张家口2018年1月21—22日寒潮灾害天气分析

2018-09-10郝瑛王新宁王淼

农业灾害研究 2018年4期

关键词：寒潮

郝瑛王新宁王淼

摘要针对2018年1月21—22日张家口出现的寒潮天气过程，详细分析了前期气候背景和天气演变过程中500 hPa与850 hPa形势变化，以及地面冷高压变化。结果表明：该次寒潮过程属于横槽转竖型；降温过程48 h的日平均气温降幅大于日最低气温的降幅，根本原因是降水造成下垫面相对湿度大以及夜间较多云量影响了辐射降温，从而减小了最低气温的降幅；700 hPa垂直速度的大值下沉区加速了地面气温的急剧下降，是该次寒潮天气的关键所在。另外，本地经验指标的应用，再次证明了局地经验指标的可行性。

关键词寒潮；横槽转竖；下沉速度区

中图分类号：P458.1 文献标识码：A 文章编号：2095-3305（2018）04-021-03

DOI： 10.19383/j.cnki.nyzhyj.2018.04.008

Abstract The cold wave weather process occurred in Zhangjiakou city from January 21st to 22nd， 2018 was studied in this paper. By analyzing the previous climatic backgrounds， weather conditions of 500 hPa and 850 hPa layers and evolutions of the surface cold high pressure， the results showed that， the cold wave process was triggered by the revising of the transverse trough. The decrease of daily mean temperature was greater than that of the lowest temperature. That was fundamentally caused by the increase of surface relative humidity in rainy days and heat preservation at cloudy nights. In addition， the sinking motions at 700 hPa layer accelerated the sharp decline of the surface temperature， which was the key to this cold wave process. Moreover， the experiential index was useful for local cold wave forecasts.

KKey words Cold wave； Revising of transverse trough； Sinking motion area

寒潮是張家口市秋、冬、春季主要的灾害性天气之一，是规模较大、势力较强的冷空气活动，并伴有剧烈降温和大风等天气现象。根据最新河北省天气预报手册，单站寒潮标准为：某一地区冷空气过境后，①日最低气温≤4℃；②该日日平均气温，24 h下降≥6℃；48 h下降≥8℃；日最低气温，24 h下降≥8℃；48 h下降≥10℃。满足①且满足②4种情况中的任一种情况，则定该站该日为寒潮[1]。另外，针对张家口的地形特征，有1/2以上（7个）区县出现寒潮，即视为全区性寒潮天气。

近年来，气象工作者对寒潮天气做了大量研究，朱晨玉等[2]和王遵娅等[3]对中国的寒潮天气从时空分布上做了研究，樊明等[4]对华北降雪做了数值模拟和诊断分析，李向红等[5]和王桂春等[6]对局地的降雪天气做了探讨，贾志奇等[7]和王新宁[8]就张家口出现的寒潮天气做了分析研究并检验了一些预报经验指标。笔者试图通过对2018年1月张家口出现的一次寒潮过程进行分析，找出寒潮暴发的根本原因，并对一些本地的预报指标进行检验，以期为当地的寒潮天气预报工作提供理论参考。

1 寒潮天气事件概述

2018年1月21—22日张家口市出现了寒潮天气过程，从表1可以看出，其中有9个区（县）48 h日平均气温的降幅达到8℃以上，全市平均降温9.3℃，蔚县降温幅度最大为15.3℃；有2个区（县）48 h最低气温的降幅达到10℃以上，全市平均降温7.8℃，蔚县降温幅度最大为13.5℃。

该次寒潮天气过程48 h日平均气温降幅（-9.3℃）比48 h最低气温降幅（-7.8℃）大，而一般情况下，寒潮过程48 h的日最低气温降幅大于日最低气温降幅。究其原因，该次寒潮过程中出现了降水天气，下垫面湿度较大，再加上天空云量较多，使得辐射降温更为敏感的最低气温下降幅度小，从而导致该次寒潮过程48 h日平均气温降幅大于日最低气温降幅。

2 寒潮天气过程分析

2.1 前期环流背景

从图1可以看出，寒潮爆发前一周，有一高压脊在新地岛一直向南延伸（40°E～70°E），而冷空气在东西伯利亚到中西伯利亚（50°N～80°N，90°E～160°E）一带大量堆积，有利于后期的暴发。

2.2 高空形势分析

2018年1月22日8：00，500 hPa高空图显示（图2a），在东西伯利亚有一低涡，中心强度为4 920 gpm，从低涡中心附近到蒙古国境内有一准东西向横槽。低涡西南部有-48℃冷中心，温度槽落后于高度槽；700 hPa形势与500 hPa相似，冷中心强度达到-40℃，河北上空等温线有4根，比较密集，冷平流较强。到22日20：00，500 hPa高空图显示（图2b），冷涡与-48℃冷中心基本维持在原来位置，500 hPa、700 hPa横槽开始由横转竖，700 hPa -40℃冷中心有所南压，等温线仍然比较密集。20：00过后，高空槽迅速东移，张家口转为高空西北气流控制。850 hPa高空图显示（图3），冷中心强度达到-32℃，河北附近达到8根等温线/10个纬度，等温线与等高线接近垂直，有强冷平流向河北输送。

2.3 地面形势分析

2018年1月21日14：00的地面图显示（图4a），在51°N～54°N，100°E附近有强度为1 060 hPa的冷高压中心，张家口位于地面冷锋前，而西南方的山西、陕西北部有一强度为1 020 hPa的低压中心。冷高压中心以西北偏北路径南下影响张家口市，到2018年1月21日20：00（图4b）冷锋移到张家口附近。受地面冷锋影响，21日白天到夜间张家口出现了降水天气，冷锋后等压线密集，气压梯度大。到2018年1月22日8：00，冷中心气压增大到1 065 hPa，也就是说冷空气影响张家口期间，势力逐渐增强是寒潮天气爆发的主要原因。

2.4 物理量场分析

在700 hPa垂直速度场上，2018年1月22日8：00（图5a）河北东部地区处于槽前上升区，其他地区处于槽后的下沉区，强冷空氣造成的强下沉气流速度达到20 Pa/s。2018年1月22日20：00（图5b），张家口处于0～20 Pa/s的下沉速度区，而西北部的蒙古国境内有1个40 Pa/s的下沉速度区。张家口所处的下沉速度区可以一直向上追溯到150 hPa。下沉气流造成地面气象要素变化的主要体现为降温和大风天气，查询2018年1月22日地面资料发现，当天的日最大风速为6～10 m/s，并不是特别大，以降温为主。所以强烈的下沉气流是造成张家口出现寒潮天气的又一个重要因素。

3 本地经验指标检验

根据本地经验判断，满足以下6项指标中任意4项便可预报寒潮天气：①8：00 700 hPa位于90°E～110°E，40°N～50°N范围的冷锋区最强处≥3条等温线/40°N 5个经度内；②8：00 700 hPa关键区（90°E～110°E，40°N～55°N）内，冷中心（舌）的最低温度（Td）与张家口的温度（T700）差≤-16℃（强寒潮≤-25℃）；③8：00 500 hPa关键区（90°E～110°E，40°N～55°N）的冷中心（舌）最低温度≤-36℃（9—10月）；④14：00地面冷锋距张家口市在10个经度以内；⑤14：00冷锋后有ΔP3≥+2.0 hPa区；⑥14：00达兰或乌兰巴托ΔT24≥12℃。从中可以看出，“1.22”寒潮符合4项中指标，该经验指标的优点是预报准确率较高，缺点是不能准确表征寒潮的强弱。

4 寒潮天气过程对比分析

表2为该次寒潮与同为横槽转竖型2013年10月13日寒潮的对比。从中分析可知，2018年1月22日寒潮源自新地岛以东，2013年10月13日寒潮为新地岛及冰岛两股冷空气合并东移；两者同为横槽转竖型；前者冷高压中心强度为1 065 hPa，后者为1 046 hPa。从表3可以看出，2次寒潮都符合4项指标，但是2013年10月13日寒潮冷锋和高压系统移速先快后缓，故降温幅度更大。

5 结论

（1）该次寒潮天气过程48 h日平均气温降幅大于48 h日最低气温降幅，分析原因主要有：寒潮过程中出现了降水天气，下垫面湿度大；寒潮过程中张家口各区县的云量较多，辐射降温不明显，从而影响了最低气温的降幅。

（2）从高低空的天气形势和地面冷高压变化分析，该次寒潮属于横槽转竖型。

（3）150 hPa到850 hPa强烈的下沉运动，尤其是700 hPa下沉大值区，是造成张家口出现寒潮天气的又一个重要因素。

（4）结合2013年10月出现的一次寒潮天气，对本地经验指标做对比分析，再次证明了局地经验指标的可行性。

参考文献

[1] 宋善允，彭军，连志鸾，等.河北省天气预报手册[M].北京：气象出版社，2017：135.

[2] 朱晨玉，黄菲，石运昊，等. 中国近50年寒潮冷空气的时空特征及其与北极海冰的关系[J].中国海洋大学学报，2014，44（12）：12-20.

[3] 王遵娅，丁一汇.近53年中国寒潮的变化特征及其可能原因[J].大气科学，2006，30（6）：1068-1076.

[4] 樊明，冯军，尚学军.“2001.4.9”寒潮天气形成过程分析[J]. 气象，2002，28（3）：54-56.

[5] 李向红，廖幕科，熊英明，等.影响广西的三次寒潮过程对比研究[J]. 气象科学，2011，31（2）：228-235.

[6] 王桂春，宋若宁. 大连地区2009年12月29—30日寒潮天气过程分析[J]. 安徽农业科学，2010，38（18）：9620-9622.