2016年鲁西平原地区一次寒潮天气过程分析及对其农业的影响

韩雪蕾，纪凡华，王小亚，韩风军，徐 娟

（山东省聊城市气象局，山东聊城252000）

2016年鲁西平原地区一次寒潮天气过程分析及对其农业的影响

韩雪蕾，纪凡华，王小亚，韩风军，徐 娟

（山东省聊城市气象局，山东聊城252000）

以常规观测、卫星云图等资料对2016年1月22—24日聊城市寒潮天气过程的环流背景、物理量场等方面进行分析，得到此次寒潮天气过程的变化及对农业的影响。结果表明：大西洋暖脊在高纬东伸，促使乌拉尔山地区的弱脊不断发展形成阻高形势，是冷空气发展加强的有利条件；近地面冷高压势力强盛，受强冷平流影响，此次寒潮过程产生大风降温天气，气温持续降低，另外良好的水汽条件都是产生降雪的原因；从卫星云图可以看到，横槽槽线前陕西、山西和河北中部地区形成的一条宽广的层状云云带产生降雪天气，横槽转竖后云带后边缘光滑，也表示着强大的地面冷高压。

寒潮；横槽；冷高压；温度平流；农业

0 引言

寒潮是一种大规模的强冷空气活动，是聊城地区常见的灾害性天气之一。寒潮天气的主要特点是剧烈降温和大风，常常伴有雨、雪、雨凇和霜冻，常给工农业、渔业生产和交通运输带来巨大的影响，因此做好寒潮天气预报，服务于相关部门以便采取有效措施预防其危害有着重要的意义。

20世纪50年代就有一些研究者开始从影响中国的冷空气源地、路径和环流特征等方面对寒潮进行分析和归类[1-3]。马晓青等[4]认为，强寒潮的发生与乌拉尔东侧阻塞脊的低频活动有着明显关系。一些学者对降水与寒潮天气背景关系进行研究[5-7]。李江波等[8]对寒潮天气背景下的降水多相态转换的成因与雨雪转换的预报进行了分析。肉孜·阿基等[9]认为，850 hPa和700 hPa偏西急流将里咸海上空湿空气部分携带到新疆上空，为降雪提供了基本水汽条件。陈豫英等[10]认为，寒潮天气过程常建立在前期强烈升温的基础上，有强冷空气在西西伯利亚及贝加尔湖堆积，并向南侵袭造成的；寒潮爆发前亚洲中高纬环流形势均表现为“一脊一槽”型，动力机制均为高空旋转低压槽与强锋区。许爱华等[11]认为，寒潮及寒潮天气主要成因是西欧上空500 hPa强暖平流致使在西伯利亚地区形成阻塞高压，建立横槽，横槽北侧的东北气流引导超极地冷空气和西路冷空气合并加强；形成了异常强的冷高压、锋区、冷温度中心和冷温度平流；李昕翼等[12[[13-15]。巴尔克什湖至贝加尔湖强偏北气流、地面冷高压中心强度变化情况、南北海压差和温差、850 hPa温度变化、冷平流移动路径以及强度等可作为预报寒潮强度的参考因子；商兆堂等[16]认为，寒潮天气带来的强降温与暴雪天气会造成直接农业经济损失，主要是农业设施和林果损失。一些学者认为，寒潮天气与温度变化之间有不同类型[17-19]；钱维宏等[20]认为，发生在中国的寒潮以北方（35°N以北）最多，在所有的降温事件中，只有不到1/3的事件伴随有升压和大风天气。

前人对寒潮过程的分析多侧重于天气系统的分析，本研究利用天气学分析和诊断方法对常规天气资料、卫星云图资料进行分析，亦对高空环流形势场、物理量场、中尺度系统等方面描述，探究2016年1月22—24日聊城地区出现的一次寒潮天气过程成因，以期加深对寒潮天气来临前冷空气的聚积与爆发的分析认识，提高寒潮天气的预报能力和低温冻害灾害的防御能力。

1 资料与方法

1.1 资料来源

本研究所用资料主要包括：中国高空地面常规和加密观测资料、聊城市自动站逐小时观测资料。资料起止时段为2016年1月22日08:00—25日20:00。台站气温、降雪资料为每日08:00—20:00、20:00—08:00资料。

1.2 研究方法

本研究使用常规观测资料了解降雪发生的雪情；利用常规观测资料，采用天气动力学诊断方法和强天气分析技术，对本过程的大尺度环流背景、物理量场进行诊断和研究，揭示造成强降雪发生的中尺度天气系统发生、发展的环境场条件，探讨中尺度天气系统演变特征及触发机制。利用高空图对降雪发生的天气尺度环境场进行分析，500 hPa天气图侧重环流背景分析，700 hPa天气图、850 hPa天气图侧重切变系统和急流分析，运用物理量场诊断判断降雪相态变化、降雪落区。

1.3 天气概况

2016年1月22—24日聊城地区出现一次寒潮天气过程，出现了大风、雨雪及低温天气。此次寒潮天气的特点是：（1）冷空气强，出现大风。（2）寒潮天气过程伴随降水。22日06时—17时全市平均降雪量为1.6 mm，各县降雪量为：东昌府1.9 mm、临清2.3 mm、冠县1.1 mm、阳谷0.8 mm、莘县1.0 mm、高唐2.9 mm、茌平1.5 mm、东阿1.1 mm。3、18—21日受高空暖脊的影响，气温出现明显的回升，冷空气过后，降温剧烈（见表1），平均过程降温幅度为11℃，全市最低温度出现在23日茌平-19.5℃，突破聊城市历史同期极值的-18.2℃（1967年出现在高唐县）。

1.4 统计分析

采用Excel进行温度数据的统计，利用Micaps绘制地面冷锋演变、不同高度层的温度场与风场与湿度场时间-空间剖面图。

表1 2016年1月22—24日低温变化 ℃

2 天气形势分析

2.1 环流形势

分析500 hPa环流形势演变（图略），在20日08时大西洋暖脊在高纬度地区东北伸，促使乌拉尔山地区的弱脊不断发展加强，暖空气不断向北方扩散到60°N附近；乌拉尔山东部地区有极涡底部的强锋区，形成强冷空气酝酿形式。20日20时在蒙古国西北部有横槽发展，东欧地区有弱西风槽发展，冷空气从乌拉尔山南部侵入，切断高纬度地区暖空气与中纬度系统的联系，形成阻高形势。横槽系统温度槽落后于高度槽，横槽后部冷平流明显，强冷空气发展。蒙古以南地区环流较平直，从中亚到河西走廊不断有小槽东移，21日08时温度槽趋前于高度槽，横槽转竖，槽线到蒙古国南部，原静止于蒙古的冷高压向南移动，带来剧烈降温，形成山东地区的降雪天气。

地面图上（见图1），欧亚大陆被强大的冷高压所控制，20日17时，两股冷空气的前沿冷锋分别位于贝加尔湖以南与中国琉球群岛，21日08时，两条冷锋南压东移，分别移至中国黄土高原以北与巴士海峡，到22日08时，冷锋迅速南下，途径中国河套地区到达江浙地带，22日20时，冷锋移入海中，到达海南岛以南的地区，此时，山东地区被强冷空气控制，即将迎来大幅度的降温过程。

图1 1月20—22日地面冷锋演变

2.2 寒潮爆发时环流形势综合分析

由23日8时500 hPa高空图可以看出（见图2），冷空气持续南下，渤海地区等高线密集，500 hPa冷涡位于中国东北地区，渤海到中国内蒙古、河套地区有一较强横槽，温度中心和高度中心基本重合。700 hPa冷涡与500 hPa高度相比位置偏东，温度场落后于高度场，横槽后部有明显的冷平流输送。槽线位置位于中国东北、渤海到山东地区。850 hPa冷涡东移入海，冷温度中心在内蒙古东部，中国山东地区等高线与等温线约成90°角度，有较强的冷平流向南输送，温度场等温线密集。槽线随高度向西偏，后倾程度较小，有利于槽前上升运动。山东地区有低空急流。地面图上，山东地区等压线较密集，冷空气前沿已到达中国南部沿海地区，地面冷高压中心位于中国贝加尔湖地区，中心强度高达1081.0 hPa，引发大范围寒潮，冷空气影响中国大部分地区。

3 物理量场分析

3.1 湿度场剖面图分析

分析聊城地区（116°E，36.5°N，下同）湿度场时间-空间剖面（见图3），自21日08时开始，空气的湿度渐渐增大,低层850 hPa以下有弱的水汽辐合，偏南气流向聊城地区输送水汽，空气中水汽增多，低层925 hPa出现此时湿度场的最大值1.44 g/m3。21日20时，近地面比湿开始加大，地面湿层开始加厚到500 hPa高度，500 hPa高度的湿度场数值从0.16 g/m3增大到0.20 g/m3。850 hPa高度出现湿度的大值区1.44 g/m3。良好的湿度为降雪提供有力水汽条件。22日08时近地面湿层达到最厚520 hPa，与此同时聊城地区开始出现降雪天气，随后湿层厚度开始下降，22日20时湿层厚度700 hPa左右，比湿厚度迅速下降，925 hPa高度的湿度场数值减少到0.96 g/m3，此时降水过程已经结束。23日08时在底层西北气流的影响下，聊城市湿度不断减小。

3.2 850 hPa高度温度场分析

在低空温度场上（见图4），22日20时，850 hPa冷中心位于贝加尔湖以南的中国东北地区，冷中心数值最大为-28℃，山东地区温度为-17℃。23日08时冷中心位置静止少动，冷中心数值最大为-32℃，此时冷空气前锋到达山东地区，山东地区温度降至-22℃，降温15℃，降幅较大。23日20时，冷中心位置南压东移，移至中国蒙古中部至渤海一带，受较暖下垫面影响，冷中心温度略有回升为-28℃，山东地区温度持续下降，为-24℃。24日8时冷中心强度减弱，冷中心位置移至中国山东地区，温度略有回升为-21℃。在此过程中，强冷中心稳定少动，冷空气主体控制华北，是强降温的有利条件。冷中心不断南压东移，另外整个寒潮过程山东850 hPa温度小于0℃，是降水性质为雪的原因。

3.3 700 hPa温度变化

图2 1月23日8时地面图与高空图综合分析

图3 1月21日8时—23日20时湿度场时间-空间剖面图

从19日8时开始聊城市700 hPa高度的温度一直较低，一般都低于-10℃，冷中心的从中国东北地区逐步南压东移。19日20时冷中心温度稳定，聊城市700 hPa高度的温度略有回升，此为明显的冷空气到达前的短暂升温过程，多由于强冷空气到达前空气压缩，动能转化成热能，及槽前西南气流发展造成。20日8时—22日8时，冷中心逐步接近我省，聊城市700 hPa高度温度稳定在-14℃左右，高空干冷空气主体稳定少动，空气透光性好，有利于辐射降温。22日20时聊城市温度大幅度下降，降幅达12℃。在强冷空气的控制下，22日08时—24日8时，聊城的温度降至-25℃以下，23日聊城市温度达到最低，22日聊城市阴有小雪，23日白天聊城市处于多云天气，夜间云量减少，天空晴朗，辐射降温明显，因此聊城市2 m最低温度出现在23日夜间。24日08时以后，冷空气东移入海，聊城地区700 hPa温度开始迅速回升。

4 卫星云图分析

从卫星云图可以看出（见图6），22日8时中国河套地区到东北平原中部均被一条宽广的云带覆盖，河套地区和鲁西北地区云层较厚，云顶亮温较低。云带北部呈絮状，边缘不整齐，此时横槽没有转竖，弱冷空气刚刚入侵，触发上升气流发展加强，水汽凝结，云层变厚，低层鲁西北地区产生降雪；22日11时，云带明显加强，云层加厚，云顶亮温降低，但是宽度变窄，云带的经向度加大。在陕西、山西和河北中部形成一条光滑的云带边缘，说明横槽开始转竖，强冷空气开始爆发，受寒潮冷锋影响云带后云量迅速减少。

图4 1月22日20时—24日8时850 hPa温度场演变

图5 19日8时—24日20时700 hPa高度温度变化

5 对农业生产影响

全市平均降雪量为1.6 mm，22日夜间局地风速6～7级，莘县、茌平、冠县等地部分大棚因大风、雪压倒塌，超过数百大棚棚内作物绝收，大量简单设施大棚及部分金属结构大棚受损。1月22—24日最低气温创历史同期最低，全市最低温度出现在23日夜间-17.9℃，造成低温冻害。青菜、芹菜等大量露天越冬蔬菜，受冻后外层叶片霉变发红，根部腐烂。大田农作物由于融雪后土壤水分饱和，根系霉烂，后期抗倒伏能力减弱，叶片枯萎，影响光合作用。寒潮过程中温度下降，对长势较弱的蔬菜及农作物造成冻害。

6 结论与讨论

基于此次降水天气过程分析，利用Micaps绘制地面冷锋演变、不同高度层的温度场与风场与湿度场时间-空间剖面图等，综合研究讨论此次寒潮天气过程的演变形势及对农业生产的影响，得到以下结论。

（1）此次过程的主要影响系统为横槽、切变线及西南急流；500 hPa横槽系统中，温度槽落后于高度槽有利于冷空气南下，造成大幅降温与雨雪天气；700 hPa和850 hPa切变线触发对流，产生降雪，850 hPa以下的西南急流提供良好的水汽条件。

（2）预报降温的着眼点为冷锋到达时间，冷锋前沿到达，预示着该地区降温的开始，最低温度多出现在冷空气过境后的晴好天气。700 hPa高度的温度与地面温度有一定的相关性，对地面温度的预报有一定的参考价值。

图6 寒潮爆发前卫星云图产品分析

（3）地面湿层高度增加时间与降雪开始时间相一致，良好的湿度为降雪提供有力水汽条件。在寒潮过程中，冷中心不断南压东移，整个寒潮过程山东850 hPa温度小于0℃，是降水性质为雪的原因。

（4）寒潮到达前，在陕西、山西和河北中部形成一条光滑的云带边缘，说明横槽开始转竖，强冷空气开始爆发，受寒潮冷锋影响云带后云量迅速减少。

（5）此次寒潮降温过程发生在春季，不仅对大棚作物与设施产生不利影响，对越冬蔬菜、大田农作物等露天作物均会造成减产歉收。

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A Cold Wave Weather in West Shandong Plain in 2016:Diagnostic Analysis and Its Impact on Agriculture

Han Xuelei,Ji Fanhua,Wang Xiaoya,Han Fengjun,Xu Juan
(Liaocheng Meteorological Bureau of Shandong,Liaocheng 252000,Shandong,China)

The paper aims to analyze the circulation background and physical variable field of a cold wave process happened in Liaocheng from January 22 to 24,2016.Based on conventional observation and satellite cloud images,we summarized the cold wave process change and its effect on agriculture.The results showed that:warm Atlantic ridge extended eastward at high latitude,forced the weak Ural mountain ridge to form the Ural blocking high,which was a favorable condition for the development of cold air;near surface cold high pressure dominated,strong wind occurred and air temperature dropped continuously during this cold wave process because of the effect of strong cold convection,moreover,good water vapor condition provided a favorable condition for snowfall;one broad sheet cloud band before the transversal trough line formed in Shaanxi,Shanxi and central Hebei on the satellite cloud image caused snowfall weather,back edge of the cloud band became smooth after the transversal trough changing to the vertical,which indicated strong surface cloud high pressure.

Cold Wave;Transversal Trough;Cold High Pressure;Temperature Convection;Agriculture

P458

A论文编号：cjas16100006

山东省气象局局面上课题“鲁西北雨雪相态转换机制和预报方法研究”(2012sdqx03)。

韩雪蕾，女，1991年出生，山东东昌府区人，助理工程师，本科，主要从事中短期天气气候预测及服务。通信地址：252000山东省聊城市东昌府区光岳路与新南环交叉路口西聊城市气象局，Tel：0635-8573802，E-mail：1301854613@qq.com。

韩风军，女，1977年出生，山东聊城人，中级工程师，本科，主要从事中短期天气气候预测及服务。通信地址：252000山东省聊城市东昌府区光岳路与新南环交叉路口西聊城市气象局，Tel：0635-8573802，E-mail：2247199547@qq.com。

2016-10-10，

2017-06-28。