盛夢(mèng)婷，馬中元，陳鮑發(fā)，黃龍飛，李燕玲

(1.江西省氣象科學(xué)研究所，南昌 330046；2.樂(lè)平市氣象局，樂(lè)平 333300；3.景德鎮(zhèn)市氣象局，景德鎮(zhèn) 333000)

0 引言

寒潮天氣是中國(guó)冬季災(zāi)害性天氣之一，是在一定環(huán)流形勢(shì)下大范圍的強(qiáng)冷空氣活動(dòng)過(guò)程，其主要特點(diǎn)是劇烈降溫和大風(fēng)，并伴有雨雪、霜凍、結(jié)冰，對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、交通運(yùn)輸、居民生活都有嚴(yán)重的影響。

國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)寒潮天氣系統(tǒng)、寒潮的路徑、成因、預(yù)報(bào)指標(biāo)等方面多有研究[1-3]，指出：500 hPa上貝加爾湖東部的冷渦引導(dǎo)冷空氣以及地面冷高壓南下是引發(fā)寒潮爆發(fā)的根本原因。烏拉爾山阻塞形勢(shì)的崩潰與寒潮爆發(fā)密切相關(guān)，500 hPa正渦度區(qū)與槽前鋒區(qū)配合一致，更有利于引導(dǎo)強(qiáng)冷空氣東移南下。低層強(qiáng)冷平流對(duì)地面加壓降溫作用至關(guān)重要，渦度平流使得高空動(dòng)量下傳，加大地面冷高壓強(qiáng)度，造成強(qiáng)烈的降溫，850 hPa存在強(qiáng)盛的冷平流，是產(chǎn)生寒潮天氣的主要原因。薄文波針對(duì)1次冷空氣過(guò)境過(guò)程，對(duì)船載風(fēng)廓線(xiàn)雷達(dá)探測(cè)結(jié)果與實(shí)況傳真圖進(jìn)行比較分析，以期對(duì)船載風(fēng)廓線(xiàn)雷達(dá)使用人員有所幫助。劉鐵軍[4]等對(duì)1次強(qiáng)冷空氣海浪場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值模擬，結(jié)果表明模擬數(shù)據(jù)與觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)在走勢(shì)上保持一致。這些研究成果為文章研究提供了理論和參考依據(jù)。

2020年12月中旬至2021年1月上旬，江西在1個(gè)月內(nèi)連續(xù)出現(xiàn)3次寒潮天氣，歷史罕見(jiàn)。第1次寒潮天氣過(guò)程出現(xiàn)在2020-12-13—2020-12-15(簡(jiǎn)稱(chēng)過(guò)程Ⅰ)，持續(xù)時(shí)間較短、瞬時(shí)風(fēng)力強(qiáng)、伴有小雨和雨夾雪；第2次冷空氣過(guò)程出現(xiàn)在2020-12-29—2020-12-31(簡(jiǎn)稱(chēng)過(guò)程Ⅱ)，降溫幅度大、以晴冷天氣為主、持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)；第3次冷空氣過(guò)程出現(xiàn)在2021-01-06—2021-01-09(簡(jiǎn)稱(chēng)過(guò)程Ⅲ)，晴冷時(shí)間更長(zhǎng)，最低溫創(chuàng)近年新低，并伴有小雪。樂(lè)平市位于江西東北部，受到3次寒潮天氣過(guò)程不同程度的影響。

文章通過(guò)對(duì)3次寒潮天氣過(guò)程的冷鋒路徑、最高最低氣溫、樂(lè)平單站氣溫和850 hPa氣溫等對(duì)比分析，為樂(lè)平市寒潮天氣過(guò)程的預(yù)警預(yù)報(bào)提供參考依據(jù)。

1 資料來(lái)源

天氣資料來(lái)源于MICAPS系統(tǒng)平臺(tái)常規(guī)氣象觀(guān)測(cè)資料；地面資料來(lái)源于江西自動(dòng)站數(shù)據(jù)平臺(tái)；逐小時(shí)地面觀(guān)測(cè)資料來(lái)源于樂(lè)平國(guó)家觀(guān)測(cè)站；數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品來(lái)源于歐洲中心數(shù)值預(yù)報(bào)溫度產(chǎn)品。

2 寒潮劃分標(biāo)準(zhǔn)及實(shí)況對(duì)比分析

2.1 寒潮劃分標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)中國(guó)氣象局提出的《寒潮等級(jí)》中對(duì)單站寒潮的規(guī)定，將寒潮劃分為3個(gè)等級(jí)：

1)寒潮：使當(dāng)?shù)厝兆畹?或日平均)氣溫在24 h內(nèi)降溫幅度≥8 ℃，或48 h內(nèi)降溫幅度≥10 ℃，或72 h內(nèi)降溫幅度≥12 ℃，而且使該地日最低氣溫≤4 ℃ 的冷空氣活動(dòng)；

2)強(qiáng)寒潮：使當(dāng)?shù)氐娜兆畹?或日平均)氣溫在24 h內(nèi)降溫幅度≥10 ℃，或48 h內(nèi)降溫幅度≥12 ℃，或72 h內(nèi)降溫幅度≥14 ℃，而且使該地日最低氣溫≤2 ℃的冷空氣活動(dòng)；

3)特強(qiáng)寒潮：使當(dāng)?shù)氐娜兆畹?或日平均)氣溫在24 h內(nèi)降溫幅度≥12 ℃，或48 h內(nèi)降溫幅度≥14 ℃，或72 h內(nèi)降溫幅度≥16 ℃，而且使該地日最低氣溫≤0 ℃的冷空氣活動(dòng)。

2.2 實(shí)況對(duì)比分析

1)過(guò)程Ⅰ：如表1所示，區(qū)域站前期最高氣溫18.5 ℃，過(guò)程降溫8～10 ℃，其中樂(lè)平市城區(qū)13日最低氣溫9 ℃，14日降至0.9 ℃，15日降至-0.3 ℃，24 h降溫8.1 ℃，48 h降溫9.3 ℃，地面偏北風(fēng)明顯加大；國(guó)家站13日下午到晚上出現(xiàn)了16.6 m/s瞬時(shí)大風(fēng)，達(dá)到寒潮標(biāo)準(zhǔn)。14日白天出現(xiàn)雨夾雪天氣，局部地區(qū)小到中雪。但16日氣溫明顯回升，最低氣溫升至2.7 ℃。此次寒潮特點(diǎn)是降溫明顯、瞬時(shí)風(fēng)力強(qiáng)，但低溫僅降至0 ℃附近，且持續(xù)時(shí)間較短。

表1 2020年12月中旬至2021年1月上旬樂(lè)平3次寒潮天氣過(guò)程天氣要素和天氣現(xiàn)象統(tǒng)計(jì)

2)過(guò)程Ⅱ：前期最高氣溫與過(guò)程最低氣溫落差更大，12月28日樂(lè)平市區(qū)最高氣溫17.3 ℃，區(qū)域站最高氣溫20.3 ℃；1月1日樂(lè)平市區(qū)最低氣溫達(dá)-6.2 ℃，區(qū)域站最低-8.2 ℃。過(guò)程最低氣溫持續(xù)下降，48 h最大降幅僅有8.3 ℃，即從29日的2.5 ℃降至31日的-5.8 ℃，冷空氣大風(fēng)達(dá)15.5 m/s，僅達(dá)到寒潮藍(lán)色預(yù)警級(jí)別。但最低氣溫低，31日為-5.8 ℃，1月1日為-6.2 ℃，為2016年2月以來(lái)的最低氣溫。此次寒潮的特點(diǎn)是前后氣溫落差大，極端最低氣溫更低，且持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，31日、1日、2日連續(xù)3 d樂(lè)平市區(qū)最低氣溫降至-5 ℃以下。

3)過(guò)程Ⅲ：極端最低氣溫再創(chuàng)2016年以來(lái)的新低，9日樂(lè)平城區(qū)降至-7.6 ℃。從最低氣溫的降溫幅度看，6日5.4 ℃、7日0.7 ℃、8日-5.0 ℃，48 h降溫幅度10.4 ℃，達(dá)到寒潮標(biāo)準(zhǔn)。區(qū)域站偏北風(fēng)力明顯弱于前2個(gè)過(guò)程，最大10 m/s，并伴有小雪。但前期溫度并不高，區(qū)域站1月5日最高氣溫僅11.8 ℃。此次寒潮的特點(diǎn)是最低氣溫超低，且持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，受寒潮影響，1月8—14日連續(xù)7 d降至0 ℃以下，8-10日和12日最低氣溫降至-5 ℃以下。

3 3次寒潮天氣過(guò)程冷鋒路徑

圖1是影響樂(lè)平的3次寒潮天氣過(guò)程的冷鋒路徑中分析圖，2020-12-12T08：00(圖1a)，500 hPa高空冷渦在中國(guó)東北角形成并加深，與之伴隨的橫槽位于黑龍江至蒙古中南部，強(qiáng)冷空氣在槽后貝加爾湖西南方向堆積，地面冷高壓中心達(dá)1060 hPa，13日08：00，橫槽轉(zhuǎn)豎，東移南擺，引導(dǎo)地面強(qiáng)冷空氣大舉南下，影響中國(guó)東部大部分地區(qū)，13日20：00，安慶850 hPa氣溫降至-8 ℃，南昌降至-0.1 ℃。

2020-12-28T08：00(圖1b)，位于黑龍江東北部鄂霍茨克海附近的500 hPa高空冷渦不斷加深，冷溫中心達(dá)-45 ℃，與之伴隨的低槽很深，位于黑龍江經(jīng)蒙古中南部至河套以西，強(qiáng)冷空氣在槽后貝加爾湖西南方向堆積，地面冷高壓中心達(dá)1，072.5 hPa；29日08：00，低槽東移，引導(dǎo)地面強(qiáng)冷空氣南下；30日08：00低槽已移到渤?！L(zhǎng)江中下游，贛北至浙北為西南偏西氣流，此時(shí)，安慶850 hPa氣溫已降至-14 ℃，南昌降至-9 ℃。30日20：00，低槽繼續(xù)東移，贛北與浙北轉(zhuǎn)為偏西風(fēng)，南昌850 hPa氣溫降至-11 ℃，達(dá)過(guò)程最低溫度。

2021-01-05T20：00(圖1c)，500 hPa高空冷渦位于黑龍江東北的鄂霍茨克海附近，冷溫中心達(dá)-45 ℃，強(qiáng)冷空氣在貝加爾湖西南方向堆積，500 hPa冷溫中心達(dá)-52 ℃，地面冷高壓中心達(dá)1070 hPa，與高空冷渦相伴隨的橫槽位于黑龍江西部至蒙古中部，此時(shí)蒙古以南、長(zhǎng)江以北的大部分地區(qū)已轉(zhuǎn)為西北風(fēng)，表明前期已有冷空氣侵入。6日08：00，橫槽轉(zhuǎn)豎，引導(dǎo)貝加爾湖附近的強(qiáng)冷空氣南下，7日08：00，低槽移入海，8日08：00，安慶850 hPa氣溫已降至-15 ℃，南昌降至-11 ℃。

圖1 江西3次寒潮天氣過(guò)程冷鋒移動(dòng)路徑中分析(a)2020年12月12-13日；(b)2020年12月28-30日；(c)2021年1月5-7日

4 3次寒潮天氣過(guò)程的氣溫變化特征

4.1 最高最低氣溫分布

2020年12月中旬至2021年1月上旬，江西出現(xiàn)3次寒潮天氣過(guò)程，樂(lè)平市受到不同程度影響。從最低氣溫降幅看，2020-12-12T08：00—2020-12-15T08：00，最低氣溫24 h最大降幅達(dá)8.1 ℃，48 h降溫9.3 ℃，達(dá)到寒潮黃色預(yù)警標(biāo)準(zhǔn)(過(guò)程Ⅰ)。2020-12-28T08：00—2021-01-01T08：00，最低氣溫48 h最大降幅8.3 ℃，僅達(dá)到寒潮藍(lán)色預(yù)警(過(guò)程Ⅱ)。2021-01-06T08：00—2021-01-09T08：00，最低氣溫48 h最大降幅為10.4 ℃，達(dá)到寒潮黃色預(yù)警(過(guò)程Ⅲ)。

3次寒潮天氣過(guò)程的最高、最低氣溫差在一定程度上能反映寒潮天氣的強(qiáng)弱程度。過(guò)程Ⅰ在樂(lè)平地區(qū)地面最高、最低氣溫差為16.4 ℃；過(guò)程Ⅱ最強(qiáng)，溫差達(dá)23.5 ℃；過(guò)程Ⅲ溫差為16.7 ℃。寒潮天氣過(guò)程中，江西省內(nèi)測(cè)站最高氣溫與最低氣溫的差距較大，婺源在過(guò)程Ⅱ觀(guān)測(cè)達(dá)25.9 ℃，為最強(qiáng)。

3次寒潮天氣過(guò)程的極端最低氣溫及最低氣溫的持續(xù)時(shí)間也能在一定程度上反映寒潮的劇烈程度。過(guò)程Ⅰ最低氣溫-0.3 ℃，僅12月15日的氣溫在0 ℃以下；過(guò)程Ⅱ(12月31日、1月1日、1月2日)連續(xù)3 d最低氣溫降至-5 ℃以下，最低達(dá)-6.2 ℃；過(guò)程Ⅲ有4 d最低氣溫降至-5 ℃以下，最低達(dá)-7.6 ℃，為樂(lè)平地區(qū)2016年2月以來(lái)的新低。

4.2 850 hPa與地面最低氣溫對(duì)比

過(guò)程Ⅰ，850 hPa南昌08：00與20：00的最低氣溫均出現(xiàn)在12月14日，08：00為-2 ℃，20：00為-4 ℃，地面最低氣溫-0.3 ℃，出現(xiàn)在14日凌晨。

過(guò)程Ⅱ，850 hPa南昌08：00與20：00的最低氣溫均出現(xiàn)在12月30日，08：00為-9 ℃，20：00為-11 ℃，地面最低氣溫-6.2 ℃，出現(xiàn)在12月31日凌晨。

過(guò)程Ⅲ，850 hPa南昌08：00與20：00的最低氣溫均出現(xiàn)在1月8日，08：00為-11 ℃，20：00為-9 ℃，地面最低氣溫出現(xiàn)在1月8日，為-7.6 ℃。

4.3 數(shù)值預(yù)報(bào)與實(shí)況對(duì)比

由于過(guò)程Ⅱ和過(guò)程Ⅲ的最低氣溫均降至-5 ℃以下，為2016年2月以來(lái)的最低氣溫，這種極端的低溫較為罕見(jiàn)。將歐洲中心數(shù)值預(yù)報(bào)的氣溫預(yù)報(bào)與實(shí)況進(jìn)行對(duì)比，考察數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品與地面實(shí)況的誤差(過(guò)程Ⅰ略)。

過(guò)程Ⅱ(2020-12-30—2021-01-02)，歐洲中心05：00氣溫的預(yù)報(bào)值與05：00樂(lè)平站實(shí)況最低氣溫對(duì)比，可以看到預(yù)報(bào)值與實(shí)況值非常接近，誤差均在-2 ℃以?xún)?nèi)，最小誤差為0.2 ℃，出現(xiàn)在1月2日05：00，最大誤差1.4 ℃，出現(xiàn)在12月31日05：00。

過(guò)程Ⅲ(2021-01-07—2021-01-10)，將歐洲中心05：00氣溫的預(yù)報(bào)值與05：00樂(lè)平站實(shí)況最低氣溫對(duì)比，可以看到預(yù)報(bào)值與實(shí)況值大部分誤差在-2 ℃以?xún)?nèi)，最小誤差為0.1 ℃，出現(xiàn)在1月10日05：00，最大誤差2.2 ℃，出現(xiàn)在1月9日05：00。

4.4 極端氣溫的變化曲線(xiàn)

3次過(guò)程中，每次過(guò)程選5 d，對(duì)02：00、08：00、14：00、19：00、20：00的國(guó)家站氣溫進(jìn)行5 d平均，對(duì)比3次過(guò)程平均值的變化。

1)過(guò)程Ⅰ為2020-12-12—2020-12-16各時(shí)次的平均氣溫，其中02：00的平均氣溫為5.36 ℃，08：00為4.54 ℃，14：00為9.68 ℃，19：00為6.44 ℃，20：00為6.3 ℃；

2)過(guò)程Ⅱ?yàn)?020-12-28—2021-01-01各時(shí)次的平均氣溫，其中02：00平均氣溫為2.6 ℃，08：00為1.62 ℃，14：00為7.88 ℃，19：00為3.34 ℃，20：00為2.28 ℃；

3)過(guò)程Ⅲ為2021-01-05—2021-01-09各時(shí)次的平均氣溫，其中02：00平均氣溫為2.08 ℃，08：00為0.96 ℃，14：00為6.2 ℃，19：00為2.88 ℃，20：00為2.38 ℃。

對(duì)比3次寒潮天氣過(guò)程最低氣溫，過(guò)程Ⅲ氣溫最低。

由此可見(jiàn)，過(guò)程Ⅲ與過(guò)程Ⅰ的氣溫變化曲線(xiàn)基本平行。08：00與14：00的氣溫差為5～6 ℃，在出現(xiàn)-5 ℃以下的極端低溫過(guò)程時(shí)，08：00的平均氣溫在0 ℃附近，14：00氣溫在6～8 ℃或以下。

5 冷空氣大風(fēng)的分布

從3次寒潮天氣過(guò)程極大風(fēng)速分布來(lái)看(圖2)，影響江西的冷空氣大風(fēng)，主要從長(zhǎng)江口灌入，沿贛江河谷自北向南移動(dòng)；從彭澤、都昌至進(jìn)賢一線(xiàn)為冷空氣極大風(fēng)速分布區(qū)，隨著大風(fēng)強(qiáng)度的增強(qiáng)，范圍向周邊擴(kuò)展，在其左右分別出現(xiàn)8級(jí)大風(fēng)；而樂(lè)平與贛江之間有一定距離，受冷空氣大風(fēng)的影響較小，3次過(guò)程均未出現(xiàn)8級(jí)以上大風(fēng)，僅過(guò)程Ⅰ和過(guò)程Ⅱ達(dá)到7級(jí)大風(fēng)，過(guò)程Ⅲ最大風(fēng)速僅為10 m/s。從大風(fēng)的影響范圍與強(qiáng)度看，過(guò)程Ⅱ最強(qiáng)，都昌與進(jìn)賢的最大風(fēng)速達(dá)26～28 m/s(10級(jí))；過(guò)程Ⅰ次之，達(dá)22 m/s(9級(jí))；過(guò)程Ⅲ最弱，僅16 m/s(7級(jí))，未達(dá)到8級(jí)大風(fēng)標(biāo)準(zhǔn)。

圖2 3次寒潮天氣過(guò)程極大風(fēng)速分布：(a)過(guò)程Ⅰ；(b)過(guò)程Ⅱ；(c)過(guò)程Ⅲ

6 結(jié)束語(yǔ)

文章主要從冷鋒路徑、氣溫變化和大風(fēng)分布等方面，對(duì)2020年12月中旬至2021年1月上旬，影響樂(lè)平市的3次寒潮天氣過(guò)程進(jìn)行對(duì)比分析，主要結(jié)論如下：

1)過(guò)程Ⅰ降溫明顯、瞬時(shí)風(fēng)力強(qiáng)，但是低溫僅降至0 ℃附近，移動(dòng)速度較快且持續(xù)時(shí)間較短；過(guò)程Ⅱ前后氣溫落差大，極端最低氣溫低，連續(xù)3 d最低氣溫降至-5 ℃以下，移動(dòng)稍慢；過(guò)程Ⅲ最低氣溫最低，持續(xù)時(shí)間更長(zhǎng)，連續(xù)7 d降至0 ℃以下，但冷空氣大風(fēng)強(qiáng)度明顯弱于前2次過(guò)程，移動(dòng)稍慢。

2)冷空氣發(fā)源地均位于貝加爾湖，冷空氣在此堆積，高空橫槽南擺、轉(zhuǎn)豎和低槽東移，引導(dǎo)強(qiáng)冷空氣東南下侵入江西，之后經(jīng)東南沿海等地入海。

3)過(guò)程Ⅰ和過(guò)程Ⅲ在24 h內(nèi)最低氣溫下降8 ℃或48 h內(nèi)下降10 ℃，達(dá)到黃色預(yù)警標(biāo)準(zhǔn)；而過(guò)程Ⅱ僅48 h內(nèi)最大降幅為8 ℃以下，達(dá)到藍(lán)色預(yù)警標(biāo)準(zhǔn)，過(guò)程Ⅱ達(dá)23～25 ℃，遠(yuǎn)高于過(guò)程Ⅰ與過(guò)程Ⅲ；過(guò)程Ⅲ最強(qiáng)，有4 d在-5 ℃以下，過(guò)程Ⅱ有3 d，均遠(yuǎn)強(qiáng)于過(guò)程Ⅰ。

4)3次過(guò)程分析表明，樂(lè)平地面最低氣溫要降至0 ℃或以下，850 hPa最低氣溫必須降至-4 ℃；地面出現(xiàn)-5 ℃或以下的極端最低氣溫，850 hPa最低氣溫要降至-11 ℃附近。

5)歐洲中心的最低氣溫預(yù)報(bào)值與實(shí)況值較為接近，基本上誤差均在±2 ℃以?xún)?nèi)，只有過(guò)程Ⅲ的實(shí)況氣溫較預(yù)報(bào)偏低2.2 ℃，但整個(gè)下降趨勢(shì)符合寒潮氣溫下降的規(guī)律。

6)強(qiáng)冷空氣主要沿贛江河谷自北向南侵入江西，彭澤、都昌、進(jìn)賢一線(xiàn)容易出現(xiàn)冷空氣大風(fēng)，而樂(lè)平受冷空氣大風(fēng)的影響相對(duì)較小。