℃·s-1，12日08時冷平流中心位于三門峽市上空（圖3b），強度增強為-40×10-5℃·s-1，與冷高壓移動路徑一致，12日上午強冷平流入侵過境，由于入侵迅速，到14時三門峽市已逐漸轉入冷高壓控制之下，所以此時冷空氣輸送減弱，冷平流也隨之減弱為-8×10-5℃·s-1，由于強冷平流的過境，使三門峽的氣溫維持在較低水平。隨后有強度為-8×10-5℃·s-1冷平流不斷補充南下，造成了溫度持續(xù)下降，并達到0℃以下，從而造成了13日凌晨的寒潮及霜凍天氣。

3月31日20時，在我國內蒙古西部到華北地區(qū)出現(xiàn)了東西向的帶狀冷平流區(qū)，影響三門峽市的冷中心暫時位于河北北部，此時冷平流中心強度為-40×10-5℃·s-1，冷空氣勢力很強。伴隨著高空低槽的南伸以及低層冷空氣的南移，4月1日08時，冷中心移至山西地區(qū)，冷空氣勢力有所減弱。4月1日20時，冷平流前沿已經開始影響河南省北部地區(qū)（圖3c），在冷暖平流交匯處溫度梯度變化很大，此后12h冷空氣迅速南下，2日08時三門峽地區(qū)已受冷高壓控制，冷平流輸送減弱，中心強度為-8×10-5℃·s-1（圖3d）。

通過對比發(fā)現(xiàn)，兩次寒潮過程的強降溫都是由于強冷平流的輸送引起的，強盛的冷平流是造成氣溫驟降的主要原因。兩次過程前最強冷平流中心一致，而且影響三門峽時均入侵迅速，影響三門峽地區(qū)時強度也一致，不同之處在于前一次過程冷平流輸送到達三門峽地區(qū)后有持續(xù)的冷平流輸送，而后一次冷平流輸送時間較短，無后續(xù)補充，所以造成前一次過程的最低氣溫更低。

4 數(shù)值預報產品的應用

圖4 歐洲850hPa溫度預報場與實況對比（單位：℃）

歐洲數(shù)值預報產品的穩(wěn)定性相對較高，是日常做預報的主要參考產品。在三門峽地區(qū)的溫度預報中一般選取112.5°E，35°N格點的850hPa溫度作為參考值。從圖4中可以看到，兩次過程中雖然歐洲850hPa預報場與實況溫度均略有差別，但整體溫度變化趨勢一致，預報場的準確率相對較高，而且在兩次過程開始前歐洲數(shù)值預報產品已連續(xù)5～7天預報出兩次降溫過程［10］。前一次過程預報的48h降溫幅度為6～8℃，而后一次過程預報的48h降溫幅度達到了12～13℃，降溫幅度后一次過程更強，但前一次地面實況溫度降得更低，主要是由于前一次過程溫度屬于持續(xù)下降，基礎溫度較低，導致最低氣溫更低，而后一次過程前期升溫狀態(tài)明顯，過程中溫度驟降繼而回升，從而地面最低氣溫高于前一次過程。根據(jù)兩次過程分析及預報經驗得出，在春季當歐洲數(shù)值產品連續(xù)五天預報850hPa降溫幅度≥8℃時即考慮溫度低谷期三門峽地區(qū)將有強降溫過程，對歐洲數(shù)值預報產品的有效應用大大提高了強降溫過程的預報準確率［11］。

5 小結

5.1 前一次過程高空形勢為橫槽轉豎型，后一次過程為低槽東移型，兩次過程均為暴發(fā)寒潮天氣的典型形勢，且兩次過程的高空冷中心強度一致。

5.2 強冷空氣的堆積是寒潮暴發(fā)的關鍵，兩次過程的冷空氣均在貝加爾湖附近聚集南下，且兩次冷空氣強度勢力相當，不同之處在于前一次過程是冷空氣的持續(xù)南下，不斷補充，導致最低氣溫不斷下降，引發(fā)了寒潮及霜凍天氣，而后一次過程冷空氣移速較快，僅造成寒潮天氣。

5.3 強盛的冷平流是造成兩次過程氣溫驟降的主要原因。

5.4 在春季當歐洲數(shù)值產品連續(xù)五天預報850hPa降溫幅度≥8℃時即考慮溫度低谷期三門峽地區(qū)將有強降溫過程。

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