El Nino背景下2023年12月东亚地区超冷寒潮天气的成因分析

摘 要：利用ECMWF的ERA5再分析资料和NOAA降水量资料，采用天气动力学诊断分析方法分析了正处在中等强度El 事件最盛期背景下，2023年12月发生在东亚地区的持续性寒潮天气过程的成因。结果表明：此次寒潮冷空气过程持续时间长，影响范围广，降温幅度大，雨雪强度强。在此期间经历了2次寒潮和1次强冷空气天气过程，冷空气分多次、多路南下，冷空气源地、强度、传播路径均有所不同。前期，受El 事件影响，异常强盛的鄂霍次克海暖脊（阻塞高压）阻挡了西风带冷空气东移，造成大量强冷空气在西伯利亚堆积；后期，切断后独立的鄂霍次克海高压延极圈向西漂移，并与乌拉尔山阻高连通，将极涡压向更低的纬度带，最终冷空气爆发造成强降温和持续低温天气。

关键词：El 事件；寒潮；持续性低温；成因

中图分类号：P458.122 文献标志码：B 文章编号：2095–3305（2024）10–0-04

寒潮是我国冬春季常见的灾害性天气之一，会给工农业生产、交通运输、电力、人类健康等造成严重影响[1]。朱乾根等[2]定义了寒潮关键区，并分析了关键区冷空气堆积、寒潮暴发路径。牛若芸等[3]研究了寒潮天气过程中山东半岛出现降雨和强降雪的条件与成因等，为准确预报寒潮天气起到了积极的指导作用。但随着气候变暖，在气候多因子的影响下，极端天气频发，寒潮天气也呈现出多样性和极端性的特点。利用ECMWF的ERA5再分析资料和NOAA降水量资料，采用天气动力学诊断分析方法，探讨了处在中等强度事件最盛期背景下2023年12月发生在东亚地区的持续性寒潮天气过程的成因，旨在为寒潮预报提供借鉴。

1 寒潮天气概况

2020年5月暴发的La 事件一直持续到2023年5月才结束，随即快速转变为El 事件，并在2023年12月达到峰值，自2024年1月开始衰减，成为21世纪以来第四次达到中等强度的El 事件。

2023年12月9—23日东亚地区接连遭受了2次寒潮和1次强冷空气过程，3次过程衔接紧凑，空窗期短，导致我国大部分地区长时间持续低温，并且中东部地区出现强降雪和冻雨天气，导致严重的自然灾害。12月9日第一次寒潮暴发，主要影响东北、华北、华中、华东、两广西北部地区，大部分地区48 h内最低气温降幅8～11 ℃、最高气温下降17～19 ℃，最低温度达到-5～0 ℃。华北地区普降大雪，其中，驻马店12月10日降雪21.3 mm、信阳21.8 mm，达到大暴雪级别。

此次寒潮过程于12月12日结束，但此时第二股寒潮已经抵达我国与哈萨克斯坦边境，此后经新疆、甘肃、内蒙古后向东扩展，使得受第一次寒潮影响的地区继续维持低温天气，并于12月14日16：00迅速东移南下，一夜席卷南方大部地区，到达第一次寒潮冷空气未影响的地区，西南和华南地区48 h内最低温度降温幅度达8～12 ℃，遵义72 h内最高气温下降21 ℃、最低气温下降16 ℃，日最低气温降至0 ℃。同时，华北和江淮地区再遭大雪或雨夹雪天气，部分地区达到暴雪量级（济南12月14日降雪15.5 mm、潍坊13.2 mm）。

此次寒潮于12月17日结束，仅2 d短暂的空窗期后，又一股强冷空气从寒潮关键区经内蒙古到达河套平原后南下影响我国。此时，我国大部分地区受前2次寒潮过程影响气温尚未回升，新一股冷空气又刷新了最低气温的纪录，广州最低温度降至3 ℃，三亚最低温度也达到15 ℃。此次强冷空气给华北地区带来持续降雪，山东威海从12月19日夜间开始持续降雪72 h，积雪厚度超过70 cm，打破了历史极值。

2 天气形势分析

2.1 500 hPa环流形势

2023年12月8—23日，北极地区附近200 hPa上空基本稳定维持了偶极型环流，高纬度的中西伯利亚至贝加尔湖一带受极涡控制，整个东亚地区受长波大槽影响。

12月9日，在欧亚地区500 hPa的中高纬度地区，大气环流呈“大倒Ω”流型（图1），乌拉尔山西侧和鄂霍次克海东部均有暖脊发展强盛，两脊之间为大极涡区，其中，西西伯利亚和雅库茨克为2个分裂的冷涡中心，前者冷中心气温低至-48 ℃，后者也达到-40 ℃。在鄂霍次克海强大暖脊对上游冷涡的阻挡作用下，冷空气在西伯利亚地区堆积。

12月9日20：00，中西伯利亚冷空气暴发，在雅库茨克低涡槽后西北气流输送下，冷空气沿着东路南下进入东北、华北，直至江南一带，形成第一次寒潮天气过程。12月12日，随着雅库茨克低涡东移进入日本海附近，我国中东部地区转受弱脊控制，天气开始转好，寒潮影响趋于结束。但与此同时，西西伯利亚低涡东移，横槽转竖，西西伯利亚冷空气暴发，向新疆西北部靠近。此时，鄂霍次克海东部暖脊发展并向西北方向伸入北极圈。

12月13日20：00，源自西西伯利亚的冷空气由新疆进入我国并继续向东扩展，12月15日与贝加尔湖南下的新冷空气汇合在蒙古中部到我国西北一带形成低槽，引发强寒潮天气过程，先后影响河套、华北、江淮、江南地区，并向华南和西南地区扩散。在这个阶段，伸入北极圈的鄂霍次克海暖脊被日本海附近冷涡切断成为独立的高压环流，并沿着北极圈向西飘移，导致其南侧的低涡系统被压制到更低的纬度带，更有利于冷空气南下，所以此次寒潮过程对华南、西南地区都造成较大的影响，海南三亚气温也降至当月最低。

12月16日08：00，西飘的独立高压靠近泰梅尔半岛，而与之呼应的是乌拉尔山暖脊发展，并伸向此独立高压。在乌拉尔山脊前偏北气流的引导下，又有一股新冷空气在西西伯利亚聚集增强。此时，蒙古低槽加强东移到达东北地区，至20：00基本移出东北，此次寒潮过程的影响趋于结束。12月17日08：00，西飘的独立高压与乌拉尔山暖脊汇合，形成东北—西南走向强大的高压带，造就了横亘库页岛—乌兰巴托—巴尔喀什湖的东西向横槽，使得欧亚大陆中高纬度地区呈现出西北高、东南低的环流形势。

在乌拉尔山倾斜高压的挤压下，西西伯利亚强冷空气被迫南下，再次濒临新疆西北部边境。12月19日夜间乌拉尔山高压东移，引发其东侧横槽转竖，冷空气暴发，12月20日08：00，乌拉尔山高压继续东移并加强，在脊前偏北气流的推动下，冷空气自西北向东南方向横扫我国中东部大部分地区，形成了又一次强冷空气的天气过程。

a.2023年12月9日20：00；b.2023年12月12日08：00；c.2023年12月15日08：00；

d.2023年12月17日08：00；e.2023年12月18日08：00；f.2023年12月20日08：00

图1" 欧亚地区500 hPa高度场与温带场

由此可见，此次持续性的寒潮天气过程与鄂霍次克海暖脊的强盛发展密切相关。王雅萌[4]发现，除2014年外，El 年份鄂霍次克海SST均比前一年升高。在秋冬季节El 发展时，冬季西北太平洋鄂霍次克海地区500 hPa高空会出现一个超过+25 gpm的强正异常中心。如前文所述，历时3年的La 事件持续至2023年5月结束，随即快速转为El 事件，并在2023年12月达到中等强度且触及峰值。

在此El 背景下，冬季鄂霍次克海SST上升，鄂霍次克海高空暖脊发展，阻挡了西风带冷空气的东移，导致西伯利亚冷空气长久堆积。持续发展的鄂霍次克海暖脊最终加强成为鄂霍次克海阻塞高压，阻高被极涡切断后形成独立暖高压，沿北极极圈向西飘移，最后并入乌拉尔山暖脊，促使寒潮暴发，强大持续的冷空气横扫东亚地区。

2.2 850 hPa环流形势

2023年12月10日08：00我国境内除新疆西北部、东北地区受高压脊影响外，其他地区均为低压控制（图2），低涡中心位于青藏高原东侧西南地区，从四川盆地向东沿着长江北岸及江淮之间形成暖式切变线，切变线两侧偏南风向华北、长江中下游一带地区输送了大量的暖湿气流和水汽，并与来自北方冷空气相遇在山东、江苏、河南、安徽等地，形成大范围雨雪天气。12月11日随着冷空气南下，切变线也南压至贵州—湖南—江西—安徽南部，雨雪区出现在江南一带。同时，受黄海气旋后部偏北气流影响，华北尤其是山东半岛持续降雪过程。12月12日20：00随着第一次寒潮过程结束，中东部大部分地区转受偏南气流控制，气温开始有所回升。12月14日新一次寒潮反攻并迅速南下，与冷锋相伴随的冷式切变线从河套地区开始向东南方向推进，锋前强烈的气旋式切变，配合南方的暖湿气流华北、黄淮地区普降中到大雪。至12月15日08：00，冷式切变线压至桂北—湘南—赣北—苏南一线，长江两岸出现雨雪、雨夹雪。此轮寒潮过程，在冷暖空气的交互作用下，我国中东部地区普降大雪，部分地区降暴雪或特大暴雪。

a.2023年12月10日08：00；b.2023年12月11日08：00；c.2023年12月15日08：00

图2" 850 hPa高度场与温带场

2.3 地面天气形势

2023年12月8日20：00地面天气图上（图3），东亚地区呈北高南低、东高西低的形势，冷空气堆积在贝加尔湖和西西伯利亚两地，冷高压底部压到新疆—内蒙古—大兴安岭一线，除青藏高原中部局部受高压控制外，我国大部分地区均在低压控制下，黄海以东西北太平洋上是高气压带。12月9日寒潮暴发，冷空气取道东路，经内蒙古中东部、华北，到达长江以南地区，12月12日08：00地面冷锋到达华南一带并逐步减弱。此次寒潮过程导致我国中东部地区全线降温，长江以北地区3 d累积降温超-10 ℃以上，东北、华北降温-18 ℃以上，黑龙江西南部、河北南部、河南北部的部分地区降温超过-23 ℃，局部达-27 ℃。12月12日后冷锋进入南海并减弱消失，第一轮寒潮天气过程宣告结束。

a.2023年12月8日20：00，b.2023年12月12日08：00，c.2023年12月11日06：00

图3" 第一轮寒潮过程地面形势场和72 h变温图

在12月12日08：00第一次寒潮趋于结束之际，聚集在西西伯利亚的冷空气大举东进，并分裂了一小股冷空气进入新疆。12月14日08：00（图4），从新疆进入的冷空气已经到达南疆盆地，而东进的强冷空气到达蒙古高原西部一带，形成中心强度超过1 060 hPa、气温低于-40 ℃的蒙古高压，其前沿也从内蒙古入侵我国境内，新一轮寒潮彻底爆发。18：00冷锋达到东北—华北北部—河套—甘肃一线，12月15日00：00蒙古高压停止东进，冷空气源源不断地从内蒙古西部进入我国，并与新疆冷空气合并后，经甘肃、宁夏、河套向东向南快速扩散。20：00前后，中心强度达到1 048 hPa

的蒙古高压中心坐镇内蒙古西部到宁夏附近，冷空气已经控制中东部大部地区，冷锋前沿压到华南沿海一带。在冷锋快速南压的过程中，我国中东部地区先后迎来又一轮雨雪、大风、降温过程，长江以北地区前一次降温幅度已经较大，之后维持较低气温，因此在第二轮寒潮过程中降温幅度不大。而江南、华南地区，此次寒潮降温十分显著，贵州、华南北部、江南24 h普遍降温-15 ℃以上，其中，贵州东北、湖南南部超过

-20 ℃/24 h，造成雨雪冰冻灾害。12月16日08：00减弱的冷空气在继续向南扩散的同时，开始缓慢东移，我国大部分地区维持了低温天气，雨雪开始减弱，第二轮寒潮走向尾声。

12月17—18日，源自蒙古的多股弱冷空气多次扩散影响我国中东部地区，使得我国大部分地区持续维持低温天气状态。同时，贝加尔湖附近冷空气不断堆积，蒙古高压在此徘徊、加强。12月19日08：00，增强至1 056 hPa的冷高压启动向东偏南方向进发，新一轮强冷空气进入内蒙古地区，我国再次拉开降温降雪的强冷空气活动序幕。20：00（图略），冷高压主体进入蒙古中部地区，强度维持1 056 hPa，从中分裂的冷空气迅速向东南方向扩散，影响甘肃—河套—华北地区，降温、降雪与大风天气席卷北方大部分区域。12月20日20：00，强度减弱至1 052 hPa的冷高压主体进入河套一带，推动强冷空气沿着西北—东南路径进一步南下东扩，在12月21—22日先后影响江南、华南、西南地区，全国大范围出现降温、大风天气，降温幅度大部分为-5 ℃左右，东部大部伴随着出现降雪过程，由于此前的积雪并未融化，此轮降雪虽然强度不大，但累积的积雪深度很深。随着12月22日20：00地面1 040 hPa

变性高压从上海附近东移入海，此轮强冷空气过程宣告结束。

a.2023年12月14日08：00，b.2023年12月16日08：00，c.2023年12月15日16：00

图4" 第二轮寒潮过程地面形势场和24 h变温图

自此从2023年12月9—23日结束的持续型寒潮和强冷空气天气过程彻底结束，在此期间，伴随着2次地面强冷高压系统的活动（图5）。在第二轮寒潮过程中，冷高压在北西伯利亚低地形成后，沿乌拉尔山东侧向南移动并不断增强，在西西伯利亚停滞少动，强度增至最强，中心气压达到1 064 hPa，最低气温达到-48 ℃。寒潮暴发后一路向东偏南方向进发，从内蒙古中部进入我国，经华北东移入海。第三轮强冷空气过程中，形成与中西伯利亚北部的冷高压南下加强，到达贝加尔湖后强度达到最大，中心气压达到1 056 hPa，最低气温为-46 ℃。强冷空气暴发后，也从内蒙古中部入境我国，经华北向东南行进，最后在上海附近入海。2次冷高压活动路径不同，但持续时间久、影响范围广，且高压强度差异不大，只是由于在第二次寒潮大幅度降温的基础上，大部分地区气温已经很低，很难形成大幅度降温，因此，第三次强冷空气过程未达到寒潮标准[5-11]。

黑色线段.2023年12月9—17日；红色线段.2023年12月15—23日

图5" 第二次寒潮与第三次强冷空气过程地面冷高压中心移动轨迹及其强度

3 结束语

2023年12月期间持续的寒潮冷空气过程持续时间长、影响范围广、降温幅度大、雨雪强度强。期间经历了2次寒潮和1次强冷空气天气过程，冷空气源地、强度、传播路径均有所不同，冷空气分多次多路南下。

此次持续性寒潮过程是在El 事件背景下发生的，与鄂霍次克海暖脊异常强盛发展有关。前期，鄂霍次克海暖脊、阻塞高压阻挡了西风带冷空气东移，导致西伯利亚冷空气堆积；后期，切断独立的鄂霍次克海高压向西漂移，并与乌拉尔山阻高连通，将极涡挤压至更低的纬度带，最终冷空气暴发造成持续强降温、低温天气。

参考文献

[1] 许爱华，乔林，詹丰兴，等.2005年3月一次寒潮天气过程的诊断分析[J].气象，2006（3）：49-55.

[2] 朱乾根，林锦瑞，寿绍文，等.天气学原理和方法[M].第四版.北京：气象出版社，2010.

[3] 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.

[4] 王雅萌，陈芃，陈新军.气候变化下西北太平洋大海洋生态系海表面温度特征分析[J].上海海洋大学学报，2021，30 （5）：874-883.

[5] 高铭祥，杨双艳，王强，等.两类厄尔尼诺背景下MJO对太平洋阻塞频率的调节作用[J].大气科学，2023，47（2）：487-501.

[6] 翁博超，王玉.南海温跃层深度对厄尔尼诺事件响应的空间不对称性[J].海洋科学进展，2023，41（1）：40-53.

[7] 张宇.2016超强厄尔尼诺衰减年内蒙古夏季降水异常特征及成因分析[J].内蒙古科技与经济，2019（21）：55-57.

[8] 刘明竑，任宏利，张文君，等.超强厄尔尼诺事件对中国东部春夏季极端降水频率的影响[J].气象学报，2018，76（4）： 539-553.

[9] 谭晶，王彰贵，黄荣辉，等.印度洋不同海温模态对两类厄尔尼诺事件与我国南方秋季降水关系的影响[J].海洋学报， 2017，39（11）：61-74.

[10] 徐洁，王舒，肖高翔.不同分型厄尔尼诺事件对新疆汛期降水的影响[J].沙漠与绿洲气象，2016，10（3）：53-58.

[11] 刘屹岷，刘伯奇，任荣彩，等.当前重大厄尔尼诺事件对我国春夏气候的影响[J].中国科学院院刊，2016，31（2）：241 -250.

收稿日期：2024-06-26

基金项目：2021年广东省质量工程项目（010203032201）；广东海洋大学科研项目（Y19040）。

作者简介：陈黄荣（2003—），男，湖南郴州人，研究方向为天气动力与数值模拟。#通信作者：薛宇峰（1967—），男，副教授，研究方向为大气科学专业教学，E-mail：xueyf@gdou.edu.cn。