苏北地区东路强冷空气指标分析及预报

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　　摘要：统计2001-2010年的苏北地区气象资料，按照东路冷空气的标准对其进行4个分型，根据每一型的特点得出预报指标。统计10年间符合条件个例的850和925hPa 48h降温幅度和地面48h降温幅度之间的关系，根据得出的各项指标，选用2011-2012年的资料进行试预报。结果表明，东路冷空气的预报准确率在90%以上，且两槽一脊型出现的次数较多，其次是横槽转竖型和阻高型，低槽东移型基本没有出现。上层温度的降幅对于地面气温的降幅有较高的参考意义。
　　关键词：东路冷空气;分型;降温幅度;苏北地区
　　中图分类号：P458 文献标识码：A
　　文章编号：0439-8114（2020）09-0049-05
　　DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2020.09.010
　　相对于西路冷空气而言，东路冷空气影响程度更强，降温幅度更大，常造成影响地区的寒潮、大风、暴雪、冰冻等重大灾害性天气[1]。较多气象学者都对冷空气进行了研究，如对影响各地的冷空气历史气候特征进行跨年度的整理与分析[2-6]，对具体的冷空气个例从天气形势、影响原因等进行探讨[7-9]，以及系统地对影响冷空气的天气形势进行总结[10]。而如何准确地定位是否为东路较强冷空气并进行准确的预报是气象部门的重要工作，也是目前涉及较少的领域。苏北地区处于江苏省的最北部，是冷空气最先影响的地区，也是相对最严重的地区，找出此区域符合条件的个例，整理出预报东路强冷空气的具体指标，对寒潮的预报有一定的参考意义。
　　有些情况下，高空850hPa温度没有降到太低，但是实况的气温却异常偏低，查看历史个例，是因为925hPa降温幅度增大，所以统计这两层的降温幅度，判断冷层的厚薄，并根据结果对地面气温进行预估，从而找出地面气温客观化的预报指标很重要。
　　1 统计、筛选个例
　　东路冷空气的标准：①寒潮出现日的前1d，8：00地面高压中心或高压脊伸到东经115°以东;②8：00时邳州地面风为东北风;③低层925hPa徐州、济南的风也为东北风。
　　统计2001-2010年苏北地区徐州、邳州、睢宁、赣榆、灌云、沫阳、泗洪、淮安、盱眙共计9个站点每天的最低气温值，找出未来48 h内的变温达到8℃以上的个例，考虑到并不是每次过程9个站都可以达到48 h降温幅度在8℃或以上的标准，当有5个站及以上符合标准的时候，算为苏北地区出现一次大面积的强冷空气过程。同时由于最低气温在4℃以下为寒潮的标准之一，去掉48 h后最低气温大于4℃的个例，符合个例的个数如图1所示。
　　10年间苏北9个站中有5个以上降温幅度在8℃以上且最低气温为4℃以下的有30次。符合标准次数最多的站为沐阳，达到了30d，最少的为唯宁，仅为21d。同时可以看出，2009年出现全区性寒潮的次数最多，2005年和2006年最少，全区性的仅有1次。
　　按东路冷空气的标准筛选，有12次过程符合标准。再按冷空气影响时的高空、地面形势进行归纳分型，共分为两槽一脊型、阻高型、低槽东移型和横槽转竖型。
　　2 分型及指标确认
　　2.1 东路冷空气影响的共同特点
　　冷空气来临24～48h，850hPa图上在北纬28°-38°、东经105°-120°有温度脊存在，表示前期回暖，温度升高;850hPa鋒区位置一般在北纬35°-50°、东经80°-120°，表示了低层冷空气前锋达到的位置，且强度为5～6个纬距内≥10℃，表示锋区两侧温差较大;500hPa影响的冷槽底部或前部附近都有8个站以上出现风速≥20m/s，风向在250°～290°的偏西气流（中空急流）;500hPa影响槽后在40 gpm位势高度场有3个站以上风速≥20m/s，风向在300°～20°，气流区内等高线≥4条，气流区内两侧温差≥50℃。
　　2.2 入型条件及预报指标
　　2.2.1 两槽一脊型
　　1）入型条件。500hPa图（图2a）上，里海以北地区到北纬60°附近，乌拉尔山以西到东经60°附近有低压槽，中心高度520gpm或以下，冷中心强度-36℃或以下，乌拉尔山至贝加尔湖为一范围较大的暖高压脊，贝加尔湖以东至中国东北的中北部有一冷低压，锋区集中在北纬50°-60°，可分析3～4根等温线。随后贝加尔湖以东的冷槽逐渐加深，并携带冷空气东移南下，从中国东北地区渗透，逐渐影响淮北地区，之后槽逐渐人海，华北东部转受高压脊控制。地面图（图2b）上，欧亚大陆冷高压较强，中心位于贝加尔湖附近，中心最大强度可达1040hPa以上，甚至可达1055hPa或以上。从高压中心向中国的东北部或蒙古东部伸出一较强高脊，伸出的高脊10个经纬度范围内可分析至少3～4根等压线，甚至可达7根等压线。
　　2）预报指标。500hPa冷中心最低温度在-40℃或以下，冷中心与徐州站的温度差为24℃或以上;850hPa冷中心在-20℃或以下，与徐州站的温度差为28℃或以上，徐州站与锦州站或沈阳站的温度差为11℃以上;925hPa徐州站与锦州站的温度差为11℃以上，与沈阳站的温度差为10℃以上。地面冷高压中心强度最大值在1040hPa或以上，与徐州、宿迁、连云港、淮安站的差在23hPa或以上;地面低压中心与冷高压中心的差在30hPa以上。地面锋区的位置基本为辽宁、吉林经河北进入山西或经渤海湾进入河南，从河套顶部地区到徐州最少能分析出5根等压线。
　　2.2.2 阻高型
　　1）入型条件。500hPa图（图3a）上，乌拉尔山及以西至巴湖附近为一阻塞高压或强高压脊，贝加尔湖到中国东北一带有强冷低压，中心强度为-40℃以下，从低压中心经贝湖、巴湖附近至里海有一横槽，并有较强温度槽相配合，有时在温度槽内（巴湖附近）还有一较强冷中心存在。东经90°以东、北纬35°-50°环流较平直，北纬40°-50°有较强的高空锋区，一般可分析出5～6根等温线。此种类型首先是横槽后部较强冷空气侵人阻高，使阻高崩溃，横槽转向，携带大量冷空气，其中一部分冷空气东移与东部一带的冷空气汇合加强，并向东南方向移动至中国的东北地区，而后经渤海西南下影响苏北地区。地面图（图3b）上强大的欧亚冷高压呈东西向，位于东经80°-11°，高压轴在北纬50°附近，最大冷高压中心位于东经90°-100°，中心强度一般在1040hPa或以上，最强可达1060hPa或以上，从高压中心向蒙古东部或中国东北部伸出一高脊。在河套的底部到四川盆地附近有一范围较大的低压区，最低可达1002hPa左右。 　　2）预报指标。500hPa冷中心最低温度在-40℃或以下，与徐州站的温度差为26℃或以上;850hPa冷中心最低温度在-24℃或以下，与徐州站的温度差为24℃或以上，徐州站与锦州或沈阳站的温度差为15.5°以上;925hPa徐州站与锦州站的温度差为13.5°以上，与沈阳站的温度差为14.5°以上。冷高压中心强度最大值在1045hPa或以上，与徐州、宿迁、连云港、淮安站的差值在-38hPa或以上。地面锋区的位置基本在蒙古中部和内蒙古西部的交界处或从辽宁、吉林经北京进入山西、陕西或经渤海湾进入河南，从河套顶部地区到徐州最少能分析出3～4根等压线。地面低压中心与冷高压中心的差在40hPa以上。
　　2.2.3 低槽东移型
　　1）入型条件。500hPa图（图4a）上，东经80°-130°为一纬向槽，槽的内部还有一冷中心，温度可达-40℃或以下，冷空气促使槽迅速发展并东移南下，而且槽在东移过程中有來自北方的冷空气并人，在槽的内部形成2个低涡，其中一个低涡逐渐东移南压至中国的东北地区，涡后部的西北气流携带冷空气逐渐南下，影响淮北地区，造成一次强降温。低槽东移型一定要注意2股冷空气合并。地面图（图4b）上，贝加尔湖以西，北纬40°以北地区为冷高压区，高压中心可达1040hPa或以上，最大的可达1050hPa或以上，其余地区基本为低压区控制，在中国东北地区或其北部及河套到长江中游，东经100°-120°经常会分析出2个不同的低压中心，中心气压最低时可达992hPa左右。
　　2）预报指标。500hPa冷中心最低温度在-40℃或以下，与徐州站的温度差为26℃或以上;850hPa冷中心最低温度在-20℃或以下，与徐州站的温度差为30℃或以上，徐州站与锦州站的温度差为9℃，与沈阳站的温度差在10℃左右;925hPs徐州站与锦州站的温度差为13℃左右，与沈阳站的温度差为12℃左右。冷高压中心强度最大值在1045～1050hPa，与徐州、宿迁、连云港、淮安站的差值在-22hPa或以上，最大差值可达41hPa左右。地面锋区的位置大概从内蒙古中东部经河北、北京进入陕西、山西，从河套顶部地区到徐州最少能分析出3根等压线。地面低压中心与冷高压中心的差在32.5hPa以上。
　　2.2.4 横槽转竖型
　　1）入型条件。500hPa图（图5a）上，东经90°-130°为一横槽，乌拉尔山或以东及贝加尔湖地区为东北一西南向的脊，脊的附近经常有一个阻塞高压，并且有暖平流与高压脊配合，暖平流促使高压脊继续加强或阻塞稳定维持，脊前的偏北气流也随之加强，不断引导冷空气在贝加尔湖附近的横槽内聚集，汇成一般极寒冷的冷空气。北纬35°-45°环流较平直，锋区集中在北纬35°-50°，可分析出4～5根等温线，黑海附近地区有冷平流，之后不断加强，长波脊或阻塞高压开始减弱。横槽不断旋转东移南压，逐渐转竖，在转竖的过程中有冷空气相伴随，造成一次较强的降温过程。地面图（图5b）上，经常在贝加尔湖附近、中国的东北地区附近、河套以南地区会分析出2～3个高低压中心，冷高压中心一般位于贝加尔湖以西地区，中心强度在1045hPa左右，最大可达1060hPa，锋区一般在河套地区附近。
　　2）预报指标。500hPa冷中心最低温度在-40℃或以下，最低的可达-52℃，与徐州站的温度差为30℃或以上;850hPa冷中心最低温度在20℃或以下，与徐州站的温度差为30℃或以上，徐州站与锦州站或沈阳站的温度差为9℃以上;925hPa徐州站与锦州站的温度差为14℃以上，徐州站与沈阳站的温度差为11.5℃以上。地面冷高压中心强度最大值在1047～1060hPa，与徐州、宿迁、连云港、淮安站的差值在-26hPa左右或以上。地面锋区的位置大概在辽宁西部经渤海湾沿河北南部进入到山西中南部地区，从河套顶部地区到徐州最少能分析出3根等压线。地面低压中心与冷高压中心的差在42.5hPa以上，最大可达50hPa。
　　2.3 定性试报
　　根据分型标准，检验2011-2012年的天气图资料，当天气形势符合任意一型的入型条件时，就按照其对应的指标套用，东路冷空气的预报准确率在90%以上，且两槽一脊型出现的次数较多，其次出现了横槽转竖型和阻高型，低槽东移型基本没有出现。
　　3 降温幅度分析
　　3.1 2001-2011年降温幅度
　　根据2001-2011年的东路强冷空气资料，计算冷空气出现前后48h内925和850hPa的降温幅度，对比地面气温48h的降温幅度（因为探空资料只有徐州站的，所以此次统计主要对比徐州站的相关关系，其他站点的降温幅度可以在得出徐州站的降温幅度之后，根据云量、风等要素的具体情况以及站点自身的地域差别进行具体分析），结果如图6所示。
　　当850hPa降温幅度较小时（8℃以下），925hPa的降温幅度基本都在8℃左右或以上，说明这些冷空气过程发生的时候上层冷层比较薄，冷空气主要从低层下来，此时850hPa的降温幅度对地面降温幅度基本没有什么指导意义。对比925hPa和地面的降温幅度，当925hPa的降温幅度也在8℃以下时，地面降温幅度为925hPa降温幅度的1.6倍左右;当925hPa降温幅度在8℃以上时，地面降温幅度值接近925hPa的降温幅度值。
　　当850hPa降温幅度较大时（8～15℃），925hPa的降温幅度都在8℃以上，说明这些冷空气过程发生的时候上层冷层比较厚，此时要综合考虑850和925hPa的降温幅度对地面降温幅度的影响。当925hPa的降温幅度也在巧℃以下时，地面降温幅度基本都在10℃左右（差值在2℃以内）;当925hPa降温幅度在15℃以上时，地面降温幅度为925hPa降温幅度的1/2左右。
　　当850hPa降温幅度很大时（巧℃以上），925hPa的降温幅度也很高，说明这些冷空气过程发生的时候上层冷层特别厚，此时也要综合考虑850和925hPa的降温幅度对地面降温幅度的影响。对比三者之间的关系发现，此时的地面降温幅度基本为850hPa降温幅度的1/2左右。 　　3.2 检验2011-2012年的资料
　　首先分析得出2011-2012年东路强冷空气过程共有4次，这4次过程的925、850hPa以及地面的降温幅度如图7所示。前两次过程850和925hPa降温幅度都在8～15℃，地面降温幅度在10℃左右（差值在20以内），第四次过程850hPa降温幅度在8℃以下，同时925hPa的降温幅度也在8℃以下，所以地面降温幅度为925hPa降温幅度的1.6倍左右，与地面降温幅度值贴合较好。比较特殊的是2011年11月22日的過程出现了850hPa降温幅度为负值的情况，说明48h 850hPa温度不降反升，此时的降温主要是由低层气温下降所引起的。
　　4 结论与不足
　　1）统计了近10年来苏北地区东路冷空气的个例，充实了历史资料库。
　　2）对东路冷空气进行分析，统计出预报指标，对今后的预报工作提供了可参考的历史依据。
　　3）从925和850hPa的降温幅度统计其与地面降温幅度之间的关系，对今后预报48h之后的最低气温提供了参考依据。
　　4）对于出现850hPa不降反升的情况，由于个例太少，所以如何计算这种情况下上层降温幅度与地面降温幅度之间的关系就缺少样本，在今后的工作中，会继续搜集类似的个例，统计出这种特殊情况下的降温标准。
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　　收稿日期：2019-12-23
　　基金项目：江苏省气象局青年基金项目（Q201410）
　　作者简介：张方方（1984-），女，江苏徐州人，工程师，主要从事短期预报和雷达资料研究分析，（电话）15062112725（电子信箱）zff19840505@163.com。
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