常永旺 張百萍 于文英

烏蘭察布市氣象局

烏蘭察布市2016年1月20～23日寒潮天氣分析

常永旺 張百萍 于文英

烏蘭察布市氣象局

文章利用常規(guī)觀測(cè)資料、利用天氣學(xué)診斷方法對(duì)2016年1月20～23日烏蘭察布市寒潮天氣過(guò)程進(jìn)行分析、總結(jié)。結(jié)果表明，此次寒潮天氣為高壓脊發(fā)展型，偏向于亞洲地區(qū)的極渦中心攜帶大量冷空氣向亞洲地區(qū)移動(dòng)南下，在烏拉爾山阻塞高壓的脊前偏北氣流引導(dǎo)作用下以及鄂霍茨克海高壓阻擋作用，使得極地冷空氣不斷積聚、加強(qiáng)、南下，造成這次寒潮天氣的爆發(fā)，并由于鄂霍茨克海高壓的阻擋作用使得這次降溫過(guò)程持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)。

寒潮 冷平流 強(qiáng)降溫

寒潮天氣過(guò)程是極地或高緯度地帶強(qiáng)冷空氣向南爆發(fā)的過(guò)程。寒潮過(guò)程以劇烈降溫為主要特征，同時(shí)也往往伴有大風(fēng)、沙塵暴和暴雪等災(zāi)害性天氣，往往能引發(fā)多種嚴(yán)重的氣象災(zāi)害，對(duì)農(nóng)業(yè)、牧業(yè)、工業(yè)、交通和人民生活都有很大的影響[1]?！秲?nèi)蒙古自治區(qū)預(yù)報(bào)員手冊(cè)》中指出，寒潮類(lèi)型分為4類(lèi)，第一類(lèi)為降溫寒潮，主要以降溫為主，沒(méi)有出現(xiàn)6級(jí)或6級(jí)以上的大風(fēng)和少量或其以上降水；第二類(lèi)為大風(fēng)型寒潮，這類(lèi)寒潮在降溫的同時(shí)，有6級(jí)或6級(jí)以上的大風(fēng)；第三類(lèi)為降雪型寒潮，這類(lèi)寒潮在降溫的同時(shí)伴有明顯降水；第四類(lèi)為大風(fēng)降雪型寒潮，這類(lèi)寒潮在降溫的同時(shí)伴有大風(fēng)和降雪。本次影響烏蘭察布市的寒潮天氣為第二類(lèi)寒潮即大風(fēng)型寒潮，降溫的同時(shí)，伴有6級(jí)左右大風(fēng)，文章詳細(xì)分析了本次寒潮天氣的形勢(shì)及成因。

一、天氣實(shí)況

受強(qiáng)冷空氣影響，1月20日～22日烏蘭察布市出現(xiàn)了一次寒潮天氣過(guò)程，此次寒潮天氣屬于降溫型寒潮，沒(méi)有出現(xiàn)6級(jí)或6級(jí)以上的大風(fēng)和明顯的降雪。從實(shí)況可以看出，此次過(guò)程從21日白天開(kāi)始降溫，到22日8時(shí)，烏蘭察布市全市最低氣溫48小時(shí)（20日～21日）下降8℃以上（見(jiàn)表1），達(dá)到了寒潮天氣標(biāo)準(zhǔn)，本次過(guò)程的最低溫度出現(xiàn)在23日早晨，其中化德縣最低達(dá)-34.1℃（見(jiàn)表2）。

表1 最低氣溫變溫情況（24、48、72小時(shí)最低氣溫變溫）

表2 最低溫度（單位：℃）

圖2 500hPa環(huán)流場(chǎng)

二、環(huán)流形勢(shì)分析

1.500 hPa環(huán)流形勢(shì)及其演變過(guò)程

分析500hPa高空?qǐng)D，此次寒潮天氣過(guò)程為明顯的高壓脊發(fā)展型。18日08時(shí)，烏拉爾山附近的脊已經(jīng)發(fā)展明顯，溫度脊的振幅大于高度脊并存在明顯的暖中心，利于高度脊的發(fā)展，脊前存在小槽，位于我國(guó)東北地區(qū)存在明顯的冷渦，長(zhǎng)軸呈北——南走向，配合-44℃的冷中心，在冷渦下游地區(qū)即鄂霍茨克海同樣存在高度脊，阻擋了冷渦的東移，有利于冷空氣積聚（圖2a）；隨著高度脊的發(fā)展導(dǎo)致脊前的偏北氣流加大，小槽后部有明顯的冷平流，使得小槽發(fā)展移動(dòng)，攜帶冷空氣不斷匯入東北冷渦，在22日08時(shí)位于烏拉爾山附近的高度脊發(fā)展為阻塞高壓，期間不斷有冷空氣匯入東北冷渦，在鄂霍茨克海高度脊阻擋下，東北冷渦發(fā)展加強(qiáng)南壓到烏蘭察布市北部地區(qū)，其冷中心強(qiáng)度為-48℃（圖2b）；到23日08時(shí)烏拉爾山阻塞高壓減弱，閉合環(huán)流中心消失，高度脊與溫度脊近于重合，-48℃的冷中心壓在了烏蘭察布市上空，導(dǎo)致在23日最低氣溫達(dá)到最低（圖2c）；到24日08時(shí)冷渦迅速南掉，鄂霍茨克海高度脊減弱消失，導(dǎo)致烏蘭察布市迅速轉(zhuǎn)為暖脊控制，回溫迅速，此次寒潮天氣過(guò)程結(jié)束（圖2d）。

2.850 hPa環(huán)流形勢(shì)及演變過(guò)程

21日08時(shí)在烏蘭察布市西北側(cè)存在高壓，烏蘭察布市北側(cè)存在-36℃冷中心，此時(shí)烏蘭察布市上空為溫度線的密集帶，此時(shí)鋒區(qū)強(qiáng)度為-12℃/5個(gè)緯距（圖略）；到22日08時(shí)，之前處于烏蘭察布市西北側(cè)高壓加強(qiáng)，并分裂為兩個(gè)中心，控制范圍擴(kuò)大，此時(shí)烏蘭察布市處于其前部控制，-36℃冷中心南壓，強(qiáng)度減弱，變?yōu)?32℃冷中心，同時(shí)鋒區(qū)也有所南壓，但是鋒區(qū)的強(qiáng)度是加強(qiáng)的，此時(shí)鋒區(qū)的強(qiáng)度為-16℃/5個(gè)緯距；到23日08時(shí)：高壓減弱，同時(shí)鋒區(qū)完全移出烏蘭察布市，烏蘭察布市受-32℃的冷中心控制；到24日08時(shí)：冷中心再次減弱，烏蘭察布市受-28℃的冷中心控制，此次降溫結(jié)束。

3.地面形勢(shì)及變壓場(chǎng)的演變過(guò)程

（1）地面形勢(shì)演變過(guò)程

18日08時(shí)，極地高壓中心強(qiáng)度為1050hPa，中心位于70°N附近，之后隨著500hPa高度脊的發(fā)展，脊前的負(fù)渦度平流不斷加強(qiáng)，使得極地冷高壓向南移動(dòng)、加強(qiáng)，到20日08時(shí)，極地冷高壓壓在了內(nèi)蒙古北部，范圍廣大，具有三個(gè)冷高壓中心，最強(qiáng)冷高壓中心達(dá)1062.5hPa,靠近烏蘭察布市，冷高壓前沿的冷鋒已經(jīng)壓在了烏蘭察布市西北部，到21日08時(shí)地面冷高壓進(jìn)一步加強(qiáng)，最強(qiáng)冷中心達(dá)1072.5hPa，高壓前沿的冷鋒已經(jīng)掃過(guò)烏蘭察布市，降溫開(kāi)始，冷高壓不斷加強(qiáng)擴(kuò)散南下，在22日02時(shí)冷高壓達(dá)到最強(qiáng)，中心值達(dá)到1082.5hPa,之后冷高壓中心強(qiáng)度一直都維持在1070.0hPa以上,本次寒潮天氣過(guò)程地面冷高壓中心強(qiáng)度一直都維持在1070.0hPa以上，并不斷有地面冷鋒過(guò)境。

（2）地面變壓場(chǎng)演變過(guò)程。在21日08時(shí)，烏蘭察布市24小時(shí)變壓為負(fù)變壓，變壓幅度為-2～0hPa；隨著冷高壓的加強(qiáng)，逐步移近烏蘭察布市，烏蘭察布市地面開(kāi)始增壓，到22日08時(shí)烏蘭察布市大部地區(qū)的增壓幅度為6～8hPa；隨著冷高壓減弱，到23日08時(shí)烏蘭察布市24小時(shí)變壓幅度為-1～0 hPa。

三、主要影響系統(tǒng)

1.極渦

本次寒潮天氣過(guò)程前，200hPa極渦分裂為兩個(gè)中心，一側(cè)極渦中心偏向于北美洲，一側(cè)偏向于亞洲地區(qū)，呈偶極型分布，后期偏向于亞洲地區(qū)的極渦中心不斷偏離移向亞洲地區(qū)，攜帶大量冷空氣向亞洲地區(qū)移動(dòng)南下，造成這次寒潮天氣的爆發(fā)。

2.烏拉爾山阻塞高壓和鄂霍茨克海高壓

本次寒潮天氣過(guò)程屬于高壓脊發(fā)展型，主要是烏拉爾山阻塞高壓建立期間，脊前偏北氣流引導(dǎo)極地冷空氣不斷南下，加上鄂霍茨克海高壓阻擋作用，使得東北冷渦不斷加強(qiáng)、南壓，攜帶冷空南下。

3.蒙古冷高壓

極低冷氣團(tuán)在高空引導(dǎo)氣流和負(fù)渦度平流的作用下，使得極地冷氣團(tuán)南下發(fā)展加強(qiáng)，移到蒙古地區(qū)形成了強(qiáng)大的蒙古冷高壓，此次過(guò)程中，最強(qiáng)冷高壓中心值達(dá)1082.5hPa。

4.寒潮冷鋒

隨著極地冷空氣不斷南下，配合脊前的負(fù)渦度平流，使得蒙古冷高壓不斷發(fā)展，擴(kuò)散南下，伴隨冷高壓外圍的冷鋒和副冷鋒不斷形成南下。

四、強(qiáng)降溫成因

熱力學(xué)能量方程轉(zhuǎn)化為溫度預(yù)報(bào)方程：

由上式可知，溫度的局地變化與溫度平流、垂直運(yùn)動(dòng)、氣壓的局地變化和氣壓平流、非絕熱加熱作用有有關(guān)。實(shí)際大氣中由變壓、氣壓平流引起的溫度局地變化甚小，不予考慮。非絕熱表現(xiàn)為輻射、凝結(jié)潛熱、湍流感熱對(duì)氣溫的影響。本次寒潮發(fā)生在冬季，相對(duì)穩(wěn)定的下墊面湍流作用較弱，主要變現(xiàn)為氣團(tuán)的變性；大范圍鋒面云系的存在，太陽(yáng)短波輻射和地表長(zhǎng)波輻射引起的氣溫日變化較小；過(guò)程中幾乎無(wú)降水發(fā)生，凝結(jié)潛熱作用可不考慮。此次寒潮降溫主要考慮溫度平流的作用[2]。

1.溫度平流

850hPa溫度平流的演變表現(xiàn)為：20日08時(shí)受烏山高脊與冷渦共同作用，在貝加爾湖北部存在一帶狀冷平流區(qū)，中心強(qiáng)度達(dá)-14×105℃/s至-12×105℃/s，同時(shí)河套地區(qū)存在呈南北向帶狀分布的冷平流區(qū)，中心強(qiáng)度達(dá)-5×105℃/s至-3×105℃/s，此時(shí)烏蘭察布由暖平流控制。20日20時(shí)隨著烏山高度脊的發(fā)展加強(qiáng)，及冷渦的東移南調(diào)，冷空氣順著渦后脊前偏北氣流下滑，位于貝湖北部的冷平流區(qū)南壓，與位于河套附近西進(jìn)的冷平流區(qū)合強(qiáng)度有所減弱，中心強(qiáng)度達(dá)-9× 105℃/s至-7×105℃/s，此時(shí)烏蘭察布市西北地區(qū)為冷平流控制，氣溫開(kāi)始下降。21日20時(shí)烏山高脊發(fā)展為阻塞高壓，冷平流區(qū)東移南壓并迅速加強(qiáng)，中心強(qiáng)度達(dá)-40×105℃/s至-30×105℃/s，中心靠近烏蘭察布市，我市出現(xiàn)劇烈降溫。23日08時(shí)隨著冷渦的不斷東南移，冷空氣也隨之發(fā)生移動(dòng)，烏蘭察布市仍然為冷平流所控制，但中心已經(jīng)東移如海，強(qiáng)度為-35× 105℃/s至-25×105℃/s，烏蘭察布市溫度繼續(xù)下降達(dá)到此次過(guò)程的最低點(diǎn)。24日08時(shí)冷平流區(qū)進(jìn)一步東移，烏蘭察布市的東部及南部仍為冷平流區(qū)控制，全市氣溫維持較低，到25日08時(shí)全市逐漸為暖平流所控制，此次降溫過(guò)程結(jié)束。

2.散度場(chǎng)

垂直運(yùn)動(dòng)對(duì)局地溫度的影響，通過(guò)大氣的垂直向運(yùn)動(dòng)及大氣的穩(wěn)定度來(lái)變現(xiàn)。由700hPa散度場(chǎng)特征可知，20日20時(shí)烏蘭察布市為弱輻散區(qū)控制，近地面層有下沉運(yùn)動(dòng)，有利于低層大氣增溫；21日20時(shí)烏蘭察布市為弱輻合區(qū)控制，近地面層有上升運(yùn)動(dòng)，有利于低層大氣降溫，加之強(qiáng)盛的冷平流作用，此時(shí)降溫過(guò)程幅度很大；之后隨著冷渦的東南移出烏蘭察布市，烏蘭察布市轉(zhuǎn)為為輻散區(qū)控制，利于低層大氣的增溫，降溫過(guò)程結(jié)束。

綜上所述，20日20時(shí)烏蘭察布市開(kāi)始受冷平流影響，21日20時(shí)冷平流達(dá)到最強(qiáng)，氣溫下降明顯，之后冷平流逐漸減弱東移，到25日08時(shí)轉(zhuǎn)為暖平流控制，降溫結(jié)束；散度場(chǎng)上只有21日20時(shí)表現(xiàn)為輻合區(qū)，有上升運(yùn)動(dòng)，有利于降溫作用；此次的強(qiáng)降溫度主要由冷平流決定，21日20時(shí)由于強(qiáng)盛的冷平流與近地面層的上升運(yùn)動(dòng)共同作用，出現(xiàn)強(qiáng)降溫，20日～22日過(guò)程降溫達(dá)到寒潮標(biāo)準(zhǔn)。

五、結(jié)論

1.此次寒潮天氣過(guò)程屬于高壓脊發(fā)展型，隨著烏山高壓脊的不斷發(fā)展引導(dǎo)極低冷空氣不斷下滑，地面場(chǎng)上表現(xiàn)為冷高壓不斷加強(qiáng)擴(kuò)散南下，影響烏蘭察布市，造成此次的寒潮天氣過(guò)程。

2.烏拉爾山阻塞高壓的引導(dǎo)作用和鄂霍茨克海高的壓阻擋作用是造成的此次寒潮天氣過(guò)程持續(xù)降溫的特點(diǎn)的主要原因。

3.強(qiáng)的冷平流是造成強(qiáng)降溫的主要原因，近地面弱的上升運(yùn)動(dòng)起到輔助降溫效果。

[1]顧潤(rùn)源,孫永剛,韓經(jīng)緯等.內(nèi)蒙古自治區(qū)天氣預(yù)報(bào)手冊(cè)[M]．北京：氣象出版社，2012．

[2]付亞男.呼倫貝爾市一次強(qiáng)寒潮天氣過(guò)程分析[J].安徽農(nóng)業(yè).2015.43(5):185-189.