影响延边东部气温预报失误的持续性低云过程分析

徐昌龙，冯景瑜，张莹莹，隋 妍

延边朝鲜族自治州气象局，延边延吉 133001

长期以来，有很多有关气温预报的影响因素方面的研究[1-3]。例如，孙敏等通过检验上海地区连续两天最高气温预报失败案例，发现预报失误原因主要是对天空状况判断失误和对冷空气影响时间判断失误[4]。

2022 年12 月22 日20:00—23 日20:00，吉林省延边朝鲜族自治州大部分地方出现小雪，全州城区平均降水量为2.8 mm，其中和龙、龙井出现中雪，为4.0 mm。本次降雪在12月23日18:00已完全结束，但延边东部(延吉、图们、珲春)气温反而逐渐升高，且23日夜间(23日20:00—24日08:00)延吉站气温仍继续升高，图们、珲春站气温也仅在24日05:00之后有小幅下降，导致3个站最低气温均出现在12月23日20:00，分别为-15.5、-14.0和-12.0 ℃。试图找出影响延边东部气温预报失误的原因，为今后类似预报过程积累经验。

1 低云天气过程预报检验及方法

针对本次过程，延边州气象台12月23日14:00预报延吉、图们、珲春23日夜间为多云间晴，预报最低气温分别为-18 ℃、-17 ℃和-16 ℃。相较于实况，天空状况和气温的预报均出现了较大的偏差。

从天空状况看，23日20:00(图1a)低云量在八至十成，24日00:00后(图1b)低云量开始减少，但也基本在四至八成，天空状况为阴转多云。从最低气温来看，延吉、图们、珲春预报偏差分别为-2.5、-3.0和-4.0 ℃(图1c)，可见本次过程对延边东部夜间低温预报明显偏低。

通常天气学尺度条件下，某一地方温度变化，主要取决于温度平流、垂直运动及非绝热因子引起的温度变化[5]，即：

因此，可以利用常规观测资料、ECMWF逐1 h再分析资料(水平分辨率为0.25°×0.25°)，从冷暖平流、天空状况和地面风速等方面分析延边东部持续性低云过程。

2 环流形势分析

500 hPa上，12月20日20:00极涡分裂，在贝加尔湖附近形成一强度为500 dagpm的冷涡，21日20:00冷涡南落至吉林省西部，此时贝加尔湖附近形成一高压脊，但冷空气强度较弱，日本附近仍有一高压脊，因此形成了“正-负-正”的环流形式。12月23日08:00，冷涡中心移至日本海，中心强度仍然保持500 dagpm。12月23日20:00，冷涡完全移出，且强度变至504 dagpm。

700 hPa上，12月22日08:00切变位于延边西部，之后形成低涡沿中朝边境自西向东移动。12月22日20:00，低涡中心移至日本海附近，延边地区为偏北风或东北风，随着低涡移动，横槽下摆，东北急流为延边地区输送水汽和能量，但直至降水结束，12月23日下午至夜间延边地区始终为东北风，至24日白天风向才转为西北风。

850 hPa上，12月22日白天朝鲜半岛北部为弱切变，且切变逐渐向东移动，延边地区为西北风。12月22日19:00，切变已在日本海附近加强成低涡，延边地区转为西北气流，但风速增强至16 m/s以上。随着低涡向北移动，有冷空气不断卷入，12月23日11:00前后在延边地区出现西北风与偏北风或东北风的辐合，14:00后随着低涡继续东移减弱，延边地区转为偏北风，且直至12月24日白天偏北风减弱并逐渐转为西北气流。

可见，本次过程中，冷空气和风速辐合提供了动力抬升作用，配合中低层东北急流输送的水汽和能量，由此出现小雪和中雪。而在降水结束后，虽然12月23日20:00，500 hPa冷涡已完全移出，但中低层仍然为东北风或北风，并没有西北干冷空气注入，导致中低层湿度较大，天空状况仍为阴或多云，不利于夜间地表长波辐射降温。

3 低云的形成及维持

降水结束后，延边由于长时间受低云影响，预报与实况相差较大，且持续性低云是夜间气温几乎不变的重要原因，因此分析低云的形成原因至关重要。

3.1 水汽条件

沿42.9°N做相对湿度的剖面，发现12月23日16:00后湿层明显变薄，相对湿度减小，但在800～900 hPa之间始终存在一个相对湿度达80%以上的区域，最大达90%以上。20:00(图2a)后，中低层湿层大值区继续变薄，但始终存在。此外，延边东部850 hPa(图2b)和925 hPa存在弱的水汽辐合，说明低层有水汽汇集，具备成云的水汽条件。

12月23日15:00，延吉地区降水结束后，露点温度从15:00的-18.7 ℃下降至18:00的-21.8 ℃，之后露点温度保持不变或上升状态(图2c)，说明15:00—18:00仅有短暂弱冷空气影响使延吉绝对湿度下降，但由于近地面为西南风，导致露点温度开始升高，绝对水汽含量增大。且由于降水后冷空气强度较弱，近地面水汽几乎没有被清除，是形成低云的有利背景和重要原因。

3.2 动力条件

沿42.9°N做垂直速度的剖面，发现降水结束后(图2a)，在延吉附近800～900 hPa湿层附近仍然保持有弱的上升运动，上升运动强度不足0.5 Pa/s。低云过程期间，弱上升气流能够将湿空气带到空中，附着在凝结核上形成云滴，并受到持续弱上升气流的影响，飘浮在低空而维持低云。

3.3 层结条件

利用延吉探空资料分析大气垂直结构，发现12月23日08:00，温度廓线和露点廓线几乎完全重合，此时降雪没有结束，整层饱和程度高，但750～850 hPa逆温层已经形成，且逆温强度达到10.5 ℃。至12月23日20:00，750 hPa以上温度廓线和露点廓线出现开口，说明高空有干冷廓线下沉，逆温层强度减为3.7 ℃，但由于高空冷空气较弱，且低层有暖平流，导致逆温层难以被突破，且在夜间逆温层进一步增强。至12月24日08:00，逆温层强度达到7.8 ℃，导致静稳形势长时间维持。若冷空气强一些，下沉气流也许会冲破逆温层，那么延吉附近将会是晴朗的天气。

4 温度平流

从700 hPa温度场看，12月24日00:00之前，延边地区温度分布较均匀，12月24日00:00后，有-10 ℃的暖中心自西向东移入，05:00后暖中心移出，配合偏北风，将北方冷空气带入。850 hPa温度场上，12月23日16:00前后，长白山附近为一个冷中心，延边地区位于冷中心东北部，且为北风或东北风影响，导致有暖平流输入，并持续到12月24日00:00，之后从温度场上看不出有明显的平流输入。

通过计算温度平流发现，850 hPa，12月23日下午延边中西部为强暖平流控制，20:00后，暖平流减弱，但直至12月24日白天，延吉附近始终为暖平流，从925 hPa上发现，12月23日18:00之后，延吉处有弱的暖平流出现，强度较弱，22:00后暖平流减弱，12月24日02:00之后逐渐转为弱的冷平流。值得注意的是，无论在850 hPa、还是925 hPa，图们、珲春始终为冷平流。

总之，本次过程虽然有冷空气南下，但冷平流较弱，且在中低层延吉始终为暖平流控制，12月23日夜间暖平流逐渐减弱，图们、珲春始终为冷平流，持续性低云和地面风对夜间气温几乎没有下降起到了关键性作用。

5 低层风及地形

分析逐小时极大风变化发现，无论是降雪期间还是降雪结束，延吉、珲春平均风速均达5～6级，极大风速达到7～8级，图们风速略小，但小时极大风速也达5～6级。湍流交换强度很大程度上取决于风速的大小，夜间地面辐射冷却，经常有辐射降温，湍流将热量向下传递，当风速较大时，向下的通量也大，使得最低气温不致太低。可见延边东部地面风速较大，可以加速低云消散，也是气温几乎没有下降的重要原因。

延边地区地势西高东低，自西南、西北、东北三面向东南倾斜。由于地形作用，配合雪后偏西风或西北风，导致空气沿山地下沉，下沉增温作用有利于延边东部气温升高，而湿空气抬升达到饱和形成云，也易使云体稳定维持在山前，地形作用也导致延边东部风力更大。

6 北半球大尺度环流背景

从2022年12月500 hPa平均高度场及距平场(图3a)及500 hPa温度距平场(图3b)可知，中高纬环流形势上，乌拉尔山地区高度场及温度场均为正异常，乌拉尔山地区高度场正异常不显著。欧亚中高纬整体以经向型环流为主，有利于冷空气由中路影响我国东北地区。高度场和温度场上，东北地区整体处于负距平控制下。

图3 2022年12月500 hPa平均高度场及距平场(a)、500 hPa温度距平场(b)、500 hPa纬向风速及距平场(c)和850 hPa纬向风距平和经向风距平(d)

从12月500 hPa纬向风速大小及距平场(图3c)可知，欧亚大陆中高纬度地区均为偏西风控制，延边地区西风强度在15 m/s左右，处于负距平区边缘，纬向风偏弱，不利于偏西冷空气南下到达延边，因此冷空气活动较弱。从850 hPa低层风场距平(图3d)可知，延边地区为弱的南风异常和弱西风异常，有利于延边暖湿气流的输入，为低云生成提供了良好条件。

7 结论

(1)冷空气和风速辐合为本次降雪过程提供了动力抬升作用，配合中低层东北急流输送的水汽和能量，使得延边东部出现了小雪和中雪。12月23日20:00降水结束后，虽然500 hPa冷涡已完全移出，但中低层仍为东北风或北风，并没有西北干冷空气注入，导致中低层湿度较大，天空状况仍为阴或多云，不利于夜间地表长波辐射降温。

(2)中低层湿层配合弱的水汽辐合，以及露点温度小幅下降，说明降水过后无明显冷空气影响，近地面湿度未得到有效清除。弱上升气流能将湿空气带到空中，附着在凝结核上形成云滴，持续的弱上升气流使得云滴飘浮在低空而使低云维持。高空冷空气较弱，且低层有暖平流，导致逆温层难以被突破，且在夜间逆温层进一步增强，静稳形势长时间维持。在近地面湿度未得到有效清除的背景下，配合弱上升运动、稳定大气层结，使得低云得以维持。

(3)本次持续性低云过程虽然有冷空气南下，但冷平流较弱，且在中低层延吉始终为暖平流控制，12月23日夜间暖平流逐渐减弱，持续性低云和地面风对夜间气温几乎没有下降起到关键性作用。

(4)延边东部地面风速较大，可以加速低云消散，气温也几乎没有下降。在地形因素作用下，下沉增温有利于延边东部气温升高，湿空气抬升达到饱和形成云，利于云体稳定维持在山前，同时也导致延边东部风力增大，使气温不易下降。