2022年11月沧州一次寒潮过程分析

2024-02-19孙庆瑶

农业灾害研究 2024年11期

摘要：2022年11月28日—30日沧州出现一次低槽东移型寒潮天气过程，带来极端低温。这次寒潮过程中，前期冷空气的大量堆积有利于寒潮的暴发；贝加尔湖西侧脊前偏北气流引导冷空气在槽内聚集，地面冷高压中心逐渐增强，为降温提供了有利条件；低层先于中高层被强冷空气入侵，冷空气高空动量下传，造成地面大幅度增压和降温，中高层的强冷平流是造成沧州地区出现极端低温的重要因素；偶极型极涡中心的异常偏南对极端低温的出现产生重要影响。参考极涡指数计算出本地化指数，及研究极端低温的形成机制和变化规律提供参考。

关键词：寒潮；极涡；环流形势；极端低温；垂直速度

中图分类号：P458.122 文献标志码：B 文章编号：2095–3305（2024）11–0-03

寒潮是沧州市秋、冬、春季主要的灾害性天气之一，伴有剧烈降温和大风等天气现象，严重影响人们日常生活和经济发展。2022年11月28日—30日，河北地区受强冷空气影响出现了一次大范围寒潮天气，沧州14个县市中有7个县市达到特强寒潮标准，全市平均气温48 h降幅为12.3～16.2 ℃[1]。此次寒潮过程中，沧州站及青县站最低气温均突破了建站以来11月的历史极值，分别达到了-13.7 ℃与-12.8 ℃。本次寒潮过程中仅有沿海地区出现了17.2 m/s以上的大风（渤海新区程海一号无人站19.7 m/s），其余国家站最大风速为8.7～16.6 m/s。28日，沧州中东部地区出现总量为0.3～1.7 mm的弱降水，因前期温度较高未出现降雪天气。此次寒潮过程降温幅度大，最低气温极端。对本次寒潮过程进行分析，为气象部门提高未来对寒潮预报能力提供参考，从而更好地保障沧州地区冬小麦越冬。

1 前期环流背景与寒潮天气过程形势分析

1.1 前期环流背景

从图1可以看出，寒潮暴发前1周，整体环流场呈现两脊一槽的形势，高压脊在欧洲到西西伯利亚地区（60°～90°E）向东北延伸，前部的偏北气流引导极地的冷空气不断向南扩散，冷空气在中西伯利亚到东西伯利亚（50°～80°N，90°～160°E）一带大量堆积，有利于后期寒潮的暴发，为寒潮过程出现大幅度降温提供了有利条件[2]。

1.2 形势分析

2022年11月28日20：00，欧亚大陆环流场呈两脊一槽型分布（图略），贝加尔湖西侧脊前偏北气流引导冷空气在槽内聚集，在贝加尔湖以东有一低涡，中心强度为5 120 gpm。低涡西南部有-48 ℃冷中心，温度槽落后于高度槽；随后系统逐渐东移，低涡进一步发展且冷中心南压，29日20：00前后，高空槽过境，河北位于大风速轴区，高空风向转为西北气流，且温度槽明显落后于高度槽，温压线交角增大，不断有冷空气补充南下，出现较强的冷平流，为降温提供了有利条件[3]。截至30日08：00，冷涡与-48 ℃冷中心基本维持在原来位置，温度达到最低，温压线交角减小，沧州市降温过程基本结束。因为前期受地面暖低压影响，所以地面气温回升，寒潮前期回暖较为显著，这既有利于冷锋南下，锋生加强，又加大了降温幅度。

11月28日08：00，在45°～51°N，95°～100°E附近有强度为1 070 hPa冷高压中心（图略），长轴呈现东北—西南走向，沧州市位于地面冷锋前。冷高压中心以西北路径南下影响沧州市。截至11月28日20：00，冷锋移到沧州市上空，受地面冷锋影响，28日白天到夜间沧州市出现了弱降水天气，冷锋后等压线密集，气压梯度大。11月29日08：00，冷中心气压增大到1 075 hPa，

至29日20：00，寒潮天气暴发。

从11月27日08：00 850 hPa的等温线图（图略）可以看出，前期沧州市上空均受偏南风控制，维持弱暖平流，导致基础气温增高，有利于后期的大幅度降温，28日20：00，500 hPa高空槽逐渐东移影响到河北地区，

850 hPa转为西北风，冷空气渗透入侵，29日08：00，850 hPa

河北附近等温线十分密集，等温线与风向接近垂直，至29日20：00河北上空存在较为密集的等温线，冷中心强度达到-32 ℃，有强冷平流向河北输送。

冷空气影响沧州市地区期间，势力逐渐增强，是寒潮天气暴发并出现极端低温的主要原因。此次寒潮天气过程中，高空槽落后于地面冷锋，地面冷空气先于高空冷平流渗透影响沧州市，不利于大范围大风的出现。

2 垂直速度分析

从11月28—30日沧州市上空垂直速度剖面（图2）来看，28日08：00地面到高空存在显著的上升气流区；随后，低层先于中高层被强冷空气入侵，冷空气高空动量下传，造成地面大幅度增压和降温；之后，随着寒潮的大规模暴发，上升气流逐步消散。

3 极涡异常与历史个例对比

从11月29日100 hPa环流形势场（图3a）来看，极涡呈现偶极型分布，对11月29日当天的环流形势场做距平图（图3b），可以看到，亚洲一侧的极涡中心偏南偏强，极涡中心南压到西伯利亚北部。这种极涡中心异常偏南偏强导致亚洲上空出现气压偏低的形势，有利于冷空气从西伯利亚南下，造成大范围持续低温[4]。

为表征极涡强度，选取李崇银等[5]定义的平流层极涡强度指数：50 hPa等压面上0°～360°N、75°～90°N的平均位势高度值越低，说明极涡越强。通过统计可以得知，极涡指数在极端低温出现的前期就会发生比常年偏低的情况，如2016年1月的一次寒潮过程中（表1），在寒潮发生5 d前平流层极涡强度指数就已经比历史同期偏低[6]。

为验证极涡指数对极端低温的前期指示意义，统计了2013—2022年沧州地区比较具有代表性的29次寒潮天气过程（发生在10月至翌年3月，同时有5个站次及以上出现寒潮的过程），计算其达到最低温度前一天的极涡指数，并与最低气温做相关性分析，计算相关系数，结果是0.522，为正相关，通过了0.05的置信检验。

为得到更加本地化的指标，结合上面的运算，将29次寒潮过程的最低气温与出现最低气温前一天的50 hPa环流形势场做相关性分析[7-8]，通过了0.01的置信检验，得到结果如图4。可以看到，欧亚大陆上空50 hPa高度场中存在与最低气温正相关的区域，选取30°～50°N，80°～120°E的正相关区域范围内50 hPa的平均位势高度，作为本地化的表征极涡中心南压程度的指数，将该指数序列与最低气温做相关性检验，可以得到相关性为0.663，通过了0.01的置信检验。由此可知，该本地化指数比极涡指数对沧州市寒潮过程中最低气温具有更好的指示性意义，可以运用于未来的寒潮预报工作。

4 数值模式检验

欧洲中心模式11月29日08：00起报的29日20：00

预报场对500 hPa两脊一槽的形势及位置，850 hPa气温梯度的模拟及对地面系统冷高压的位置走向较实况接近，提高了本次寒潮过程的可预报性。对温度进行检验可以看到，福州模式对最低温度的预报误差相比河北模式较小，但两者对于温度较低的沧州市、肃宁县及青县的24 h预报误差均在2 ℃以上，这两种模式48 h预报均比72 h预报更加贴近实况温度，但24 h误差均有所增加，河北模式24 h对盐山站的预报最接近实况温度，比实况偏高0.5 ℃，福州模式24 h预报对任丘站、东光站及吴桥站最低温度的预报较为贴合，与实况的误差在0～0.4 ℃。综合来看，对于最低气温较高的站点，模式均有一定的把控能力，但对于最低气温较低的站点预报则有偏差，在之后的寒潮预报中，对在历史上降温过程中最容易受到影响，从而出现较低温度的县市可以参考本地预报经验，对最低气温适度进行下调。

5 结论

（1）此次为低槽东移型寒潮天气过程，出现极端低温，但伴随的大风及降水天气影响相对较弱。

（2）冷空气在中西伯利亚到东西伯利亚一带大量堆积，有利于后期寒潮的暴发及极端低温的出现；贝加尔湖西侧脊前偏北气流引导冷空气在槽内聚集，地面冷高压中心逐渐增强，为降温提供了有利条件；此次过程中，低层先于中高层被强冷空气入侵，中高层的强冷平流是造成沧州地区出现极端低温的重要因素。

（3）偶极型极涡中心的异常偏南偏强对极端低温的出现产生重要影响，参考极涡指数计算出本地化指数有助于研究极端低温的形成机制和变化规律，可以运用到未来的寒潮预报工作之中。

参考文献

[1] 《河北省天气预报手册》编写组.河北省天气预报手册[M].北京：气象出版社，2017.

[2] 郝瑛，王新宁，王淼，等.张家口2018年1月21—22日寒潮灾害天气分析[J].农业灾害研究，2018，8（4）：21-23，44.

[3] 张晓慧，盛立芳，张红岩.渤海秋末初冬一次强寒潮天气过程分析[J].海洋预报，2004（3）：51-56.

[4] 李艳，王嘉禾，王式功.极涡、阻塞高压和西伯利亚高压在极端低温事件中的组合性异常特征[J].兰州大学学报（自然科学版），2019，55（1）：51-63.

[5] 李崇银，杨辉，赵晶晶.大气环流系统组合性异常与极端天气气候事件发生[J].大气科学学报，2019，42（3）：321-333.

[6] 陶诗言.阻塞形势破坏时期的东亚一次寒潮过程[J].气象学报，1957（1）：63-74.

[7] 王亚婷，董疆南，马鸿青.2019年11月保定市一次寒潮过程分析[J].山西科技，2020，35（5）：73-75，79.