嵊泗縣氣象局 陶燁明 虞佳維 張恩澤

引言

寒潮是指日平均氣溫24小時(shí)內(nèi)下降8℃或48小時(shí)內(nèi)下降10℃，且最低氣溫降至4℃以下的冷空氣影響過程。王鎮(zhèn)銘等[1]研究指出移動(dòng)性西風(fēng)槽型、橫槽轉(zhuǎn)軸型、東北冷渦維持性、前期顯著回暖型是影響浙江省的常見冷空氣天氣系統(tǒng)。對于嵊泗來說，寒潮帶來的低溫冰凍、大風(fēng)對島城居民影響最大，因此，以個(gè)例分析探究寒潮強(qiáng)降溫、沿海大風(fēng)成因，以提升嵊泗寒潮天氣過程預(yù)報(bào)服務(wù)能力具有相當(dāng)重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文將對2020年末和2021年初的兩次寒潮過程天氣實(shí)況、冷空氣移動(dòng)路徑、環(huán)流形勢進(jìn)行對比分析，探究兩次過程形成原因及差異，總結(jié)預(yù)報(bào)經(jīng)驗(yàn)，為今后寒潮天氣氣象服務(wù)提供參考。

1 主要天氣事實(shí)對比分析

為進(jìn)一步了解2020年12月29～31日以及2021年1月6～8日兩次寒潮天氣過程對嵊泗的影響，特將兩次過程的天氣實(shí)況統(tǒng)計(jì)如下：（表1）

表1 嵊泗兩次寒潮過程天氣實(shí)況對比

兩次寒潮過程僅相隔一周左右，但其天氣實(shí)況卻有較大區(qū)別：一是從降溫特點(diǎn)來看，2020年底的寒潮過程在寒潮來臨前有明顯回溫，29日氣溫回升到17.2℃，29日溫差達(dá)11.8℃，過程日平均氣溫降溫幅度高達(dá)16.2℃，降溫幅度大、速度快；而2021年初的寒潮過程，5日已有一股弱冷空氣影響，前期氣溫已有所下降，兩股冷空氣銜接較為緊密，6日寒潮來臨前無回溫，自5日起氣溫便呈現(xiàn)逐步下降的態(tài)勢，降溫速度相對較慢，過程日平均氣溫下降幅度為9.8℃，總體呈現(xiàn)降溫幅度、速度一般，但氣溫持續(xù)低迷的特點(diǎn)。二是從最低氣溫來看，2020年末寒潮雖溫度降幅大，但前期氣溫基數(shù)較高，過程最低氣溫為-5.4℃，而2021年初的寒潮來臨前已降溫，雖降溫幅度較2020年末寒潮偏小，但過程最低氣溫卻低至-6.6℃。三是從降水情況來看，2020年末寒潮受冷暖氣流交匯影響，有弱降水，且隨著氣溫下降，出現(xiàn)了雨雪相態(tài)轉(zhuǎn)化，但由于降水量級小，且降水與低溫之間存在時(shí)間差，未出現(xiàn)明顯道路結(jié)冰，而2021年初寒潮僅有干冷空氣影響，水汽條件差，僅局部出現(xiàn)短時(shí)雨雪天氣。四是從大風(fēng)影響來看，2020年末寒潮過程嵊泗沿海普遍出現(xiàn)10-11級大風(fēng)，個(gè)別高山站風(fēng)力達(dá)13級，9級大風(fēng)維持時(shí)間長達(dá)39小時(shí)，2021年初寒潮過程嵊泗沿海普遍為8-9級大風(fēng)，個(gè)別高山站最大風(fēng)力11級，大風(fēng)維持時(shí)間也較2020年末寒潮過程明顯偏短，總體來看，2020年末寒潮大風(fēng)明顯強(qiáng)于2021年初的寒潮過程。結(jié)合以上實(shí)況特點(diǎn)，由于兩次過程對嵊泗影響較大的主要是低溫和寒潮大風(fēng)，下文將重點(diǎn)圍繞降溫成因和沿海大風(fēng)成因進(jìn)行分析。

2 主要影響系統(tǒng)和冷空氣路徑對比分析

從500hPa高空圖和槽線移動(dòng)路徑圖（圖略）可以看到兩次寒潮過程均為橫槽轉(zhuǎn)豎引導(dǎo)冷空氣南下影響我縣的過程，寒潮開始影響前，中高緯地區(qū)大體上為兩槽夾一脊的形勢，脊區(qū)均位于西西伯利亞地區(qū)，呈東北——西南走向，2021年初寒潮過程的脊區(qū)較2020年末的明顯偏強(qiáng)，西側(cè)高空槽均位于烏拉爾山西側(cè)，東側(cè)高空槽為本次影響嵊泗的主要天氣系統(tǒng)，此處高空槽兩次過程之間差異較大，是導(dǎo)致兩次寒潮過程降溫特點(diǎn)區(qū)別較大的原因之一：2020年末的寒潮過程在寒潮影響前，鄂霍茨克海-貝加爾湖之間是一個(gè)大致呈東西走向的橫槽，高空低壓中心與冷中心位置趨于重合，位于鄂霍茨克海和俄羅斯的交界處，冷中心最低氣溫為-44℃，后期隨著橫槽轉(zhuǎn)豎，引導(dǎo)冷空氣擴(kuò)散南下，形成了寒潮；而2021年初的寒潮過程東側(cè)低渦呈現(xiàn)雙低壓中心、雙冷中心的狀態(tài)，冷中心最低氣溫為-44℃，這與2020年末的寒潮過程一致，兩個(gè)低壓中心分別有槽伸出，一個(gè)低壓中心位于尼古拉耶夫斯克，高空槽從尼古拉耶夫斯克延伸到海參崴附近，此處高空槽后續(xù)東移入海，為寒潮來臨前冷空氣過程的影響系統(tǒng)，冷中心落后于低壓中心，高空逐漸減弱，另一個(gè)低壓中心位于雅庫利姆北側(cè)，冷中心與低壓中心近乎重合，8日高空槽走向與北緯60°緯圈趨于重合，槽線較2020年寒潮過程明顯偏短，后期隨著高空槽東移南下，并逐漸轉(zhuǎn)豎，形成了2021年初的寒潮過程。

從地面圖上（圖略）可以看到，2020年末這次過程地面冷高壓從貝加爾湖西側(cè)（約98°E）分裂出新的冷高壓東移南下，經(jīng)內(nèi)蒙古中部、河套地區(qū)直達(dá)長江中下游及江南地區(qū)，影響長江中下游地區(qū)時(shí)地面冷高壓中心約為1035hPa，整體來看屬于中路冷空氣影響；2021年初的寒潮過程地面冷高壓主體位于阿爾泰山脈西北側(cè),穩(wěn)定少動(dòng)，冷空氣從蒙古國西部經(jīng)河西走廊南下，屬于較典型的西北路冷空氣影響，兩次過程冷高壓主體位置較為接近,但2020年末的寒潮過程地面冷高壓中心出現(xiàn)明顯分裂現(xiàn)象，這可能是導(dǎo)致后期冷空氣南下路徑出現(xiàn)較大差別的主要原因。

3 強(qiáng)降溫成因?qū)Ρ确治?/h2>

近地面局地溫度的變化主要由溫度平流和非絕熱加熱引起[2]，溫度平流是兩次寒潮天氣出現(xiàn)強(qiáng)降溫的主要原因，主要通過冷暖平流的強(qiáng)度進(jìn)行判斷，非絕熱因子主要考慮輻射和水汽相態(tài)變化的影響，嵊泗地處海島，海洋下墊面的調(diào)節(jié)作用比較顯著，輻射降溫對嵊泗影響不大，此外，2020年末的寒潮過程出現(xiàn)了雨雪的相態(tài)轉(zhuǎn)換，而2021年初的寒潮過程則因水汽條件較差，僅局部地區(qū)出現(xiàn)短時(shí)小雪，降水及其相態(tài)轉(zhuǎn)變在一定程度上加劇了氣溫的快速下降，但兩次過程降水量級不大，降水對氣溫的影響相對仍較小，因此本節(jié)主要將對850hPa的溫度平流情況進(jìn)行對比分析。

2020年末寒潮過程發(fā)生強(qiáng)降溫的時(shí)段主要為29日08時(shí)-30日08時(shí)，該時(shí)段內(nèi)氣溫從14.1℃降至-2.2℃，降溫幅度達(dá)16.3℃，從850hPa等溫線變化來看，29日08時(shí)，嵊泗上空850hPa溫度約為6℃，30日08時(shí)850hPa溫度降至-8℃左右，降溫幅度約為14℃，從29日20時(shí)的天氣圖可以看到，此時(shí)嵊泗附近等溫線非常密集，十個(gè)緯距內(nèi)分布有9條等溫線，即溫差達(dá)到36℃，且風(fēng)向與等溫線近乎垂直，風(fēng)速普遍達(dá)到16～20m/s，冷平流極強(qiáng)，因此在該時(shí)段內(nèi)，嵊泗氣溫實(shí)現(xiàn)跳水式下降；2021年初寒潮過程嵊泗的氣溫自5日08時(shí)的9.5℃降至7日20時(shí)的-5.8℃，降溫幅度約為15.3℃，氣溫變化相對平緩，降溫過程持續(xù)時(shí)間明顯偏長，從850hPa等溫線變化來看，5日08時(shí)嵊泗上空850hPa氣溫約為0℃，7日20時(shí)850hPa溫度降至-12℃左右，降溫幅度約為12℃，從6日20時(shí)850hPa的天氣圖可以看到，此時(shí)嵊泗附近的等溫線密集程度明顯較上一次過程稀疏，10個(gè)緯距內(nèi)分布有6～7條等溫線，風(fēng)向與等溫線之間夾角相對較小，且風(fēng)速普遍僅為10～14m/s，冷平流強(qiáng)度較2020年末寒潮過程明顯偏弱。從冷平流持續(xù)時(shí)間看，2020年寒潮31日08時(shí)風(fēng)向已經(jīng)幾乎與等溫線平行，且嵊泗附近等溫線明顯疏散，冷平流明顯減弱，而2021年寒潮直到8日08時(shí)風(fēng)向仍與等溫線存在一定夾角，等溫線也未出現(xiàn)明顯疏散，冷平流持續(xù)時(shí)間較2020年寒潮過程明顯偏長，冷平流的強(qiáng)度變化及其持續(xù)時(shí)間可能是造成兩次寒潮降溫特點(diǎn)迥異的最主要原因。

4 沿海大風(fēng)成因?qū)Ρ确治?/h2>

常見的冷空氣大風(fēng)其成因不外乎：強(qiáng)的地面氣壓梯度、高低空急流活動(dòng)、高空動(dòng)量下傳以及強(qiáng)冷平流作用，對這兩次寒潮大風(fēng)的成因分析也將主要從以上幾方面展開。

從地面圖來看，29日20時(shí)-30日20時(shí)，120°-125°E之間分布有6～8根等壓線，31日08時(shí)120°-125°E之間也仍舊存在5根等壓線，氣壓梯度非常大，且持續(xù)時(shí)間較長，密集的等壓線分布，強(qiáng)的地面氣壓梯度是2020年末寒潮過程沿海普遍刮起10-11級大風(fēng)，且9級大風(fēng)持續(xù)時(shí)間長達(dá)39小時(shí)的最主要原因。相對而言，2021年初的這次寒潮過程，7日08時(shí)-8日08時(shí)，120°～125°E之間分布有4-5根等壓線，其地面氣壓梯度較2020年末的寒潮明顯偏小，因此2021年初的寒潮普遍以9級大風(fēng)為主，9級大風(fēng)持續(xù)時(shí)間相對而言也較短。此外，上文對于冷平流強(qiáng)度已有較詳細(xì)的分析，可知2020年末的冷平流強(qiáng)度明顯較2021年初的過程偏強(qiáng)，這可能也是2020年末的寒潮大風(fēng)強(qiáng)于2021年初寒潮大風(fēng)的原因之一。

動(dòng)量下傳一般需要具備兩個(gè)條件：其一是高低空風(fēng)速垂直切變要大，二是要有一定的垂直下沉速度。這兩次寒潮過程高低空風(fēng)向風(fēng)速以上海寶山站為例，統(tǒng)計(jì)結(jié)果如下：

由表2、表3結(jié)合高空各層的天氣圖可以看到：2020年初的寒潮過程500hPa、700hPa和850hPa都有急流存在，2020年12月29日20時(shí)-30日20時(shí)高低空風(fēng)速的垂直切變都很大，普遍500hPa和850hPa之間風(fēng)速切變在18-28m/s之間，在此區(qū)間風(fēng)向隨高度逆轉(zhuǎn)，有冷平流；2021年末的寒潮過程同樣三層都有急流存在，但各層風(fēng)速與2020年末的過程相比整體偏小，500hPa和850hPa之間的風(fēng)速切變基本穩(wěn)定在22m/s，高低空垂直風(fēng)速切變也較大，整體風(fēng)向隨高度呈逆轉(zhuǎn)狀態(tài)，說明同樣存在冷平流，兩次過程均存在高低空急流配合以及較大的風(fēng)速垂直切變，這就意味著出現(xiàn)動(dòng)量下傳使地面風(fēng)增強(qiáng)的可能性較大。此外，兩次過程700hPa均有逆溫出現(xiàn)，這意味著該時(shí)段內(nèi)700hPa附近有鋒區(qū)存在。

表2 2020年12月29日～30日上海寶山站高低空風(fēng)向風(fēng)速及溫度變化

表3 2021年1月7日～8日上海寶山站高低空風(fēng)向風(fēng)速及溫度變化

從各層垂直速度圖（圖略）來看，2020年12月30日08時(shí)～30日20時(shí)和2021年1月7日08時(shí)～8日08時(shí)，嵊泗周邊700hPa以下各層的垂直速度都保持在0～1m/s，處在一個(gè)微弱的氣流下沉區(qū)；500hPa以上以及2020年12月29日08時(shí)，嵊泗處于一個(gè)微弱的的氣流上升運(yùn)動(dòng)區(qū)，中低層的下沉運(yùn)動(dòng)使得動(dòng)量下傳成為可能，但由于下沉運(yùn)動(dòng)非常微弱，綜合考慮認(rèn)為動(dòng)量下傳可能是這兩次寒潮過程出現(xiàn)大風(fēng)的原因之一，但絕非主要原因，影響非常有限。

5 結(jié)論與討論

（1）兩次寒潮均是典型的橫槽轉(zhuǎn)豎引導(dǎo)冷空氣南下造成強(qiáng)降溫的過程，但由于2020年末寒潮溫度基數(shù)高，前期回溫明顯，2021年初寒潮緊接上一股冷空氣南下，溫度基數(shù)低，無鋒前增溫，導(dǎo)致兩次寒潮過程的降溫幅度及降溫特點(diǎn)有明顯區(qū)別。

（2）2020年末寒潮過程整體來看屬于中路冷空氣影響，而2021年初的寒潮過程屬于較典型的西北路冷空氣影響，兩次過程冷高壓主體位置較為接近，但2020年末的寒潮過程地面冷高壓中心出現(xiàn)明顯分裂現(xiàn)象，這可能是導(dǎo)致后期冷空氣南下路徑出現(xiàn)較大差別的主要原因。

（3）850hPa的強(qiáng)冷平流是造成兩次寒潮強(qiáng)降溫過程的主要原因。

（4）強(qiáng)的地面氣壓梯度、高低空急流活動(dòng)以及強(qiáng)冷平流多種因子共同作用致使嵊泗兩次寒潮過程均出現(xiàn)了大風(fēng)天氣，且2020年末的寒潮過程由于沿海梯度更大，高低空急流、冷平流作用更強(qiáng)，形成的沿海大風(fēng)在強(qiáng)度上及持續(xù)時(shí)間上均較2021年初的寒潮過程偏強(qiáng)；由于垂直下沉運(yùn)動(dòng)微弱，兩次寒潮過程中動(dòng)量下傳作用對風(fēng)速增大貢獻(xiàn)有限。