合川区2020年“2·15”强降温大风天气过程及预报模式检验

陈红梅， 刘洪良

(重庆市合川区气象局， 重庆 401520)

强降温易导致农作物、畜牧业及林果业等遭受冻害，大风天气常给工农业生产、通信设施和交通安全等带来不利影响，对国民经济和人民生产生活造成严重损失[1]。近年来，在全球变暖大背景下低温天气频发[2]，马晓青等[3-5]对发生在我国的寒潮天气特征变化、影响系统演变、数值模拟等作了大量的研究工作，得出很多在实际业务中有应用价值的预报指标，为提高强降温预报预警服务提供了技术支撑。不同地区对典型寒潮大风的个例分析研究较多[6-10]，对强降温大风的机理研究较为成熟，为强降温大风天气成因的分析奠定了基础。重庆气象工作者邓承之等[11-12]对发生在当地的强降温天气进行了分析，总结出一些客观定量化的预报指标，对强降温天气预报有一定的指导作用。笔者通过2020年2月15日(2·15)发生在重庆市合川区的区域性强降温大风天气进行深度分析，找出此次强降温大风天气发生的根本原因，并对本地的一些预报指标进行检验，以期积累更多强降温大风预报的经验，更好地为防灾减灾提供有效的气象服务。

1 天气实况

2020年2月15日，合川区出现了今年首次大范围强降温及大风天气，合川国家基本气象站日平均气温从14日的14.0℃降到15日的5.8℃，24 h降温幅度高达8.2℃。境内57个气象观测站点的过程降温均达到本季强降温标准，降温幅度6.0～9.3℃，最大出现在龙潭站，为9.3℃。同时，合川区大部分镇街出现6级及以上大风天气，其中，龙多山、燕窝、合川、太和、龙凤最大风力达到7级以上，最大风速出现在龙多山，为22.1 m/s；其次出现在燕窝，为21.5 m/s。

本次天气过程具有降温幅度大、降温快、风力大、降雨弱、持续时间短等特点。从合川站本次天气过程前后的气温、露点温度、气压实况(图1)看出，此次天气过程发生的前3日，最高气温持续升高，地面气压持续下降。温度从14日14时的16.9℃开始一直下降至16日08时的2.6℃，降温幅度高达14.3℃。气压从14日20时开始急速上升，16日02时达最高1 003.6 hPa，上升2.7 hPa。整个天气过程降水较弱，雨量普遍为小雨，各站点雨量在0.1～3.4 mm，本站降雨量为0.3 mm。

2 环流形势

2.1 高空形势

2.1.1 500 hPa形势 此次冷空气影响合川的前3～4 d，500 hPa欧亚中纬度地区表现为横槽形势，乌拉尔山及其以东地区为明显的高压脊，蒙古到巴尔喀什湖为一横槽，中低纬度有高原槽。冷空气主要受高压脊前偏北气流引导南下并堆积在关键区。随着槽脊的进一步加深东移，脊前的横槽逐渐转竖，并与移动缓慢的高原槽逐渐靠近。从500 hPa高空形势(图2)看出，14日20时，贝加尔湖到巴尔喀什湖之间分裂出1个高压中心，中心值达564 dagpm，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。同时蒙古高原有低涡生成，中心高度达544 dagpm，配合—40℃冷中心，冷中心向西南方向延伸，有一东北-西南走向的横槽，且温度槽落后于高度槽，槽将进一步加深发展，槽底为强的急流锋区。15日20时，随着槽脊的进一步东移，高压中心位于贝加尔湖以西，与暖中心基本重合。低压中心位于河北一带，与冷中心基本重合。脊前低槽与高原槽同位相叠加，使环流经向度进一步加大，在槽后偏北气流的作用下，使冷空气加速南下。影响合川的冷温槽由四川盆地中西部移动到重庆西部边缘，受到槽前西南气流影响，导致强降温大风天气爆发。16日08时随着高压脊的崩溃，低压槽继续规律东移，低涡中心位于华北上空，影响华东及华北地区，至此合川区转为脊前西北气流，天气迅速转好。

2.1.2 700 hPa形势 从700 hPa高空形势(图3)看出，14日20时，700 hPa上贝加尔湖到巴尔喀什湖之间对应500 hPa有1个312 dagpm的高压中心和—8℃的暖中心，温度槽和高度槽快速发展，并东移南压，槽线位于陕甘南部到四川西部一线。云贵高原经重庆到河套地区为一支西南低空急流，急流左侧为一气旋环流，中心值达304 dagpm，高度场、温度场和风场的配置有利于寒潮大风形成。15日20时，高度场、温度场加深南压，温度槽明显落后于高度槽，且等温线变得密集。湖北中北部至贵州中部有切变线维持，合川区上空受切变线右侧的西南气流控制，有强烈的辐合上升运动，导致降温加剧。16日08时随着槽脊的减弱东移，合川区受偏北气流控制，受下沉气流影响，冷空气影响结束。

2.1.3 850 hPa形势 在850 hPa高度场上，冷空气影响前，乌拉尔山到贝加尔湖以西分裂出2个高压中心，附近2个冷中心分别位于巴尔喀什湖以北和北疆。在关键区已有冷空气堆积并不断加强，冷高压面积宽广，低压中心则位于蒙古高原。从850 hPa高空形势(图4)看出，14日20时，随着高压中心的进一步东移南压，中心位置移到了蒙古高原，中心强度达160 dagpm。云贵一带为一低压环流，中心值为144 dagpm，关键区冷高压中心与重庆西部的位势高度差达10 dagpm[13]，冷空气势力较强。同时在贵州北部到重庆东南部有切变维持，合川区受切变线左侧的偏北风影响，偏北风引导冷空气入侵影响合川。15日20时，随着冷高压继续南压，切变线也随之南压至两广一线，合川区受冷平流控制，温度继续下降。16日08时随着中高纬低值系统的东移入海，整个重庆受南压东移的高压系统控制，冷空气影响随之结束。

2.2 地面形势

从地面形势(图5)看出，14日20时，冷高压中心位于贝加尔湖以西的萨彦岭，中心强度达1 065 hPa，藏南的低压中心强度为1 005 hPa，高、低压系统之间的气压梯度较大。随着冷高压东移南压，冷空气强度进一步增大。重庆境内等压线由之前的1条增加至6条。同时长江流域附近有冷锋出现，锋后强冷平流和锋前的强暖平流造成大气斜压性发展，使锋区附近产生较大的气压梯度和变压梯度[14]，合川3 h变压值为4.3 hPa，导致冷锋后部出现地面强风。与此同时，兰州与重庆的气压差达28.0 hPa，气温差达20℃。根据本站预报指标可知，兰州与指标站之间气压差≥13 hPa、气温差≥12℃，对强降温大风预报具有指示意义。随着冷空气被源源不断地输送到重庆西部地区，与暖湿气流交汇，形成了降水，但抬升动力条件不足，降雨较弱。15日20时，随着冷高压的南压，锋面系统东移至东南沿海一带；16日08日东移出海，冷空气对合川的影响逐渐减弱。

3 物理量特征

从2月14日08时沙坪坝的探空资料(图6)看出，08时整层大气的不稳定能量条件非常好，CAPE=5 205.7 J/kg，SI=—27.06℃，K=53℃，CIN=460.1 J/kg，表明大气极不稳定，有发生对流性天气的可能性。850 hPa到700 hPa风的垂直切变超过20 m/s，强的风速垂直切变也有利于对流发展，形成大风。2月12—14日，合川站的日平均气温较历年同期平均值显著偏高，其中12日偏高4.2℃，13日偏高3.9℃，14日偏高4.0℃，在前期气温明显偏高的情况下，冷空气来袭时降温幅度较大，前期偏高的气温也为大风的出现提供了热力不稳定条件。

4 预报模式检验

4.1 强降温的预报模式检验

用850 hPa的EC数值预报产品检验强降温的预报，分别从2个不同时次对850 hPa预报的温度变化情况(图7)分析，12日20时预报，气温从13日20时开始下降，15日降温幅度最大，整个过程降温幅度为13.2℃；13日20时预报，14日20时至15日20时，气温呈现下降趋势，主要降温时段发生在15—16日，整个过程降温幅度达13.8℃。从连续2 d的EC数值预报产品来看，预报趋势较为一致，13日20时预报的降温幅度略高于12日20时0.6℃，说明EC数值预报的850 hPa温度变化趋势及降温幅度较为稳定。

图72月12日20时和13日20时EC数值预报850 hPa温度变化情况

4.2 大风的预报模式检验

用EC数值预报产品10 m大风EFI指数进行检验，13日08时预报14日08时至15日08时合川区域内10 m大风EFI指数为0.9，14日08时预报的同时段10 m大风EFI指数则达到0.95。由此可见，EC数值预报产品10 m大风EFI指数预报较为稳定，且预报强度略有增加，说明EC数值预报产品对大风的预报趋势是比较明显和稳定的，预报产品基本可信。

5 结论

对2020年合川“2·15”强降温大风天气过程进行分析表明，1) 此次强降温大风具有降温幅度大、降温快、覆盖范围广、风力大、降雨弱、持续时间短等特点，整个过程持续时间为1 d，24 h最大降温幅度达9.3℃，最大风速达21.5 m/s，最大雨量仅3.4 mm。2) 高空横槽、低空急流、地面冷锋、蒙古冷高压是本次强降温大风天气的影响天气系统，横槽迅速转竖，冷锋与冷高压的快速东移南压，导致此次强降温天气过程的爆发。3) 较大的气压梯度和变压梯度、较高基础温度的热力不稳定、整层大气的能量不稳定条件及强的垂直风切变促进了强降温大风的发生。4) 850 hPa关键区冷高压中心与合川国家基本气象站的位势高度差达到10 dagpm及以上；冷锋南下过程中，兰州与合川国家基本气象站之间气压差≥13 hPa、气温差≥12℃，对强降温及大风预报具有较好的指示意义。5) EC数值预报产品850 hPa温度预报和10 m大风EFI指数具有一定的稳定性与可信度，对强降温与大风的预报有一定的参考价值。当850 hPa温度预报降温幅度达12℃时可作为强降温预报参考指标，当EFI指数达0.9时可作为大风预报参考指标。