2018 年广西一次极端低温雨雪冰冻灾害成因分析

王军君，唐 熠，王艳兰

（桂林市气象局，广西 桂林 541001）

引言

自2008 年中国南方发生大范围低温冰冻天气后，极端低温事件引起广泛关注和研究［1-6］。极端低温雨雪冰冻灾害是影响广西冬季的灾害性天气之一，对农业、林业、电力、交通等行业有重大的影响。进入21 世纪以来，广西发生过三次较为严重低温雨雪冰冻灾害：2008 年1 月13 日至2 月5 日，强冷空气不断补充南下，使得广西出现50a 来最长的低温冰冻期，冰冻持续20d 之久；2016 年1 月23—28 日广西多地出现第一次降雪记录，强冷空气导致雪线到达华南沿海，为近50a 来最南雪线；2018 年12 月28—31 日，广西再次出现低温雨雪冰冻天气，这次过程雪线只是在广西北部一带，多站最低气温突破建站以来同期历史记录，达到极端事件标准。许多科研业务工作者从不同角度对南方低温雨雪天气进行了研究，取得了有意义的结果。丁一汇等［2］指出造成2008 年南方持续低温冰冻天气的主要原因为欧亚1月阻塞形势的异常发展和大气环流形势持续稳定，孟加拉湾和南海出现持续的大量暖湿空气向北输送；高安宁等［3］指出蒙古横槽南压分裂小槽东移，使地面冷高压强度突然增强并爆发南下，是造成华南寒潮天气的起因；李灿等［7］研究表明低层冷垫上空暖湿气流强盛，垂直结构逆温长时期维持是南方极端低温冰雪过程的重要特征。本文从环流形势、锋区结构、水汽条件等方面特征对2018 年12 月28 日至31 日广西发生的一次极端低温事件的成因进行分析，寻找广西极端低温事件的预报着眼点，为今后的低温雨雪预报预警提供参考依据。

1 资料和方法

所用资料包括：2018 年12 月28 日至2019 年1月2 日广西地面气象观测站气温等观测资料，FNL（1°×1°）逐6h 每日4 次再分析资料，1998 年至2018年NCEP（2.5°×2.5°）逐6h 每日4 次再分析资料。通过气候统计和合成方法，结合天气学诊断方法，从环流形势、热力条件、锋区结构、水汽条件等方面揭示此次极端低温雨雪天气的特点及其成因。其中500hPa 与地面环流形势分析用的NCEP（2.5°×2.5°）资料，其余均用FNL（1°×1°）资料。

2 过程特点及灾情

据广西地面观测资料统计，2018 年12 月28—30 日，广西各地降温幅度5.5～9.2℃，其中崇左市大部及合浦、平果、德保等地降温幅度达8～9℃。过程最低气温：桂北-3～0℃，桂中1～4℃，桂南5～8℃；高寒山区-8～-4℃。广西有328 个乡镇最低气温降至0℃以下，最低出现在桂林资源瓜里乡，达-8℃。其中，30 日融水和柳州最低气温分别为-1.0℃和-1.1℃，均打破当地建站以来12 月同期最低记录。另外，南宁、雁山、融安、融水、柳城、鹿寨、沙塘、柳州、柳江、环江、罗城11 个站日平均气温创下当地建站以来12 月日平均气温新低。2018 年12 月29 日至2019 年1 月1 日，全区平均气温连续4d 低于8℃，其中12 月30—31 日连续2d 低于4℃，为近50a 来12 月下旬少有。广西北部和中部、南部降水相态有明显差异，桂北出现雨夹雪或小雪天气，部分地区出现结冰或冻雨，全区共出现冰冻36 站日、雪54 站日、冻雨31 站日，为2003 年来12 月冻雨最多的过程，而桂中、桂南以小雨到中雨天气为主，未出现降雪或冻雨。据统计，此次过程共造成广西2.83 万人受灾，直接经济损失6303 万元，低温冰冻灾害主要出现在桂北，受灾的经济作物有砂糖橘、沃柑、百香果、柿子、甘蔗等。

3 环流特征及成因分析

3.1 500hPa 环流形势

在强冷气影响广西前，2018 年12 月25 日12时，乌拉尔山与贝加尔湖之间有一个强而稳定的阻塞高压，中心达548dagpm，比常年同期偏高24hdagpm 以上，在贝加尔湖有一个强盛的冷性低涡，中心强度达488dagpm，且持续稳定在50°N 以北，冷中心温度达-52℃，贝加尔湖至新疆一带有一东西向的横槽，有利于强冷空气在我国北方不断堆积，随着横槽转竖，槽后强盛的西北气流引导北方强冷空气向华南输送，另一个低槽区位于乌拉尔山以西到巴伦支海。强冷空气影响广西时，到12 月30 日12 时，亚洲中高纬呈两槽一脊的环流形势，中纬度有小槽东移，在横槽前面出现阶梯槽的疏散结构，预示着横槽将转竖并向南加深，将引导北方强冷空气大举南下。到2019 年1 月1 日12 时，500hPa 横槽转为竖槽，位于我国东北附近，地面冷锋已完全进入南海，强冷空气影响广西基本结束。此次过程副高强度大于常年同期，整个冷空气影响过程前、中、后期，588hPa 线北界都接近20°N，冷空影响时，副高稍有南落，明显高于常年同期的15°N，副高的异常偏强有效阻止冷空气的向南扩散，造成广西南北温差较大的温度分布。

3.2 地面冷高压强度

由12 月28 日—31 日海平面气压平均场（图略）可见，整个亚欧大陆由大陆强冷高压控制，冷高压中心位于贝加尔湖与乌拉尔山之间，平均强度达到1055hPa，比常年同期偏高24hPa 以上，29 日高压中心强度达1070hPa（图略），等压线密集，整个中国大陆都处于强盛的冷高压控制之下，1035hPa 线南压至广西地区，如此强大的冷源实属罕见。

4 物理机制分析

4.1 850hPa 的0℃线位置

850hPa 0℃线一般预示着广西雪线的位置。12月27—31 日，850hPa 温度场上华南地区维持一个等温线密集区，为锋区位置所在，随着强冷空气向南推进，广西上空等温线更加密集，0℃线于12 月30日南压至24°N，导致广西北部大部出现冻雨或雨夹雪天气，而广西中部、南部850hPa 基本高于0℃，只是以降雨为主，没有出现降雪。计算（20°N，110°E）与（30°N，110°E）的南北温度差，28—31 日平均温度差可达20℃，其中28 日20 时，随着强锋区南压，（30°N，110°E）温度降至-10℃，20°N 与30°N 温度差达到22℃，超过广西寒潮爆发时平均锋区强度20℃的临界值，冷空气异常强盛，为这次过程提供了较好的热力和动力条件。

4.2 锋区结构特征

冷暖空气交汇形成锋区是低温雨雪的主要原因，为了更好了解这次过程期间锋区的垂直结构及特征，沿110°E 作假相当位温及温度的垂直剖面图（图1）。以320K、284K 分别作为锋区的上、下界，28日20 时，锋区北界位于28°N 附近，南界伸至20°N附近，锋区内等温线密集，28°N 以北有明显逆温层，此时广西上空逆温层不明显。随着强冷空气南下，当强冷空气主体影响广西时，即12 月30 日12 时锋区北界到达22°N 附近，锋区南界到达18°N 附近，广西上空锋区内等温线较28 日更加密集，锋区内逆温层在24°N 附近非常明显，在850～700hPa 之间有一明显＞0℃的暖层，中层的暖层为融化层是冻雨形成的有利条件，广西北部低层气温在0℃以下；而广西中部、南部逆温层不明显，其上空600hPa 以下基本都大于0℃，因而不利于冻雨或降雪，主要为降雨为主。由上述分析可知广西北部和中部、南部上空的锋面垂直结构有明显差异，北部明显的逆温层、中层暖层及较低的低层温度有利于降雪或冻雨的发生，而中部、南部上空不存在明显逆温，虽然温度也较低，但都在0℃上，不利于降水相态由雨向雪的转变。

图1 沿110°E 作假相当位温（彩色等值线单位：K）与温度垂直剖面（黑色等值线≥0℃，虚线＜0℃，单位：℃）

5 水汽输送特征

5.1 相对湿度分析

充沛的水汽条件是雨雪天气的必要条件。沿110°E 作相对湿度的纬度－高度垂直剖面图（图2，阴影区为相对湿度≥80%的区域），通过分析发现，2018 年12 月28 日24°N 以南，广西相对湿度从低层到高层都较小，表明在冷空气影响前期空气较干，不利于降水；而在24°N 以北从地面到700hPa 相对湿度基本在90%以上，中低层水汽呈基本饱和状态，有利雨雪天气的发生。到12 月30 日，强冷空气南下影响广西时，广西的湿层明显增厚，广西北部湿层延伸至500hPa 附近，中低层水汽都呈饱和状态，广西中部、南部的相对湿度也明显增大，有利于雨、雪天气的发生与维持。

图2 沿110°E 相对湿度的纬度－高度剖面

5.2 水汽通量散度分析

分析出现降雪时的700hPa 和850hPa 的水汽通量散度和流场分布图（图略），700hPa 广西上空有大于12m·s-1的西南暖湿急流影响，形成一条水汽辐合带，将孟加拉湾水汽往广西上空输送，水汽辐合中心为－1.2×10－5g.hpa－1·cm－2·s－1，而在850hPa 广西基本为东南气流控制，将南海水汽往广西上空输送，形成另一条水汽辐合带。尽管两条水汽输送带水汽来源不同，但是强度相当，从850hPa 到700hPa 都有较强的水汽辐合，表明这次过程水汽条件深厚，充沛的水汽条件有利于这次低温雨雪冰冻过程的发生发展。

6 结论与讨论

利用地面气象观测站气温等资料、NCEP 和FNL 再分析资料，分析了2018 年12 月广西一次极端低温雨雪冰冻天气过程的环流特征、冷空气强度、锋区结构特征及热力、水汽条件等，得到以下结论：

（1）中高纬度乌拉尔山阻塞高压强而稳定，贝加尔湖有一个强盛的冷性低涡，500hPa 冷中心温度达－52℃，贝加尔湖至新疆一带有一东西向的横槽，有利于强冷空气在我国北部不断堆积，地面冷空中心气压达1070hPa，为低温雨雪过程提供了强大的冷源。副高的异常偏强有效阻止冷空气的向南扩散，造成广西南北温差较大。

（2）副热带锋区强盛，850hPa 南北温度梯度达22℃，为这次过程提供了较好的热力和动力条件，0℃线只南压至24°N，锋区的结构上，锋区内逆温层在24°N 附近非常明显，在850～750hPa 之间有一明显＞0℃的暖层，为冻雨形成的有利条件，且广西北部低层气温在0℃以下，而桂中、桂南逆温不明显，600hPa 以下基本大于0℃，从而造成了广西北部和中部、南部降水相态的明显区别。

（3）700hPa 和850hPa 水汽来源不同，但均具有较强的水汽辐合，强冷空气影响时广西北部的湿层延伸至500hPa 附近，广西中部、南部的湿层也明显增强增厚，持续且深厚水汽输送为这次低温雨雪冰冻过程提供有利的水汽条件。

2008 年和2016 年广西均出现了极端低温雨雪冰冻灾害，2008 年低温冰冻天气持续时间达20d 之久，降水相态以冻雨为主，2016 年广西出现了大范围的降雪天气，多地出现建站以来第一次降雪记录，雪线南压至广西沿海，为近50a 最南雪线，而2018年低温冰冻虽然时间不长，雪线也只是出现在广西北部，但其造成的低温冰冻灾害不亚于2016 年，广西各地市最低气温比2016 年过程更低，三次过程的环流特征、热力结构、锋区结构及水汽条件会有怎样的区别，下一步将对其进行更深入的分析。