徐昝敏，周舒佳，何馨紫，王春暉，劉 玲

1.江蘇省寶應(yīng)縣氣象局，江蘇寶應(yīng) 225000；2.江蘇省金壇區(qū)氣象局，江蘇常州213000；3.江蘇省泗陽縣氣象局，江蘇泗陽 223800

寒潮天氣過程是一種大規(guī)模的強(qiáng)冷空氣活動(dòng)過程，通常會(huì)出現(xiàn)劇烈降溫和大風(fēng)天氣，有時(shí)伴有雨、雪、雨凇和霜凍，對(duì)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、人民生活和健康都有著較為嚴(yán)重的影響[1]。寒潮的本質(zhì)是冷空氣在源地不斷堆積，然后在有利的環(huán)流背景下向南暴發(fā)的過程。目前，我國(guó)對(duì)寒潮過程的預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率較高，主要著眼點(diǎn)于冷空氣源地和路徑、冷空氣的醞釀和暴發(fā)、環(huán)流形勢(shì)、極端性的預(yù)報(bào)[2-5]。

近年來，中國(guó)在東亞冬季風(fēng)的影響下，極端低溫事件頻發(fā)，其中寒潮過程是造成極端低溫事件的原因之一[6]。影響寒潮過程中發(fā)生極端低溫的形成機(jī)制中，大氣環(huán)流最重要。朱乾根等[7]研究發(fā)現(xiàn)，高空急流的位置和強(qiáng)度變化與寒潮過程中低溫等災(zāi)害性天氣密切相關(guān)。阻塞高壓的頻繁變化也有利于歐亞大陸寒潮和大范圍低溫事件的發(fā)生[8-10]。

2021年1月6—8日 的 這 場(chǎng) 寒 潮使得我國(guó)很多地區(qū)打破了2016年1月24日的最低溫度，創(chuàng)下了21世紀(jì)以來的最低溫度。根據(jù)寶應(yīng)縣氣象臺(tái)站資料發(fā)現(xiàn)，2021年1月8日，最低氣溫達(dá)-12.1℃，相比2016年1月24日最低氣溫僅差0.1℃，是寶應(yīng)縣21世紀(jì)以來氣溫最低的2次寒潮過程。

通過對(duì)比分析2016年1月22—24日與2021年1月6—8日2次寒潮天氣降溫過程的差異，分析了各氣象要素場(chǎng)的變化，討論了影響這2次寒潮天氣過程的影響系統(tǒng)和降溫成因。

1 資料和方法

所用的氣溫?cái)?shù)據(jù)來自寶應(yīng)地區(qū)自動(dòng)觀測(cè)站常規(guī)觀測(cè)資料。大氣的環(huán)流形勢(shì)場(chǎng)、風(fēng)場(chǎng)、溫度場(chǎng)和濕度場(chǎng)采用NCEP/NCAR每6 h觀測(cè)1次的再分析資料，水平分辨率為1°×1°，對(duì)2016年1月22—24日 和2021年1月6—8日影響寶應(yīng)的2次強(qiáng)寒潮天氣過程進(jìn)行了對(duì)比分析。

寒潮的標(biāo)準(zhǔn)按照《冷空氣等級(jí)》國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(GB/T 20484—2017)：某地最低氣溫24 h內(nèi)降幅≥8℃，或48 h內(nèi)降幅≥10℃，或72 h內(nèi)降幅≥12℃，且該地日最低氣溫下降到≤4℃的冷空氣。

2 過程概況對(duì)比分析

2016年1月22—24日，受冷空氣的影響，寶應(yīng)縣17個(gè)站點(diǎn)48 h內(nèi)最低氣溫的降幅為7℃～10℃。22日出現(xiàn)明顯雨雪冰凍天氣，22日08:00—23日08:00降雪量2.0 mm，積雪深度0.8 cm，導(dǎo)致道路結(jié)冰。23—24日，寶應(yīng)縣大部分地區(qū)出現(xiàn)5～7級(jí)偏北大風(fēng)。

2021年1月6—8日，寶應(yīng)縣17個(gè)站點(diǎn)48 h內(nèi)最低氣溫的降幅可達(dá)10℃～12℃。7—8日，寶應(yīng)縣大部分地區(qū)出現(xiàn)5～6級(jí)偏北大風(fēng)，其中廣陽湖鎮(zhèn)在7日出現(xiàn)了7級(jí)偏北極大風(fēng)。

對(duì)比2次寒潮過程，雖然最低溫度下降到-12.0℃，但2次寒潮過程的降幅有所不同，2021年的寒潮降溫幅度要強(qiáng)于2016年的寒潮，需進(jìn)一步分析2次寒潮降溫的具體原因。

3 主要影響系統(tǒng)對(duì)比分析

3.1 2016年寒潮天氣形勢(shì)

1月22日00:00，從500 hPa形勢(shì)圖（圖1）上可以看出，主要呈現(xiàn)為一脊一槽的形勢(shì)，即烏拉爾山以東的東北-西南走向的長(zhǎng)波脊，其中有一個(gè)阻塞高壓，以及東北冷渦向西南延伸出的東北—西南走向的橫槽。橫槽后部對(duì)應(yīng)著一個(gè)-48℃的冷中心，并伴有偏北氣流，引導(dǎo)冷空氣進(jìn)一步南下。與此同時(shí)，青藏高原南側(cè)附近有一南支槽形成并逐漸東移，槽前的西南氣流與南下的冷空氣匯合，形成了雨雪天氣。之后，阻塞高壓崩潰，脊線向東北方向發(fā)展，占據(jù)了原先冷渦的位置，冷渦被迫繼續(xù)南下，到23日12:00，冷渦中心已移動(dòng)到我國(guó)華北地區(qū)，帶來了強(qiáng)降溫天氣。

圖1 2016年1月22日00:00（a）和1月23日12:00（b）的500 hPa位勢(shì)高度場(chǎng)、風(fēng)場(chǎng)和溫度場(chǎng)

圖2為寒潮期間850 hPa的天氣形勢(shì)，22日00:00在湖南、江西處有一低渦向東北方向移動(dòng)，并形成了一條東北—西南走向的切變線，切變線的動(dòng)力抬升配合低渦前西南氣流輸送的充足水汽。此外，從溫度場(chǎng)上可以看出，江蘇處于冷槽前，溫度水平梯度逐漸加大，風(fēng)場(chǎng)與溫度場(chǎng)的夾角接近垂直，帶來了很強(qiáng)的冷平流作用，且江蘇在850 hPa的等溫線明顯低于-4℃，因此在江蘇出現(xiàn)了雨雪天氣。

圖2 2016年1月22日00:00的850 hPa位勢(shì)高度場(chǎng)、風(fēng)場(chǎng)、溫度場(chǎng)和相對(duì)濕度場(chǎng)

3.2 2021年寒潮天氣形勢(shì)

1月4日00:00，從500 hPa天 氣 圖（圖3）中可以看出，中高緯地區(qū)環(huán)流形勢(shì)呈一脊一槽，烏拉爾山以東為高壓脊，貝加爾湖以北有一冷渦，并延伸出橫槽，槽后的冷中心為-48℃。6日00:00，系統(tǒng)東移南下，并在高壓脊中形成了一個(gè)阻塞高壓，由于槽后脊前的偏北氣流，使得冷空氣不斷地向南輸送，此時(shí)的冷渦中心已南壓到我國(guó)東北地區(qū)。7日00:00系統(tǒng)繼續(xù)東移，冷渦進(jìn)一步加強(qiáng)，等溫線的密集帶已推至江蘇，帶來了降溫天氣。7日16:00，冷渦東移入海并減弱，橫槽旋轉(zhuǎn)南下。8日06:00，阻塞高壓崩潰，橫槽轉(zhuǎn)豎。

2021年1月4日的850 hPa圖上發(fā)現(xiàn)江蘇南部有較大的相對(duì)濕度，并在偏東氣流的作用下，將太平洋的水汽輸送至江蘇。在5日00:00（圖4），江蘇大部分地區(qū)都處于80%以上的相對(duì)濕度區(qū)，結(jié)合500 hPa江蘇處于槽前，給江蘇帶來了較好的水汽和動(dòng)力條件，因此江蘇出現(xiàn)了弱降水天氣。此時(shí)，冷鋒鋒區(qū)到達(dá)貝加爾湖附近，鋒后盛行偏北風(fēng)，風(fēng)向與等溫線的夾角較大，可以將鋒后-36℃的冷空氣提前輸送到我國(guó)。隨后，冷中心繼續(xù)南下，到7日00:00，冷中心已經(jīng)南壓至我國(guó)東北地區(qū)，給我國(guó)帶來了大幅度的降溫過程。

圖4 2021年1月5日00:00（a）和7日00:00（b）的850 hPa位勢(shì)高度場(chǎng)、風(fēng)場(chǎng)、溫度場(chǎng)和相對(duì)濕度場(chǎng)

3.3 2次寒潮過程的對(duì)比

從動(dòng)力條件來看，2次寒潮過程都是橫槽轉(zhuǎn)豎型。但從850 hPa圖上來看，2次寒潮的冷中心強(qiáng)度有所不同，2016年為-32℃，而2021年為-36℃，因而2021年寒潮的降溫幅度大于2016年寒潮，雖然2次寒潮最終都使寶應(yīng)達(dá)到了-12℃左右的最低溫度，但是2021年寒潮的強(qiáng)度更大。

從水汽條件來看，因?yàn)?016年寒潮有南支槽的西南風(fēng)輸送水汽，2016年寒潮的水汽條件好于2021年寒潮，且-4℃的等溫線使得相態(tài)為雪，因而2016年寶應(yīng)出現(xiàn)了小雪天氣，2021年寶應(yīng)只在寒潮到來前出現(xiàn)了小雨天氣，且維持時(shí)間較短。

4 降溫成因?qū)Ρ确治?/h2>

近地面層局地溫度的變化主要是受溫度平流和非絕熱加熱影響的[11]。溫度平流主要考慮冷暖平流，而非絕熱加熱考慮輻射、水汽潛熱釋放和感熱輸送[12]。由于2次寒潮過程均有大范圍的云系，輻射引起的溫度變化較小，所以主要對(duì)比研究溫度平流和降水對(duì)2次寒潮降溫過程的影響。

4.1 溫度平流的對(duì)比

受暖脊的影響，2次寒潮前對(duì)寶應(yīng)地區(qū)均有一定程度的氣溫回升過程（圖5）。2016年寒潮前期，寶應(yīng)地區(qū)19—21日最低溫度和平均溫度均有所回升，其中最低溫度在2 d內(nèi)回升了5.8℃。2021年寒潮前期的回暖程度更大，2—4日最低溫度提升了7.9℃，平均溫度從-1℃升至3.7℃。

圖5 2016年1月18—25日（a）和2021年1月2—9日（b)寶應(yīng)平均溫度、最低溫度及最高溫度日變化

根據(jù)熱力方程可知，溫度平流的強(qiáng)度主要取決于溫度水平梯度、風(fēng)速，以及風(fēng)速與等溫線夾角。寒潮前期的溫度回升過程，提高了南北溫度水平梯度，使得冷平流強(qiáng)度變強(qiáng)，局地溫度迅速下降。

圖6為2016年1月22日06:00的850 hPa冷平流及風(fēng)場(chǎng)，可以看出，22日06:00在偏北氣流的引導(dǎo)下，冷平流中心從河北、河南地區(qū)向江蘇移動(dòng)，冷平流最大強(qiáng)度在-24×10-5K/s，此時(shí)江蘇地區(qū)自北向南降溫。

圖6 2016年1月22日06:00（a）和2021年1月6日06:00（b）的850 hPa冷平流（陰影，單位：10-5 K/s）和風(fēng)場(chǎng)（風(fēng)向標(biāo)，單位：m/s）

2021年1月6日06:00，冷平流中心最大強(qiáng)度可達(dá)-28×10-5K/s，明顯強(qiáng)于2016年，雖然冷平流中心所處位置與2016年寒潮差不多，但冷平流的范圍和強(qiáng)度均強(qiáng)于2016年。此外，從風(fēng)場(chǎng)可以看到，2021年的偏北大風(fēng)的最大風(fēng)速在18 m/s左右，而2016年的最大風(fēng)速在14 m/s 左右。較大的溫度水平梯度和較大的風(fēng)場(chǎng)使得2021年的冷平流強(qiáng)于2016年，因而2021年寒潮的降溫幅度大于2016年寒潮。

對(duì)比溫度回升、冷平流和風(fēng)速，均可發(fā)現(xiàn)，雖然2次寒潮過程中最低溫度都達(dá)到了-12℃，但是2021年寒潮的降溫幅度強(qiáng)于2016年寒潮。2016年寒潮最低溫度能下降至-12℃，是因?yàn)楹鼻捌诘臏囟认噍^于2021年寒潮低，即使降溫幅度小，也可以達(dá)到-12℃。

4.2 降水的對(duì)比

對(duì)比2次寒潮過程的天氣形勢(shì)圖發(fā)現(xiàn)，2016年的寒潮在500 hPa上有一支受青藏高原地形影響形成的南支槽，南支槽前西南風(fēng)攜帶著水汽，與南下的冷空氣交匯處出現(xiàn)了雨雪天氣。而在2021年的寒潮中，沒有水汽條件，只在寒潮前期出現(xiàn)了弱降水天氣。因此，對(duì)比2次寒潮過程，2016年寒潮的降水過程加強(qiáng)了降溫，而2021年寒潮中的弱降水對(duì)降溫幅度起到的作用不大。

5 結(jié)論

（1）2016年寒潮和2021年寒潮使得寶應(yīng)地區(qū)的最低溫度都下降至-12℃，但是2021年寒潮的降溫幅度大于2016年寒潮。

（2）2次寒潮過程在寶應(yīng)地區(qū)都出現(xiàn)了6～7級(jí)大風(fēng)，2016年寒潮還出現(xiàn)了雨雪天氣和道路結(jié)冰，而2021年寒潮在寒潮前期出現(xiàn)了弱降水天氣。

（3）從動(dòng)力條件來看，2次寒潮過程都是橫槽轉(zhuǎn)豎型。但2次寒潮的冷中心強(qiáng)度不同，2021年寒潮的冷中心強(qiáng)于2016年寒潮。

（4）從水汽條件來看，2016年寒潮有南支槽的西南風(fēng)輸送水汽，2016年寒潮的水汽條件要好于2021年寒潮，2016年寒潮的降水對(duì)降溫幅度影響更大。

（5）受暖脊的影響，2次寒潮前對(duì)寶應(yīng)地區(qū)均有一定程度的氣溫回升過程。2021年寒潮前期的回暖程度比2016年寒潮更深。

（6）850 hPa冷平流的范圍和強(qiáng)度對(duì)2次寒潮降溫過程的影響也不同。2021年寒潮的冷平流中心比2016年寒潮更強(qiáng)，且影響范圍更廣。