鄭麗君，黃京平，馬中元，盧秋芳，余劍浩，桂園園

(1.江西省氣象科學(xué)研究所，南昌，330046；2.江西省上饒市氣象局，333000，江西，上饒；3.江西省鷹潭市氣象局，335000，江西，鷹潭)

0 引言

2017年11月17-18日，江西出現(xiàn)一次冷空氣大風(fēng)天氣過(guò)程，這次冷空氣影響下產(chǎn)生的大風(fēng)天氣時(shí)間較長(zhǎng)，影響范圍較大，出現(xiàn)八級(jí)以上大風(fēng)的區(qū)域自動(dòng)站涵蓋了全省10個(gè)地市，其中出現(xiàn)的最大風(fēng)速達(dá)到26.7 m/s，對(duì)江西省工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和居民生活造成一定影響。本文對(duì)該次天氣過(guò)程做了詳細(xì)分析，尤其是對(duì)風(fēng)場(chǎng)的水平與垂直結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析。在以往的研究中，大部分研究學(xué)者研究的是強(qiáng)對(duì)流天氣下產(chǎn)生雷暴大風(fēng)等強(qiáng)對(duì)流天氣的風(fēng)場(chǎng)垂直結(jié)構(gòu)，或針對(duì)冷空氣大風(fēng)的水平結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，且地域性很強(qiáng)。如喬林[1]等研究指出對(duì)流層高層高位渦區(qū)與相對(duì)濕度小值區(qū)相對(duì)應(yīng)，干空氣主要來(lái)源于北側(cè)(高緯度)對(duì)流層高層。黃彬[2]等研究指出當(dāng)冷空氣影響渤海時(shí)，冷暖空氣對(duì)比使低空鋒區(qū)迅速加強(qiáng),風(fēng)力突增明顯。大風(fēng)期間高層深厚的冷平流自上而下形成了一條西北東南向后傾式的冷平流傳輸通道，平流分3次傳送到底層對(duì)應(yīng)著大風(fēng)期間的3次波動(dòng)峰值。趙亮[3]等研究指出位渦(Potential Vorticity，簡(jiǎn)稱PV)的低頻振蕩(20-80 d和40-80 d振蕩)在表征冷空氣活動(dòng)中效果最好。葉丹[4]等研究指出冷空氣從內(nèi)蒙古中東部入侵，主要影響華北、東北和東部沿海地區(qū)，強(qiáng)度較弱,持續(xù)時(shí)間短，冷空氣源地位于新地島以東的洋面及陸地上。陳炳洪[5]等分析指出烏拉爾山阻塞高壓穩(wěn)定維持使得冷空氣在中高緯堆積，橫槽轉(zhuǎn)豎后引導(dǎo)下來(lái)的冷空氣在南嶺山脈受到阻擋。分析冷空氣的垂直結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)，本次冷空氣較為淺薄，堆積發(fā)生在850 hPa以下，弱冷空氣經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間堆積形成較強(qiáng)冷空氣，冷空氣帶來(lái)的陰雨天氣使得降溫以平流降溫為主。鄔仲勛[6]等研究指出動(dòng)量下傳大風(fēng)是高低空風(fēng)場(chǎng)輻合輻散的環(huán)流運(yùn)動(dòng)強(qiáng)迫所造成的大風(fēng)，發(fā)生的區(qū)域一般在高空急流南部整層垂直速度接近零的地方；高空槽是造成動(dòng)量下傳的主要原因，高空槽的形狀及強(qiáng)度對(duì)于預(yù)報(bào)動(dòng)量下傳大風(fēng)具有較大的意義，槽過(guò)境及槽后強(qiáng)西北氣流可造成大風(fēng)的持續(xù)。黃彬[7]等人根據(jù)對(duì)一次渤海大風(fēng)過(guò)程進(jìn)行診斷分析，發(fā)現(xiàn)大風(fēng)期間高層形成了一條冷平流傳輸通道，平流傳送到底層對(duì)應(yīng)大風(fēng)期間波動(dòng)峰值；且動(dòng)量下傳在本次過(guò)程中起了重要的作用，下沉氣流的徑向度越大，高層下沉運(yùn)動(dòng)越強(qiáng)，對(duì)應(yīng)地面的風(fēng)速越大。朱男男[8]等人對(duì)一次黃渤海罕見大風(fēng)天氣成因進(jìn)行分析，認(rèn)為較強(qiáng)冷空氣與快速發(fā)展的入海氣旋相互作用形成強(qiáng)氣壓梯度是導(dǎo)致此次海上強(qiáng)風(fēng)的主要原因，對(duì)流層中低層強(qiáng)冷平流區(qū)與地面變壓風(fēng)大值區(qū)有較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，發(fā)現(xiàn)風(fēng)廓線觀測(cè)到低層強(qiáng)風(fēng)并伴有強(qiáng)的下沉運(yùn)動(dòng)，可以作為海上大風(fēng)臨近預(yù)警的指標(biāo)之一。黃海波[9]等人利用 WRF 模式對(duì)烏魯木齊機(jī)場(chǎng)一次東南大風(fēng)天氣進(jìn)行了預(yù)報(bào)和地形敏感性試驗(yàn)，得出WRF 模式對(duì)東南大風(fēng)有較強(qiáng)的預(yù)報(bào)能力，地形敏感性試驗(yàn)表明下沉運(yùn)動(dòng)與東南大風(fēng)有很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。此次東南大風(fēng)天氣的產(chǎn)生是低空動(dòng)量下傳、狹管效應(yīng)和下坡風(fēng)共同作用的結(jié)果。針對(duì)風(fēng)廓線雷達(dá)產(chǎn)品分析的垂直風(fēng)場(chǎng)和θse能量鋒區(qū)的相關(guān)內(nèi)容，專家學(xué)者也有一定的研究結(jié)論，如：劉暢[10]等人分析了2001-2010年影響山東的切變線的天氣特征及大氣垂直結(jié)構(gòu)空間結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)切變線上均有θse能量鋒區(qū)配合；構(gòu)成切變線的相對(duì)暖氣團(tuán)均具有對(duì)流不穩(wěn)定性。姚日升[11]等人對(duì)浙江北部近海風(fēng)速垂直廓線進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，受地形影響，偏南、偏北風(fēng)時(shí)塔基風(fēng)速一般比上一層風(fēng)速大，不同天氣系統(tǒng)影響下近地邊界層風(fēng)廓線不同，南風(fēng)型320 m以下風(fēng)速基本遵從對(duì)數(shù)律。熱帶氣旋影響型和北風(fēng)型時(shí)風(fēng)廓線可分為3段，常通量層內(nèi)基本滿足對(duì)數(shù)律，該層向上一段高度熱帶氣旋影響型風(fēng)速變化不大，北風(fēng)型反而減小，再往上風(fēng)速又繼續(xù)增大。胡娟[12]等人通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)非對(duì)流性大風(fēng)受大尺度系統(tǒng)影響，主要出現(xiàn)在冬春季節(jié)，滇東、滇中和滇西北影響最重，對(duì)流性大風(fēng)多受中小尺度系統(tǒng)影響，主要出現(xiàn)于夏季，呈現(xiàn)局地性特征。馬中元[13]等研究江西致災(zāi)大風(fēng)天氣主要有3種類型，其中與冷鋒雷暴回波帶和冷空氣大風(fēng)相伴隨的混合大風(fēng)天氣，具有雷雨大風(fēng)天氣和冷空氣大風(fēng)天氣活動(dòng)的特征。對(duì)內(nèi)陸大風(fēng)研究較少，但對(duì)沿海地區(qū)的大風(fēng)天氣研究較多，姚日升[14]等人通過(guò)模糊聚類空間分型建立浙江近海冷空氣大風(fēng)的風(fēng)速推算公式，得出冷空氣影響時(shí)自動(dòng)站與浮標(biāo)站相差別，站點(diǎn)離岸距離是自動(dòng)站和浮標(biāo)站風(fēng)速差值影響的主要因子。盛春巖[15]等人利用WRF模式對(duì)2次大風(fēng)過(guò)程進(jìn)行了地形和海洋下墊面敏感性試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)渤海北部地形對(duì)渤海海面大風(fēng)有增強(qiáng)作用，海洋下墊面較光滑，會(huì)對(duì)海上大風(fēng)起到增強(qiáng)作用。海洋下墊面對(duì)大風(fēng)的增強(qiáng)作用與大風(fēng)強(qiáng)度有關(guān)，風(fēng)速越大，海面對(duì)大風(fēng)的增強(qiáng)作用越明顯，向岸風(fēng)作用也就越明顯。2次東北大風(fēng)的試驗(yàn)結(jié)果表明，海面對(duì)大風(fēng)有增強(qiáng)作用，海洋下墊面對(duì)大風(fēng)的增強(qiáng)作用大于渤海北部地形動(dòng)力作用。曲巧娜[16]等人對(duì)渤海灣、渤海中部海區(qū)、黃海北部海區(qū)和山東沿海大風(fēng)進(jìn)行了對(duì)比分析，認(rèn)為渤海灣海區(qū)，濱州北部和東營(yíng)北部沿海站均比海面風(fēng)速偏小，渤海中部海區(qū)，當(dāng)天氣系統(tǒng)為低槽冷鋒時(shí)，東營(yíng)東部、濰坊北部、煙臺(tái)北部和煙臺(tái)西部沿海站均比海面風(fēng)速偏小。以上的研究結(jié)果對(duì)本文的撰寫提供了重要的理論指導(dǎo)。

本文利用MICAPS天氣和區(qū)域自動(dòng)站觀測(cè)資料、美國(guó)NCEP 1°×1°再分析資料、上饒市TWP8-L對(duì)流層風(fēng)廓線雷達(dá)資料，以及贛東北地形資料，對(duì)2017年11月17-18日江西出現(xiàn)的冷空氣大風(fēng)天氣進(jìn)行分析，試圖對(duì)冷空氣大風(fēng)天氣的形勢(shì)背景、水平和垂直結(jié)構(gòu)、地形對(duì)大風(fēng)的影響有所了解，為冷空氣大風(fēng)天氣的預(yù)報(bào)提供分析依據(jù)。

1 資料來(lái)源與天氣實(shí)況

1.1 資料來(lái)源

上饒對(duì)流層TWP8-L風(fēng)廓線雷達(dá)由北京敏視達(dá)雷達(dá)有限公司生產(chǎn)，其基本技術(shù)性能如下。

工作頻率：1 270～1 300 MHz；最低探測(cè)高度：150 m；最高探測(cè)高度：≥8 000 m；高度分辨率：120 m、240 m (可選)；掃描波束數(shù)：5波束(東16.3°、南16.3°、西16.3°、北16.3°、天頂)。資料在探測(cè)期間的時(shí)間分辨率為三波束指向：≤3 min；五波束指向：≤6 min。目前使用五波束方式，一次體掃時(shí)間為：6 min。

NCEP/NCAR再分析數(shù)據(jù)集是由美國(guó)氣象環(huán)境預(yù)報(bào)中心(NCEP)和美國(guó)國(guó)家大氣研究中心(NCAR)聯(lián)合制作。覆蓋地區(qū)：全球 (1°×1°)。內(nèi)容簡(jiǎn)介：NCEP/NCAR每日4次(00:00、06:00、12:00、18:00)再分析資料數(shù)據(jù)集的要素內(nèi)容與NCEP/NCAR逐日再分析資料類同,包括等壓面資料7要素、地面資料11要素、地面通量資料42要素。

常規(guī)天氣資料來(lái)源于國(guó)家氣象中心MICAPAS 4.0平臺(tái)(氣象信息處理系統(tǒng))，M4采用分布式處理系統(tǒng)，直接對(duì)接CIMISS數(shù)據(jù)庫(kù)，能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)秒級(jí)計(jì)算和毫秒級(jí)寫入，對(duì)現(xiàn)代天氣預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)提供了很好的支撐。

地形資料來(lái)源于江西WebGIS雷達(dá)拼圖平臺(tái)(http://10.116.32.81/，江西省氣象局內(nèi)網(wǎng)，2012年開發(fā))，采用Web技術(shù)和谷歌瓦片式地圖顯示。

1.2 天氣實(shí)況

我國(guó)氣象觀測(cè)業(yè)務(wù)中規(guī)定：瞬時(shí)風(fēng)速達(dá)到或超過(guò)17 m/s的風(fēng)為大風(fēng)。而在中國(guó)天氣預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)中則規(guī)定，蒲福風(fēng)級(jí)六級(jí)(平均風(fēng)速為10.8～13.8 m/s)或以上的風(fēng)為大風(fēng)天氣。

2017年11月17-18日，江西省國(guó)家站共出現(xiàn)16站次的大風(fēng)并上傳重要天氣報(bào)，其中八級(jí)大風(fēng)12站次，九級(jí)以上大風(fēng)4站次(表1)。11月16日20:00-17日20:00區(qū)域自動(dòng)站出現(xiàn)六級(jí)大風(fēng)23站，七級(jí)大風(fēng)7站，八級(jí)大風(fēng)3站；11月17日20:00-18日20:00區(qū)域自動(dòng)站出現(xiàn)六級(jí)大風(fēng)362站，七級(jí)大風(fēng)170站，八級(jí)大風(fēng)62站，九級(jí)以上大風(fēng)20站次(表2)。其中九江市廬山站出現(xiàn)的最大風(fēng)速達(dá)到26.7 m/s。這次冷空氣影響下產(chǎn)生的大風(fēng)天氣時(shí)間較長(zhǎng)，影響范圍較大，出現(xiàn)八級(jí)以上大風(fēng)的區(qū)域自動(dòng)站涵蓋了全省10個(gè)地市。

上饒市范圍內(nèi)在17日20:00-18日20:00期間，共出現(xiàn)大于17 m/s的大風(fēng)天氣14站次。其中距離上饒風(fēng)廓線雷達(dá)較近的廣豐區(qū)出現(xiàn)7站次，5站次出現(xiàn)在18日04:00-05:00，2站次出現(xiàn)于18日13:00-14:00。而北部的鄱陽(yáng)縣、余干縣在18日06:00-07:00出現(xiàn)3站次大風(fēng)天氣。

表1 國(guó)家站重要天氣報(bào)大風(fēng)實(shí)況

表2 11月16日20:00 18日20:00區(qū)域自動(dòng)站大風(fēng)實(shí)況

由此可見，2017年11月17-18日冷空氣大風(fēng)是全省性大風(fēng)天氣過(guò)程，上饒市處在江西東部走廊地形條件影響下，地面水平風(fēng)場(chǎng)和風(fēng)廓線雷達(dá)上的垂直風(fēng)場(chǎng)分布有其不同的特點(diǎn)。

2 冷空氣大風(fēng)與天氣形勢(shì)、變壓場(chǎng)

2.1 高空天氣形勢(shì)

2.1.1 100 hPa 17日08:00至17日20:00，北半球只有一個(gè)極渦中心偏向西半球，位于加拿大北部維持少動(dòng)，屬于極渦偏心型，極渦中心的暖中心為-65～-60℃。東亞北部有一個(gè)大槽，槽北端為暖中心，中心強(qiáng)度為-50℃，隨時(shí)間推移，大槽略有加深。北太平洋中部為高壓脊對(duì)應(yīng)溫度暖脊，溫度脊在16日溫度脊略落后于高度脊至17日20:00溫度脊與高度脊接近重合。至18日02:00從極渦伸向太平洋西岸的東亞大槽繼續(xù)向南加深且略有西移(圖略)。

2.1.2 500 hPa 16日08:00在西西伯利亞有大范圍冷中心，巴爾喀什湖西面為高壓脊，向北延伸至65°N，對(duì)應(yīng)溫度脊，溫度脊落后于高壓脊，槽后脊前為暖平流。巴爾喀什湖東部為低壓槽，有低壓中心，伴有冷中心達(dá)到-32℃，槽后為暖平流，槽前為冷平流。巴爾喀什湖附近的槽脊均為東北東-西西南走向。橫槽北至貝加爾湖以北，向南至咸海西面。至16日20:00，巴爾喀什湖低槽斷裂成兩段，北段快速東移，南段橫槽在新疆西北部緩慢移入我國(guó)境內(nèi)。17日08:00-14:00，巴爾喀什湖冷渦橫槽在我國(guó)新疆北部維持少動(dòng)，冷空氣再次堆積，中心強(qiáng)度維持-32℃，冷中心范圍擴(kuò)大。17日20:00低槽前部有小高壓脊，脊前為西北風(fēng)，呈現(xiàn)冷平流，將北面的冷空氣向我國(guó)自西北向東南輸送，造成了我國(guó)大范圍的降溫。此時(shí)在川渝地區(qū)有南支小槽向東移動(dòng)，江西地區(qū)處于槽前，造成了實(shí)況中江西境內(nèi)的弱降水(圖略)。

2.1.3 700 hPa 17日08:00，江西省并無(wú)明顯的溫度平流，全省溫度為4～6℃，溫度梯度較小，江西省南北6緯距共有2℃溫差。贛北有較弱的反氣旋環(huán)流。17日14:00冷鋒鋒面位于長(zhǎng)江以北，長(zhǎng)江以南轉(zhuǎn)為西南氣流，暖平流和長(zhǎng)江以北的冷平流在沿江地區(qū)交匯，贛北輻合區(qū)有降水產(chǎn)生。伴隨江南的暖平流，江西境內(nèi)溫度略有上升，等溫線的密集顯示了江西省境內(nèi)的溫度梯度增加。至20:00鋒面南壓至贛北北部地區(qū)。直至18日02:00～08:00，大風(fēng)天氣發(fā)生在該時(shí)間段內(nèi)，贛北溫度梯度達(dá)到最大，約為1℃/緯度。江西省的溫度也降至0～6℃，6緯距溫差達(dá)6℃(圖略)。

2.1.4 850 hPa 17日08:00，鋒面位于長(zhǎng)江以北地區(qū)，贛中贛南為一致的西南氣流，將贛南暖中心暖平流向北輸送。此時(shí)江西省內(nèi)溫度梯度較小，6緯距溫差為5℃。20:00鋒面南壓至贛北南部到贛中地區(qū)。直至18日02:00-08:00，溫度梯度明顯增大，江西省境內(nèi)全部轉(zhuǎn)為冷平流，且最大偏北風(fēng)達(dá)到12 m/s。江西省的溫度也降至3～12℃，6緯距溫差達(dá)9℃。贛北850 hPa日降溫達(dá)6～9℃(圖略)。

2.2 地面天氣形勢(shì)

16日14:00-20:00(圖1(a))蒙古以北地區(qū)為大范圍的冷高壓。青藏高原西部有小范圍冷高壓，云貴高原地區(qū)有低壓中心，中心值1 005 hPa；我國(guó)中東部大部分地區(qū)均為低壓區(qū)。高低壓之間顯示密集的等壓線鋒區(qū)，地面鋒區(qū)仍在我國(guó)內(nèi)蒙古以北。17日08:00(圖1(b))至20:00(圖1(c))蒙古冷高壓向南移動(dòng)，高壓中心強(qiáng)度達(dá)到1 050 hPa。青藏高原的小范圍冷高壓范圍向東擴(kuò)大至云貴高原西部，我國(guó)中東部的低壓系統(tǒng)范圍縮小、中心值減弱。高壓前部的鋒區(qū)已到達(dá)我國(guó)河套地區(qū)至華北地區(qū)，此時(shí)江西境內(nèi)氣壓梯度較小，在江西省境內(nèi)僅有2根等壓線，根據(jù)以往的預(yù)報(bào)經(jīng)驗(yàn)，在此氣壓梯度下江西省內(nèi)的風(fēng)力為二級(jí)到三級(jí)。

18日08:00(圖1(d))蒙古冷高壓主體繼續(xù)東移南下，分裂出來(lái)的小高壓中心位于內(nèi)蒙古中部，位置略有南壓，影響范圍繼續(xù)擴(kuò)大，地面冷鋒壓至長(zhǎng)江中下游流域，江西省內(nèi)地面氣壓梯度明顯加大，達(dá)到10 hPa每6個(gè)緯距。強(qiáng)大的氣壓梯度力是地面大風(fēng)的成因之一。此時(shí)江西省境內(nèi)出現(xiàn)大范圍的大風(fēng)天氣。冷空氣為較典型的東路路徑，自蒙古向東南方向影響河套地區(qū)繼而南下影響江西境內(nèi)。

海平面氣壓(單位：hPa)

2.3 變壓場(chǎng)對(duì)風(fēng)的影響

變壓場(chǎng)對(duì)風(fēng)的影響，由式(1)中空氣運(yùn)動(dòng)的加速度大小與地轉(zhuǎn)偏差成正比。在近地面層中，除了摩擦作用外，變壓風(fēng)是造成地轉(zhuǎn)偏差的另一重要因素。

(1)

(2)

式(2)中D1亦稱為變壓風(fēng)。變壓風(fēng)沿變壓梯度方向吹，由高值變壓區(qū)吹向低值變壓區(qū)。變壓梯度越大，風(fēng)速也越大。在冷鋒后最大風(fēng)速常常出現(xiàn)在正變壓中心附近變壓梯度最大的地區(qū)附近。江西地處中緯度地區(qū)，適用于準(zhǔn)地轉(zhuǎn)理論。

在17日14:00(圖2(a))，江西省境內(nèi)為負(fù)變壓區(qū)，變壓梯度較小，南北變壓差為2～3 hPa，梯度方向?yàn)槲鞅睎|南走向。至17日20:00(圖2(b))，江西境內(nèi)的變壓場(chǎng)正在由負(fù)變壓向正變壓過(guò)渡階段，九江地區(qū)日變壓為0。日變壓梯度明顯加大，省內(nèi)變壓差達(dá)到6 hPa，變壓梯度方向?yàn)槲鞅睎|南向。根據(jù)實(shí)況資料，此時(shí)省內(nèi)風(fēng)速明顯加大，但未出現(xiàn)17 m/s的大風(fēng)。18日02:00(圖2(c))，江西省境內(nèi)大部分地區(qū)均轉(zhuǎn)為正變壓區(qū)，省內(nèi)南北變壓梯度達(dá)到9 hPa，此時(shí)九江地區(qū)出現(xiàn)大風(fēng)天氣。

至18日08:00(圖2(d))，湖北境內(nèi)有18 hPa 的正變壓中心，變壓梯度在江西省南北向達(dá)到11 hPa。實(shí)況大風(fēng)的范圍擴(kuò)大。九江、上饒、南昌、贛州、吉安等地均出現(xiàn)大風(fēng)天氣。隨著變壓梯度的增大，江西省境內(nèi)產(chǎn)生大風(fēng)天氣。江西省境內(nèi)南北向變壓梯度達(dá)到9 hPa以上，省內(nèi)出現(xiàn)大風(fēng)天氣。由于地轉(zhuǎn)偏向力以及地形作用的影響，出現(xiàn)的大風(fēng)并不是全部為變壓梯度的西北東南向，而出現(xiàn)了部分東北風(fēng)。

冷空氣的水平結(jié)構(gòu)從天氣圖上可以看出：100 hPa極渦中心與東亞大槽向南加深、500 hPa冷渦橫槽和南支小槽東移、700 hPa等溫線密集江西6緯距溫差達(dá)6℃、850 hPa溫度梯度明顯增大6緯距溫差達(dá)9℃、地面強(qiáng)大的氣壓梯度力是形成這次冷空氣大風(fēng)的成因之一。

疊加地面風(fēng)場(chǎng)(單位：m/s)

3 冷空氣的垂直結(jié)構(gòu)

3.1 風(fēng)廓線雷達(dá)資料分析

風(fēng)廓線雷達(dá)是揭示天氣系統(tǒng)垂直結(jié)構(gòu)的有效手段，冷空氣通過(guò)地形的影響，在東部走廊形成堆積，又由于狹谷作用，從而影響到150～2 000 m的區(qū)域風(fēng)場(chǎng)，形成低層局部大風(fēng)區(qū)。利用上饒市對(duì)流層TWP8-L風(fēng)廓線雷達(dá)資料，分4個(gè)時(shí)期描述冷空氣大風(fēng)隨時(shí)間變化的垂直結(jié)構(gòu)(圖3)。

3.1.1 高空風(fēng)大(16日21:00-17日16:00) 11月16日21:00-17日16:00，風(fēng)廓線雷達(dá)風(fēng)場(chǎng)圖上(圖3(a))，對(duì)流層中上層為西北風(fēng)，1～6 km為西南氣流。西南急流的底層自3.8 km附近，隨著時(shí)間的推移向下傳遞至2.0 km高度，強(qiáng)度逐漸加強(qiáng)；02:00，3.8 km處風(fēng)速達(dá)到20 m/s，此時(shí)0～1 km為西北風(fēng)，風(fēng)隨高度順轉(zhuǎn)，為冷鋒前的暖平流。從03:00-06:00，2～6 km的西南氣流明顯減弱。直至07:00，1～2.2 km的西南風(fēng)均轉(zhuǎn)為西北風(fēng)，說(shuō)明06:00-07:00內(nèi)有低層弱切變經(jīng)過(guò)上饒風(fēng)廓線雷達(dá)站。17日10:00，1～3 km轉(zhuǎn)為偏西風(fēng)，且無(wú)明顯溫度平流。16:00開始，1～2 km處轉(zhuǎn)為西北風(fēng)，2.2 km以上為偏西風(fēng)，0～1 km處為東北風(fēng)。1～2.2 km有風(fēng)隨高度逆轉(zhuǎn)的冷平流，說(shuō)明此時(shí)已有弱冷空氣分裂南下影響上饒市。

圖3 2017年11月16日21:00-18日20:00上饒風(fēng)廓線雷達(dá)風(fēng)(a)及上饒國(guó)家站風(fēng)速(b)圖

11月16日21:00-17日16:00，上饒市國(guó)家站風(fēng)速變化圖(圖3(b))，風(fēng)速在1～6 m/s之間徘徊，基本穩(wěn)定在4 m/s左右。

3.1.2 風(fēng)向轉(zhuǎn)換(17日17:00-19:00) 11月17日17:00-19:00，風(fēng)廓線雷達(dá)風(fēng)場(chǎng)圖上(圖3(a))，冷空氣過(guò)境上饒風(fēng)廓線雷達(dá)站時(shí)，風(fēng)向有個(gè)轉(zhuǎn)換過(guò)程。風(fēng)廓線雷達(dá)的垂直風(fēng)速和徑向速度都比較小，只有0～2 m/s(圖略)；20:00后，1 000 m左右高度以下的風(fēng)，由偏西風(fēng)轉(zhuǎn)為偏東風(fēng)，垂直風(fēng)速和徑向速度都增大到4～6 m/s(圖略)，表明冷空氣帶來(lái)密度較大的冷空氣的影響。

11月17日17:00-19:00，上饒市國(guó)家站風(fēng)速變化圖(圖3(b))，風(fēng)速在進(jìn)入最低值，在1～3 m/s間，表明風(fēng)向轉(zhuǎn)換時(shí)風(fēng)速比較小。17日17:00-19:00是冷空氣過(guò)境風(fēng)向轉(zhuǎn)換過(guò)程，可以看出西風(fēng)轉(zhuǎn)東北風(fēng)的過(guò)程。

3.1.3 低層大風(fēng)區(qū)(18日00:00-14:00) 11月18日00:00-14:00，風(fēng)廓線雷達(dá)風(fēng)場(chǎng)圖上(圖3(a))，形成低層大風(fēng)區(qū)和高層(3 500～7 000 m)大風(fēng)區(qū)的2個(gè)部分，而中間是弱風(fēng)區(qū)過(guò)渡帶。高空一致的較大西風(fēng)，低層為東北風(fēng)，風(fēng)向順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，屬于歐陽(yáng)定義的“順滾流”，即暖平流。低層淺紅色區(qū)域在地面150～1 200 m高度上東北風(fēng)開始加大，且大風(fēng)區(qū)高度逐漸升高；04:00，大風(fēng)伸展高度達(dá)到1 800 m，中心風(fēng)力加大為16～20 m/s；隨后，低層大風(fēng)維持到14:00。

11月17日00:00-14:00，上饒市國(guó)家站風(fēng)速變化圖(圖3(b))，風(fēng)速開始逐步加大緩慢上升，05:00和12:00分別達(dá)到10 m/s和12 m/s 2個(gè)小高峰。上饒地處東部走廊中間位置，無(wú)論盛行東南風(fēng)，還是偏東風(fēng)，東部走廊狹谷效應(yīng)都會(huì)對(duì)上饒有影響，主要表現(xiàn)就是風(fēng)速增大和維持。冷空氣進(jìn)入江西東部走廊后得到狹谷效應(yīng)，使風(fēng)速不斷加大。

3.1.4 大風(fēng)結(jié)束期(18日15:00之后) 11月18日15:00后，風(fēng)廓線雷達(dá)風(fēng)場(chǎng)圖上(圖3(a))，低層大風(fēng)區(qū)開始減弱，中層還有一些大風(fēng)維持。

11月18日15:00后，上饒市國(guó)家站風(fēng)速變化圖(圖3(b))，風(fēng)速開始逐步下降，18日20:00降到6 m/s左右。

由此可見，冷空氣在風(fēng)廓線圖上特征是高空風(fēng)比較大，隨時(shí)間推移慢慢往下滲透；冷空氣過(guò)境近地面風(fēng)向有個(gè)轉(zhuǎn)換過(guò)程，由偏西風(fēng)轉(zhuǎn)為偏東風(fēng)；由于東部走廊地形的影響，冷空氣由東向西沿狹窄地形移動(dòng)過(guò)程中，風(fēng)速不斷加大，并形成局地低層大風(fēng)區(qū)。

3.2 V-3θ圖分析

V-3θ圖的V是探空資料中的風(fēng)矢量(風(fēng)向風(fēng)速)，3θ則是：θ、θsed、θ*(位溫、露點(diǎn)假相當(dāng)位溫、飽和假相當(dāng)位溫)。

1)θ位溫：

θ是位溫(位勢(shì)溫度)，T為氣溫(絕對(duì)溫標(biāo)K表示)，P0為海平面氣壓(hPa)，R為氣體常數(shù)，CP定壓比熱，體現(xiàn)大氣不穩(wěn)定能量分布。

2)θsed露點(diǎn)溫度計(jì)算的假相當(dāng)位溫：凝結(jié)之前的水汽具有預(yù)測(cè)超前性，體現(xiàn)大氣的水汽分布(傳統(tǒng)的假相當(dāng)位溫θsed是以凝結(jié)高度計(jì)算的)。

3)θ*假定當(dāng)時(shí)氣溫為純飽和位溫：體現(xiàn)大氣的純飽和狀態(tài)。

T-LogP圖僅分析了熱力和水汽條件，沒(méi)分析動(dòng)力條件；V-3θ圖反映了大氣能量結(jié)構(gòu)(動(dòng)能、熱能、水汽)。因此，選擇距離上饒市江西東部走廊最近的衢州站探空數(shù)據(jù)，使用V-3θ圖進(jìn)行分析(圖4)。

17日08:00(圖略)，500～850 hPa假相當(dāng)位溫曲線和飽和假相當(dāng)位溫曲線幾乎垂直于溫度軸，說(shuō)明在對(duì)流層的中部有低溫區(qū)的存在。衢州925 hPa為偏北風(fēng)，對(duì)流層中高層為西風(fēng)轉(zhuǎn)西北風(fēng)，衢州站為風(fēng)隨高度逆轉(zhuǎn)的冷平流。500 hPa處有位溫曲線向左傾斜，說(shuō)明該層大氣有不穩(wěn)定能量，但根據(jù)傾斜尺度判斷能量較弱。假相當(dāng)位溫曲線和飽和假相當(dāng)位溫曲線趨于平行，說(shuō)明大氣水汽充沛。

17日20:00(圖4(a))，大氣層結(jié)穩(wěn)定，低層轉(zhuǎn)為為東北風(fēng)，中層為偏西風(fēng)，有風(fēng)向隨高度的逆轉(zhuǎn)，持續(xù)冷平流。自該時(shí)次開始，近地層均轉(zhuǎn)為東北風(fēng)，且風(fēng)速隨時(shí)間增大。400 hPa以下θsed線貼著θ*線上升，且?guī)缀醮怪鄙仙?50 hPa以下偏北風(fēng)只有2 m/s。

18日08:00(圖4(b))，700 hPa以下θsed線與θ*線明顯降低位溫向左突出，即兩線與X軸的傾角減小，850 hPa和925 hPa的東北風(fēng)均達(dá)到了14 m/s，說(shuō)明對(duì)流層低層的冷空氣明顯加強(qiáng)。

18日20:00(圖4(c))，700 hPa以下θsed線與θ*線兩線與X軸的傾角再次減小，這一特征表明冷空氣從700 hPa向下灌入低層，之后在東部走廊維持。925 hPa為10 m/s，對(duì)流層中高層為西北風(fēng)。

19日08:00(圖略)925 hPa有加強(qiáng)，達(dá)到14 m/s，風(fēng)向東北偏東，對(duì)流層中層為偏西風(fēng)，風(fēng)速隨高度逆轉(zhuǎn)，為冷平流。雖然冷鋒主體在19日20:00(圖略)已經(jīng)過(guò)境，但低層的東北風(fēng)依然維持。

圖4 2017年11月17日20:00(a)、18日08:00(b)、18日20:00(c)衢州站V-3θ圖

由此可見，V-3θ圖上，對(duì)流層的中部有低溫區(qū)，風(fēng)隨高度逆轉(zhuǎn)有冷平流存在；700 hPa以下θsed線與θ*線明顯降低位溫向左突出，對(duì)流層低層的冷空氣明顯加強(qiáng)，700 hPa以下向左突出越明顯，斜率越大，底層風(fēng)速越大。

4 江西東部走廊地形對(duì)冷空氣大風(fēng)的影響

江西贛東北3地(上饒、鷹潭、景德鎮(zhèn))，上饒地處東部走廊中間位置，無(wú)論盛行東南風(fēng)，還是偏東風(fēng)，東部走廊峽谷效應(yīng)都會(huì)對(duì)上饒有影響，主要表現(xiàn)就是風(fēng)速增大和維持；鷹潭地處東部走廊的上風(fēng)方(西南風(fēng)時(shí))和下風(fēng)方(偏東風(fēng)時(shí))；景德鎮(zhèn)的風(fēng)場(chǎng)與東部走廊的關(guān)系不大，但贛東北迎風(fēng)坡和鄱陽(yáng)湖濕地是產(chǎn)生暴雨的重要機(jī)制。

江西東部走廊地形對(duì)地面的冷空氣大風(fēng)有重要的影響，圖5顯示了2017年11月18日00:00、02:00、04:00江西東部走廊地形對(duì)地面風(fēng)場(chǎng)的作用(東部走廊圖5中狹長(zhǎng)的地帶，兩邊是1 500 m左右的山脈)。

11月18日00:00(圖5(a))，冷空氣大風(fēng)分兩支南下：一是長(zhǎng)江河谷口從九江灌入；二是從嘉興、杭州南下(黃山高山站大風(fēng)是自然的)。地面冷空氣大風(fēng)區(qū)(>8 m/s，下同)南下影響皖南山區(qū)，東部影響浙江北部地區(qū)，此時(shí)，東部走廊的風(fēng)速只有2～6 m/s。

11月18日02:00(圖5(b))，長(zhǎng)江河谷口灌入的冷空氣已經(jīng)侵入贛中盆地；從嘉興、杭州南下的冷空氣大風(fēng)也灌入東部走廊，一致的東北風(fēng)，風(fēng)速達(dá)到4～12 m/s。浙江中部的偏北大風(fēng)受山地的阻擋，形成分流，西支氣流通過(guò)浙贛之間東部走廊的影響，風(fēng)向由偏北風(fēng)或者東北偏北風(fēng)轉(zhuǎn)為東北風(fēng)，向西南方向影響江西境內(nèi)，風(fēng)速在山區(qū)阻擋、分流和轉(zhuǎn)向的作用下有明顯的減弱。

11月18日04:00(圖5(c))，兩支冷空氣貫通為一體，東部走廊一致的東北風(fēng)，風(fēng)速達(dá)到8～18 m/s。東部走廊的風(fēng)速一直維持到19日15:00之后。隨著偏北風(fēng)冷空氣的繼續(xù)南下，東部走廊東北風(fēng)的大風(fēng)區(qū)的繼續(xù)向西南方向移動(dòng)，且由于地形的狹管效應(yīng)，使狹窄的東部走廊之間的東北風(fēng)風(fēng)速在窄區(qū)有明顯的增大，地面冷空氣大風(fēng)中間持續(xù)時(shí)間20 h，上饒地區(qū)形成一致的東北大風(fēng)，在東部走廊影響下繼續(xù)維持。

圖5 2017年11月18日00:00(a)、02:00(b)、04:00(c)江西東部走廊地形及風(fēng)場(chǎng)實(shí)況圖

19日11:00(圖略)，浙北皖南的偏北大風(fēng)有明顯的減弱，風(fēng)速均小于8 m/s，但受狹管效應(yīng)作用，東部走廊附近的贛東北及浙西地區(qū)大風(fēng)區(qū)仍然繼續(xù)維持。贛東北的東部走廊大風(fēng)區(qū)維持時(shí)間相較北部地區(qū)延遲4 h，至19日15:00(圖略)，大風(fēng)區(qū)明顯減弱消失。

由此可見，浙贛皖3省交界的地形對(duì)冷空氣大風(fēng)有風(fēng)向的轉(zhuǎn)變作用，江西東部走廊的地形作用使得偏北大風(fēng)轉(zhuǎn)為東北風(fēng)，且由于狹管效應(yīng)，東部走廊區(qū)域的大風(fēng)有明顯的加強(qiáng)，且大風(fēng)減弱消失的時(shí)間有4-5 h的延遲。

5 結(jié)論

利用MICAPS天氣和區(qū)域自動(dòng)站觀測(cè)資料、美國(guó)NCEP 1°×1°再分析資料、上饒市TWP8-L對(duì)流層風(fēng)廓線雷達(dá)資料，以及贛東北地形資料，對(duì)2017年11月17-18日江西出現(xiàn)的冷空氣大風(fēng)天氣進(jìn)行分析，得到以下幾點(diǎn)結(jié)果。

1)2017年11月17-18日冷空氣大風(fēng)是全省性大風(fēng)天氣過(guò)程，上饒市處在江西東部走廊地形條件影響下，地面水平風(fēng)場(chǎng)和風(fēng)廓線雷達(dá)上的垂直風(fēng)場(chǎng)分布有其不同的特點(diǎn)。

2)冷空氣的水平結(jié)構(gòu)從天氣圖上可以看出：100 hPa極渦中心與東亞大槽向南加深、500 hPa冷渦橫槽和南支小槽東移、700 hPa等溫線密集江西6緯距溫差達(dá)6℃、850 hPa溫度梯度明顯增大6緯距溫差達(dá)9℃、地面強(qiáng)大的氣壓梯度力是形成這次冷空氣大風(fēng)的成因之一。

3)冷空氣在風(fēng)廓線圖上特征是高空風(fēng)比較大，隨時(shí)間推移慢慢往下滲透；冷空氣過(guò)境近地面風(fēng)向有個(gè)轉(zhuǎn)換過(guò)程，由偏西風(fēng)轉(zhuǎn)為偏東風(fēng)；由于東部走廊地形的影響，冷空氣由東向西沿狹窄地形移動(dòng)過(guò)程中，風(fēng)速不斷加大，并形成局地低層大風(fēng)區(qū)。

4)V-3θ圖上，對(duì)流層的中部有低溫區(qū)，風(fēng)隨高度逆轉(zhuǎn)有冷平流存在；700 hPa以下θsed線與θ*線明顯降低位溫向左突出，對(duì)流層低層的冷空氣明顯加強(qiáng)，400 hPa以下向左突出面積越大影響越大。

5)浙贛皖3省交界的地形對(duì)冷空氣大風(fēng)有風(fēng)向的轉(zhuǎn)變作用，江西東部走廊的地形作用使得偏北大風(fēng)轉(zhuǎn)為東北風(fēng)，且由于狹管效應(yīng)，東部走廊區(qū)域的大風(fēng)有明顯的加強(qiáng)，且大風(fēng)減弱消失的時(shí)間有4-5 h的延遲。