一次冷渦天氣過程的分析與應(yīng)對措施

郭婧芝，王楠楠，劉鑫鵬

吉林省琿春市氣象局，吉林琿春 133300

東北冷渦的形成與發(fā)展，通常會引發(fā)暴雨、雷電、風雹等災(zāi)害性天氣，對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、交通出行等領(lǐng)域造成負面影響。有研究表明，我國東北地區(qū)22.4%的暴雨與53%的風雹由冷渦引起，因此提升氣象預(yù)報準確性，使氣象預(yù)報更好地服務(wù)于民，要加強對冷渦天氣的研究[1]。近年來，有大量學(xué)者研究東北冷渦，有研究指出，要對冷渦活動的個數(shù)、強度、影響進行統(tǒng)計，明確冷渦天氣的頻次、位置、環(huán)流背景、水汽輸送、降水、冷暖平流等要素[2]。部分研究者就冷渦影響下的區(qū)域持續(xù)性暴雨天氣過程、強對流天氣進行研究，認為冷渦研究對于提升氣象預(yù)報質(zhì)量、保障人們生產(chǎn)生活具有重要意義[3]。

1 東北冷渦介紹

在東北地區(qū)，冷渦經(jīng)常出現(xiàn)在夏季和初秋，是造成東北地區(qū)低溫冷害、陰雨洪澇的主要因素，其研究價值極高。東北冷渦的主要特征是溫度差異大。由于受到高空槽線的影響，冷空氣在東北地區(qū)聚集，形成溫度梯度較大的區(qū)域。這種溫度差異會導(dǎo)致大氣層結(jié)不穩(wěn)定，容易產(chǎn)生強對流天氣。同時，持續(xù)時間長、影響范圍廣也是東北冷渦的主要特征，一次典型的東北冷渦天氣過程通常會持續(xù)數(shù)天，影響范圍廣泛。

東北冷渦會對社會各方面產(chǎn)生深刻的影響：第一，冷渦天氣過程可能引發(fā)強降水和雷電等災(zāi)害。由于大氣層結(jié)不穩(wěn)定，會有強烈的對流天氣產(chǎn)生，引發(fā)短時強降水、雷暴、大風等災(zāi)害性天氣，可能引發(fā)城市內(nèi)澇、山洪、泥石流等自然災(zāi)害，威脅人們的生命財產(chǎn)安全[4]。

第二，冷渦可能引發(fā)冰雹和龍卷風等極端天氣現(xiàn)象。在一定條件下，冷渦會與低層的暖濕氣流相互作用，形成強烈的上升氣流和下沉氣流，進而引發(fā)冰雹和龍卷風等災(zāi)害。

第三，冷渦會對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生影響。在農(nóng)作物生長的關(guān)鍵時期，持續(xù)的低溫陰雨天氣，可能導(dǎo)致農(nóng)作物生長受阻，產(chǎn)量下降。

第四，冷渦導(dǎo)致的雷電和大風可能引發(fā)森林火災(zāi)和草原鼠害等生態(tài)問題。

2 降水實況特征

2023年7月4日20:00—5日20:00，吉林省琿春市出現(xiàn)了明顯降水天氣過程，全市平均降水量為50.2 mm，出現(xiàn)大暴雨(降水量＞100 mm)的站點有2個，分別為敬信鎮(zhèn)防川村115.6 mm、圈河口岸104.7 mm。出現(xiàn)暴雨(50～100 mm)的站點有12個，分別為春化鎮(zhèn)西南岔村71.9 mm，板石鎮(zhèn)66.2 mm、孟嶺村65.6 mm，哈達門鄉(xiāng)馬滴達村64.4 mm，敬信鎮(zhèn)64.2 mm，合作區(qū)61.2 mm，敬信鎮(zhèn)大肚川村60.1 mm、西架山57.3 mm，琿春市56.8 mm，春化鎮(zhèn)大六道溝村53.0 mm、官道溝村51.6 mm，楊泡鄉(xiāng)煙囪砬子村50.5 mm。其余站點出現(xiàn)大雨，降水量25.0～50.0 mm。

7月5日出現(xiàn)大風天氣，出現(xiàn)大風的站點極大風速統(tǒng)計如下：板石鎮(zhèn)23.1 m/s，琿春國家基本氣象站19.5 m/s，敬信鎮(zhèn)防川村19.2 m/s，長嶺子口岸17.4 m/s。

3 環(huán)流形勢與主要天氣系統(tǒng)發(fā)展演變

在本次降水天氣過程中，吉林省琿春市的主要環(huán)流形勢受到東北冷渦的影響。7月4日20:00，一個明顯的低值系統(tǒng)出現(xiàn)在東北地區(qū)，為東北冷渦的初始階段。7月5日08:00，該低值系統(tǒng)進一步發(fā)展，形成了一個深厚的低渦，中心位置位于我國黑龍江省的哈爾濱市附近，此時東北冷渦開始影響吉林省琿春市。

隨著東北冷渦的發(fā)展，大量濕冷空氣從低渦中心向琿春市輸送，造成該地區(qū)持續(xù)降水。7月5日14:00，低渦進一步東移南下，琿春市處于低渦的東南象限，此時降水強度達到最大。隨后，低渦繼續(xù)東移，7月5日20:00，低渦中心已移出吉林省，降水也隨之逐漸減弱。至7月6日02:00，降水基本結(jié)束。

在這一天氣過程中，東北冷渦起到了決定性作用，不僅提供了大量的水汽來源，還通過其中心附近的氣壓梯度，引發(fā)了大風天氣，進一步促進了降水的發(fā)生。此外，在此次降水過程中還伴隨著中尺度對流系統(tǒng)的生成和發(fā)展。在東北冷渦的作用下，產(chǎn)生了雷電、冰雹等強對流天氣，為琿春市帶來了短時強降水、大風等災(zāi)害性天氣。

4 物理量診斷分析

4.1 水汽條件分析

水汽是大氣中水循環(huán)的重要物質(zhì)，也是形成降水的必要條件之一。為了深入了解此次冷渦天氣過程的水汽條件，利用氣象觀測數(shù)據(jù)和模式輸出，計算了各站點的水汽通量散度、比濕和可降水量等指標。通過這些數(shù)據(jù)，可得出這次降水過程的水汽來源和特征。

根據(jù)觀測數(shù)據(jù)，此次冷渦天氣過程中的大氣濕度較大，且降水量也較大。這表明在降水過程中，空氣中水汽含量較高，有利于降水的形成。通過分析水汽通量散度，可發(fā)現(xiàn)此次降水過程中的水汽來源廣泛。其中，海洋輸送的水汽起到了重要作用，而陸地水汽也不可忽視，表明此次冷渦天氣過程中，水汽輸送涉及多個來源，從而增加了降水過程的復(fù)雜性和不確定性。

在降水過程中，各地區(qū)的水汽分布存在較大的差異。部分地區(qū)的水汽含量較高，而其他地區(qū)則相對較低。由于水汽分布具有不均勻性，導(dǎo)致降水分布不均，有些地區(qū)降水強度較大，有些地區(qū)則較小，加大了降水預(yù)報的難度。

4.2 垂直運動分析

垂直運動是天氣系統(tǒng)中大氣運動的一種重要形式，對對流降水等天氣現(xiàn)象有著重要影響。為了深入了解此次冷渦天氣過程中的垂直運動情況，計算了各時次的垂直速度和溫度露點曲線等指標。通過這些數(shù)據(jù)，可判斷此次降水過程中的垂直運動情況及其對降水的影響。

根據(jù)垂直速度計算結(jié)果發(fā)現(xiàn)，此次降水過程中，大氣存在強烈的上升運動。這種上升運動有利于水汽的凝結(jié)和降水粒子的形成。垂直速度的大值區(qū)與降水的中心位置有較好的對應(yīng)關(guān)系，表明垂直運動對降水分布的影響較大。

通過分析垂直速度分布，發(fā)現(xiàn)此次降水過程中存在上升運動中心，位于冷渦中心附近，上升氣流較強，有利于降水的持續(xù)發(fā)展。同時，垂直速度的大值區(qū)與低層濕度較大的區(qū)域，也有較好的對應(yīng)關(guān)系，進一步說明垂直運動對降水的影響。

通過計算和分析溫度露點曲線，發(fā)現(xiàn)此次降水過程中的溫度露點曲線較為陡峭，表明大氣中存在較大的不穩(wěn)定能量，有利于強對流天氣的產(chǎn)生。

4.3 不穩(wěn)定條件分析

不穩(wěn)定條件是天氣系統(tǒng)中大氣狀態(tài)的一種重要特征。為了解此次冷渦天氣過程的不穩(wěn)定條件，計算了各個時次的假相當位溫、比濕等指標。通過這些數(shù)據(jù)，可判斷此次降水過程中的不穩(wěn)定條件及其對降水的影響[4]。

在此次冷渦天氣過程中，不穩(wěn)定條件主要呈現(xiàn)以下特征：(1)假相當位溫高：通過計算和分析假相當位溫，發(fā)現(xiàn)此次降水過程中的假相當位溫較高，表明大氣中存在較大的能量，有利于強對流天氣的產(chǎn)生。(2)比濕較大：通過計算和分析比濕，發(fā)現(xiàn)此次降水過程中的比濕較大，表明大氣中水汽含量較高，有利于降水的形成。

4.4 雷達回波特征

雷達回波是利用雷達探測大氣中水滴、冰晶等目標物反射的電磁波，探測云雨分布、位置、范圍和移動軌跡的一種方法。通過分析雷達回波資料，得出以下幾個方面的特征。

(1)回波強度。此次冷渦天氣過程中，雷達回波強度較強，顯示出較大的降水強度。其中，強中心主要出現(xiàn)在降水區(qū)中低層，且在某些站點出現(xiàn)了60 dBz以上回波，表明降水的強度和降水粒子密度較大。

(2)回波形態(tài)。雷達回波呈現(xiàn)典型的冷渦結(jié)構(gòu)特征。在降水區(qū)中低層，出現(xiàn)了明顯的氣旋性旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，且中心位置與低層冷渦中心位置基本一致，表明冷渦天氣系統(tǒng)在雷達回波上具有明顯的特征和形態(tài)表現(xiàn)。

(3)降水區(qū)。根據(jù)雷達回波分析，降水區(qū)主要位于冷渦東部地區(qū)和北部冷空氣區(qū)域，呈現(xiàn)明顯的“S”形特征，表明冷渦降水具有明顯的區(qū)域性和時間變化特征。

(4)回波移動速度。雷達回波顯示，降水區(qū)自西向東移動，且移動速度較快，表明降水過程具有明顯的移動性和時間變化特征。

以上雷達回波特征為預(yù)報員和氣象服務(wù)人員提供了重要的參考依據(jù)，有助于更好地預(yù)警和預(yù)報降水的發(fā)生、發(fā)展及影響。

5 冷渦天氣的應(yīng)對

5.1 受災(zāi)情況

2023 年7 月4—5 日的冷渦天氣對琿春市的民眾生產(chǎn)生活造成了巨大影響。

(1)農(nóng)業(yè)損失。7月4—5日正值琿春市農(nóng)作物生長的關(guān)鍵時期，強降水嚴重影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，琿春市5個鄉(xiāng)鎮(zhèn)、2個街道和24個行政村遭受洪澇災(zāi)害，玉米、大豆等糧食作物遭受巨大損失。

(2)城市交通受阻。由于降雨時間長、強度大，部分低洼地段城市道路出現(xiàn)積水現(xiàn)象，車輛行駛緩慢甚至無法通行，導(dǎo)致交通受阻。

5.2 氣象服務(wù)重點

(1)預(yù)報準確是關(guān)鍵：在此次冷渦天氣過程中，預(yù)報準確是一項關(guān)鍵措施。準確的預(yù)報預(yù)警能夠及時向公眾發(fā)布預(yù)警信息，并提供精細化服務(wù)。

(2)應(yīng)急聯(lián)動是重點：在應(yīng)急處置過程中，相關(guān)部門和單位需要加強應(yīng)急聯(lián)動，發(fā)揮部門優(yōu)勢，共同應(yīng)對冷渦天氣過程造成的影響。

(3)服務(wù)社會是職責：作為氣象部門，應(yīng)當秉持服務(wù)精神，嚴謹落實氣象預(yù)報等服務(wù)，更好地服務(wù)社會。

5.3 氣象防御系列措施

(1)要充分發(fā)揮科技優(yōu)勢，利用各類監(jiān)測手段，不斷提高氣象災(zāi)害風險實時動態(tài)研判能力，進一步提高監(jiān)測預(yù)報預(yù)警能力，做好遞進式預(yù)報、漸進式預(yù)警、跟進式服務(wù)。在發(fā)生強降水天氣前，提前發(fā)布、滾動更新氣象信息、預(yù)警信號，充分發(fā)揮氣象防災(zāi)減災(zāi)第一道防線作用。

(2)要充分發(fā)揮防汛減災(zāi)先導(dǎo)作用，切實強化上下聯(lián)動。加強與上級部門的天氣會商和周邊地區(qū)氣象部門的協(xié)作，實現(xiàn)信息共享和聯(lián)防聯(lián)動，增強預(yù)報的準確性和時效性。

(3)要充分發(fā)揮融媒宣傳特性，及時、準確地通過各種媒體渠道向社會公眾發(fā)布天氣預(yù)報和預(yù)警信息。利用電視臺、琿春融媒體、報紙、網(wǎng)絡(luò)等傳媒，向社會公眾廣泛傳播預(yù)報預(yù)警信息，提醒公眾注意天氣變化，提前做好防范準備。針對不同行業(yè)和人群的需求，提供精細化的氣象服務(wù)。針對農(nóng)民提供農(nóng)事建議，針對交通部門提供交通氣象服務(wù)，針對防災(zāi)減災(zāi)相關(guān)部門提供氣象災(zāi)害防御措施和建議等，幫助相關(guān)部門合理安排生產(chǎn)和生活，做好公眾氣象服務(wù)工作。

(4)要充分加強部門聯(lián)動合作，形成防災(zāi)減災(zāi)工作合力。與應(yīng)急管理局、水利局、自然資源局、農(nóng)業(yè)農(nóng)村局等涉農(nóng)涉災(zāi)部門和社會媒體共同構(gòu)建全覆蓋、立體化的預(yù)警信息發(fā)布網(wǎng)，發(fā)揮行業(yè)優(yōu)勢，暢通汛情監(jiān)測信息共享渠道，實現(xiàn)突發(fā)事件預(yù)警信息精準定向快速發(fā)布，充分發(fā)揮叫應(yīng)聯(lián)動機制減災(zāi)作用，實現(xiàn)預(yù)警叫應(yīng)業(yè)務(wù)化。及時向政府匯報重大天氣過程預(yù)報及影響，積極配合政府做好應(yīng)急處置工作。

(5)充分加強防災(zāi)減災(zāi)宣傳教育，通過各種渠道向公眾廣泛宣傳災(zāi)害天氣的危害性及應(yīng)對措施。在災(zāi)害發(fā)生前，通過手機短信、微信公眾號、電視等渠道，發(fā)布預(yù)警信息；在災(zāi)害發(fā)生時，在各大媒體上及時更新天氣情況；災(zāi)害結(jié)束后，及時總結(jié)經(jīng)驗教訓(xùn)[5-6]。

在2023年7月4—5日的冷渦天氣過程中，琿春市氣象局預(yù)報預(yù)警基本準確，降水時段和量級與實況基本一致，服務(wù)主動超前、預(yù)警發(fā)布及時。通過以上措施，有效應(yīng)對了此次冷渦天氣過程，最大限度地減輕了災(zāi)害影響，保障了公眾的生命財產(chǎn)安全和生產(chǎn)生活的正常進行[7-8]。

5.4 科學(xué)應(yīng)對雨季天氣

(1)應(yīng)加強與相關(guān)部門的協(xié)作：水利局、住房和城鄉(xiāng)建設(shè)局、應(yīng)急管理局、自然資源局、交通管理局等相關(guān)部門應(yīng)加強協(xié)作，共同應(yīng)對雨季天氣帶來的影響，保障公眾的生命財產(chǎn)安全和生產(chǎn)生活的正常進行。

(2)加強雨情水情的監(jiān)測：要加強對降雨量、降雨強度、河流和水庫水位等水文氣象要素的監(jiān)測，及時掌握雨情水情變化情況[8]。

(3)做好水庫調(diào)度工作：與水利局、應(yīng)急管理局等單位做好聯(lián)防聯(lián)動，要根據(jù)降雨情況和氣象預(yù)報，科學(xué)、合理地調(diào)度水庫水位，保障水庫堤壩安全和下游地區(qū)的防洪安全。

(4)加強堤防巡查和險情搶護：在降雨期間，要加強堤防的巡查和險情搶護工作，發(fā)現(xiàn)險情及時進行搶護處理，保障堤防安全。

(5)做好城市排水工作：在城市地區(qū)，要及時疏通排水管道，確保雨水能夠順利排出，防止城市內(nèi)澇等問題的發(fā)生。

(6)做好地質(zhì)災(zāi)害隱患點排查工作：根據(jù)氣象預(yù)報預(yù)警，及時排查山洪、泥石流、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害隱患點排查整改工作[9]。

6 結(jié)束語

近年來，隨著全球氣候變暖，極端天氣事件的頻率和強度也在發(fā)生變化，通過研究冷渦天氣過程，可為氣象部門深入理解這種變化提供重要的數(shù)據(jù)，為應(yīng)對氣候變化提供科學(xué)依據(jù)，不斷提高氣象預(yù)報的準確性和精細化水平，更好地滿足社會生產(chǎn)和公眾生活的需求。對冷渦天氣過程進行研究，能夠更好地為公眾提供及時、準確的預(yù)報預(yù)警服務(wù)，減少或避免極端天氣事件對公眾生命財產(chǎn)造成的危害，為氣象部門應(yīng)對自然災(zāi)害提供科學(xué)依據(jù)和技術(shù)支持，推動氣象事業(yè)的發(fā)展[10-11]。未來，需要進一步加強對冷渦天氣過程的研究，提高預(yù)報準確性，同時要注重國際合作，加強數(shù)據(jù)共享和信息交流，為應(yīng)對氣候變化作出更大的貢獻。