2018年春季一次嚴重凍害過程分析

劉婉莉，李冬梅，張倩倩

2018年春季一次嚴重凍害過程分析

劉婉莉，李冬梅，張倩倩

（運城市氣象局，山西 運城 044000）

利用micaps高空、地面資料及EC再分析資料等，對2018-04-07—2018-04-08發生在山西運城的強霜凍大氣環流形勢的調整與演變、氣候背景、天氣特征及氣象要素等方面進行分析研究，并對網格化指導預報進行了分析，結果表明，霜凍前期，影響運城市冷空氣勢力弱，氣溫持續偏高，降水偏少，使果樹花期較常年提前5～7 d，導致農作物受凍害嚴重。霜凍天氣出現前，500 hPa高度場經向度加大，西西伯利亞槽加深，烏拉爾山阻高建立，引導極地冷空氣南下，受脊前槽后強冷平流影響，山西運城出現50年一遇的大范圍凍害。這次大范圍凍害, 是由于果樹花期受到強冷空氣影響，平流降溫與輻射降溫共同的疊加作用造成，地面最低溫度達到﹣6.9 ℃。智能網格預報產品能很好地預報出氣溫的降溫趨勢, 尤其是04-07的強降溫，13個站02：00 和05：00的預報和實況都十分接近，對預報員及決策氣象服務起到了很好的指導作用。不同地勢對霜災的影響程度不同，輻射降溫后形成的冷空氣向低洼處流動，導致地勢偏低處冷空氣堆積，霜凍越嚴重。

霜凍；天氣分析；指導預報；災害成因

1 引言

霜凍是主要農業氣象災害之一，對農業生產威脅很大。了解霜凍的成因及其對作物危害的規律，系統地加以分析和研究，對霜凍進行準確預報很有必要。2018-04-07—04-08，運城市遭受了一次50年一遇的強霜凍，全市13個縣（市、區）不同程度受災。此次強霜凍正好發生在果樹開花期, 農作物抗凍能力弱，凍害十分嚴重，全市農作物嚴重受災總面積為665.7 km2，絕收總面積為243.4 km2，因災造成經濟損失達10.8億元。本文就這次強霜凍天氣的成因及預報著眼點進行分析，為以后此類災害性天氣的準確預報提供參考。

2 2018-04-06—04-08霜凍天氣實況

2018-04-07運城市最低氣溫和最低地溫如圖1所示。受強冷空氣影響，2018-04-07—04-08運城全市出現霜凍，04-07出現強霜凍。04-07全市最低氣溫介于﹣4.6～2.9 ℃，如圖1（a）所示，其中聞喜、絳縣、芮城、夏縣4個縣站最低氣溫在﹣2 ℃以下，夏縣最低為﹣4.6 ℃，﹣2 ℃以下持續5 h。30個區域站最低氣溫在﹣2 ℃以下，占區域站總數的15.4%，主要出現在聞喜、絳縣、萬榮、夏縣、垣曲。最低氣溫出現在萬榮通化鎮青谷村（﹣4.8 ℃）、絳縣郝莊鄉（﹣4.8 ℃）。

2018-04-07地面最低溫度介于﹣6.9～﹣0.9 ℃，如圖1（b）所示，9個縣市地面最低溫度在﹣3 ℃以下，6個縣市地面最低溫度在﹣5 ℃以下，聞喜最低，為﹣6.9 ℃，﹣2 ℃以下持續8 h（04-07，00：00～08：00）。04-08，10個縣市出現霜凍，地面最低溫度介于﹣3.7～1.4 ℃。據調查，蘋果、梨、核桃等林果低層果花生長點全部凍死變黑，無掛果。

圖1 2018-04-07運城市最低氣溫和最低地溫（單位：℃）

3 大氣環流形勢的調整與演變

3.1 高空環流形勢分析

2018-04-04—04-07，500 hPa高度場如圖2所示。

500 hPa 4月上旬前期, 歐亞中高緯度地區呈緯向環流，冷平流弱。04-03—04-04由于烏拉爾山高壓脊的強烈發展，引導極地冷空氣南下，脊前西伯利亞高空槽加深，溫度梯度加大，鋒區加強，04-04T08：00，西伯利亞高空槽已東移南壓至巴爾喀什湖附近, 高空鋒區在新疆北部堆積加強，如圖2（a）所示；高空槽快速東移南壓，04-05T08：00，高空低壓槽位于河套北部，如圖2（b）所示；烏拉爾山高壓脊東移至巴爾喀什湖和貝加爾湖之間，脊前西北氣流引導冷空氣快速南下，04-06T08：00，河套北部冷槽經過山西快速東移南下，溫度槽落后于高度槽, 溫度槽冷中心為﹣40 ℃，如圖2（c）所示，700 hPa和850 hPa等高線和等溫線夾角大，由于力管效應，形成了極強的冷平流，給山西帶來了大風和強降溫；04-07，高空槽雖然移出山西，但運城市處于槽后脊前極強的偏北氣流中, 西西伯利亞冷空氣長趨直入進入山西，造成了大范圍強霜凍、凍害天氣，如圖2（d）所示。

圖2 2018-04-04—04-07，500 hPa高度場

3.2 地面形勢動態分析

地面圖上，冷空氣取道西北路徑影響中國。04-04—04-05冷高壓位于新疆北部，強度加強，04-05T08：00冷高中心強度達到1 052.5 hPa，04-06地面冷鋒經甘肅、河套地區快速東移南下，給中國大部地區帶來了大風及強降溫天氣，04-06T20：00冷鋒東移入海，04-07早晨山西運城受冷高壓主體控制，風力變小且天空晴朗，利于輻射降溫，平流降溫和輻射降溫疊加導致這次霜凍災害加劇。2018-04-05—04-07地面氣壓場如圖3所示。

圖3 2018-04-05—04-07地面氣壓場

4 霜凍前期天氣特征及氣候背景

2018-03下旬到04-03的500 hPa平均環流形勢場如圖4所示，分析發現，500 hPa歐亞范圍為緯向環流控制，高原到河套為暖高壓脊控制，山西運城受脊前西北氣流影響，南支槽平均位置偏東，由于無明顯冷空氣活動，導致山西運城3月下旬到4月上旬前期氣溫偏高，降水少。

圖4 2018-03下旬到04-03的500 hPa平均環流形勢場

對山西運城2018-03下旬到04-03的氣溫和降水與歷年同期進行比較分析，發現2018年山西運城市平均氣溫為17.2 ℃，較歷年同期偏高6.8 ℃，13縣市的氣溫與歷年同期相比偏高6～8 ℃，其中萬榮偏高最多達7.9 ℃，3月下旬到4月上旬前期運城無降水，與歷年同期（10.1 mm）相比明顯偏少。結果表明霜凍前期, 影響運城市的冷空氣勢力弱, 前期的氣溫明顯偏高，使果樹物候期較常年提前，果樹花期遇嚴重凍害，經濟林果損失嚴重。運城2018-03-21—04-03氣溫變化如圖5所示。

圖5 運城2018-03-21—04-03氣溫變化

5 智能網格預報產品應用

2018年智能網格預報產品投入應用，該產品時空分辨率高、更新頻次快。預報的時間分辨率為0～3 d逐3 h，4～10 d逐6 h，預報的空間分辨率為5 km，預報更新頻次達到1 d固定2次并根據天氣變化及時更新。

分析中央臺指導預報04-06T20：00起報的04-07T 02：00、05：00及08：00氣溫格點預報產品，選取站點最近的網格點值與相應時段站點實況值進行對比，如圖6所示。02：00和05：00，13站預報的氣溫與實況一致性較好，其中突出的是聞喜和夏縣, 格點預報最低氣溫為﹣3～ ﹣2 ℃，實際溫度為﹣3～﹣2 ℃，預報完全正確。13個站02：00和05：00的預報和實況正負1 ℃氣溫準確率達80%，對預報員及決策氣象服務起到了很好的指導作用。

EC850 hPa溫度預報提前72 h預報出04-07的強冷空氣，對這次強降溫預報也有很好的指導作用。

圖6 2018-04-06，20：00精細化格點氣溫預報及04-07實況

6 凍害形成原因分析

6.1 強降溫持續時間分析

霜凍期間氣象要素變化特征

分析2018-04-06T20：00—04-07T08：00山西運城各站的氣溫、地溫及風速變化發現：聞喜小于等于﹣2 ℃氣溫持續5 h，小于等于﹣2 ℃地溫持續9 h；夏縣小于等于﹣2 ℃氣溫持續6 h，小于等于﹣2 ℃地溫持續4 h；絳縣小于等于﹣2 ℃氣溫持續2 h，小于等于﹣2 ℃地溫持續10 h；芮城小于等于﹣2 ℃氣溫持續2 h，小于等于﹣2 ℃地溫持續6 h；垣曲小于等于0℃氣溫持續3 h，小于等于﹣2 ℃地溫持續 5 h，04-07T02：00—08：00各站極大風速均在1～3 m/s之間，風力小，利于輻射降溫。結果表明在04-06夜間，霜凍嚴重的幾個縣小于等于﹣2 ℃氣溫持續2～6 h，小于等于 ﹣2 ℃地溫持續3～10 h，低溫持續時間長，且風力小，輻射降溫和平流降溫造成了嚴重霜凍災害；其余各站氣溫雖然在0 ℃以上，但小于等于﹣2 ℃地溫均持續3～7 h，也造成不同程度的霜凍災害。

6.2 地形作用

地形對霜凍發生有很大影響，一般情況下，冷空氣容易沉積到低凹帶，在同樣天氣、植物種類和發育期條件下，凹地發生霜凍的可能性及凍害程度比崗地要嚴重的多。分析本次霜凍凍害嚴重的地區發現，聞喜、夏縣、絳縣基本屬于低凹地帶，冷空氣易進難出，造成冷空氣堆積，平流霜凍和輻射霜凍都嚴重。芮城和垣曲屬于密集型中高丘陵地區，山谷狹窄，排路不暢，低洼處輻射霜凍較重，坡地凍害較輕，但山地對冷平流有阻擋作用，因此平流型霜凍較輕。另外在水域附近，由于水的熱容量大，白天吸熱夜間放熱，冷空氣來臨時，降溫幅度明顯偏小，由于水域這種調節作用，較大水體周圍一般不容易發生霜凍害，即使發生也相對較輕，永濟、鹽湖同樣處于盆地，但其境內分別有鹽池和伍姓湖，由于水域的調節作用，因此永濟、鹽湖霜凍害較輕。山西省運城市地形及霜凍害嚴重區如圖7所示。

圖7 山西省運城市地形及霜凍害嚴重區

7 結論和討論

本文利用micaps高空、地面資料及EC再分析資料等，對2018-04-07—04-08的強霜凍天氣的前期大氣環流形勢的調整與演變、氣候背景、天氣特征及氣象要素等方面進行分析研究，并對網格化指導預報進行了分析，結果表明：①霜凍前期，影響運城市冷空氣勢力弱，氣溫持續偏高，降水偏少，使果樹物候期較常年提前，并使降溫幅度加大, 農作物受凍害嚴重；②霜凍天氣出現前，500 hPa環流演變伴隨著一次大尺度環流形勢調整，500 hPa高度場經向度加大，西西伯利亞槽加深，烏拉爾山高壓脊明顯加強并緊隨槽后, 引導極地冷空氣南下，受脊前槽后強冷平流影響, 運城市出現大范圍霜凍；③運城這次出現的大范圍強霜凍是由于高空冷平流較強、天氣轉晴、風小、地面向空中輻射散熱、平流降溫與輻射降溫共同的疊加作用造成，這種霜凍造成的危害更大；④智能網格預報產品能很好地預報出氣溫的降溫趨勢, 尤其是04-07的強降溫，13個站02：00和05：00的預報和實況都十分接近，對預報員及決策氣象服務起到了很好的指導作用；⑤不同地勢對霜災的影響程度往往也不同，輻射降溫后形成的冷空氣向低洼處流動, 導致地勢偏低處冷空氣堆積，霜凍也就越嚴重。

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2095－6835（2020）20－0021－04

S426

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2020.20.007

劉婉莉（1971—），女，山西芮城人，碩士，高級工程師，主要從事天氣預報技術研究。

李冬梅（1964—），女，大學本科，副研級高工，主要從事災害性天氣預報技術研究。

〔編輯：嚴麗琴〕