乐平3次寒潮天气过程的路径与温度对比分析

盛梦婷，马中元，陈鲍发，黄龙飞，李燕玲

(1.江西省气象科学研究所，南昌 330046；2.乐平市气象局，乐平 333300；3.景德镇市气象局，景德镇 333000)

0 引言

寒潮天气是中国冬季灾害性天气之一，是在一定环流形势下大范围的强冷空气活动过程，其主要特点是剧烈降温和大风，并伴有雨雪、霜冻、结冰，对农业生产、交通运输、居民生活都有严重的影响。

国内外学者对寒潮天气系统、寒潮的路径、成因、预报指标等方面多有研究[1-3]，指出：500 hPa上贝加尔湖东部的冷涡引导冷空气以及地面冷高压南下是引发寒潮爆发的根本原因。乌拉尔山阻塞形势的崩溃与寒潮爆发密切相关，500 hPa正涡度区与槽前锋区配合一致，更有利于引导强冷空气东移南下。低层强冷平流对地面加压降温作用至关重要，涡度平流使得高空动量下传，加大地面冷高压强度，造成强烈的降温，850 hPa存在强盛的冷平流，是产生寒潮天气的主要原因。薄文波针对1次冷空气过境过程，对船载风廓线雷达探测结果与实况传真图进行比较分析，以期对船载风廓线雷达使用人员有所帮助。刘铁军[4]等对1次强冷空气海浪场进行数值模拟，结果表明模拟数据与观测数据在走势上保持一致。这些研究成果为文章研究提供了理论和参考依据。

2020年12月中旬至2021年1月上旬，江西在1个月内连续出现3次寒潮天气，历史罕见。第1次寒潮天气过程出现在2020-12-13—2020-12-15(简称过程Ⅰ)，持续时间较短、瞬时风力强、伴有小雨和雨夹雪；第2次冷空气过程出现在2020-12-29—2020-12-31(简称过程Ⅱ)，降温幅度大、以晴冷天气为主、持续时间较长；第3次冷空气过程出现在2021-01-06—2021-01-09(简称过程Ⅲ)，晴冷时间更长，最低温创近年新低，并伴有小雪。乐平市位于江西东北部，受到3次寒潮天气过程不同程度的影响。

文章通过对3次寒潮天气过程的冷锋路径、最高最低气温、乐平单站气温和850 hPa气温等对比分析，为乐平市寒潮天气过程的预警预报提供参考依据。

1 资料来源

天气资料来源于MICAPS系统平台常规气象观测资料；地面资料来源于江西自动站数据平台；逐小时地面观测资料来源于乐平国家观测站；数值预报产品来源于欧洲中心数值预报温度产品。

2 寒潮划分标准及实况对比分析

2.1 寒潮划分标准

根据中国气象局提出的《寒潮等级》中对单站寒潮的规定，将寒潮划分为3个等级：

1)寒潮：使当地日最低(或日平均)气温在24 h内降温幅度≥8 ℃，或48 h内降温幅度≥10 ℃，或72 h内降温幅度≥12 ℃，而且使该地日最低气温≤4 ℃ 的冷空气活动；

2)强寒潮：使当地的日最低(或日平均)气温在24 h内降温幅度≥10 ℃，或48 h内降温幅度≥12 ℃，或72 h内降温幅度≥14 ℃，而且使该地日最低气温≤2 ℃的冷空气活动；

3)特强寒潮：使当地的日最低(或日平均)气温在24 h内降温幅度≥12 ℃，或48 h内降温幅度≥14 ℃，或72 h内降温幅度≥16 ℃，而且使该地日最低气温≤0 ℃的冷空气活动。

2.2 实况对比分析

1)过程Ⅰ：如表1所示，区域站前期最高气温18.5 ℃，过程降温8～10 ℃，其中乐平市城区13日最低气温9 ℃，14日降至0.9 ℃，15日降至-0.3 ℃，24 h降温8.1 ℃，48 h降温9.3 ℃，地面偏北风明显加大；国家站13日下午到晚上出现了16.6 m/s瞬时大风，达到寒潮标准。14日白天出现雨夹雪天气，局部地区小到中雪。但16日气温明显回升，最低气温升至2.7 ℃。此次寒潮特点是降温明显、瞬时风力强，但低温仅降至0 ℃附近，且持续时间较短。

表1 2020年12月中旬至2021年1月上旬乐平3次寒潮天气过程天气要素和天气现象统计

2)过程Ⅱ：前期最高气温与过程最低气温落差更大，12月28日乐平市区最高气温17.3 ℃，区域站最高气温20.3 ℃；1月1日乐平市区最低气温达-6.2 ℃，区域站最低-8.2 ℃。过程最低气温持续下降，48 h最大降幅仅有8.3 ℃，即从29日的2.5 ℃降至31日的-5.8 ℃，冷空气大风达15.5 m/s，仅达到寒潮蓝色预警级别。但最低气温低，31日为-5.8 ℃，1月1日为-6.2 ℃，为2016年2月以来的最低气温。此次寒潮的特点是前后气温落差大，极端最低气温更低，且持续时间长，31日、1日、2日连续3 d乐平市区最低气温降至-5 ℃以下。

3)过程Ⅲ：极端最低气温再创2016年以来的新低，9日乐平城区降至-7.6 ℃。从最低气温的降温幅度看，6日5.4 ℃、7日0.7 ℃、8日-5.0 ℃，48 h降温幅度10.4 ℃，达到寒潮标准。区域站偏北风力明显弱于前2个过程，最大10 m/s，并伴有小雪。但前期温度并不高，区域站1月5日最高气温仅11.8 ℃。此次寒潮的特点是最低气温超低，且持续时间长，受寒潮影响，1月8—14日连续7 d降至0 ℃以下，8-10日和12日最低气温降至-5 ℃以下。

3 3次寒潮天气过程冷锋路径

图1是影响乐平的3次寒潮天气过程的冷锋路径中分析图，2020-12-12T08：00(图1a)，500 hPa高空冷涡在中国东北角形成并加深，与之伴随的横槽位于黑龙江至蒙古中南部，强冷空气在槽后贝加尔湖西南方向堆积，地面冷高压中心达1060 hPa，13日08：00，横槽转竖，东移南摆，引导地面强冷空气大举南下，影响中国东部大部分地区，13日20：00，安庆850 hPa气温降至-8 ℃，南昌降至-0.1 ℃。

2020-12-28T08：00(图1b)，位于黑龙江东北部鄂霍茨克海附近的500 hPa高空冷涡不断加深，冷温中心达-45 ℃，与之伴随的低槽很深，位于黑龙江经蒙古中南部至河套以西，强冷空气在槽后贝加尔湖西南方向堆积，地面冷高压中心达1，072.5 hPa；29日08：00，低槽东移，引导地面强冷空气南下；30日08：00低槽已移到渤海—长江中下游，赣北至浙北为西南偏西气流，此时，安庆850 hPa气温已降至-14 ℃，南昌降至-9 ℃。30日20：00，低槽继续东移，赣北与浙北转为偏西风，南昌850 hPa气温降至-11 ℃，达过程最低温度。

2021-01-05T20：00(图1c)，500 hPa高空冷涡位于黑龙江东北的鄂霍茨克海附近，冷温中心达-45 ℃，强冷空气在贝加尔湖西南方向堆积，500 hPa冷温中心达-52 ℃，地面冷高压中心达1070 hPa，与高空冷涡相伴随的横槽位于黑龙江西部至蒙古中部，此时蒙古以南、长江以北的大部分地区已转为西北风，表明前期已有冷空气侵入。6日08：00，横槽转竖，引导贝加尔湖附近的强冷空气南下，7日08：00，低槽移入海，8日08：00，安庆850 hPa气温已降至-15 ℃，南昌降至-11 ℃。

图1 江西3次寒潮天气过程冷锋移动路径中分析(a)2020年12月12-13日；(b)2020年12月28-30日；(c)2021年1月5-7日

4 3次寒潮天气过程的气温变化特征

4.1 最高最低气温分布

2020年12月中旬至2021年1月上旬，江西出现3次寒潮天气过程，乐平市受到不同程度影响。从最低气温降幅看，2020-12-12T08：00—2020-12-15T08：00，最低气温24 h最大降幅达8.1 ℃，48 h降温9.3 ℃，达到寒潮黄色预警标准(过程Ⅰ)。2020-12-28T08：00—2021-01-01T08：00，最低气温48 h最大降幅8.3 ℃，仅达到寒潮蓝色预警(过程Ⅱ)。2021-01-06T08：00—2021-01-09T08：00，最低气温48 h最大降幅为10.4 ℃，达到寒潮黄色预警(过程Ⅲ)。

3次寒潮天气过程的最高、最低气温差在一定程度上能反映寒潮天气的强弱程度。过程Ⅰ在乐平地区地面最高、最低气温差为16.4 ℃；过程Ⅱ最强，温差达23.5 ℃；过程Ⅲ温差为16.7 ℃。寒潮天气过程中，江西省内测站最高气温与最低气温的差距较大，婺源在过程Ⅱ观测达25.9 ℃，为最强。

3次寒潮天气过程的极端最低气温及最低气温的持续时间也能在一定程度上反映寒潮的剧烈程度。过程Ⅰ最低气温-0.3 ℃，仅12月15日的气温在0 ℃以下；过程Ⅱ(12月31日、1月1日、1月2日)连续3 d最低气温降至-5 ℃以下，最低达-6.2 ℃；过程Ⅲ有4 d最低气温降至-5 ℃以下，最低达-7.6 ℃，为乐平地区2016年2月以来的新低。

4.2 850 hPa与地面最低气温对比

过程Ⅰ，850 hPa南昌08：00与20：00的最低气温均出现在12月14日，08：00为-2 ℃，20：00为-4 ℃，地面最低气温-0.3 ℃，出现在14日凌晨。

过程Ⅱ，850 hPa南昌08：00与20：00的最低气温均出现在12月30日，08：00为-9 ℃，20：00为-11 ℃，地面最低气温-6.2 ℃，出现在12月31日凌晨。

过程Ⅲ，850 hPa南昌08：00与20：00的最低气温均出现在1月8日，08：00为-11 ℃，20：00为-9 ℃，地面最低气温出现在1月8日，为-7.6 ℃。

4.3 数值预报与实况对比

由于过程Ⅱ和过程Ⅲ的最低气温均降至-5 ℃以下，为2016年2月以来的最低气温，这种极端的低温较为罕见。将欧洲中心数值预报的气温预报与实况进行对比，考察数值预报产品与地面实况的误差(过程Ⅰ略)。

过程Ⅱ(2020-12-30—2021-01-02)，欧洲中心05：00气温的预报值与05：00乐平站实况最低气温对比，可以看到预报值与实况值非常接近，误差均在-2 ℃以内，最小误差为0.2 ℃，出现在1月2日05：00，最大误差1.4 ℃，出现在12月31日05：00。

过程Ⅲ(2021-01-07—2021-01-10)，将欧洲中心05：00气温的预报值与05：00乐平站实况最低气温对比，可以看到预报值与实况值大部分误差在-2 ℃以内，最小误差为0.1 ℃，出现在1月10日05：00，最大误差2.2 ℃，出现在1月9日05：00。

4.4 极端气温的变化曲线

3次过程中，每次过程选5 d，对02：00、08：00、14：00、19：00、20：00的国家站气温进行5 d平均，对比3次过程平均值的变化。

1)过程Ⅰ为2020-12-12—2020-12-16各时次的平均气温，其中02：00的平均气温为5.36 ℃，08：00为4.54 ℃，14：00为9.68 ℃，19：00为6.44 ℃，20：00为6.3 ℃；

2)过程Ⅱ为2020-12-28—2021-01-01各时次的平均气温，其中02：00平均气温为2.6 ℃，08：00为1.62 ℃，14：00为7.88 ℃，19：00为3.34 ℃，20：00为2.28 ℃；

3)过程Ⅲ为2021-01-05—2021-01-09各时次的平均气温，其中02：00平均气温为2.08 ℃，08：00为0.96 ℃，14：00为6.2 ℃，19：00为2.88 ℃，20：00为2.38 ℃。

对比3次寒潮天气过程最低气温，过程Ⅲ气温最低。

由此可见，过程Ⅲ与过程Ⅰ的气温变化曲线基本平行。08：00与14：00的气温差为5～6 ℃，在出现-5 ℃以下的极端低温过程时，08：00的平均气温在0 ℃附近，14：00气温在6～8 ℃或以下。

5 冷空气大风的分布

从3次寒潮天气过程极大风速分布来看(图2)，影响江西的冷空气大风，主要从长江口灌入，沿赣江河谷自北向南移动；从彭泽、都昌至进贤一线为冷空气极大风速分布区，随着大风强度的增强，范围向周边扩展，在其左右分别出现8级大风；而乐平与赣江之间有一定距离，受冷空气大风的影响较小，3次过程均未出现8级以上大风，仅过程Ⅰ和过程Ⅱ达到7级大风，过程Ⅲ最大风速仅为10 m/s。从大风的影响范围与强度看，过程Ⅱ最强，都昌与进贤的最大风速达26～28 m/s(10级)；过程Ⅰ次之，达22 m/s(9级)；过程Ⅲ最弱，仅16 m/s(7级)，未达到8级大风标准。

图2 3次寒潮天气过程极大风速分布：(a)过程Ⅰ；(b)过程Ⅱ；(c)过程Ⅲ

6 结束语

文章主要从冷锋路径、气温变化和大风分布等方面，对2020年12月中旬至2021年1月上旬，影响乐平市的3次寒潮天气过程进行对比分析，主要结论如下：

1)过程Ⅰ降温明显、瞬时风力强，但是低温仅降至0 ℃附近，移动速度较快且持续时间较短；过程Ⅱ前后气温落差大，极端最低气温低，连续3 d最低气温降至-5 ℃以下，移动稍慢；过程Ⅲ最低气温最低，持续时间更长，连续7 d降至0 ℃以下，但冷空气大风强度明显弱于前2次过程，移动稍慢。

2)冷空气发源地均位于贝加尔湖，冷空气在此堆积，高空横槽南摆、转竖和低槽东移，引导强冷空气东南下侵入江西，之后经东南沿海等地入海。

3)过程Ⅰ和过程Ⅲ在24 h内最低气温下降8 ℃或48 h内下降10 ℃，达到黄色预警标准；而过程Ⅱ仅48 h内最大降幅为8 ℃以下，达到蓝色预警标准，过程Ⅱ达23～25 ℃，远高于过程Ⅰ与过程Ⅲ；过程Ⅲ最强，有4 d在-5 ℃以下，过程Ⅱ有3 d，均远强于过程Ⅰ。

4)3次过程分析表明，乐平地面最低气温要降至0 ℃或以下，850 hPa最低气温必须降至-4 ℃；地面出现-5 ℃或以下的极端最低气温，850 hPa最低气温要降至-11 ℃附近。

5)欧洲中心的最低气温预报值与实况值较为接近，基本上误差均在±2 ℃以内，只有过程Ⅲ的实况气温较预报偏低2.2 ℃，但整个下降趋势符合寒潮气温下降的规律。

6)强冷空气主要沿赣江河谷自北向南侵入江西，彭泽、都昌、进贤一线容易出现冷空气大风，而乐平受冷空气大风的影响相对较小。