2013年初春的一次寒潮大风天气分析

许庆娥，杜丽娅

（濮阳市气象局，河南濮阳457000）

2013年初春的一次寒潮大风天气分析

许庆娥，杜丽娅

（濮阳市气象局，河南濮阳457000）

利用探测资料、地面自动站的观测资料和FNL资料，对2013年3月9～10日发生在濮阳的一次寒潮大风天气进行了天气形势、地面气象要素及物理量特征方面的分析。结果表明：500 hPa极涡分裂南下，使东移的短波槽与南支槽同位相叠加，导致冷空气南下，冷空气在槽内堆积是导致寒潮大风天气的大尺度环流背景；强冷空气东移南下与暖低压的发展造成的较大气压梯度是形成大风天气的主要原因；地面冷锋后的强冷平流和锋前的强暖平流造成了强的斜压性发展，并使锋区附近产生了较大的气压梯度和变压梯度，导致冷锋后部出现了地面强风；地面冷锋前的上升运动与高空急流入口区次级环流的上升运动的叠加为深对流的发展提供了有利条件，这也是产生大风天气和大风卷起沙尘的根本原因。

寒潮大风；极涡；蒙古气旋；锋区；高空急流；物理量特征

寒潮大风是由寒潮天气引起的大风，常常给工农业生产、通信设施和交通安全等带来不利的影响，给国民经济造成巨大的损失，因此，做好大风天气的预报并提供相关的服务显得越来越重要。针对由强冷空气引起的大风在预报方法上的研究已取得了一些成果［1-4］。我国幅员辽阔，各地的寒潮大风都有其特性。笔者对2013年3月9～10日发生在河南濮阳地区的一次寒潮大风天气过程进行深入的分析，为提高大风天气的预报水平提供了有价值的参考，现整理如下，以便为防灾、减灾提供有效的服务。

1　天气实况

受较强冷空气快速东移南下的影响，2013年3月8日到10日，北方大部分地区经历了进入2013年以来最强的大风和沙尘天气过程。受其影响，河南濮阳出现了大风（平均风力6～7级，最大瞬间风力9级）降温天气，部分县区还伴有扬沙，具体数据见表1。在这次天气变化过程中，降温幅度大、降温快、风力大、持续时间长，这些都是濮阳历史同期所罕见的。

表12013年3月9～10日濮阳寒潮大风天气实况

2　前期天气概况及地面气象要素分析

进入3月份以后，濮阳的气温异常偏高，所辖五县上旬的平均气温为10.5～11.7℃，比历史同期偏高5～6℃，尤其是9日这一天，最高气温达到29.7～30.5℃，创历史同期新高。持续的高温为大风的出现提供了热力不稳定条件，也在某种程度上加大了本次强冷空气过程的降温幅度。

9日濮阳观测站的逐时气象要素变化情况如下：从14时到15时，冷锋过境，气压开始迅速增大，到20时，气压飙升了18.3 hPa；与此同时，气温骤降，从14时到20时，气温下降了16.5℃，尤其是从14：08到14：32的24 min内，气温陡降了7.2℃，超过了文献［4］中提到的30 min内下降5.4℃的降温幅度；冷空气的快速南下致使风速从气压涌升时开始增大，从14：48开始，8级以上的间歇性大风刮个不停，直到21时才结束。前期气温偏高，近一个月内又无有效降水，且3月上旬为早春季节，植被稀疏，地表裸露，土质疏松，导致濮阳出现了扬沙天气。冷空气从9日14时开始影响濮阳地区，在12 h内，最低温度下降了9.9～11.5℃（表1），且最低温度均小于4℃，降温幅度达到了寒潮天气标准。

3　主要影响系统分析

图13月8日20时500 hPa高度场与温度场的叠加

3.1高空形势分析

图1是3月8日20时的500 hPa高度场与温度场叠加图（图中实线为等高线，单位为dagpm，虚线为等温线，单位为℃，以下同），欧亚中高纬度地区的环流形势为两槽一脊型，两个深厚的低槽系统分别位于东欧和东亚远东地区，两槽之间为宽广的高脊区，中国大部分地区受新疆高脊前部和远东大槽后部的西北气流控制。63°N以北、新地岛以东有一个极涡系统，并有一个相配合的-46℃冷中心。极涡中心分裂短波槽东移南下至新疆以北，并伴随强冷空气向东南扩散。与此同时，里海附近的高空槽在东移过程中分裂成南北两支，北支槽北缩加速东移，于8日20时移至贝加尔湖地区，先后分裂的两个小槽分别位于新疆以北和贝加尔湖，两个小槽之间有一个高压脊，脊后不断有暖空气补充进入，导致高压脊发展和加强，环流经向度加大［5］，减缓了新疆以北小槽的东移，并造成冷空气在此槽内堆积。强盛的冷空气迫使新疆以北的小槽快速向东南移动，并在东移过程中与贝加尔湖的小槽合并，到9日8时（图2），合并后的短波槽已东移南压到内蒙古西北部，温度槽落后于高度槽，高度槽后有强冷平流。华北地区受暖脊控制，温度较高，南支槽也东移发展和加深，其北端延伸至晋冀交界地区。在东移过程中，高纬度的短波槽与南支槽同位相叠加，使环流经向度进一步加大。在槽后偏北气流的作用下，冷空气加速南下，导致寒潮天气爆发。9日午后，寒潮天气开始影响濮阳，全市由北向南先后经历了8级以上大风、强降温和大部分县区伴有扬沙的天气过程。

图23月9日8时500 hPa高度场与温度场的叠加

在8日20时的850 hPa高空图（图3）上，从巴尔克什湖到新疆北部有一中心值为152 dagpm的冷高压，其锋区位于内蒙古西北部到新疆天山一带，锋区强度为32℃/10°N。在蒙古国，有一个气旋在发展，其前部的暖平流较强，使整个华北地区的气温维持在10～20℃。在河套地区，有一个20℃的闭合暖中心，其中心温度24℃。9日8时（图4），20℃的暖中心东移至豫北地区，冷高压快速东移至河套西部，温度梯度明显增大，5个纬距的温差达24℃，形成了强锋区，等温线与等高线夹角接近垂直，这说明已形成了强冷平流，风速达到了20 m/s，同时，低层冷平流增加了边界层大气的不稳定性，并有利于动量下传，加大了地面的风速。随着锋区的东移南压，濮阳地区在3月9日午后出现了寒潮大风天气。

图33月8日20时850 hPa高度场与温度场的叠加

图43月9日8时850 hPa高度场与温度场的叠加

3.2地面形势分析

图53月8日20时的地面形势

从8日20时的地面形势（图5）可以看出，中心强度为1 035 hPa的冷高压主体位于新疆北部，并与贝加尔湖以北的冷高压相通，形成了从东北到西南方向的高压带。两个高压带之间的低压带断裂后，高压带前部在蒙古发展成中心强度为985 hPa的气旋，使高、低压系统之间的气压梯度增大。随着冷高压东移南压及合并，冷空气的强度进一步增大。到9日08时（图6），冷高压东移至蒙古国境内，中心强度已发展到1 047 hPa。冷锋位于赤峰、太原到平凉一线，豫北地区处于东北经华北延伸至四川盆地的暖低压带中。到了9日11时，豫北地区已被暖低压控制，地面升温明显。14时前后，冷锋南移至豫北地区，并从14：48开始影响濮阳，17时和20时的3 h变压值均大于9 hPa，锋后的强冷平流和锋前的强暖平流造成强的斜压性发展，使锋区附近产生较大的气压梯度和变压梯度，导致冷锋后部出现了地面强风。随着冷高压的南移，冷空气对濮阳的影响逐渐减弱，风力于21时开始减弱。10日8时，冷高压主体控制了豫北地区。随着地面冷锋移出河南省，冷空气的影响基本结束。

图69日8时的地面形势

3.3高空急流分析

高空急流是大风天气发生的动力条件，高空急流越强，通过动量下传作用造成的地面大风风力就越大；在高空急流入口处有一个右侧上升、左侧下沉的横向次级环流，在出口处就有一个左侧上升、右侧下沉的横向次级环流［6］。

从9日8时的高空图（图略）可以看出，我国内蒙古西部沿中蒙边界到黑龙江省，有一支高空西风急流，300 hPa急流核的最大风速达62 m/s，甘肃、宁夏、内蒙古南部和陕西等地位于高空急流入口区的右侧。高空急流区次级环流的作用造成了高空辐散、低层辐合，并使以上地区出现了大风、沙尘天气。此时，豫北地区位于高空槽前上升运动区，有利于地面低压系统发展，地面冷锋前的上升运动与高空急流入口区次级环流的上升运动叠加，为深对流的发展提供了有利的条件，这也是产生大风和沙尘天气的根本原因［2］。

4　物理量特征分析

为了研究这次大风天气过程的动力学和热力学特点，我们利用FNL资料（时间间隔为6 h，水平分辨率为1°×1°）分析9日8时和20时的一些物理量特征。

4.1温度平流场分析

分析9日8时各层（950～500 hPa）的温度平流场后，我们发现，在38°N以北，在106～120°E之间，有一东北到西南向的冷平流区，从低层到高层都存在较强的冷平流，这说明冷平流比较深厚。从图7可以看出，从东北到西南方向的冷平流区的南边界处于豫北林县境内，三个强冷平流中心位于39～45°N之间，最强的冷平流中心位于内蒙古中东部，强度为-16×10-4K/s，另外两个冷平流中心，一个位于内蒙中南部，强度为-12×10-4K/s，一个位于北京西部，强度为-14×10-4K/s。这三个冷平流中心均处于850 hPa的强锋区中，造成地面明显降温。随后，冷平流区快速向东南方向移动，于14时开始影响濮阳地区，并造成了大风降温天气。到了20时，强冷平流区移出了豫北地区，对濮阳的影响开始减弱。濮阳上空深厚的强冷平流使大风天气持续了6个多小时，由此看出，冷平流最强处，地面降温幅度大，风力也最强。

图73月9日8时850 hPa温度平流场

4.2散度场分析

从散度经向剖面图（图8）看出，9日8时，锋区前部（37.5～41.5°N）的中低层有强辐散对应低层强辐合，最大辐合中心出现在900 hPa及以下，强度为-60×10-6K/s，最大辐散中心出现在850 hPa，强度为40×10-6K/s。此时，大风和沙尘天气出现在内蒙古中西部、陕西北部、宁夏、甘肃东部及山西北部，位于辐合辐散区交界处附近及后部辐散区内［7］。这种低层辐合、高层辐散的强烈抽吸作用，造成了地面低压发展强烈，气压梯度明显增大，从而导致地面风速进一步加大［4］；另外，在37.5～41.5°N之间，存在一明显的辐合区，其上对应大片的辐散区，表明在此区域内有较强的上升运动。一般来说，如果低层辐合流场上空有辐散流场叠置，抬升力会变得更强，并导致强烈对流性天气的形成［8］，因此，随着该运动系统的东移南压，濮阳地区出现了8级以上的大风天气。到20时，随着辐合带低层东南移到豫南地区，濮阳的风力才有所减弱，大风天气也逐渐结束。

图8　沿115°E的散度经向垂直剖面图

5　结论

1）华北地区气温异常偏高，为大风的出现提供了热力不稳定条件，促进了暖低压的形成。东移南下的强冷空气与已发展的暖低压形成较大的气压梯度是造成大风天气的主要原因。

2）500hPa极涡分裂小槽，并伴随强冷空气向南扩散。短波槽在东移过程中与南支槽同位相叠加，导致环流经向度加大，并使冷空气在槽内堆积。槽后强冷平流引导冷空气南下，导致寒潮天气的发生。

3）这次大风天气的形成是由于冷高压和蒙古气旋均很强，且二者之间的气压梯度很大。另外，地面冷锋后的强冷平流和锋前的强暖平流造成强的斜压性发展，在锋区附近产生较大的气压梯度和变压梯度，导致冷锋后部出现了强风。

4）地面冷锋前的上升运动与高空急流入口区次级环流的上升运动叠加，为深对流的发展提供了有利的条件，这也是产生大风天气和大风卷起沙尘的根本原因［2］。

5）物理量的分析结果表明：冷平流中心处于850 hPa的强锋区中，地面降温明显，冷平流区的移动路径与地面大风降温区较一致；在散度场上，大风、沙尘天气基本位于辐合辐散区交界处附近及后部辐散区内。

［1］苏百兴，段朝霞.广东一次寒潮8级大风物理过程分析［J］.海洋预报，2009（1）：14-18.

［2］钱莉，杨永龙，殷玉春，等.一次飑线引发的大风强沙尘暴诊断分析［J］.气象，2009（3）：42-48.

［3］海显莲，巨克英.2011年春季一次寒潮大风天气过程分析［J］.青海科技，2011（2）：47-48.

［4］马月枝，王新红，叶东，等.一次春季冷风过境引起的大风天气分析［J］.气象与环境科学，2010（3）：41-47.

［5］张碧辉，孙军.2013年3月大气环流和天气分析［J］.气象，2013（6）：794-800.

［6］寿绍文，励申申，姚秀萍.中尺度气象学［M］.北京：气象出版社，2003：235-239.

［7］薛建军，刘月巍，牛若云，等.2002年3月18～22日强沙尘暴过程分析［J］.气象，2004（9）：39-44.

［8］李戈，寿绍文，张广周，等.河南一次沙尘天气过程干空气侵入的数值模拟及诊断分析［J］.气象，2007（10）：28-36.

【责任编辑王云鹏】

Analysis of an Early Spring Cold Windy Weather in 2013

XU Qinge，DU Liya
（Puyang Meteorological 0ffice，Puyang 457000，China）

By using routine weather map，the observational data from automatic weather station and FNL data，an early spring cold windy weather（in March 9-10，2013）was analyzed from the following three characteristics-ground meteorological elements，synoptic situation and physical quantity.The results showed that the reason for the large scale circulation background of cold windy weather was that 500hPa polar vortex splitting southward and in-phase superposition of east short wave trough and the south branch trough which led cold air southward to accumulate in the trough.The larger pressure gradient caused by strong cold air moving toward the southeast and the development of warm low is the main cause of the gale weather.The strong baroclinic development caused by the strong cold advection after the ground cold front and the strong warm advection before the front caused larger pressure gradient and variable pressure gradient near front zone which led to strong winds behind the front.Superposition of the ascending motion before the ground cold front and the ascending air at the upper-level jet secondary circulation entrance region provided favorable conditions for the development of deep convection which was the primary cause for the gale and sandstorm weather.

cold wind，polar vortex；Mongolia cyclone；front zone；upper-level jet；physical characteristics

P458.3

A

2095-7726（2015）09-0072-05

2015-03-12

许庆娥（1963-），女，河南安阳人，研究方向：灾害性天气预报。