永嘉縣2020年12月中旬一次冷空氣過程診斷分析

徐嬋嬋，陳鍇來，周建輝，戴益斌，張靜靜

永嘉縣氣象局，浙江永嘉 325100

寒潮是冬半年影響我國最主要的災害性天氣，是判斷反常氣候的重要標志。寒潮帶來的低溫雨雪冰凍天氣不僅會導致人體免疫功能下降、引發呼吸疾病，同時對農業、牧業等造成破壞，直接影響到人民群眾的生活[1]。李進等[2]通過診斷分析，給出了杭州典型大雪天氣發生時的概念模型和預報指標。沈玉偉等[3]在2010年冬季浙江2次強降雪過程分析發現水汽通量大值區的演變與降雪過程有較好的對應關系。周弘媛等[4]通過對大氣環流和物理量診斷分析發現強勁的西南暖濕氣流、北方強冷空氣、中低層逆溫的存在及有利的溫度配置都是造成2018年1月下旬浙江大范圍低溫雨雪天氣的主要原因。他們認為全球變暖的大背景下，低溫雨雪冰凍災害的發生具有減輕趨勢，但是對其預報難度較大，加上浙江經濟社會的高速發展，低溫雨雪冰凍對農業生產、交通運輸、電力通信及人民生活等方面的影響也愈加嚴峻。因此，加強對其規律的認識，并進一步做出較為準確的短期氣候預測對減少國民經濟的損失有著重要意義[5-6]。

本文利用浙江省永嘉國家氣象觀測站的常規氣象觀測資料和MICAPS資料，采用天氣學原理和天氣動力學診斷分析方法，對永嘉縣2020年12月中旬出現的一次冷空氣過程進行診斷分析和總結，以期進一步提高對影響本地冷空氣的科學認識，為今后冷空氣天氣的監測預報預警和防御提供參考依據，提升全民的氣象防災減災能力。

1 天氣實況

2020年12月12日 至12月17日，永嘉縣出現了一次明顯的低溫雨雪冰凍及大風天氣，對交通運輸、農林業生產、城市生活等多個方面造成了較為不利的影響。

受此次冷空氣影響，永嘉縣于13日開始降溫，15日平均氣溫達到過程最低；永嘉站過程極端最低氣溫3.2℃，北部山區-4℃～0℃，其中全縣最低氣溫為溪下羅垟（海拔885 m）-4.4℃（出現于15日08:00），其次為云嶺九龍山（海拔784 m）-3.8℃（出現于15日08:00）、溪下陳山頭（海拔898 m）-3.7℃（出現于16日02:00）。另外，全縣3個氣象站點出現5級大風天氣，碧蓮、界坑、溪下、巖坦、茗岙等鄉鎮于14日出現降雪，并有積雪。

12月13—15日，日最低氣溫48 h內降溫幅度永嘉國家氣象觀測站為8.9℃，且日最低氣溫下降至3.2℃。根據中華人民共和國國家標準《冷空氣等級》（GB/T 20484—2017）可知，此次永嘉縣主要受強冷空氣影響。

2 環流形勢分析

2.1 500 hPa環流形勢

12月12日08:00~17日08:00，500 hPa環流形勢基本為一槽一脊型。12日08:00，里海附近有一切斷低渦，中心值為548 dagpm，并伴有一個-28℃的冷中心，冷空氣在這一帶堆積。12日08:00~14日08:00，低渦位置略微東移南壓，南支槽東移，槽后西北氣流引導冷空氣南下，14—17日永嘉由西北氣流逐漸轉西南急流控制。

2.2 850 hPa環流形勢

12月12日08:00，西西伯利亞一帶為一高壓環流控制，并且蒙新高地及河套地區附近也有一較弱高壓中心，貝加爾湖附近有一個-24℃的冷中心，冷空氣在這一帶堆積。高壓中心不斷東移南壓，引導原在西西伯利亞的冷空氣不斷南下，14日08:00，高壓南壓至河南湖北境內，中心為156 dagpm，永嘉地區受切變南邊偏北氣流影響，出現降水；16日08:00，全縣已轉偏東風，降水逐漸減弱、停止；14日08:00~15日20:00，受高壓環流影響，152 dagpm等值線控制浙江并于16日08:00加強為156 dagpm等值線；17日08:00，156 dagpm線東移入海。

2.3 地面形勢

12月12日08:00，冷空氣在蒙新高地附近堆積形成冷高壓，中心值1 057.5 hPa，隨后冷高壓不斷加強并緩慢向南推進，冷空氣經河套地區不斷南下，冷鋒直達長江中下游地區，可見，此次冷空氣過程為典型的中路冷空氣。13日20:00冷空氣前鋒已壓至福建境內，同時冷高壓開始減弱，內蒙古中部地區生成一新的高壓中心，中心值基本維持在1 045 hPa左右，高壓中心穩定、少變。而永嘉為1 020 hPa等壓線控制，14日08:00~16日20:00逐漸加強為1 030 hPa等壓線控制，17日08:00內蒙古高壓減弱消失，永嘉雖仍處于1 030 hPa等壓線控制，但冷空氣影響減弱；17日20:00冷空氣影響基本結束（圖1）。

圖1 12月13日20:00 500 hPa和地面形勢圖

3 強降溫成因分析

某地溫度的變化可用熱流量方程來表示：

式中：第一項為溫度平流項，考慮平流冷暖性質和強度；第二項為垂直速度對局地氣溫變化的影響，ω在近地層近似為0，可不考慮；第三項為變壓和氣壓平流引起的溫度變化，局地變化微小，可不考慮；第四項為非絕熱因子項，考慮輻射、水汽凝結、蒸發和地面感熱對氣溫的影響，氣溫非絕熱變化主要表現為氣溫的日變化和氣團變性，但這次冷空氣期間有大范圍的鋒面云系，太陽輻射和地表輻射引起的日變化較小，故此項也不考慮。因此，本節只討論850 hPa上冷平流的演變情況。

分析12月12日08:00~17日20:00 850 hPa的溫度平流場可知，12日20:00內蒙古西部的冷平流區逐漸朝東南方向發展，14日08:00，冷平流區覆蓋浙江省大部分地區。同比實況，永嘉于14—16日出現強冷空氣天氣，15日平均氣溫達到過程中的最低。

4 雨雪冰凍天氣的成因分析

4.1 水汽通量場

從13—15日水汽條件上看，850 hPa以下浙江沿海有1條NE-SW走向的水汽輸送帶，水汽通量中心值有14-16 g/（s·hPa ·cm），而陸地上水汽條件沒有明顯優勢，但700 hPa表現完全不同，13—16日24°N~30°N上有W-E走向的強水汽輸送，永嘉地區在14日凌晨條件最為有利，中心極值達到10~12 g/（s·hPa·cm），說明雖然低層水汽條件一般，但中層上相對極為有利，正是如此其為永嘉的雨雪天氣提供了較為充分的水汽來源（圖2）。

圖2 850 hPa、700 hPa水汽通量圖

4.2 單站高空資料分析

根據以往對冰凍雨雪天氣層結特征的研究結果可知，雨雪天氣通常具有“冷—暖—冷”的垂直結構，且必然存在逆溫層。從洪家和衢州探空資料可知（表1~表2），雨雪冰凍天氣過程期間，洪家站上空基本存在兩冷夾一暖的結構，而衢州站上空溫度垂直結構條件不是十分優越，但也存在明顯的逆溫層，暖濕氣流與冷空氣的共同影響，為雨雪的產生創造了有利條件。

表1 洪家站2020年12月12—17日500~925 hPa各層的日平均氣溫 ℃

表2 衢州站2020年12月12—17日500～925 hPa各層的日平均氣溫 ℃

5 總結

（1）這次冷空氣天氣過程產生的環流背景：中高緯度環流形勢主要維持一槽一脊型，低渦中心位置東移南壓至巴爾喀什湖西南，南支槽東移，槽后西北氣流引導冷空氣南下，隨后冷渦中心減弱消失。

（2）此次冷空氣天氣過程的路徑屬于中路型，冷空氣主力自關鍵區經河套一帶南下至長江中下游。

（3）冷渦、冷高壓環流和地面冷高壓是這次冷空氣天氣過程產生的主要天氣系統。

（4）探空資料925～500 hPa溫度層結分析表明，兩冷夾一暖的層結結構以及活躍的暖濕氣流與冷空氣的共同影響為雨雪的產生創造了條件。