2021 年12 月25—27 日广西寒潮天气过程分析

2022-07-05董雪晗农孟松

气象研究与应用 2022年2期

董雪晗，农孟松

（广西壮族自治区气象台，南宁 530022）

引言

寒潮是冬季影响广西的主要灾害性天气之一。寒潮发生时，会产生剧烈的降温和大风，同时还伴有雨雪、冰冻等灾害性天气，给人民的生命财产安全带来威胁。近年来许多学者对寒潮的成因以及特点进行了研究［1-12］，其中韦春霞［13］研究表明低纬环流形势、高压脊位置、冷空气强度及其影响路径、降水强度等差异是影响寒潮强度的主要因素；高安宁等［14］研究表明大范围冻雨的形成与850hPa 0℃线密切相关。2021 年12 月25—27 日，受强冷空气影响广西出现了一次寒潮天气过程，全区共76 站出现寒潮（总共91 个站点）。这次寒潮天气过程具有降温幅度大、影响范围广、平均气温低等特点。利用常规气象观测资料及ECMWF 预报资料，对这次寒潮天气过程进行了分析和总结，为今后的预报提供参考依据。

1 寒潮天气概况

根据广西地面气象观测站资料统计，此次寒潮过程大部地区气温下降幅度为10～12℃，局部降温幅度达14℃以上，有8 市26 县（市、区）的168 个气象站气温低于0℃，过程最低日平均气温-1.4～11.0℃，其中27 日全区有40 个站的日平均气温在5.0℃以下，过程各地日最低气温-2.0～9.2℃，极端最低气温出现在全州县才湾镇（-8.1℃）；桂林、贺州、南宁、钦州、防城港、北海等6 市12 县（市、区）22 个气象站出现8～9 级的偏北大风，最大为钦州市钦南区犀牛脚镇24.4m·s-1（9 级）。

根据广西寒潮标准：由于冷空气入侵，致使当地日平均气温在48h 内急剧降温8℃或以上，同时最低日平均气温降至7℃（桂北）、8℃（桂南）或以下时，称为寒潮。全区共出现寒潮76 站（全区共有91 个站点），其中桂北、桂南均为38 站，本次过程属于全区性寒潮。寒潮致使桂林、柳州、贺州、河池、南宁、百色、来宾等7 市23 县（市、区）出现雪或雨夹雪、雾淞、冻雨、冰冻等灾害天气。

2 寒潮天气演变特点

2.1 环流形势和主要天气系统发展演变

23 日20 时，500hPa 中高纬呈两槽一脊型，乌拉尔山高压发展，贝加尔湖低压后部强偏北气流引导低层冷空气向南爆发，冷涡中心强度达－48℃、1060hPa，寒潮天气开始影响华北地区。此时广西500hPa 受南支槽前西南气流影响，850hPa 西南暖湿气流发展，地面受暖低压控制为偏南风，锋前气温回升明显，有利于能量积累。冷空气以扩散方式南下，24 日20 时500hPa 东北地区大槽引导高原波动槽东移，配合850hPa 弱切变及地面强冷锋南下影响桂北。25 日横槽转竖强冷空气迅速补充南下，强温度锋区及气压梯度大值区南移，带来更大强度、更大范围的降温大风天气。

各层0℃线25 日08 时左右南压进入广西，地面0℃线到达资源，20 时进入桂林北部。26 日20 时至27 日08 时－2℃线达到桂林站，同时南支槽东移使得低层切变线在桂北徘徊，26 日20 时探空图显示桂林上空有较明显逆温层，且850hPa 以下气温均小于0℃，有利于雪、雨夹雪等固态降水出现。27 日20 时广西地面转受冷高压脊控制，850hPa 切变线北抬至黔桂交界处，各层0℃线向北移出广西，广西开始缓慢升温，寒潮过程趋于结束。

2.2 降温精细化实况演变特征

冷空气从东路进入广西，降温从桂东北开始，25日桂北最高气温下降6～10℃，局部11℃以上，之后随着冷空气向南渗透和稳定维持，26 日、27 日气温持续下降，26 日大部地区最高气温、最低气温、日平均气温下降4℃以上，此过程共有76 个站达到寒潮标准，27 日降温主要出现在桂南，部分地区最高气温降幅达8℃以上。

选取桂林资源站（站号57859）为例讨论逐时气温变化。23 日受偏南暖湿气流影响升温明显，之后随着冷空气南下24 日夜间开始气温持续下降，在26 日14 时降至0℃以下，24 日至27 日降温幅度达13.2℃，27 日07 时后气温缓慢回升。23 日资源最高气温（19.8℃）出现在16 时；24 日最高气温（10.8℃）出现在当天第一个时次，16 时气温较前一天下降8.6℃；25 日气温持续下降，24h 气温降幅达5.7℃，最低气温（4.4℃）出现在20 时；26 日气温持续下降，24h 气温降幅达5.5℃，14 时气温突破0℃，最低气温（－1.1℃）出现在20 时；27 日逐时气温均低于0℃，最低气温（－2℃）出现在06 时、07 时，白天气温开始回升；28 日气温继续回升，最高气温（2.5℃）出现在16时、17 时，升温幅度达3.5℃。

3 寒潮预报检验

3.1 环流形势预报检验

本文检验全球尺度模式ECMWF 各层形势预报。500hPa 各时次预报华北槽较为稳定准确，预报南支槽移速偏慢。24 日20 时华北槽线较实况偏北，南支槽位置偏西，整体略微滞后于实况；模式预报25 日20 时华北槽较准确，南支槽略偏西；模式预报26 日20 时南支槽偏西；模式预报27 日20 时较准确。850hPa 各时次预报较为稳定准确，0℃线位置略偏南，各时次调整逐渐接近实况。模式预报24 日20时冷中心位于东北地区，冷中心强度准确为－32℃，0℃线较实况偏南；25 日20 时冷中心强度较实况偏弱4℃，0℃线偏南；26 日20 时冷中心强度准确，0℃线进入广西，较实况偏北，不利于降水相态范围的预报；27 日20 时冷中心强度准确，0℃线位于桂北边缘，模式预报0℃线略偏南，北抬略快。对比海平面气压及2m 气温可知，24 日20 时1020hPa 线位于桂北，较实况偏北；25 日20 时1020hPa 线移至广西南部海面，广西南北气压差为10hPa，模式预报较为准确；26 日20 时1020hPa 线继续南移，广西南北气压差为10hPa，桂北等压线密集，模式预报较为准确；27 日20 时广西南北气压差为12.5hPa，等压线密集区覆盖广西，此时0℃线已到达桂东北，模式预报较实况偏北；28 日20 时广西为高压脊控制，气压梯度减小，此时0℃线位于桂北边缘，模式预报较实况偏北。

3.2 大风降温预报检验

以桂林站为例，检验数值模式大风降温预报，实况2m 风最大为4m·s-1，预报偏大为6m·s-1；实况25—27 日降温幅度为13.2℃，预报偏小为11℃；实况最低气温出现在27 日05 时，27 日08 时略有升温，预报27 日05 时至08 时温度略有下降，最低气温出现在08 时。总体上看，模式预报较实况相比冷空气风速偏大2m·s-1，降温幅度偏小2.2℃。

3.3 预报极端性检验

实况12 月26—27 日全区除百色外各地市平均气温低于历史同期7.3℃以上，其中柳州市偏低10.95℃以上（表1），低温天气较为极端。

表1 2021 年12 月26—27 日平均气温与历年同期对比

2002 年12 月25 日前后也发生了一次寒潮天气过程，广西有85 站达到寒潮标准，共42 个县市出现降雪天气，29 个县市出现冰冻，15 个县市出现雨凇。表2、表3 为两次过程温度预报场指标对比，2021 年过程与2002 年相比锋区强度相似，但850hPa 恩施、汉口温度更高，因此过程偏弱，寒潮站数少7 站，固态降水站数也偏少。

表2 数值预报2021 年12 月24—26 日各时次850hPa 温度

表3 数值预报2002 年12 月24—26 日各时次850hPa 温度

4 可预报性及预报偏差原因分析

由模式检验可知，EC 模式能较好地提前预报出此次寒潮过程的影响系统、强度、影响时间及地区，模式预报24—26 日全区共有38 站达到寒潮标准，大部分站点分布在桂北、桂中，25—27 日全区共有37 站达到寒潮标准，大部分站点分布在桂南、桂中，较为准确地预报了此次寒潮过程。数值预报的降水相态预报较准确地预报了桂北部分地区及高寒山区的固态降水，为此次过程提供了较稳定且正确的预报产品，为寒潮过程中降温、大风、降水相态等要素的预报提供了重要的技术支撑。

此次过程中数值产品存在着预报风速略偏大、降温略偏小的情况。前期在南支槽和低层偏南气流的影响下全区升温明显，贝湖横槽转竖引导冷空气南下爆发后，500hPa 南支槽多次波动东移，低层锋区维持在黔桂交界处，冷平流使得全区大范围出现了降温天气，随着气压梯度大值区不断南移入海，湘桂铁路沿线及沿海地区出现了大风天气。从形势演变来看，预报的系统移速略偏快、偏弱是预报偏差出现的主要原因，冷空气扩散偏慢使得实况风速更小一些，冷空气偏强使得降温更大一些，但由于预报偏差不大且各时次调整逐渐接近实况，使得最终预报效果偏差不大。