黄石市2020年2月14—16日寒潮天气过程分析

潘梦莹 卫文芳 刘熠炎 童红梅 张新宜 吕灿九

摘要 利用常规观测资料、雷达回波和卫星云图等资料，对2020年2月14—16日黄石地区出现的寒潮天气过程进行综合分析。结果表明：（1）此次寒潮天气过程范围广、持续时间长、降温幅度大、阵风强，天气现象复杂，伴有雷电、雨雪等天气;（2）本次过程强降温主要是由于前期基础气温高、强盛冷平流、辐射降温、降水蒸发及冰雪融化等因素造成的;（3）充足的水汽条件、较强的上升运动、一定的不稳定条件及合适的层结条件，有利于黄石市雨雪天气过程发生，当整层温度均低于0℃且存在逆温层时，有利于形成降雪;（4）大风的形成与强冷平流的入侵、气压梯度、变压梯度及高空动量下传有密切关系。

关键词 寒潮;成因;强降温;大风

中图分类号：S426 文献标识码：B 文章编号：2095–3305（2021）04–0050–04

寒潮是我国重大的灾害性天气之一，寒潮天气过程是一种大规模的强冷空气活动过程。寒潮天气的主要特征是剧烈的降温和大风，有时还伴有雨、雪、雨凇或霜冻。寒潮能导致河港封冻、交通中断、牲畜和早春晚秋作物受冻，但它有利于小麦灭虫、盐业制卤等[1]。因此做好寒潮天气预报，服务于国防、经济生产部门，以便采取积极措施预防其危害，对避免和减少灾害损失具有相当重要的意义。近年来，许多气象工作者对复杂的寒潮天气过程进行了分析和研究，得出了许多成果[2-4]。利用常规观测资料，结合雷达回波和卫星云图等资料，对2020年2月14—16日黄石地区出现的寒潮天气过程进行综合分析，揭示此次寒潮成因，为今后寒潮天气的预报提供参考依据。

1 天气实况

2020年2月14—16日，黄石出现一次寒潮天气过程。本次过程14日08：00～16日08：00 48 h最低气温降幅为13.0℃～13.7℃，平均气温降幅11.5℃～12.9℃，16日早晨最低气温降至0.3℃～1.0℃（其中黄石0.8℃、大冶0.3℃、阳新1.0℃）。此次寒潮过程伴有8～9级，阵风10级的偏北大风，极大风速达到27.7 m/s，出现在2月14日23：35黄石的铁山区。

2月14日08：00～16日08：00 48 h累计降水量17.2～27.6 mm（图1）。其中，14日08：00～15日08：00，黄石北部普降中到大雨，南部小到中雨，14日夜间出现了短时雷雨大风天气。15日08：00～16日08：00，全市小到中雨转中到大雪，无积雪。

2 环流形势分析

2.1 高空500 hPa形势

在2020年2月14日08：00 500 hPa上（图2a），欧亚中高纬度为两槽一脊型，贝加尔湖附近为高压脊且高压脊强烈发展北伸形成阻塞高压，在阻塞高压东侧为一横槽、槽底部形成切断低压。阻塞高压东侧强偏北气流引导极地冷空气南下，在横槽内堆积，形成-40℃的冷中心。随后由于阻高后侧乌拉尔山脉附近有冷平流入侵，导致阻塞高压崩溃，横槽转竖，槽加深发展，槽后偏北气流带动冷空气大举南下。

2.2 中低层形势

700 hPa冷中心强度在-24℃以下，30°N～35°N附近等温线密集，5个纬距内温差达到15℃，强盛冷空气和西南暖湿气流的冷暖交汇于湖北省上空，斜压锋生加强（图2b）。

2020年2月15日08：00 850 hPa等压面上（图2c），黄淮、江汉、江淮西部地区出现偏北强风带，最大风速≥20 m/s，风向与等温线夹角接近90°，有强的冷平流。15日08：00 850 hPa上-4℃线位于湖北中部，0℃线位于黄石西北侧，东北干冷气流和东南暖湿气流在黄石上空交汇，强劲的东北风冷气流有利于低层冷垫的形成和维持;15日20：00 850 hPa的0℃线压至黄石市东南侧。

2.3 地面形势

从地面图上看（图2d），阻塞高压东侧的冷空气不断堆积，蒙古高压中心不断加强，中心强度高。寒潮路径为中路，冷空气经河套南下，移动速度快。13日08：00冷锋在内蒙古地区;14日08：00冷锋缓慢南压到华北黄淮一带，地面寒潮冷高压中心达到1 070 hPa，锋后等压线密集、气压梯度大，达到10 hPa每3纬度，降温明显，武汉和二连浩特温差达到31℃;15日08：00冷锋已经南压至湖南江西一带，低层冷垫形成; 20：00冷锋南压至华南;16日08：00冷高压明显南压减弱，此次寒潮天气基本结束。

3 强降温成因分析

3.1 基础气温

受地面暖低压影响，地面气温明显回升，2月14日日最高气温达到19.2℃～ 20.1℃，日最低氣温为13.3℃～14.1℃。寒潮前回暖显著，既有利于冷锋南下锋生加强，又加大了降温幅度。

3.2 温度平流

此次过程气温下降的主要原因是强冷平流造成的。高空冷平流越强，温度梯度越大，锋区就越强，越有利于发生寒潮。2月15日08：00 850 hPa临近黄石市北侧出现偏北强风带，最大风速≥20 m/s，风向与等温线夹角接近90°，冷平流强盛。风场与等温线夹角越大（接近90°），冷平流越强，降温程度越大。

3.3 非绝热因子

3.3.1 辐射降温 2020年2月16日早晨受高空槽后偏北气流控制，云系减少，晴朗少云，辐射降温明显，使降温幅度增大。

3.3.2 冰雪融化、降水蒸发 2020年15日08：00黄石市有降水发生，到14：00转为雨夹雪，20：00变为纯雪。降水蒸发和冰雪融化吸收周围环境大气中的热量，使地面气温持续下降，导致降温幅度进一步加大。

4 雨雪成因及相态转换分析

4.1 水汽条件

黄石市位于中低层切变线东南侧，有利于水汽的辐合抬升;切变线南侧的西南急流最大风速达到20 m/s，西南急流将暖湿空气向黄石市输送，为此次雨雪过程提供了充足的水汽来源。从物理量场上看，黄石市处于水汽通量散度负值区，水汽辐合，大量的水汽向黄石市输送;从探空图上看，湿层深厚，有利于降水的发生。

4.2 动力条件

黄石市位于500 hPa槽前正涡度平流，产生高空辐散，且在中低层切变线附近，风向、风速存在辐合。低层辐合，高层辐散，有利于上升运动。较强的上升运动可以触发不稳定能量的释放，为此次的雨雪天气提供有利的动力条件。

4.3 层结条件

15日08：00 850 hPa上-4℃线位于湖北中部，0℃线位于黄石市西北侧，湖北西北部地面温度在2℃以下，鄂西北大部出现小雨转雨夹雪或小雪、局部中到大雪;湖北东部700 hPa暖层温度在0℃以上，15日早晨仍以降水为主。在14：00前后地面气温仍在2℃～4℃，其他各层温度下降到0℃以下，黄石市出现雨夹雪;下午地面温度持续下降接近0℃，整层温度基本在0℃以下，转为纯雪。

从探空图上看（图3），2月15日08：00湿层高度垂直伸展到-10℃高度以上，有利于冰晶的形成;中低层存在明显逆温层，暖湿气流强盛;15日08：00 700 hPa和地面温度在0℃以上，以降雨天气为主;15日20：00整层温度基本低于0℃，有利于降雪的形成。

5 大风成因分析

5.1 气压梯度作用

在中高纬度，风场和气压场基本符合地转风、梯度风原理。根据地转风原理，气压梯度越大，风越大。14日08：00地面寒潮冷高压中心达到1 070 hPa，冷锋缓慢南压到华北黄淮一带，暖低压中心强度低于1 007.5 hPa，冷锋后气压梯度大，等压线密集;14日20：00冷锋逼近黄石市，气压梯度加大，风力加大; 14日23：35分黄石铁山区极大风速达到27.7 m/s;15日02：00冷锋压过黄石市。同时寒潮冷锋前有暖低压，暖低压与锋后的冷高压形成北高南低的地面气压形势，有利于偏北大风的出现，极大风速加大。14日23：00—15日18：00黄石市出现7～9级，阵风10级的寒潮大风，15日19：00风力开始减弱。

5.2 变压梯度作用

局地气压剧烈变化，水平气压梯度上形成变压风。变压风沿变压梯度风向吹，由高值变压区吹向低值变压区。14日20：00湖北中西部和河南一带△P3值基本大于50 hPa，△P3最大值中心达到70 hPa以上，位于宜昌襄阳地区;湖北中西部和河南以北△P24值大于100 hPa，△P24最大值中心达到200 hPa以上，位于山西南部。15日08：00湖北大部地区△P3值在20 hpa以上，△P3最大值中心值为37 hPa，位于湖北咸宁;湖北地区△P24值基本在150～200 hPa，湖北正处于△P24大值中心区（图4）。变压梯度越大，风力越强。在冷锋后最大风速出现在正变压中心附近，即变压梯度最大的地区附近[1]。

5.3 动量下传作用

风向发生顺时针转变，而风速随高度增加，高层动量较大。14日白天受地面暖低压控制，地面温度较高，夜间冷空气南下，层结不稳定，铅直交换强，空气的动量下传较强;14日20：00高空的风速达到20 m/s，夜间锋面过境，地面加压，锋后有下沉运动，空气动量向下传，使地面风速明显加大。

6 对流天气分析

6.1 雷达与卫星云图分析

6.1.1 雷达特征分析 从组合反射率上看，14日22：30孝感武汉咸宁沿线一带出现了大范围的带状回波区，回波强度普遍在30 dBZ以上，最强回波强度达到58 dBZ。回波逐渐东移，23：00（图5a）强回波区进入黄石市保安地区;在之后的东移过程中回波强度逐渐减弱，达到45 dBZ以上的回波零散分布，难以形成短时强降水;直至15日00：30（图5b），大片回波基本移出黄石市，移至黄冈地区。

从径向速度上看，14日22：30（图6a），速度图上等径向速度线为直线，各高度层风向基本为偏北风，并且出现一对“牛眼”结构;15日00：00（图6b）锋面已经移过武汉的雷达站，零速度线是风场的不连续线，即锋区的所在位置[2]。

6.1.2 卫星云图特征分析 从红外云图上看，2020年14日17：00在湖南北部生成对流云团，发展并向东北偏东方向移动。对流云团14日21：00（图7a）在黄石市西侧出现，呈椭圆形;15日00：00（图7d）从黄石市移出，进入黄冈地区，以雷暴天气为主。

6.2 探空图分析

从14日08：00探空图上看（图8），上下层温差大，850 hPa与500 hPa温差达到28.1℃，K指数37.1℃，SI值为负值，订正后CAPE值为341.3 J/kg，CAPE值较小，为雷暴的发生提供有利的不稳定条件。0℃高度为3 046 m，-20℃高度为6 026 m ，有适宜的0℃层和-20℃层高度，有利于雷暴的发生。14日20时探空图上，上干下湿，呈向上的喇叭口温湿廓线，垂直风切变较大，有利于大风的形成。

7 结语

利用常规观测资料，雷达回波和卫星云图等相关资料，对2020年2月14日—16日黄石地区出现的寒潮天气过程进行综合分析，得出以下结论：

（1）此次寒潮天气过程的气候特点是范围广、持续时间长、降温幅度大、阵风强、天气现象复杂，伴有雷电、雨雪等灾害性天气。

（2）此次寒潮天气过程的环流背景：高层中高纬度环流形势是两槽一脊型，500 hPa南北槽叠加，中低层切变线由西北向东南影响黄石市，西南急流旺盛，地面冷高压强盛。

（3）本次過程强降温的成因：受暖低压控制，前期基础气温高，冷空气强度强、有强的冷平流，冷锋南下迅速，导致降温剧烈，叠加辐射降温、降水蒸发和冰雪融化降温，导致本次寒潮过程降温幅度大。

（4）寒潮过程伴随着雨雪相态转化的复杂天气过程，较强的上升运动，充足的水汽条件，及合适的层结条件，有利于产生明显的雨雪天气;当0℃层高度迅速下降、整层温度低于0℃时，降水相态由雨转化为纯雪。

（5）由于冷空气不断堆积，产生强的气压梯度，地面迅速加压产生强的变压风，加之高空动量下传的共同作用，造成了本次过程8～9级，阵风10级的偏北大风。大风的形成与强冷平流的入侵、气压梯度、变压梯度及高空动量下传有密切关系。

（6）存在有利的不稳定条件，850 hPa与500 hPa温差达到28.1℃，K指数值37.1℃;上干下湿，呈向上的喇叭口温湿廓线，中层存在干层;0℃层高度3 km左右，-20℃层高度6 km左右，0℃层和-20℃层高度适宜，有利于雷暴大风强对流天气的产生。

参考文献

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[2] 牛若芸，乔林，陈涛，等.2008年12月2-6日寒潮天气过程分析[J].气象，2009，35 （12）：74-82.

[3] 张晓慧，盛立方，张红岩，等.渤海秋末初冬一次寒潮天气过程分析[J].海洋预报，2004（3）：51-56.

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责任编辑：黄艳飞