2016年1月浙江省一次强寒潮天气过程分析

2017-07-25陈尊界董大治万小雁

浙江气象 2017年2期

关键词：急流寒潮降雪

陈尊界董大治万小雁

(苍南县气象局,浙江温州 325800)

2016年1月浙江省一次强寒潮天气过程分析

陈尊界董大治万小雁

(苍南县气象局,浙江温州 325800)

利用常规观测资料，对2016年1月21—24日浙江强寒潮天气过程的大尺度环流背景、影响系统以及物理量场进行分析，结果表明：1)此次寒潮大尺度环流特征为横槽型，是高空横槽逐渐南压转竖，引导强冷空气南下的过程。2)在冷环境下，低层的急流和切变为强降雪的直接影响系统，强水汽输送和弱辐合上升运动，以及弱水汽输送和强辐合上升运动均能形成强降雪。3)前期较低的气温和持续36 h左右的强冷平流是极端低温形成的主要原因。

寒潮；强降雪；低温

0 引言

寒潮是我国冬半年主要的灾害性天气之一，2016年1月21—24日浙江遭受了历史罕见的强寒潮袭击，并形成低温雨雪冰冻天气。据评估，这次过程的冰雪严寒灾害全省为“严重”等级，过程导致的极端低温是浙江省近40 a同期最低。因此研究此次强寒潮天气过程的形成机制，对今后寒潮的天气预报和防灾减灾都具有重要意义。

许多专家学者对寒潮过程的环流形势演变、影响系统、路径以及天气变化等都有了较多的研究[1-4]，并且形成了系统的寒潮理论[5]。在气候变暖的背景下，影响浙江的寒潮特征也有了一些变化[6]。

本文利用常规观测资料，对2016年1月21—24日浙江强寒潮天气过程的大尺度环流背景、影响系统以及物理量场进行了分析与讨论，进一步揭示了此次浙江强寒潮天气过程的成因和形成机制。

1 天气过程实况

1.1 温度实况

受强冷空气的影响，2016年1月23日全省气温开始下降，24日出现局部性寒潮过程[7]。最低气温48 h降温幅度最大出现在24日，在25日早晨达到最低值(图1)，全省平均最低气温-8.8℃，全省大部分县市的25日极端最低气温突破近40 a历史同期极值，其中遂昌白马山，临安天目山顶观测到的气温最低分别达-20.4℃、-20℃。

图1 2016年1月25日最低气温 (单位：℃)

1.2 降雪实况

2016年1月20日下午浙北地区开始出现降雪，21日浙北地区出现中到大雪，局部暴雪，浙中以小雪为主；21日20时至22日02时，降雪减弱，大部分地区为小雪，随后降雪强度再次加强，浙中北均出现中到大雪，局部暴雪，22日14时温州永嘉观测到纯雪；到23日08时，降雪基本停止。整个降雪过程浙中北地区积雪深度普遍有5 cm以上，其中浙北的德清、临安、安吉积雪深度超20 cm(图2)。

图2 2016年23日08时积雪深度(单位：cm)

2 大尺度环流背景

强寒潮过程与高空大尺度天气形势演变密切相关。在2016年1月17—19日的“横槽型”冷空气过后，西移南下的极地高压开始并入乌拉尔山高压脊，乌拉尔山高压脊强烈发展，贝加尔湖以东地区为一深厚的冷涡，鄂霍次克海以及东西伯利亚为高压系统控制，东亚倒Ω流型建立；22日08时，整个西伯利亚均为高压脊控制，高压脊暖中心强度-20 ℃以上，冷涡中心从60 °N移至我国东北地区，低压中心强度为514 dagpm，冷中心强度为-48 ℃，各层冷中心位置基本重合，同时极地有一股冷空气南下，侵入高压脊前部，高压脊减弱西退，环流经向度加大，预示着冷涡将南压，引导冷空气大举南下，此时浙江上空500 hPa受较为平直的西风气流控制。22日20时，500 hPa低涡后部的东北偏东风逐渐转为北风，横槽逐渐南压,从浙江北部到山东沿海等温线密集，850 hPa锋区强度约为每10纬距23 ℃；24日08时，横槽南压至江淮地区，冷涡中心移到了日本海，浙江500 hPa吹偏西风；24日20时，高空槽已经转竖入海，冷平流输送逐渐减弱，寒潮过程趋于结束。

3 影响系统

2016年1月20日，在东亚倒Ω流型的大尺度环流背景的建立维持下，西南暖湿气流有所加强，冷暖空气对峙，700 hPa长江流域有切变线形成，切变南侧从云南、湖广、江西存在西南急流带，急流强盛，850 hPa在我国江南地区形成切变并维持，杭州探空850 hPa温度为-5 ℃左右，为强降雪提供了冷环境。20日下午起，受850 hPa低涡切变东伸影响，浙江北部开始出现降雪。21日08时，杭州探空700hPa风速达20 m/s，处于急流轴的左前方，850 hPa处于切变末端，低层出现深厚的逆温层，这种配置正好对应着浙北地区形成强降雪时段(图3a)；21日20时，随着高空横槽的南压，850hPa切变线和700 hPa西南急流均向南推移，杭州探空700 hPa风速减小至10 m/s，夜间降雪减弱。

1月22日08时，700 hPa西南急流继续加强，急流核风速达28 m/s，850 hPa切变移出浙江(图3b)，此时，925 hPa及以下沿海地区为冷平流，冷空气经由海上从低层楔入浙江，杭州探空850 hPa转为东风，风力从6 m/s(21日20时)增强到10 m/s(22日08时)，台州洪家探空站风力为16 m/s，达到急流的强度，浙江处于急流前端有明显的风速辐合，且存在着东北风和东风的风切辐合，暖空气在“冷垫”上抬升,850 hPa温度-4 ℃线，925 hPa温度0 ℃线位于台州、丽水一带，降雪强度再次加强，14时温州永嘉出现纯雪。

23日08时，在500 hPa横槽南压的过程中700 hPa以及850 hPa均转为槽后偏北风，且风向与等温线接近垂直，浙江大部分地区降水停止，而这种形势一直维持到24日夜间，浙江出现明显降温，25日早晨气温达到最低。

4 强降雪诊断分析

4.1 垂直运动条件分析

强降水的形成需要一定的垂直运动条件。分析垂直速度的演变过程，1月21日浙江虽然受低涡切变东伸影响，出现降雪，但位置处于暖切的末端，辐合不明显，导致21日强降雪期间垂直运动较弱；21日20时低层由于冷空气侵入，出现弱的下沉速度，此时正好与降雪减弱的时期相一致；随着低层东风急流建立，以及东北风和东风辐合的共同作用下，暖湿气流在“冷垫”上抬升，22日强降雪期间从850 hPa到高层均为强盛的垂直上升运动(图4)。

图3 850 hPa风场(m/s)和700 hPa急流带

图4 2016年1月22日08时沿120°E的垂直速度(0.1 Pa·s-1)空间垂直剖面图

4.2 水汽条件分析

产生大型降水需要外来的水汽输送。分析水汽通量(图5)，可以看出孟加拉湾为强降雪的水汽源地，沿着中低层西南急流带上的水汽通量大值区向浙江输送水汽。

图5 2016年1月21日08时700 hPa水汽通量(g·cm-1·hPa-1·s-1)和流场

此次强降雪过程的湿层深厚，从低层到高层均有明显的水汽存在(图6)，1月21日强降雪期间850 hPa的水汽通量大值区位于南海，对华南地区有着强的水汽输送，而浙江降雪的水汽通道主要位于800 hPa～400 hPa，浙江上空的水汽通量中心值≥8 g·cm-1·hPa-1·s-1；随着700 hPa西南急流南压，22日强降雪时的水汽输送变少，水汽输送通道主要集中于500 hPa附近，且中心强度也有所减弱。

图6 2016年1月21日08时沿120°E的水汽通量(g·cm-1·hPa-1·s-1)空间垂直剖面图

外来的水汽输送为降水提供水汽条件，而水汽通量散度与降水也具有一定相关性[8]。21日，浙江上空的水汽通量散度弱(图7a)，中心位于925 hPa，强度≤-6×10-8g·hPa-1·cm-2·s-1，在500 hPa和浙中南850 hPa以上均为水汽辐散；22日，浙江上空为强的水汽辐合(图7b)，浙中北水汽辐合大值区从900 hPa一直伸展到400 hPa，强辐合中心值为-10×10-8g·hPa-1·cm-2·s-1左右，浙南的强水汽辐合中心位于700 hPa，中心强度达-17×10-8g·hPa-1·cm-2·s-1以上，强水汽辐合让输送来的水汽在浙江上空积累，所以虽然22日的水汽通量比21日弱，但降雪依然强。

(a)2016年1月21日08时 (b)2016年1月22日08时图7 沿120°E的水汽通量散度(10-8g·hPa-1·cm-2·s-1)空间垂直剖面图

5 低温诊断分析

根据热流量方程，温度平流是冷空气过程中造成降温的重要因素[5]。强寒潮来临前各层均有一定的升温，2016年1月23日开始，浙江从低层到高层一致受冷平流影响，中低层最为显著。分析850hPa冷平流情况，22日20时，我国大部分处于冷平流区，强冷平流中心位于华南以及朝鲜半岛，浙江受暖湿气流的影响，部分地区为弱的暖平流；23日08时(图8)，冷平流区域继续扩展，强冷平流中心南压，中心值分别为-44.3×10-6K/s和-34.5×10-6K/s，华南地区的冷平流较前12 h明显增强，浙江也处于强冷平流区域；23日20时强冷平流中心移至东海，对浙江省沿海地区的冷平流输送增强，台州洪家站23日20时和24日08时850hPa冷平流强度均达到了50×10-6K/s左右；24日20时，浙江自北向南逐渐转为弱的暖平流，说明浙江地区冷平流将趋于结束；自23日08时到24日20时，全省冷平流强度平均达25×10-6K/s左右。

1月17日至19日的冷空气过程，形成了一次较大范围的降温，随后由于持续的雨雪天气，地面气温保持较低且日变温小，这是此次过程并未造成全省性寒潮的主要原因；23日开始，受强冷空气影响浙江开始降温，24、25日，浙江500hPa吹偏西风，700 hPa以及850 hPa均为偏北风，天空状况较好，36 h左右的强冷平流叠加辐射降温效应，到25日早晨气温达到最低。