永嘉县2020年12月中旬一次冷空气过程诊断分析

徐婵婵，陈锴来，周建辉，戴益斌，张静静

永嘉县气象局，浙江永嘉 325100

寒潮是冬半年影响我国最主要的灾害性天气，是判断反常气候的重要标志。寒潮带来的低温雨雪冰冻天气不仅会导致人体免疫功能下降、引发呼吸疾病，同时对农业、牧业等造成破坏，直接影响到人民群众的生活[1]。李进等[2]通过诊断分析，给出了杭州典型大雪天气发生时的概念模型和预报指标。沈玉伟等[3]在2010年冬季浙江2次强降雪过程分析发现水汽通量大值区的演变与降雪过程有较好的对应关系。周弘媛等[4]通过对大气环流和物理量诊断分析发现强劲的西南暖湿气流、北方强冷空气、中低层逆温的存在及有利的温度配置都是造成2018年1月下旬浙江大范围低温雨雪天气的主要原因。他们认为全球变暖的大背景下，低温雨雪冰冻灾害的发生具有减轻趋势，但是对其预报难度较大，加上浙江经济社会的高速发展，低温雨雪冰冻对农业生产、交通运输、电力通信及人民生活等方面的影响也愈加严峻。因此，加强对其规律的认识，并进一步做出较为准确的短期气候预测对减少国民经济的损失有着重要意义[5-6]。

本文利用浙江省永嘉国家气象观测站的常规气象观测资料和MICAPS资料，采用天气学原理和天气动力学诊断分析方法，对永嘉县2020年12月中旬出现的一次冷空气过程进行诊断分析和总结，以期进一步提高对影响本地冷空气的科学认识，为今后冷空气天气的监测预报预警和防御提供参考依据，提升全民的气象防灾减灾能力。

1 天气实况

2020年12月12日 至12月17日，永嘉县出现了一次明显的低温雨雪冰冻及大风天气，对交通运输、农林业生产、城市生活等多个方面造成了较为不利的影响。

受此次冷空气影响，永嘉县于13日开始降温，15日平均气温达到过程最低；永嘉站过程极端最低气温3.2℃，北部山区-4℃～0℃，其中全县最低气温为溪下罗垟（海拔885 m）-4.4℃（出现于15日08:00），其次为云岭九龙山（海拔784 m）-3.8℃（出现于15日08:00）、溪下陈山头（海拔898 m）-3.7℃（出现于16日02:00）。另外，全县3个气象站点出现5级大风天气，碧莲、界坑、溪下、岩坦、茗岙等乡镇于14日出现降雪，并有积雪。

12月13—15日，日最低气温48 h内降温幅度永嘉国家气象观测站为8.9℃，且日最低气温下降至3.2℃。根据中华人民共和国国家标准《冷空气等级》（GB/T 20484—2017）可知，此次永嘉县主要受强冷空气影响。

2 环流形势分析

2.1 500 hPa环流形势

12月12日08:00~17日08:00，500 hPa环流形势基本为一槽一脊型。12日08:00，里海附近有一切断低涡，中心值为548 dagpm，并伴有一个-28℃的冷中心，冷空气在这一带堆积。12日08:00~14日08:00，低涡位置略微东移南压，南支槽东移，槽后西北气流引导冷空气南下，14—17日永嘉由西北气流逐渐转西南急流控制。

2.2 850 hPa环流形势

12月12日08:00，西西伯利亚一带为一高压环流控制，并且蒙新高地及河套地区附近也有一较弱高压中心，贝加尔湖附近有一个-24℃的冷中心，冷空气在这一带堆积。高压中心不断东移南压，引导原在西西伯利亚的冷空气不断南下，14日08:00，高压南压至河南湖北境内，中心为156 dagpm，永嘉地区受切变南边偏北气流影响，出现降水；16日08:00，全县已转偏东风，降水逐渐减弱、停止；14日08:00~15日20:00，受高压环流影响，152 dagpm等值线控制浙江并于16日08:00加强为156 dagpm等值线；17日08:00，156 dagpm线东移入海。

2.3 地面形势

12月12日08:00，冷空气在蒙新高地附近堆积形成冷高压，中心值1 057.5 hPa，随后冷高压不断加强并缓慢向南推进，冷空气经河套地区不断南下，冷锋直达长江中下游地区，可见，此次冷空气过程为典型的中路冷空气。13日20:00冷空气前锋已压至福建境内，同时冷高压开始减弱，内蒙古中部地区生成一新的高压中心，中心值基本维持在1 045 hPa左右，高压中心稳定、少变。而永嘉为1 020 hPa等压线控制，14日08:00~16日20:00逐渐加强为1 030 hPa等压线控制，17日08:00内蒙古高压减弱消失，永嘉虽仍处于1 030 hPa等压线控制，但冷空气影响减弱；17日20:00冷空气影响基本结束（图1）。

图1 12月13日20:00 500 hPa和地面形势图

3 强降温成因分析

某地温度的变化可用热流量方程来表示：

式中：第一项为温度平流项，考虑平流冷暖性质和强度；第二项为垂直速度对局地气温变化的影响，ω在近地层近似为0，可不考虑；第三项为变压和气压平流引起的温度变化，局地变化微小，可不考虑；第四项为非绝热因子项，考虑辐射、水汽凝结、蒸发和地面感热对气温的影响，气温非绝热变化主要表现为气温的日变化和气团变性，但这次冷空气期间有大范围的锋面云系，太阳辐射和地表辐射引起的日变化较小，故此项也不考虑。因此，本节只讨论850 hPa上冷平流的演变情况。

分析12月12日08:00~17日20:00 850 hPa的温度平流场可知，12日20:00内蒙古西部的冷平流区逐渐朝东南方向发展，14日08:00，冷平流区覆盖浙江省大部分地区。同比实况，永嘉于14—16日出现强冷空气天气，15日平均气温达到过程中的最低。

4 雨雪冰冻天气的成因分析

4.1 水汽通量场

从13—15日水汽条件上看，850 hPa以下浙江沿海有1条NE-SW走向的水汽输送带，水汽通量中心值有14-16 g/（s·hPa ·cm），而陆地上水汽条件没有明显优势，但700 hPa表现完全不同，13—16日24°N~30°N上有W-E走向的强水汽输送，永嘉地区在14日凌晨条件最为有利，中心极值达到10~12 g/（s·hPa·cm），说明虽然低层水汽条件一般，但中层上相对极为有利，正是如此其为永嘉的雨雪天气提供了较为充分的水汽来源（图2）。

图2 850 hPa、700 hPa水汽通量图

4.2 单站高空资料分析

根据以往对冰冻雨雪天气层结特征的研究结果可知，雨雪天气通常具有“冷—暖—冷”的垂直结构，且必然存在逆温层。从洪家和衢州探空资料可知（表1~表2），雨雪冰冻天气过程期间，洪家站上空基本存在两冷夹一暖的结构，而衢州站上空温度垂直结构条件不是十分优越，但也存在明显的逆温层，暖湿气流与冷空气的共同影响，为雨雪的产生创造了有利条件。

表1 洪家站2020年12月12—17日500~925 hPa各层的日平均气温 ℃

表2 衢州站2020年12月12—17日500～925 hPa各层的日平均气温 ℃

5 总结

（1）这次冷空气天气过程产生的环流背景：中高纬度环流形势主要维持一槽一脊型，低涡中心位置东移南压至巴尔喀什湖西南，南支槽东移，槽后西北气流引导冷空气南下，随后冷涡中心减弱消失。

（2）此次冷空气天气过程的路径属于中路型，冷空气主力自关键区经河套一带南下至长江中下游。

（3）冷涡、冷高压环流和地面冷高压是这次冷空气天气过程产生的主要天气系统。

（4）探空资料925～500 hPa温度层结分析表明，两冷夹一暖的层结结构以及活跃的暖湿气流与冷空气的共同影响为雨雪的产生创造了条件。