2016年魯西平原地區一次寒潮天氣過程分析及對其農業的影響

韓雪蕾，紀凡華，王小亞，韓風軍，徐 娟

（山東省聊城市氣象局，山東聊城252000）

2016年魯西平原地區一次寒潮天氣過程分析及對其農業的影響

韓雪蕾，紀凡華，王小亞，韓風軍，徐 娟

（山東省聊城市氣象局，山東聊城252000）

以常規觀測、衛星云圖等資料對2016年1月22—24日聊城市寒潮天氣過程的環流背景、物理量場等方面進行分析，得到此次寒潮天氣過程的變化及對農業的影響。結果表明：大西洋暖脊在高緯東伸，促使烏拉爾山地區的弱脊不斷發展形成阻高形勢，是冷空氣發展加強的有利條件；近地面冷高壓勢力強盛，受強冷平流影響，此次寒潮過程產生大風降溫天氣，氣溫持續降低，另外良好的水汽條件都是產生降雪的原因；從衛星云圖可以看到，橫槽槽線前陜西、山西和河北中部地區形成的一條寬廣的層狀云云帶產生降雪天氣，橫槽轉豎后云帶后邊緣光滑，也表示著強大的地面冷高壓。

寒潮；橫槽；冷高壓；溫度平流；農業

0 引言

寒潮是一種大規模的強冷空氣活動，是聊城地區常見的災害性天氣之一。寒潮天氣的主要特點是劇烈降溫和大風，常常伴有雨、雪、雨凇和霜凍，常給工農業、漁業生產和交通運輸帶來巨大的影響，因此做好寒潮天氣預報，服務于相關部門以便采取有效措施預防其危害有著重要的意義。

20世紀50年代就有一些研究者開始從影響中國的冷空氣源地、路徑和環流特征等方面對寒潮進行分析和歸類[1-3]。馬曉青等[4]認為，強寒潮的發生與烏拉爾東側阻塞脊的低頻活動有著明顯關系。一些學者對降水與寒潮天氣背景關系進行研究[5-7]。李江波等[8]對寒潮天氣背景下的降水多相態轉換的成因與雨雪轉換的預報進行了分析。肉孜·阿基等[9]認為，850 hPa和700 hPa偏西急流將里咸海上空濕空氣部分攜帶到新疆上空，為降雪提供了基本水汽條件。陳豫英等[10]認為，寒潮天氣過程常建立在前期強烈升溫的基礎上，有強冷空氣在西西伯利亞及貝加爾湖堆積，并向南侵襲造成的；寒潮爆發前亞洲中高緯環流形勢均表現為“一脊一槽”型，動力機制均為高空旋轉低壓槽與強鋒區。許愛華等[11]認為，寒潮及寒潮天氣主要成因是西歐上空500 hPa強暖平流致使在西伯利亞地區形成阻塞高壓，建立橫槽，橫槽北側的東北氣流引導超極地冷空氣和西路冷空氣合并加強；形成了異常強的冷高壓、鋒區、冷溫度中心和冷溫度平流；李昕翼等[12[[13-15]。巴爾克什湖至貝加爾湖強偏北氣流、地面冷高壓中心強度變化情況、南北海壓差和溫差、850 hPa溫度變化、冷平流移動路徑以及強度等可作為預報寒潮強度的參考因子；商兆堂等[16]認為，寒潮天氣帶來的強降溫與暴雪天氣會造成直接農業經濟損失，主要是農業設施和林果損失。一些學者認為，寒潮天氣與溫度變化之間有不同類型[17-19]；錢維宏等[20]認為，發生在中國的寒潮以北方（35°N以北）最多，在所有的降溫事件中，只有不到1/3的事件伴隨有升壓和大風天氣。

前人對寒潮過程的分析多側重于天氣系統的分析，本研究利用天氣學分析和診斷方法對常規天氣資料、衛星云圖資料進行分析，亦對高空環流形勢場、物理量場、中尺度系統等方面描述，探究2016年1月22—24日聊城地區出現的一次寒潮天氣過程成因，以期加深對寒潮天氣來臨前冷空氣的聚積與爆發的分析認識，提高寒潮天氣的預報能力和低溫凍害災害的防御能力。

1 資料與方法

1.1 資料來源

本研究所用資料主要包括：中國高空地面常規和加密觀測資料、聊城市自動站逐小時觀測資料。資料起止時段為2016年1月22日08:00—25日20:00。臺站氣溫、降雪資料為每日08:00—20:00、20:00—08:00資料。

1.2 研究方法

本研究使用常規觀測資料了解降雪發生的雪情；利用常規觀測資料，采用天氣動力學診斷方法和強天氣分析技術，對本過程的大尺度環流背景、物理量場進行診斷和研究，揭示造成強降雪發生的中尺度天氣系統發生、發展的環境場條件，探討中尺度天氣系統演變特征及觸發機制。利用高空圖對降雪發生的天氣尺度環境場進行分析，500 hPa天氣圖側重環流背景分析，700 hPa天氣圖、850 hPa天氣圖側重切變系統和急流分析，運用物理量場診斷判斷降雪相態變化、降雪落區。

1.3 天氣概況

2016年1月22—24日聊城地區出現一次寒潮天氣過程，出現了大風、雨雪及低溫天氣。此次寒潮天氣的特點是：（1）冷空氣強，出現大風。（2）寒潮天氣過程伴隨降水。22日06時—17時全市平均降雪量為1.6 mm，各縣降雪量為：東昌府1.9 mm、臨清2.3 mm、冠縣1.1 mm、陽谷0.8 mm、莘縣1.0 mm、高唐2.9 mm、茌平1.5 mm、東阿1.1 mm。3、18—21日受高空暖脊的影響，氣溫出現明顯的回升，冷空氣過后，降溫劇烈（見表1），平均過程降溫幅度為11℃，全市最低溫度出現在23日茌平-19.5℃，突破聊城市歷史同期極值的-18.2℃（1967年出現在高唐縣）。

1.4 統計分析

采用Excel進行溫度數據的統計，利用Micaps繪制地面冷鋒演變、不同高度層的溫度場與風場與濕度場時間-空間剖面圖。

表1 2016年1月22—24日低溫變化 ℃

2 天氣形勢分析

2.1 環流形勢

分析500 hPa環流形勢演變（圖略），在20日08時大西洋暖脊在高緯度地區東北伸，促使烏拉爾山地區的弱脊不斷發展加強，暖空氣不斷向北方擴散到60°N附近；烏拉爾山東部地區有極渦底部的強鋒區，形成強冷空氣醞釀形式。20日20時在蒙古國西北部有橫槽發展，東歐地區有弱西風槽發展，冷空氣從烏拉爾山南部侵入，切斷高緯度地區暖空氣與中緯度系統的聯系，形成阻高形勢。橫槽系統溫度槽落后于高度槽，橫槽后部冷平流明顯，強冷空氣發展。蒙古以南地區環流較平直，從中亞到河西走廊不斷有小槽東移，21日08時溫度槽趨前于高度槽，橫槽轉豎，槽線到蒙古國南部，原靜止于蒙古的冷高壓向南移動，帶來劇烈降溫，形成山東地區的降雪天氣。

地面圖上（見圖1），歐亞大陸被強大的冷高壓所控制，20日17時，兩股冷空氣的前沿冷鋒分別位于貝加爾湖以南與中國琉球群島，21日08時，兩條冷鋒南壓東移，分別移至中國黃土高原以北與巴士海峽，到22日08時，冷鋒迅速南下，途徑中國河套地區到達江浙地帶，22日20時，冷鋒移入海中，到達海南島以南的地區，此時，山東地區被強冷空氣控制，即將迎來大幅度的降溫過程。

圖1 1月20—22日地面冷鋒演變

2.2 寒潮爆發時環流形勢綜合分析

由23日8時500 hPa高空圖可以看出（見圖2），冷空氣持續南下，渤海地區等高線密集，500 hPa冷渦位于中國東北地區，渤海到中國內蒙古、河套地區有一較強橫槽，溫度中心和高度中心基本重合。700 hPa冷渦與500 hPa高度相比位置偏東，溫度場落后于高度場，橫槽后部有明顯的冷平流輸送。槽線位置位于中國東北、渤海到山東地區。850 hPa冷渦東移入海，冷溫度中心在內蒙古東部，中國山東地區等高線與等溫線約成90°角度，有較強的冷平流向南輸送，溫度場等溫線密集。槽線隨高度向西偏，后傾程度較小，有利于槽前上升運動。山東地區有低空急流。地面圖上，山東地區等壓線較密集，冷空氣前沿已到達中國南部沿海地區，地面冷高壓中心位于中國貝加爾湖地區，中心強度高達1081.0 hPa，引發大范圍寒潮，冷空氣影響中國大部分地區。

3 物理量場分析

3.1 濕度場剖面圖分析

分析聊城地區（116°E，36.5°N，下同）濕度場時間-空間剖面（見圖3），自21日08時開始，空氣的濕度漸漸增大,低層850 hPa以下有弱的水汽輻合，偏南氣流向聊城地區輸送水汽，空氣中水汽增多，低層925 hPa出現此時濕度場的最大值1.44 g/m3。21日20時，近地面比濕開始加大，地面濕層開始加厚到500 hPa高度，500 hPa高度的濕度場數值從0.16 g/m3增大到0.20 g/m3。850 hPa高度出現濕度的大值區1.44 g/m3。良好的濕度為降雪提供有力水汽條件。22日08時近地面濕層達到最厚520 hPa，與此同時聊城地區開始出現降雪天氣，隨后濕層厚度開始下降，22日20時濕層厚度700 hPa左右，比濕厚度迅速下降，925 hPa高度的濕度場數值減少到0.96 g/m3，此時降水過程已經結束。23日08時在底層西北氣流的影響下，聊城市濕度不斷減小。

3.2 850 hPa高度溫度場分析

在低空溫度場上（見圖4），22日20時，850 hPa冷中心位于貝加爾湖以南的中國東北地區，冷中心數值最大為-28℃，山東地區溫度為-17℃。23日08時冷中心位置靜止少動，冷中心數值最大為-32℃，此時冷空氣前鋒到達山東地區，山東地區溫度降至-22℃，降溫15℃，降幅較大。23日20時，冷中心位置南壓東移，移至中國蒙古中部至渤海一帶，受較暖下墊面影響，冷中心溫度略有回升為-28℃，山東地區溫度持續下降，為-24℃。24日8時冷中心強度減弱，冷中心位置移至中國山東地區，溫度略有回升為-21℃。在此過程中，強冷中心穩定少動，冷空氣主體控制華北，是強降溫的有利條件。冷中心不斷南壓東移，另外整個寒潮過程山東850 hPa溫度小于0℃，是降水性質為雪的原因。

3.3 700 hPa溫度變化

圖2 1月23日8時地面圖與高空圖綜合分析

圖3 1月21日8時—23日20時濕度場時間-空間剖面圖

從19日8時開始聊城市700 hPa高度的溫度一直較低，一般都低于-10℃，冷中心的從中國東北地區逐步南壓東移。19日20時冷中心溫度穩定，聊城市700 hPa高度的溫度略有回升，此為明顯的冷空氣到達前的短暫升溫過程，多由于強冷空氣到達前空氣壓縮，動能轉化成熱能，及槽前西南氣流發展造成。20日8時—22日8時，冷中心逐步接近我省，聊城市700 hPa高度溫度穩定在-14℃左右，高空干冷空氣主體穩定少動，空氣透光性好，有利于輻射降溫。22日20時聊城市溫度大幅度下降，降幅達12℃。在強冷空氣的控制下，22日08時—24日8時，聊城的溫度降至-25℃以下，23日聊城市溫度達到最低，22日聊城市陰有小雪，23日白天聊城市處于多云天氣，夜間云量減少，天空晴朗，輻射降溫明顯，因此聊城市2 m最低溫度出現在23日夜間。24日08時以后，冷空氣東移入海，聊城地區700 hPa溫度開始迅速回升。

4 衛星云圖分析

從衛星云圖可以看出（見圖6），22日8時中國河套地區到東北平原中部均被一條寬廣的云帶覆蓋，河套地區和魯西北地區云層較厚，云頂亮溫較低。云帶北部呈絮狀，邊緣不整齊，此時橫槽沒有轉豎，弱冷空氣剛剛入侵，觸發上升氣流發展加強，水汽凝結，云層變厚，低層魯西北地區產生降雪；22日11時，云帶明顯加強，云層加厚，云頂亮溫降低，但是寬度變窄，云帶的經向度加大。在陜西、山西和河北中部形成一條光滑的云帶邊緣，說明橫槽開始轉豎，強冷空氣開始爆發，受寒潮冷鋒影響云帶后云量迅速減少。

圖4 1月22日20時—24日8時850 hPa溫度場演變

圖5 19日8時—24日20時700 hPa高度溫度變化

5 對農業生產影響

全市平均降雪量為1.6 mm，22日夜間局地風速6～7級，莘縣、茌平、冠縣等地部分大棚因大風、雪壓倒塌，超過數百大棚棚內作物絕收，大量簡單設施大棚及部分金屬結構大棚受損。1月22—24日最低氣溫創歷史同期最低，全市最低溫度出現在23日夜間-17.9℃，造成低溫凍害。青菜、芹菜等大量露天越冬蔬菜，受凍后外層葉片霉變發紅，根部腐爛。大田農作物由于融雪后土壤水分飽和，根系霉爛，后期抗倒伏能力減弱，葉片枯萎，影響光合作用。寒潮過程中溫度下降，對長勢較弱的蔬菜及農作物造成凍害。

6 結論與討論

基于此次降水天氣過程分析，利用Micaps繪制地面冷鋒演變、不同高度層的溫度場與風場與濕度場時間-空間剖面圖等，綜合研究討論此次寒潮天氣過程的演變形勢及對農業生產的影響，得到以下結論。

（1）此次過程的主要影響系統為橫槽、切變線及西南急流；500 hPa橫槽系統中，溫度槽落后于高度槽有利于冷空氣南下，造成大幅降溫與雨雪天氣；700 hPa和850 hPa切變線觸發對流，產生降雪，850 hPa以下的西南急流提供良好的水汽條件。

（2）預報降溫的著眼點為冷鋒到達時間，冷鋒前沿到達，預示著該地區降溫的開始，最低溫度多出現在冷空氣過境后的晴好天氣。700 hPa高度的溫度與地面溫度有一定的相關性，對地面溫度的預報有一定的參考價值。

圖6 寒潮爆發前衛星云圖產品分析

（3）地面濕層高度增加時間與降雪開始時間相一致，良好的濕度為降雪提供有力水汽條件。在寒潮過程中，冷中心不斷南壓東移，整個寒潮過程山東850 hPa溫度小于0℃，是降水性質為雪的原因。

（4）寒潮到達前，在陜西、山西和河北中部形成一條光滑的云帶邊緣，說明橫槽開始轉豎，強冷空氣開始爆發，受寒潮冷鋒影響云帶后云量迅速減少。

（5）此次寒潮降溫過程發生在春季，不僅對大棚作物與設施產生不利影響，對越冬蔬菜、大田農作物等露天作物均會造成減產歉收。

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A Cold Wave Weather in West Shandong Plain in 2016:Diagnostic Analysis and Its Impact on Agriculture

Han Xuelei,Ji Fanhua,Wang Xiaoya,Han Fengjun,Xu Juan
(Liaocheng Meteorological Bureau of Shandong,Liaocheng 252000,Shandong,China)

The paper aims to analyze the circulation background and physical variable field of a cold wave process happened in Liaocheng from January 22 to 24,2016.Based on conventional observation and satellite cloud images,we summarized the cold wave process change and its effect on agriculture.The results showed that:warm Atlantic ridge extended eastward at high latitude,forced the weak Ural mountain ridge to form the Ural blocking high,which was a favorable condition for the development of cold air;near surface cold high pressure dominated,strong wind occurred and air temperature dropped continuously during this cold wave process because of the effect of strong cold convection,moreover,good water vapor condition provided a favorable condition for snowfall;one broad sheet cloud band before the transversal trough line formed in Shaanxi,Shanxi and central Hebei on the satellite cloud image caused snowfall weather,back edge of the cloud band became smooth after the transversal trough changing to the vertical,which indicated strong surface cloud high pressure.

Cold Wave;Transversal Trough;Cold High Pressure;Temperature Convection;Agriculture

P458

A論文編號：cjas16100006

山東省氣象局局面上課題“魯西北雨雪相態轉換機制和預報方法研究”(2012sdqx03)。

韓雪蕾，女，1991年出生，山東東昌府區人，助理工程師，本科，主要從事中短期天氣氣候預測及服務。通信地址：252000山東省聊城市東昌府區光岳路與新南環交叉路口西聊城市氣象局，Tel：0635-8573802，E-mail：1301854613@qq.com。

韓風軍，女，1977年出生，山東聊城人，中級工程師，本科，主要從事中短期天氣氣候預測及服務。通信地址：252000山東省聊城市東昌府區光岳路與新南環交叉路口西聊城市氣象局，Tel：0635-8573802，E-mail：2247199547@qq.com。

2016-10-10，

2017-06-28。