一次华北寒潮天气过程分析

一次华北寒潮天气过程分析

郭绍博1  李媛1  贺彦银2 赵世奇1  亢楠1

1.临汾市气象局，山西临汾041000；2.洪洞县气象局，山西临汾 041600

摘要：对2021年1月5-7日影响中国的寒潮天气过程进行诊断分析，结果表明：此次寒潮经历了极涡南下、横槽转竖、冷高压异常强大、地面冷锋快速南压的过程，导致全国出现大范围的降温和出现极端低温天气。

关键词 寒潮；极端低温；锋前冷平流

寒潮天气是极地高纬度地区大规模强冷空气向南爆发的大气活动过程，是我国冬季严重的灾害性天气之一，常常导致出现大范围地区的剧烈降温、大风和雨雪等天气现象，造成我国工农业生产、畜牧业等巨大经济损失，对社会生产和人民生活产生严重的不良影响[1-4]。

采用天气诊断分析方法剖析寒潮天气成因和影响系统，分析各气象要素场的变化特点，以加深对寒潮过程的了解，为提高寒潮天气预报的准确性提供一定的参考。

一、天气实况

2021年1月5日-9日中国出现了一次大范围的寒潮大风天气过程。此次过程具有降温幅度较大、最低气温较低的特点，本文将重点分析对1月5-7日对华北地区的影响。

对2021年1月5日20时-6日20时24小时变温进行-8℃的筛选，主要影响区域在华北一带，最大降温幅度出现在河北张家口-16.6℃，整个华北地区部分地区最低气温在-20℃一下，内蒙古及东北地区局部地区最低气温到-30℃以下，同时此次过程还伴有6-8级大风及降雪天气过程。

二、大气环流形势

从500hPa上看，前期亚洲中高纬为两槽一脊的环流形势，随着冷涡东移南压并且减弱的态势，至2021年1月4日08时，东西伯利亚极地的冷空气南下，使得在贝湖北部地区有冷涡生成，冷中心强度为-44℃，乌拉尔山的脊发展，脊前偏北气流不断输送冷空气。5日08时，冷涡位置移至贝湖一带，中高纬地区呈“一脊一槽”形势，乌拉尔山附近的高压脊与极地高压打通深入极地，迫使分裂的极涡迅速南下，与南侧两个冷涡合并，横槽南压进入蒙古，冷中心强度为-52℃，温度槽落后于高度槽，同时偏北气流不断向横槽处堆积，槽前有正涡度平流使槽发展加深，5日20时贝加尔湖南侧低涡，冷空气中心-52℃，贝湖北部冷空气随横槽下滑，急流比较强盛。6日08时，与极地高压联通的高压脊发展成阻塞高压形势，迫使极涡进一步南压至45°N，冷涡中心位于黑龙江和内蒙古交界地区，中心强度达到504hPa，等高线密集，冷中心-52℃，冷平流强度强。6日20时冷涡东移至黑龙江，横槽转竖，冷空气大幅影响我国，急流仍较强盛。

促使寒潮爆发的流场为横槽转竖型，不利于脊的发展，脊前的冷平流堆积在横槽后部形成冷源，阻高崩溃横槽转竖，冷空气在槽后气流作用下南下，从蒙古到华北地区，寒潮爆发本次寒潮冷空气在贝加尔湖地区开始向东路移动，途径东北地区，向日本海一带移动。

1月5日08时，中高纬风向与等温线较为平行，无明显夹角，贝湖地区有-44℃冷中心，至20时，冷空气推动横槽转竖，贝加尔湖南部有-40度冷中心，我国北部一带急流显著。1月6日08时，风向与等高线夹角增大，冷平流强，20时，冷空气下滑，华北地区受切边后部偏北气流影响，在内蒙古河北交界有一冷中心-40℃，华北地区等温线密集，10个纬距有8根等温线，其后部西北风在16m/s以上，且风向与等温线有夹角，强冷平流。同时急流轴，冷空气不断向东南输送。

850hPa华北地区等温线与等高线基本垂直，有强的冷平流，1月5日20时，贝加尔湖南部有-36度冷中心，受冷平流影响，冷槽发展南压，6日有大风速带，冷空气较为深厚。

从高低空配置来看，高空的冷中心对应着地面冷高压中心，有强冷空气堆积，冷高压前沿有一条寒潮冷锋，是引起本次强降温过程的主要系统，冷高压分裂南下。

三、探空及物理量分析

选取降温幅度较大的站点的探空图进行分析（张家口站），1月4日20时无明显的逆温层，5日08时开始建立弱逆温层。5日20时，逆温层厚度增加，底层离地。

随着冷空气侵入，地面气温降低，破坏了近地面的逆温层，逆温层厚度的减弱、底层离地时间与冷高压侵入的时间一致。冷高压中心减弱移出，气温回升，近地面逆温层重新建立。

1.涡度平流

2021年1月5日08时，500hPa高空槽前正涡度平流，高空槽发展。随后正涡度平流继续维持，中心值向东南方向移动，强度略有所减弱，主要影响华北、华中一带。随后高空槽加强，冷涡涡度加大并快速东移出海。

2.温度平流

2021年1月5日08时，700hPa贝湖东部有-24℃冷中心，较强的偏北冷空气向山西输送，冷空气堆积，至5日20时，强冷空气进一步增强，中心值达到-40℃，山西河北北部有-36℃的中心值，6日20时，强冷平流持续，随后强度减弱，冷空气影响逐步结束。

5日08时500hpa冷涡后部有-56℃的冷中心，槽后的冷平流有利于高空槽发展加深，5日20时低涡后部冷中心维持并随低涡南移，等温线较密集，冷平流加强，高空槽进一步发展，6日08时-40℃的冷中心南移。5-7日等高线、等温线密集，地面锋区强度增大，寒潮爆发。

冷涡前的正涡度平流持续增加，使得冷涡的涡度不断加大，有利于冷空气维持强度和厚度。冷涡强度的持续增加导致冷平流进一步增大，冷空气大量堆积，再加上前期的非绝热加热回暖，使得后期降温过程中降温幅度大。华北地区位于强上升运动和下沉运动之间，梯度风较大，有利于形成大风天气。

四、模式对比分析

1.预报场地面冷高压强度较实况场偏弱，实况在西西伯利亚地区的高压中心值达到1077.5 hPa。

2.850 hPa温度场，在2021年1月6日20时，实况在东北以北地区有-36℃的冷中心，预报的中心值仅有-34℃，位置上有偏差。在700 hPa温度场，预报场中心值位置在内蒙古中部以及辽宁北部一带，中心强度-38℃，实况在内蒙古河北交界一带，中心值达到-40℃。500hPa温度场偏差较大，预报场较实况偏高6-10℃。

结论

1. 在对流层中层，寒潮南下的环流形势过程出现了横槽转竖的过程，环流形势都从“两槽一脊”变为“一槽一脊”再变成“两槽一脊”。亚洲地区先后出现“长波—超长波—长波”。高压脊均为阻塞高压的形势，阻塞高压与极地高压打通。在高压脊西侧乌拉尔山附近出现了切断低压的形势。同时，极涡中心始终在中国东北、鄂霍茨克海西部徘徊，长期低于60°N。高压脊东移进入西伯利亚后，寒潮就大举南侵我国。寒潮入侵我国前，副高均出现了北跳，588 dagpm线北支都到了广东沿海地区。
2. 在850 hPa的高空，寒潮过程的冷平流很强，风力达到了16~22m/s，西北气流控制范围广，最南压到了闽浙交界。0℃线也南压到华南中部，-12℃线南压到长江中下游地区，冷锋锋区最南压入南海北部。
3. 在地面图上，寒潮的冷锋南压到南海中部，且冷锋移动速度较快，并伴有大风天气。地面冷高压强度很强。
4. 寒潮的500 hPa高空极涡进入中国，850 hPa锋前存在明显冷平流，前期基础气温低，是造成寒潮过程最低气温较低的主要原因。

参考文献

[1] 朱乾根,林锦瑞,寿绍文,等.天气学原理和方法[M].第四版.北京:气象出版社,2010.

[2] 赵丽,孟万忠.1912—2000年山东极端低温气象灾害空间分析[J].防灾科技学院学报,2018,20(4):77-83.

[3] 乔雪梅,刘普幸.中国北方地区寒潮时空特征及其成因分析[J].冰川冻土,2020,42(2):357-367.