邓凯 罗金芳 张慧娟

摘要 利用常规天气观测资料、GRAPES_GFS模式高分辨率（0.25°×0.25°）再分析格点资料，对2020年3月26—28日湖北省孝感市强寒潮天气过程进行分析。结果表明：此次强寒潮天气过程出现在北半球中高纬环流形势由纬向型向经向型转换过程中，乌拉尔山阻高和横槽的建立为冷空气的输送和聚积提供必要条件;乌拉尔山阻高崩溃和蒙古低涡竖槽的东移，引导地面冷空气从东路南下，造成了此次强寒潮天气过程。此过程出现在一个非典型的倒Ω流型中，且乌拉尔山阻高维持时间短，横槽无明显转动（只是减弱南压直至消失），蒙古低涡竖槽与横槽明显分离，这些是此次寒潮过程的基本特点。在低空强盛的东北急流和北方强大的冷平流持续共同作用下，造成孝感市气温急剧下降。在低空急流动量下传、梯度风和变压风的共同作用下，造成了孝感市大范围大风天气。

关键词 强寒潮;强降温;强风;成因分析

中图分类号：P458.3 文献标识码：A 文章编号：2095-3305（2020）04-0-03

DOI：10.19383/j.cnki.nyzhyj.2020.04.022

寒潮是湖北省孝感市主要气象灾害之一。孝感市位于湖北省东北中部，长江以北，汉江以东，位于武汉市西北方，与武汉市毗邻;地跨30°23′～31°52′N，113°19′～114°35'E;孝感市下辖大悟县、安陆市、孝昌县、应城市、云梦县、孝南区、汉川市等七个县市区。2020年3月26—28日，孝感市出现一次强寒潮天气过程，强降温和大风等天气对全市夏粮夏油和林果茶等越冬农作物造成一定程度不利影响。利用常规天气观测资料、GRAPES_GFS模式高分辨率（0.25°×0.25°）再分析格点资料，对此次强寒潮天气过程的环流形势、影响系统以及冷空气源地、路径、强降温和强风等方面进行分析，以便对今后寒潮过程的预警预报和防灾减灾提供一些参考借鉴。

1 天气实况

按照冷空气等级国家标准（GB/T 20484-2017）规定，使某地的日最低气温24 h内降温幅度大于或等于8℃，或48 h内降温幅度大于或等于10℃，或72 h內降温幅度大于或等于12℃，且使该地日最低气温下降到4℃或以下的冷空气称为寒潮[1]。利用20～20时日气温资料，分析孝感市2020年3月26—28日日最低气温下降幅度，全市日最低气温24 h平均下降了10.9℃，最大降幅出现在应城，达12.5℃，48 h平均下降了12.4℃，最大降幅也出现在应城，达13.9℃。28日全市日最低气温为1.7℃～4.0℃，其中大悟最低，达1.7℃，达到了强寒潮标准（表1）。

应城是此次强寒潮过程孝感市降温幅度最大的地方，此次强寒潮天气过程降温从26 日17：00 （气温18.9℃）开始，一直持续到 28日 04：00（气温3.5℃），如图1中红色箭头所示，48 h内应城气温下降了15.4℃。强降温发生同时，孝感全市还出现偏北大风和小到中雨、局部大雨天气。从3月26日17：00开始至28日6：00，孝感全市出现了持续6—7级偏北大风，阵风8—9级，极大风速达到22.2 m/s，出现在大悟26日22：15。在强寒潮到来之前，26 日13：00—16：00 ，受中低层切变线和西南急流影响，孝感市出现短时雷雨大风等强对流天气，3 h内气温下降了4.1℃，如图1中蓝色箭头所示。此次雷雨大风天气从某种程度上拟制了冷锋过境之前回暖升温，影响了寒潮过程降温幅度（图1）。

2 寒潮天气过程分析

2.1 冷空气源地和寒潮酝酿

寒潮能否爆发，与前期一定的大气环流形势、冷源及冷空气的聚积程度有着密切关系。此次强寒潮过程爆发，其冷空气源要追溯到过程爆发的前一周。3月20日08∶00时极涡位于北地群岛以东，亚欧中高纬为平直西风环流。3月21日开始，极涡环流向西南伸展和分裂，中高经纬向环流向经向环流调整。至3月23日08∶00，在东欧平原南部分裂出一个冷涡，在西西伯利亚出现一个冷槽，这两个低值区之间在位于乌拉尔山形成一个相对高值区。此时，在乌拉尔山中部形成一个较短的横槽，此后横槽加深并逐渐南压。随着从新地岛以东超极地路径南下的冷平流向西西伯利亚输送，致使贝加尔湖附件出现大片负变高区。例如，25日08∶00贝加尔湖西南边的30 715站（俄罗斯境内）24小变高和变温分别为-17 dagpm、-13℃;48小变高和变温分别为-29 dagpm、-17℃，冷涡因而加深，加之咸海以西的暖平流向乌拉尔山发展，致使乌拉尔山高压脊前出现大片正变高区。再如，25日08∶00西西伯利亚的西南部28 275站（俄罗斯境内）24小变高和变温分别为+10 dagpm、+4℃，48小变高和变温分别为+29 dagpm、+12℃，阻高逐步发展。至3月25日08∶00，亚欧中高纬形成一个非典型的倒Ω流型，一般典型的倒Ω流型是东部阻高位于太平洋北部的鄂霍次克海，西部乌拉尔山阻高维持3 d以上。3月25日08∶0050 0 hPa 亚欧天气图上，亚洲东部130°E有一高压脊，乌拉尔山发展为一阻塞高压，在乌拉尔山南部、咸海以北出现一个564 dagpm的闭合高压环流，这两个高值区之间，在贝加尔湖有一冷涡，并有-NE-SW低槽相配合（以下称为低涡竖槽），低涡中心强度达522 dagpm，冷中心强度达到-41℃。同时在此低涡竖槽的西边，从贝加尔湖西边至巴尔喀什湖出现了一明显的东西向横槽，长度达32个经距，横槽后（北部）吹东北风、横槽前（南部）为偏西风，横槽后东北风强劲，最大风速达20 m·s —1（图2a）。

自3月23日横槽初步形成到25日08∶00发展鼎盛，横槽后部阻高前东北气流引导新地岛以东冷空气，不断向西西伯利亚输送聚积，25日08∶00 700 hPa天气图上，在蒙古国东部有温度锋区，温度梯度均达到20℃/10个纬度;700 hPa在贝加尔湖西南边有一个-29℃的冷中心（图2b）。地面图上在西西伯利亚南部生成一个中心强度达1 049.0 hPa的冷高压，其中心位于52.9°N 、69.2°E（图3）。这些迹象表明冷空气聚积已完成，具备寒潮暴发的前提条件[2]。

2.2 寒潮爆发

25日08∶00以后，东欧平原泠涡的冷平流侵入乌拉尔山阻塞高压，蒙古冷涡不断加深，低涡竖槽后偏北气流加大并向东移动，低涡竖槽与横槽明显分离，横槽后东北风转偏北风，风速明显减小。乌拉尔山阻高在维持了一天以后，迅速崩溃，而横槽东段消失、西段南压，直至27日全部消失（图4）。

随着500 hPa乌拉尔山阻高崩溃和横槽消失，受200 hPa亚洲冷槽东移影响，500 hPa蒙古低涡竖槽不断东移，引导地面冷空气从东路大举南下，经蒙古国、华北、黄河中下游后，影响长江中下游及其以南大片地区。从3月26 日17∶00时开始，冷锋自北向南过境孝感市，强寒潮由此爆发，孝感全市出现了剧烈降温和大风天气（见图5）。至3月28日20日500 hPa东亚沿海大槽建立，寒潮过程基本结束。

综上所述，此次寒潮天气过程是出现在北半球中高纬环流形势由纬向型向经向型转换过程中，乌拉尔山阻高和横槽的建立为冷空气的输送和聚积提供了必要条件;但乌拉尔山阻高崩溃和蒙古低涡竖槽的东移，引导地面冷空气从东路南下，造成此次寒潮天气过程。但此次强寒潮过程出现在一个非典型倒Ω流型中，且乌拉尔山阻高维持时间短，横槽无明显转动（只是减弱南压直至消失），蒙古低涡竖槽与横槽明显分离，这些是此次寒潮过程的基本特点。

3 强降温和强风成因分析

3.1 强降温成因分析

根据朱乾根等著《天气学原理和方法》， 局地温度变化主要决定于温度平流和非绝热因子作用。温度平流主要考虑平流冷暖性质和强度;非绝热因子包括辐射、水汽凝结、蒸发和地面感热对气温的影响。3月26日下午寒潮暴发后，孝感市一直维持阴雨天气，天空云量较多，辐射作用并不明显。从应城单站温度变化曲线上可看到，整个寒潮过程中降温最剧烈时段在26日20∶00～23∶00，其中应城26日20∶00～21∶00 1h降温达3.3℃，26日20∶00～23∶00 3h降温达6.4℃。

利用GRAPES_GFS模式高分辨率（0.25°×0.25°）再分析格点资料，对此次寒潮过程低层大气东北急流和冷平流进行分析。随着500 hPa蒙古低涡竖槽东移，850 hPa低空东北急流带不断向南发展，至26日20∶00，低空东北急流带南端已达30°N。东北急流带主体位于河套以东，河套及以西地区偏北风较小，急流轴位于济南—洛阳—汉中—成都一线，急流轴上最大风速达22 m·s-1，该情况平常较少见。东北急流带与冷舌形态基本一致，急流轴北部有一个-4℃冷中心，位于石家庄附近，温度锋区已压至30°～33°N之间，低空东北急流引导冷空气从华北不断南侵（图6）。

在高空偏北气流引导下，强冷平流带不断从华北向南移动，冷平流带与低空东北急流带位置基本一致，均为NE—SW走向，3月26日08∶00 850 hPa冷平流带上北京附件有一个-160×10-5℃/s的冷平流中心，26日20∶00 850 hPa冷平流带南压，在孝感市西北方向的河南省南阳附件有一个-140×10-5℃/s的冷平流中心，这表明冷平流非常强盛。在低空强盛的东北急流和北方强大的冷平流共同作用下，造成26日20∶00～23∶00孝感市气温急剧下降（图7）。27日08∶00 850 hPa冷平流带上，在孝感市北部仍有一个-80×10-5℃/s冷平流中心，说明孝感市气温下降继续维持。强冷平流影响了孝感市，且维持较长时间，是此次强降温的主要原因。

3.2 强风成因分析

冷空气影响的同时，孝感市出现了6～7级偏北大风，阵风8～9级。温度平流与地面风场之间是通过变压场相互关联和促进的[3]。风场与气压场的关系，一般符合地转风、梯度风原理。强冷平流不仅会造成气温骤降，还会使地面正变压场加强、地面变压梯度和气压梯度增大，促使地面风场发展，冷平流愈强，出现的风力也就越大，此次寒潮天气过程也是如此[4]。26日20∶00 850 hPa孝感市上空出现风速达18 m·s-1时东北急流，强盛的东北急流势必也会引起空气动量向下传输，促使地面风场加强。从26日20∶00海平面气压场可以看到，受冷高压扩散南下影响，郑州与武汉的气压差为12 hPa，其间等压线非常密集，气压梯度大（24 hPa/10个纬距），梯度风大（图8）。从24 h变压来看，27日08∶00在孝感市的西北方向，郑州—南阳—襄樊有一个24 h正变压高值区，其中南阳北部有一个+17.9 hPa的中心;从3 h变压来看，26日20∶00在孝感市大悟北部有一个3 h正变压高值区，大悟北部有一个+6.8 hPa的中心，可见变压风也很大。在低空急流动量下传、梯度风和变压风共同作用下，造成了孝感市大范围大风天气。

4 结论

（1）此次强寒潮天气过程是出现在北半球中高纬环流形势由纬向型向经向型转换过程中，乌拉尔山阻高和横槽的建立为冷空气的输送和聚积提供必要条件;乌拉尔山阻高崩溃和蒙古低涡竖槽东移，引导地面冷空气从东路南下，造成此次强寒潮天气。

（2）此次强寒潮过程出现在一个非典型的倒Ω流型中，且乌拉尔山阻高维持时间短，横槽无明显转动（只是减弱南压直至消失），蒙古低涡竖槽与横槽明显分离，这些是此次寒潮过程的基本特点。

（3）在低空强盛的东北急流和北方强大的冷平流持续共同作用下，造成孝感市气温急剧下降。在低空急流动量下传、梯度风和变压风的共同作用下，造成了孝感市大范围大风天气。

参考文献

[1] 王万筠，卢焕珍，卜清军，等.2018年华北寒潮天气的强降温及大风分析[J].天津科技，2019，46（11）：110-116，120.

[2] 姚学祥.天气预报技术与方法[M].北京：气象出版社，2011.

[3] 牛若芸，乔林，陈涛，等.2008年12月2-6日寒潮天气过程分析[J].气象，2009，35（12）：74-82.

[4] 吴海英，孙燕，曾明剑，等.冷空气引发江苏近海强风形成和发展的物理过程探讨[J].热带气象学报，2007（4）：388-394.

責任编辑：黄艳飞