石河子地区“4·23”寒潮天气过程分析

2015-03-23徐腊梅八师石河子气象台新疆石河子832000

安徽农业科学 2015年33期

徐腊梅　(八师石河子气象台，新疆石河子 832000)

石河子地区“4·23”寒潮天气过程分析

徐腊梅(八师石河子气象台，新疆石河子 832000)

摘要对2014年4月23石河子地区寒潮天气过程进行天气形势、要素、物理量及数值预报分析，结果发现，在欧洲数值预报和T639预报形势基本一致的情况下，北欧涨脊诱导新地岛冷空气迅速南下，锋区上10°纬距出现十根等高线，高低空存在风场切变，ECMWF细网格850 hPa在石河子地区出现强风区(20 m/s)和2 m温度值在0 ℃以下，24 h降温16 ℃，对石河子地区出现以强降温和大风为主的寒潮天气具有指示意义。

关键词寒潮；天气形势；物理量；要素；数值预报

受北欧涨脊诱导极地至新地岛冷空气南下的影响，2014年4月23~24日石河子地区遭遇6年来同期最强寒潮天气过程，出现强降温、大风和霜冻，且出现不同量级降水量。自23日01：00起垦区持续降水7 h，降水量达2.1～15.3 mm，石河子市和浅山区雨转雨夹雪；23日00：00~18：00普遍出现5级以上大风，极大风速普遍达6~7级，148团极大风速30.9 m/s(9级)，144团达32.2 m/s(10级)；24 h降温幅度9～13 ℃。24日各地最低气温普遍-1～-3 ℃，浅山区到山区-1～-7 ℃，全垦区出现重霜冻，是1981年以来4月24日出现重霜冻的年份中炮台和莫索湾位居第二位，石河子市和乌兰乌苏位居第三位。

此次强寒潮天气造成垦区棉花等作物严重受灾，地膜被大风撕裂，幼苗受冻死亡，重播。受灾面积107 136.0 hm2，其中棉花占90%~95%，受灾人口11.1万人，经济损失达4.2亿元。笔者在此借鉴庄晓翠等[1-3]对发生在新疆的几次寒潮天气进行分析的内容和方法，重点对2014年4月23日发生在石河子地区的特强寒潮进行深入细致的总结，以期获得当地寒潮天气的预报经验和指标，为防灾减灾提供理论依据。

1天气形势及要素分析

1.1500 hPa高度场4月22日08:00 500 hPa高空图上(图1a)，欧亚范围内为一脊一槽型，里海至东欧为脊区，西西伯利亚至咸海为深厚的槽区；22日20：00(图1b),东欧脊向东发展，促使北支槽东移至西伯利亚地区，南支部分维持在巴尔喀什湖以西，部分东移至新疆西国境线，在40°~50°N有10根等高线；23日08：00(图1c),里咸海脊南落，巴尔喀什湖西北部槽迅速东移南下压在北疆上空，造成石河子地区强烈的降温、大风天气；至23日20：00(图1d),槽快速移至北疆沿天山东侧，石河子地区受密集的西北气流控制，气温低，伴随的大风天气逐渐减弱；24日08：00，石河子地区受脊控制，天气转晴。夜间辐射降温明显，24日早晨出现重霜冻。

注：a.22日08：00；b.22日20：00；c.23日08：00；d.23日20：00。图1　2014年4月22~23日高空500 hPa形势场

1.2温度露点差(T-Td)T-Td实况图上(图2)，22日20：00 700 hPa高湿区(值为0~4 ℃)在石河子地区西北部，至23日08:00快速扫过石河子地区移至阿勒泰地区；850 hPa 22日20：00高湿区位于西西伯利亚地区，23日08：00其南部扫过石河子地区迅速移至阿勒泰。充沛的水汽为石河子地区降水提供了必要的物质条件[4]。

注：a1、b1为22日20：00；a2、b2为23日08：00。图2　2014年4月22~23日 700 hPa(a)和850 hPa(b) T-Td实况(单位：℃)

1.3风场从22~23日850 hPa风场实况(图3)看出，22日20：00石河子地区850 hPa风速4 m/s，巴尔喀什湖北部出现26 m/s的偏西风；23日08：00石河子风力20 m/s，国境线附近有偏西风22 m/s，巴尔喀什湖及以西风力减小；23日20：00石河子风力14 m/s，以西地区风力迅速减小。22日后半夜至23日20：00石河子850 hPa风力大，造成地面出现长时间的大风天气。

图3　2014年4月22日20：00(a)、23日08：00(b)和20：00(c)850 hPa风场实况

1.4温度场从温度场实况(图4)来看，22日20：00 850 hPa温度场40°~50°N有9根温度线，低温中心为-16 ℃，0 ℃线位于巴尔喀什湖至西西伯利亚，石河子在12 ℃线上；23日08：00冷空气快速南压，0 ℃线南落至石河子以南，石河子地区温度为0～-4 ℃，23日石河子市最低气温为0.5 ℃；24日08：00气温继续降低，-4 ℃线压在上空，24日石河子市最低气温为-1.6 ℃，石河子地区最低气温普遍在-1～-3 ℃，个别达-6～-7 ℃。

1.5海平面气压场从24日08：00海平面气压场实况分析，1 037.5 hPa的高压中心位于新疆北国境线以北，石河子受1 032.5 hPa的高压控制，造成垦区普遍出现重霜冻，最低气温为-1～-3 ℃，浅山区和沙漠边缘达-6～-7 ℃。

图4　2014年4月22日20：00(a)、23日08：00(b)和24日08：00(c)850 hPa温度场实况

2天气过程的动力和能量诊断分析

22~23日高低空风场图上(图5)，22日20：00 850和700 hPa风场存在明显切变，为22日深夜至23日白天的降水提供了动力条件；到23日20:00转为一致的北风，冷空气完全灌入，降温明显。从假相当位温(图6)来看，850~700 hPa 22日08：00和20：00石河子地区位于32~40 ℃明显的“Ω”型高能舌端，23日08:00能量释放。整个天气过程伴随高能量积聚维持到快速释放的过程。能量释放，假相当位温处于谷值阶段，可降水量急剧下降，降水彻底结束[5]。

图5　2014年4月22日20：00(a)和23日20：00(b)高低空风场

图6　2014年4月22日08：00(a)、20：00(b)和23日08：00(c)假相当位温

3数值预报检验分析

3.1形势预报比较ECMWF和T639模式21日20：00起报的500 hPa预报22~24日形势基本一致(图7)。受北欧涨脊的影响，诱导新地岛强冷空气迅速南下，造成新疆境内的一次以强降温、大风为主的寒潮天气过程。

图7　2014年4月22日20：00(a)和23日20：00(b)ECMWF 500 hPa形势场预报

3.2ECMWF模式要素分析

3.2.1变高、变压和变温。从表1来看，23日20：00石河子地区处于明显的负变高、正变压和负变温控制，预示着主要天气过程将发生在23日，变压非常明显，出现大风的可能性很大；气温下降明显，有利于寒潮天气的发生。24、25日天气转好。3.2.2风场。ECMWF细网格风场分析，自22日23：00石河子西北方向开始出现>20 m/s的强风区，且一直维持，到23日20:00强风区移至东沿天山(图8)；大风起止时间和大风强度预报与实况一致。

3.2.3海平面气压。ECMWF 21日20：00预报的23日20:00海平面气压来看，石河子地区为1030 hPa；23日20:00 850 hPa温度-4 ℃线压在石河子地区上空；ECMWF细网格23日08：00石河子地区2 m温度为1～3 ℃，有出现雨夹雪的可能性；ECMWF细网格24日08：00预报石河子地区2 m温度为-2～-3 ℃ (图9)。高压强、气温低，出现重霜冻的可能性很大。ECMWF细网格2 m温度预报与实况一致。

表1　2014年4月21~25日ECMWF模式预报要素

图8　2014年4月22日23：00(a)和23日20：00(b)ECMWF细网格850 hPa风场预报

注：a1为23日20：00海平面气压；a2为23日20：00 850 hPa温度；b1为23日08：00 2 m温度；b2为24日08：00 2 m温度。图9　2014年4月23~24日ECMWF粗网格(a)和细网格(b)要素场预报

3.2.4相对湿度。从ECMWF细网格700和850 hPa相对湿度来看，700 hPa在23日05：00~08：00石河子地区有100%的高湿区存在维持(图10)，与实况降水出现时间和强度较为一致。由于850 hPa湿度在70%左右，对大范围出现大降水不利。可见湿度预报与实况也基本一致。3.2.5降水量。从ECMWF细网格降水预报来看，21日20：00预报的23日17：00总降水量石河子以南7～10 mm，北面1 mm左右。与实况相比，南面略小，北面降水预报与实况一致。

4小结

(1)4月23～24日出现的强寒潮天气过程形势上是北欧涨脊诱导极地及新地岛冷空气南下，在新疆上空维持，因北风带强盛南伸明显、移速快，造成大范围的大风和强降温天气。

(2)从形势场和要素场可以看出23~24日将出现寒潮天气过程，但在最低气温的把握上有一定难度，需要进一步总结经验。服务中在ECMWF细网格预报的格点值的基础上，针对山区和沙漠边缘地区，可再降3～5 ℃。

(3)ECMWF细网格预报能力强，此次寒潮天气的风场和气温预报准确，降水出现和结束时间较为准确，降水地区