陳紅梅， 劉洪良

(重慶市合川區(qū)氣象局， 重慶 401520)

強(qiáng)降溫易導(dǎo)致農(nóng)作物、畜牧業(yè)及林果業(yè)等遭受凍害，大風(fēng)天氣常給工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、通信設(shè)施和交通安全等帶來(lái)不利影響，對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和人民生產(chǎn)生活造成嚴(yán)重?fù)p失[1]。近年來(lái)，在全球變暖大背景下低溫天氣頻發(fā)[2]，馬曉青等[3-5]對(duì)發(fā)生在我國(guó)的寒潮天氣特征變化、影響系統(tǒng)演變、數(shù)值模擬等作了大量的研究工作，得出很多在實(shí)際業(yè)務(wù)中有應(yīng)用價(jià)值的預(yù)報(bào)指標(biāo)，為提高強(qiáng)降溫預(yù)報(bào)預(yù)警服務(wù)提供了技術(shù)支撐。不同地區(qū)對(duì)典型寒潮大風(fēng)的個(gè)例分析研究較多[6-10]，對(duì)強(qiáng)降溫大風(fēng)的機(jī)理研究較為成熟，為強(qiáng)降溫大風(fēng)天氣成因的分析奠定了基礎(chǔ)。重慶氣象工作者鄧承之等[11-12]對(duì)發(fā)生在當(dāng)?shù)氐膹?qiáng)降溫天氣進(jìn)行了分析，總結(jié)出一些客觀定量化的預(yù)報(bào)指標(biāo)，對(duì)強(qiáng)降溫天氣預(yù)報(bào)有一定的指導(dǎo)作用。筆者通過(guò)2020年2月15日(2·15)發(fā)生在重慶市合川區(qū)的區(qū)域性強(qiáng)降溫大風(fēng)天氣進(jìn)行深度分析，找出此次強(qiáng)降溫大風(fēng)天氣發(fā)生的根本原因，并對(duì)本地的一些預(yù)報(bào)指標(biāo)進(jìn)行檢驗(yàn)，以期積累更多強(qiáng)降溫大風(fēng)預(yù)報(bào)的經(jīng)驗(yàn)，更好地為防災(zāi)減災(zāi)提供有效的氣象服務(wù)。

1 天氣實(shí)況

2020年2月15日，合川區(qū)出現(xiàn)了今年首次大范圍強(qiáng)降溫及大風(fēng)天氣，合川國(guó)家基本氣象站日平均氣溫從14日的14.0℃降到15日的5.8℃，24 h降溫幅度高達(dá)8.2℃。境內(nèi)57個(gè)氣象觀測(cè)站點(diǎn)的過(guò)程降溫均達(dá)到本季強(qiáng)降溫標(biāo)準(zhǔn)，降溫幅度6.0～9.3℃，最大出現(xiàn)在龍?zhí)墩?，?.3℃。同時(shí)，合川區(qū)大部分鎮(zhèn)街出現(xiàn)6級(jí)及以上大風(fēng)天氣，其中，龍多山、燕窩、合川、太和、龍鳳最大風(fēng)力達(dá)到7級(jí)以上，最大風(fēng)速出現(xiàn)在龍多山，為22.1 m/s；其次出現(xiàn)在燕窩，為21.5 m/s。

本次天氣過(guò)程具有降溫幅度大、降溫快、風(fēng)力大、降雨弱、持續(xù)時(shí)間短等特點(diǎn)。從合川站本次天氣過(guò)程前后的氣溫、露點(diǎn)溫度、氣壓實(shí)況(圖1)看出，此次天氣過(guò)程發(fā)生的前3日，最高氣溫持續(xù)升高，地面氣壓持續(xù)下降。溫度從14日14時(shí)的16.9℃開(kāi)始一直下降至16日08時(shí)的2.6℃，降溫幅度高達(dá)14.3℃。氣壓從14日20時(shí)開(kāi)始急速上升，16日02時(shí)達(dá)最高1 003.6 hPa，上升2.7 hPa。整個(gè)天氣過(guò)程降水較弱，雨量普遍為小雨，各站點(diǎn)雨量在0.1～3.4 mm，本站降雨量為0.3 mm。

2 環(huán)流形勢(shì)

2.1 高空形勢(shì)

2.1.1 500 hPa形勢(shì) 此次冷空氣影響合川的前3～4 d，500 hPa歐亞中緯度地區(qū)表現(xiàn)為橫槽形勢(shì)，烏拉爾山及其以東地區(qū)為明顯的高壓脊，蒙古到巴爾喀什湖為一橫槽，中低緯度有高原槽。冷空氣主要受高壓脊前偏北氣流引導(dǎo)南下并堆積在關(guān)鍵區(qū)。隨著槽脊的進(jìn)一步加深東移，脊前的橫槽逐漸轉(zhuǎn)豎，并與移動(dòng)緩慢的高原槽逐漸靠近。從500 hPa高空形勢(shì)(圖2)看出，14日20時(shí)，貝加爾湖到巴爾喀什湖之間分裂出1個(gè)高壓中心，中心值達(dá)564 dagpm，脊后不斷有暖空氣補(bǔ)充進(jìn)入，導(dǎo)致高壓脊發(fā)展和加強(qiáng)，環(huán)流經(jīng)向度加大。同時(shí)蒙古高原有低渦生成，中心高度達(dá)544 dagpm，配合—40℃冷中心，冷中心向西南方向延伸，有一東北-西南走向的橫槽，且溫度槽落后于高度槽，槽將進(jìn)一步加深發(fā)展，槽底為強(qiáng)的急流鋒區(qū)。15日20時(shí)，隨著槽脊的進(jìn)一步東移，高壓中心位于貝加爾湖以西，與暖中心基本重合。低壓中心位于河北一帶，與冷中心基本重合。脊前低槽與高原槽同位相疊加，使環(huán)流經(jīng)向度進(jìn)一步加大，在槽后偏北氣流的作用下，使冷空氣加速南下。影響合川的冷溫槽由四川盆地中西部移動(dòng)到重慶西部邊緣，受到槽前西南氣流影響，導(dǎo)致強(qiáng)降溫大風(fēng)天氣爆發(fā)。16日08時(shí)隨著高壓脊的崩潰，低壓槽繼續(xù)規(guī)律東移，低渦中心位于華北上空，影響華東及華北地區(qū)，至此合川區(qū)轉(zhuǎn)為脊前西北氣流，天氣迅速轉(zhuǎn)好。

2.1.2 700 hPa形勢(shì) 從700 hPa高空形勢(shì)(圖3)看出，14日20時(shí)，700 hPa上貝加爾湖到巴爾喀什湖之間對(duì)應(yīng)500 hPa有1個(gè)312 dagpm的高壓中心和—8℃的暖中心，溫度槽和高度槽快速發(fā)展，并東移南壓，槽線位于陜甘南部到四川西部一線。云貴高原經(jīng)重慶到河套地區(qū)為一支西南低空急流，急流左側(cè)為一氣旋環(huán)流，中心值達(dá)304 dagpm，高度場(chǎng)、溫度場(chǎng)和風(fēng)場(chǎng)的配置有利于寒潮大風(fēng)形成。15日20時(shí)，高度場(chǎng)、溫度場(chǎng)加深南壓，溫度槽明顯落后于高度槽，且等溫線變得密集。湖北中北部至貴州中部有切變線維持，合川區(qū)上空受切變線右側(cè)的西南氣流控制，有強(qiáng)烈的輻合上升運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致降溫加劇。16日08時(shí)隨著槽脊的減弱東移，合川區(qū)受偏北氣流控制，受下沉氣流影響，冷空氣影響結(jié)束。

2.1.3 850 hPa形勢(shì) 在850 hPa高度場(chǎng)上，冷空氣影響前，烏拉爾山到貝加爾湖以西分裂出2個(gè)高壓中心，附近2個(gè)冷中心分別位于巴爾喀什湖以北和北疆。在關(guān)鍵區(qū)已有冷空氣堆積并不斷加強(qiáng)，冷高壓面積寬廣，低壓中心則位于蒙古高原。從850 hPa高空形勢(shì)(圖4)看出，14日20時(shí)，隨著高壓中心的進(jìn)一步東移南壓，中心位置移到了蒙古高原，中心強(qiáng)度達(dá)160 dagpm。云貴一帶為一低壓環(huán)流，中心值為144 dagpm，關(guān)鍵區(qū)冷高壓中心與重慶西部的位勢(shì)高度差達(dá)10 dagpm[13]，冷空氣勢(shì)力較強(qiáng)。同時(shí)在貴州北部到重慶東南部有切變維持，合川區(qū)受切變線左側(cè)的偏北風(fēng)影響，偏北風(fēng)引導(dǎo)冷空氣入侵影響合川。15日20時(shí)，隨著冷高壓繼續(xù)南壓，切變線也隨之南壓至兩廣一線，合川區(qū)受冷平流控制，溫度繼續(xù)下降。16日08時(shí)隨著中高緯低值系統(tǒng)的東移入海，整個(gè)重慶受南壓東移的高壓系統(tǒng)控制，冷空氣影響隨之結(jié)束。

2.2 地面形勢(shì)

從地面形勢(shì)(圖5)看出，14日20時(shí)，冷高壓中心位于貝加爾湖以西的薩彥嶺，中心強(qiáng)度達(dá)1 065 hPa，藏南的低壓中心強(qiáng)度為1 005 hPa，高、低壓系統(tǒng)之間的氣壓梯度較大。隨著冷高壓東移南壓，冷空氣強(qiáng)度進(jìn)一步增大。重慶境內(nèi)等壓線由之前的1條增加至6條。同時(shí)長(zhǎng)江流域附近有冷鋒出現(xiàn)，鋒后強(qiáng)冷平流和鋒前的強(qiáng)暖平流造成大氣斜壓性發(fā)展，使鋒區(qū)附近產(chǎn)生較大的氣壓梯度和變壓梯度[14]，合川3 h變壓值為4.3 hPa，導(dǎo)致冷鋒后部出現(xiàn)地面強(qiáng)風(fēng)。與此同時(shí)，蘭州與重慶的氣壓差達(dá)28.0 hPa，氣溫差達(dá)20℃。根據(jù)本站預(yù)報(bào)指標(biāo)可知，蘭州與指標(biāo)站之間氣壓差≥13 hPa、氣溫差≥12℃，對(duì)強(qiáng)降溫大風(fēng)預(yù)報(bào)具有指示意義。隨著冷空氣被源源不斷地輸送到重慶西部地區(qū)，與暖濕氣流交匯，形成了降水，但抬升動(dòng)力條件不足，降雨較弱。15日20時(shí)，隨著冷高壓的南壓，鋒面系統(tǒng)東移至東南沿海一帶；16日08日東移出海，冷空氣對(duì)合川的影響逐漸減弱。

3 物理量特征

從2月14日08時(shí)沙坪壩的探空資料(圖6)看出，08時(shí)整層大氣的不穩(wěn)定能量條件非常好，CAPE=5 205.7 J/kg，SI=—27.06℃，K=53℃，CIN=460.1 J/kg，表明大氣極不穩(wěn)定，有發(fā)生對(duì)流性天氣的可能性。850 hPa到700 hPa風(fēng)的垂直切變超過(guò)20 m/s，強(qiáng)的風(fēng)速垂直切變也有利于對(duì)流發(fā)展，形成大風(fēng)。2月12—14日，合川站的日平均氣溫較歷年同期平均值顯著偏高，其中12日偏高4.2℃，13日偏高3.9℃，14日偏高4.0℃，在前期氣溫明顯偏高的情況下，冷空氣來(lái)襲時(shí)降溫幅度較大，前期偏高的氣溫也為大風(fēng)的出現(xiàn)提供了熱力不穩(wěn)定條件。

4 預(yù)報(bào)模式檢驗(yàn)

4.1 強(qiáng)降溫的預(yù)報(bào)模式檢驗(yàn)

用850 hPa的EC數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品檢驗(yàn)強(qiáng)降溫的預(yù)報(bào)，分別從2個(gè)不同時(shí)次對(duì)850 hPa預(yù)報(bào)的溫度變化情況(圖7)分析，12日20時(shí)預(yù)報(bào)，氣溫從13日20時(shí)開(kāi)始下降，15日降溫幅度最大，整個(gè)過(guò)程降溫幅度為13.2℃；13日20時(shí)預(yù)報(bào)，14日20時(shí)至15日20時(shí)，氣溫呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，主要降溫時(shí)段發(fā)生在15—16日，整個(gè)過(guò)程降溫幅度達(dá)13.8℃。從連續(xù)2 d的EC數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品來(lái)看，預(yù)報(bào)趨勢(shì)較為一致，13日20時(shí)預(yù)報(bào)的降溫幅度略高于12日20時(shí)0.6℃，說(shuō)明EC數(shù)值預(yù)報(bào)的850 hPa溫度變化趨勢(shì)及降溫幅度較為穩(wěn)定。

圖72月12日20時(shí)和13日20時(shí)EC數(shù)值預(yù)報(bào)850 hPa溫度變化情況

4.2 大風(fēng)的預(yù)報(bào)模式檢驗(yàn)

用EC數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品10 m大風(fēng)EFI指數(shù)進(jìn)行檢驗(yàn)，13日08時(shí)預(yù)報(bào)14日08時(shí)至15日08時(shí)合川區(qū)域內(nèi)10 m大風(fēng)EFI指數(shù)為0.9，14日08時(shí)預(yù)報(bào)的同時(shí)段10 m大風(fēng)EFI指數(shù)則達(dá)到0.95。由此可見(jiàn)，EC數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品10 m大風(fēng)EFI指數(shù)預(yù)報(bào)較為穩(wěn)定，且預(yù)報(bào)強(qiáng)度略有增加，說(shuō)明EC數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品對(duì)大風(fēng)的預(yù)報(bào)趨勢(shì)是比較明顯和穩(wěn)定的，預(yù)報(bào)產(chǎn)品基本可信。

5 結(jié)論

對(duì)2020年合川“2·15”強(qiáng)降溫大風(fēng)天氣過(guò)程進(jìn)行分析表明，1) 此次強(qiáng)降溫大風(fēng)具有降溫幅度大、降溫快、覆蓋范圍廣、風(fēng)力大、降雨弱、持續(xù)時(shí)間短等特點(diǎn)，整個(gè)過(guò)程持續(xù)時(shí)間為1 d，24 h最大降溫幅度達(dá)9.3℃，最大風(fēng)速達(dá)21.5 m/s，最大雨量?jī)H3.4 mm。2) 高空橫槽、低空急流、地面冷鋒、蒙古冷高壓是本次強(qiáng)降溫大風(fēng)天氣的影響天氣系統(tǒng)，橫槽迅速轉(zhuǎn)豎，冷鋒與冷高壓的快速東移南壓，導(dǎo)致此次強(qiáng)降溫天氣過(guò)程的爆發(fā)。3) 較大的氣壓梯度和變壓梯度、較高基礎(chǔ)溫度的熱力不穩(wěn)定、整層大氣的能量不穩(wěn)定條件及強(qiáng)的垂直風(fēng)切變促進(jìn)了強(qiáng)降溫大風(fēng)的發(fā)生。4) 850 hPa關(guān)鍵區(qū)冷高壓中心與合川國(guó)家基本氣象站的位勢(shì)高度差達(dá)到10 dagpm及以上；冷鋒南下過(guò)程中，蘭州與合川國(guó)家基本氣象站之間氣壓差≥13 hPa、氣溫差≥12℃，對(duì)強(qiáng)降溫及大風(fēng)預(yù)報(bào)具有較好的指示意義。5) EC數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品850 hPa溫度預(yù)報(bào)和10 m大風(fēng)EFI指數(shù)具有一定的穩(wěn)定性與可信度，對(duì)強(qiáng)降溫與大風(fēng)的預(yù)報(bào)有一定的參考價(jià)值。當(dāng)850 hPa溫度預(yù)報(bào)降溫幅度達(dá)12℃時(shí)可作為強(qiáng)降溫預(yù)報(bào)參考指標(biāo)，當(dāng)EFI指數(shù)達(dá)0.9時(shí)可作為大風(fēng)預(yù)報(bào)參考指標(biāo)。