摘 要：基于統(tǒng)計(jì)和天氣學(xué)方法，利用廉江國家氣象觀測站1991—2020年冷空氣過程統(tǒng)計(jì)資料，美國國家環(huán)境預(yù)報(bào)中心和美國國家大氣研究中心的逐日再分析海平面氣壓資料、500 hPa高度場資料和850 hPa氣溫等資料，統(tǒng)計(jì)分析廉江市寒潮強(qiáng)冷空氣活動(dòng)的氣候特征，以及寒潮中期過程的物理量場特征。結(jié)果顯示：廉江市共出現(xiàn)79次寒潮和強(qiáng)冷空氣過程，主要發(fā)生在每年10月至翌年4月，最多的月份為3月，同時(shí)年際變化較大，異常少年有7次，異常多年為3次；在這79次過程中最大降溫幅度為19.2 ℃，24 h最大降溫幅度可達(dá)14.7 ℃，48 h最大降溫幅度可達(dá)17 ℃，83%的過程伴隨降水。

關(guān)鍵詞：寒潮；強(qiáng)冷空氣；再分析資料

中圖分類號(hào)：P425.54 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編號(hào)：2095–3305（2024）07–0-03

寒潮和強(qiáng)冷空氣是廣東省主要的災(zāi)害性天氣之一，其帶來劇烈降溫的同時(shí)，常伴有大風(fēng)、降水、霜凍等嚴(yán)重災(zāi)害性天氣，造成牲畜受凍傷亡、農(nóng)作物減收絕收，給國民經(jīng)濟(jì)和生產(chǎn)生活帶來巨大損失。

廉江市地處廣東省西南部，雷州半島北部，屬北亞熱帶季風(fēng)氣候，冬季寒潮入侵偶有嚴(yán)寒。廉江種植業(yè)和養(yǎng)殖業(yè)發(fā)達(dá)，是著名的水果之鄉(xiāng)和農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地，以喜溫作物為主，耐寒能力較差。低溫天氣對(duì)廉江農(nóng)業(yè)危害性較大。例如，2016年1月22—26日，廉江市遭受強(qiáng)寒潮大風(fēng)天氣的襲擊，全市普遍降溫8～12 ℃，此站錄得最低氣溫出現(xiàn)在24日，為2.9 ℃。并且，寒潮過程強(qiáng)度強(qiáng)且影響持續(xù)，給該市種植業(yè)造成了重大影響，桃花心木、四季菠蘿苗、香蕉、各類蔬菜、淡水魚、基圍蝦等被大批凍死凍傷，經(jīng)濟(jì)損失10 876萬元。

1 預(yù)報(bào)系統(tǒng)發(fā)展歷程

1957年陶詩言先生就對(duì)東亞冷空氣進(jìn)行了研究，將45°～65°N、70°～90°E范圍劃為寒潮關(guān)鍵區(qū)[1]。20世紀(jì)80年代至90年代，我國氣象工作者對(duì)寒潮中期預(yù)報(bào)方法進(jìn)行了一系列探索[2-3]。余鶴書等[4]結(jié)合寒潮過程的能量特征和寒潮暴發(fā)階段，500 hPa冷中心溫度和地面高壓強(qiáng)度等特征物理量，建立了寒潮中期預(yù)報(bào)模型。此階段對(duì)寒潮源地、活動(dòng)特征、天氣系統(tǒng)、寒潮成因和預(yù)報(bào)等較系統(tǒng)的研究，奠定了經(jīng)典寒潮理論[5]。

21世紀(jì)后，歐洲中期天氣預(yù)報(bào)中心推出了最新的綜合預(yù)報(bào)系統(tǒng)（IFS），美國國家環(huán)境預(yù)報(bào)中心推出了全球預(yù)報(bào)系統(tǒng)（GFS），中國氣象局推出了全球化預(yù)報(bào)系統(tǒng)（CMA-GFS）等數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品，這些系統(tǒng)的中期天氣預(yù)報(bào)，可以提供全球未來10 d左右的環(huán)流形勢和溫度要素預(yù)報(bào)產(chǎn)品。數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品為經(jīng)典寒潮理論的運(yùn)用提供了直接的預(yù)報(bào)因子，運(yùn)用天氣學(xué)和統(tǒng)計(jì)學(xué)方法，得到寒潮強(qiáng)冷空氣的發(fā)生閾值指標(biāo)，可以提前對(duì)寒潮強(qiáng)冷空氣過程進(jìn)行定性、定量，提高精細(xì)化預(yù)報(bào)的能力。

2 資料和方法

2.1 冷空氣的定義

寒潮是導(dǎo)致寒害的天氣過程?！稄V東省各類主要災(zāi)害性天氣標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定，單站寒潮指標(biāo)為：日平均氣溫在24 h內(nèi)下降≥8 ℃（或48 h內(nèi)下降≥10 ℃），同時(shí)過程最低氣溫降≤5 ℃；寒潮出現(xiàn)后天氣回暖到日平均氣溫＞12 ℃，同時(shí)極端最低氣溫＞5 ℃，此時(shí)寒潮結(jié)束。

強(qiáng)冷空氣是指受北方冷空氣影響，出現(xiàn)以下情形之一者稱為強(qiáng)冷空氣：（1）日平均氣溫在冷空氣到達(dá)后24 h內(nèi)急劇下降≥8 ℃（或48 h內(nèi)日平均氣溫急劇下降≥10 ℃），但過程最低氣溫＞5 ℃；（2）日平均氣溫在冷空氣到達(dá)后24 h內(nèi)下降6.0～7.9 ℃以上（或48 h內(nèi)下降8.0～9.9 ℃），同時(shí)過程最低氣溫≤7 ℃，具體見表1。

2.2 氣象資料和分析方法

2.2.1 冷空氣過程資料

利用廉江國家氣象觀測站1991—2020年的逐日觀測資料，按照廣東省關(guān)于寒潮和強(qiáng)冷空氣的發(fā)生標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)本地寒潮和強(qiáng)冷空氣過程進(jìn)行逐次分析。

2.2.2 再分析資料

采用1991—2020年美國國家環(huán)境預(yù)報(bào)中心和美國國家大氣研究中心的再分析逐日海平面氣壓場、500 hPa高度場及850 hPa氣溫格點(diǎn)資料，空間分辨率為2.5°×2.5°；氣候平均值取1991—2000年月平均值。

2.2.3 標(biāo)準(zhǔn)化處理方法

為分析廉江市寒潮強(qiáng)冷空氣活動(dòng)的年頻數(shù)變化特征，對(duì)1991—2020年逐年強(qiáng)冷空氣年頻數(shù)數(shù)據(jù)做標(biāo)準(zhǔn)化處理。假設(shè)某氣象要素（變量）x（含n個(gè)資料的樣本），其中第i個(gè)變量的標(biāo)準(zhǔn)化處理結(jié)果x，計(jì)算公式如下：

（1）

其中，x為n個(gè)資料的樣本的平均，Sx為n個(gè)資料的樣本的標(biāo)準(zhǔn)差：

（2）

3 廉江市寒潮和強(qiáng)冷空氣的特征分析

3.1 廉江市寒潮和強(qiáng)冷空氣事件的時(shí)間分布特征

1991—2020年，廉江市共發(fā)生強(qiáng)冷空氣和寒潮共79次（強(qiáng)冷空氣75次，寒潮4次），平均每年2.6次。單次過程可持續(xù)3～6 d，其中91%的天氣事件持續(xù)3～4 d，最長單次持續(xù)時(shí)間出現(xiàn)在1996年2月16日。從發(fā)生時(shí)間看，一年中最早發(fā)生強(qiáng)冷空氣和寒潮出現(xiàn)在2000年10月12日，最晚是1991年4月19日。21世紀(jì)00年代發(fā)生強(qiáng)冷空氣次數(shù)最多，為28次；20世紀(jì)90年代發(fā)生寒潮次數(shù)最多，為3次；21世紀(jì)10年代以來廉江市發(fā)生強(qiáng)冷空氣時(shí)間24次，未有寒潮發(fā)生。

廉江市寒潮強(qiáng)冷空氣主要發(fā)生在每年10—翌年4月。近30年來，5—9月沒有發(fā)生寒潮強(qiáng)冷空氣的記錄。發(fā)生強(qiáng)冷空氣最多的月份為3月，表示廉江市在冬春更替季節(jié)時(shí)，由于冷、暖空氣相互交替，更容易引發(fā)強(qiáng)冷空氣，寒潮則發(fā)生在12—翌年2月，與廉江市冬季時(shí)間相吻合。

對(duì)1991—2020年廉江市強(qiáng)冷空氣和寒潮活動(dòng)的年頻數(shù)做標(biāo)準(zhǔn)化處理可知，廉江市強(qiáng)冷空氣活動(dòng)的年際變化較大，最多年份是2016年，發(fā)生強(qiáng)冷空氣6次，最少年份則是2011和2015年，全年沒有發(fā)生強(qiáng)冷空氣。取標(biāo)準(zhǔn)化值＞1為異常多數(shù)年，＜-1為異常少數(shù)年，得到強(qiáng)冷空氣異常少數(shù)年有7次（1997、2004、2008、2011、2015、2017和2019年）；異常多數(shù)年為3次（2006、2010、2016年）。

3.2 廉江市寒潮和強(qiáng)冷空氣過程的天氣特征

3.2.1 氣溫特征

寒潮來臨時(shí)，氣溫會(huì)急劇下降。統(tǒng)計(jì)廉江市的寒潮和強(qiáng)冷空氣得出，近30年，廉江共出現(xiàn)79次寒潮和強(qiáng)冷空氣過程，有76次降溫幅度在8～16 ℃之間，其中最大降溫幅度19.2 ℃，出現(xiàn)在1996年2月。此外，過程中24 h最大降溫幅度可達(dá)14.7 ℃，出現(xiàn)在1991年2月；48 h最大降溫幅度可達(dá)17 ℃，出現(xiàn)在1991年12月；過程最低氣溫可達(dá)2.9 ℃，出現(xiàn)在2016年1月。

3.2.2 降水特征

強(qiáng)冷空氣與溫暖空氣相遇，形成鋒面，在此交匯區(qū)域，空氣被迫上升，容易導(dǎo)致降水。廉江市寒潮強(qiáng)冷空氣多伴隨降水，統(tǒng)計(jì)廉江近30年寒潮和強(qiáng)冷空氣得出，79次過程中有66次出現(xiàn)了降水量＞0.1 mm，其中，＞50 mm有2次，＞30 mm有8次，＞10 mm有13次，剩下有超過50%過程有0.1～10 mm的降水量。在此期間，最大累積雨量是82.7 mm，出現(xiàn)在2016年3月。從時(shí)間分布上看，廉江寒潮強(qiáng)冷空氣和降水大多出現(xiàn)在4、10、11月，在此期間降水量＞0.1 mm的比例為100%，而在12—翌年3月占比為80%。

3.3 廉江市寒潮、強(qiáng)冷空氣的天氣形勢環(huán)流特征

廣東省寒潮和強(qiáng)冷空氣是由北方強(qiáng)冷空氣南下引起的急劇降溫天氣，其暴發(fā)與東亞大槽的位置與強(qiáng)度有密切關(guān)系，中高緯度環(huán)流的經(jīng)向度加大，則會(huì)導(dǎo)致高緯堆積加強(qiáng)的強(qiáng)冷空氣團(tuán)迅速南下，從而導(dǎo)致冷空氣暴發(fā)，因此預(yù)報(bào)冷空氣暴發(fā)，需要判斷引導(dǎo)冷空氣的低槽能否發(fā)展或槽后高壓脊能否發(fā)展，若為橫槽則需判斷橫槽能否轉(zhuǎn)豎。

通過觀察發(fā)現(xiàn)，廉江市發(fā)生寒潮強(qiáng)冷空氣500 hPa高空會(huì)有2種情況：一是東亞大槽位偏西、強(qiáng)度偏強(qiáng)，與烏拉爾山東部大高壓脊形成強(qiáng)烈的北風(fēng)輸送帶，槽后強(qiáng)盛的偏北風(fēng)從西伯利亞，經(jīng)過蒙古國一直到達(dá)華北平原，甚至到長江中下游平原；二是南、北支槽疊加，北槽從西伯利亞伸到華北一帶，同時(shí)我國西南地區(qū)有南支槽從后追上，與北槽形成疊加，南支槽底可到達(dá)華南地區(qū)。

侵襲我國的寒潮，一般都在西西伯利亞至蒙古國一帶積累加強(qiáng)。判斷地面冷空氣是否堆積，主要從地面冷高壓的強(qiáng)度和高空冷中心強(qiáng)度2個(gè)方面考慮冷空氣的堆積。地面冷高壓的中心強(qiáng)度和高壓前部的氣壓梯度是預(yù)報(bào)寒潮和強(qiáng)冷空氣強(qiáng)度和寒潮大風(fēng)等災(zāi)害性天氣的重要參考指標(biāo)。

由于冷空氣主體影響有時(shí)與降溫不同步，取過程前后48 h廉江市地面氣壓最大值為影響其冷高壓強(qiáng)度分析可知，不同冷空氣過程影響廉江的冷高壓強(qiáng)度變化較大，最大值為1 031.8 hPa（2016年1月23日），最小值為1 009.3 hPa（1999年3月11日），相差22.5 hPa，79次過程平均強(qiáng)度為1 018.6 hPa，其中80%過程的強(qiáng)度＞1 015.3 hPa。

冷空氣過程是由冷氣團(tuán)自北向南傳輸造成的，冷空氣過程中當(dāng)?shù)氐臍鈮罕厝挥忻黠@上升，取過程前后48 h廉江地面氣壓變化最大值，通過分析可看出：不同冷空氣過程廉江的氣壓變化較大，最大值為21.9 hPa（1996年2月16—21日過程），最小值為2.2 hPa（2003年1月5—7日過程），相差19.7 hPa，79次過程平均氣壓差為11 hPa，其中80%過程的氣壓差超過7.4 hPa。需要注意的是，將每次寒潮強(qiáng)冷空氣過程的氣壓差按月分類，則得出10月的平均氣壓差最小，為7 hPa，且呈上升趨勢。3、4月的平均氣壓變化強(qiáng)度為最高，分別達(dá)到13.05、12.32 hPa，說明隨著冬季的深入，引發(fā)廉江寒潮強(qiáng)冷空氣過程所需要的冷高壓強(qiáng)度也越強(qiáng)。

4 廉江市暴發(fā)寒潮、強(qiáng)冷空氣的預(yù)報(bào)指標(biāo)

4.1 預(yù)報(bào)指標(biāo)

統(tǒng)計(jì)廉江市寒潮強(qiáng)冷天氣共計(jì)76個(gè)歷史個(gè)例分析，歸納出寒潮預(yù)報(bào)指標(biāo)（表2）。若在數(shù)值預(yù)報(bào)結(jié)果中，未來某一天同時(shí)滿足表1高空、地面的預(yù)報(bào)指標(biāo)，即可預(yù)報(bào)24或48 h內(nèi)廉江市將出現(xiàn)寒潮或強(qiáng)冷空氣天氣過程。

4.2 實(shí)際案例應(yīng)用

2024年1月20日20：00，可以觀測到500 hPa高空有大槽從西伯利亞伸到我國華北地區(qū)，同時(shí)西南部有南支槽向東傳播；內(nèi)蒙古有一個(gè)冷槽，中心最低溫度-40 ℃。700 hPa蒙古國有-32～-28 ℃的冷槽，甘肅寧夏地區(qū)鋒區(qū)強(qiáng)度達(dá)到20 ℃/10緯距。明顯符合寒潮前的天氣形勢。

再結(jié)合19日20：00的美國國家環(huán)境預(yù)報(bào)中心數(shù)值預(yù)報(bào)，21—23日，廉江站上空850 hPa 20：00的24 h降溫幅度達(dá)6～8 ℃；20 h海平面氣壓過程海平面氣壓24 h升高6～7 hPa，48 h上升8 hPa，過程海平面氣壓上升16.9 hPa。此外，國家站的日平均氣溫過程降溫幅度10 ℃，最低氣溫將下降到6 ℃?？梢灶A(yù)報(bào)出未來24～48 h，廉江有可能出現(xiàn)一次寒潮或強(qiáng)冷空氣過程。

實(shí)況中，2024年1月21—23日，廉江發(fā)生一次寒潮天氣過程，48 h降溫10.2 ℃，過程最低氣溫4.6 ℃，過程最高日平均氣壓1 022.3 hPa，24 h最大變壓5.8 hPa，過程最大日平均氣壓差15 hPa。

5 結(jié)論

（1）統(tǒng)計(jì)了近30年來廉江寒潮強(qiáng)冷空氣的79個(gè)例，充實(shí)了歷史資料庫。從時(shí)間分布分析，發(fā)現(xiàn)廉江市潮強(qiáng)冷空氣主要發(fā)生在每年10—翌年4月，最多的月份為3月，同時(shí)年際變化較大，異常少年有7次，異常多年為3次。

（2）對(duì)過程的天氣特征進(jìn)行分析，得到過程最大降溫幅度19.2 ℃，24 h最大降溫幅度可達(dá)14.7 ℃，48 h最大降溫幅度可達(dá)17 ℃，83%的過程伴隨降水。

參考文獻(xiàn)

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[5] 朱乾根，林錦瑞，壽紹文，等.天氣學(xué)原理與方法[ M] .北京：氣象出版社，1992.