合川區2020年“2·15”強降溫大風天氣過程及預報模式檢驗

陳紅梅， 劉洪良

(重慶市合川區氣象局， 重慶 401520)

強降溫易導致農作物、畜牧業及林果業等遭受凍害，大風天氣常給工農業生產、通信設施和交通安全等帶來不利影響，對國民經濟和人民生產生活造成嚴重損失[1]。近年來，在全球變暖大背景下低溫天氣頻發[2]，馬曉青等[3-5]對發生在我國的寒潮天氣特征變化、影響系統演變、數值模擬等作了大量的研究工作，得出很多在實際業務中有應用價值的預報指標，為提高強降溫預報預警服務提供了技術支撐。不同地區對典型寒潮大風的個例分析研究較多[6-10]，對強降溫大風的機理研究較為成熟，為強降溫大風天氣成因的分析奠定了基礎。重慶氣象工作者鄧承之等[11-12]對發生在當地的強降溫天氣進行了分析，總結出一些客觀定量化的預報指標，對強降溫天氣預報有一定的指導作用。筆者通過2020年2月15日(2·15)發生在重慶市合川區的區域性強降溫大風天氣進行深度分析，找出此次強降溫大風天氣發生的根本原因，并對本地的一些預報指標進行檢驗，以期積累更多強降溫大風預報的經驗，更好地為防災減災提供有效的氣象服務。

1 天氣實況

2020年2月15日，合川區出現了今年首次大范圍強降溫及大風天氣，合川國家基本氣象站日平均氣溫從14日的14.0℃降到15日的5.8℃，24 h降溫幅度高達8.2℃。境內57個氣象觀測站點的過程降溫均達到本季強降溫標準，降溫幅度6.0～9.3℃，最大出現在龍潭站，為9.3℃。同時，合川區大部分鎮街出現6級及以上大風天氣，其中，龍多山、燕窩、合川、太和、龍鳳最大風力達到7級以上，最大風速出現在龍多山，為22.1 m/s；其次出現在燕窩，為21.5 m/s。

本次天氣過程具有降溫幅度大、降溫快、風力大、降雨弱、持續時間短等特點。從合川站本次天氣過程前后的氣溫、露點溫度、氣壓實況(圖1)看出，此次天氣過程發生的前3日，最高氣溫持續升高，地面氣壓持續下降。溫度從14日14時的16.9℃開始一直下降至16日08時的2.6℃，降溫幅度高達14.3℃。氣壓從14日20時開始急速上升，16日02時達最高1 003.6 hPa，上升2.7 hPa。整個天氣過程降水較弱，雨量普遍為小雨，各站點雨量在0.1～3.4 mm，本站降雨量為0.3 mm。

2 環流形勢

2.1 高空形勢

2.1.1 500 hPa形勢 此次冷空氣影響合川的前3～4 d，500 hPa歐亞中緯度地區表現為橫槽形勢，烏拉爾山及其以東地區為明顯的高壓脊，蒙古到巴爾喀什湖為一橫槽，中低緯度有高原槽。冷空氣主要受高壓脊前偏北氣流引導南下并堆積在關鍵區。隨著槽脊的進一步加深東移，脊前的橫槽逐漸轉豎，并與移動緩慢的高原槽逐漸靠近。從500 hPa高空形勢(圖2)看出，14日20時，貝加爾湖到巴爾喀什湖之間分裂出1個高壓中心，中心值達564 dagpm，脊后不斷有暖空氣補充進入，導致高壓脊發展和加強，環流經向度加大。同時蒙古高原有低渦生成，中心高度達544 dagpm，配合—40℃冷中心，冷中心向西南方向延伸，有一東北-西南走向的橫槽，且溫度槽落后于高度槽，槽將進一步加深發展，槽底為強的急流鋒區。15日20時，隨著槽脊的進一步東移，高壓中心位于貝加爾湖以西，與暖中心基本重合。低壓中心位于河北一帶，與冷中心基本重合。脊前低槽與高原槽同位相疊加，使環流經向度進一步加大，在槽后偏北氣流的作用下，使冷空氣加速南下。影響合川的冷溫槽由四川盆地中西部移動到重慶西部邊緣，受到槽前西南氣流影響，導致強降溫大風天氣爆發。16日08時隨著高壓脊的崩潰，低壓槽繼續規律東移，低渦中心位于華北上空，影響華東及華北地區，至此合川區轉為脊前西北氣流，天氣迅速轉好。

2.1.2 700 hPa形勢 從700 hPa高空形勢(圖3)看出，14日20時，700 hPa上貝加爾湖到巴爾喀什湖之間對應500 hPa有1個312 dagpm的高壓中心和—8℃的暖中心，溫度槽和高度槽快速發展，并東移南壓，槽線位于陜甘南部到四川西部一線。云貴高原經重慶到河套地區為一支西南低空急流，急流左側為一氣旋環流，中心值達304 dagpm，高度場、溫度場和風場的配置有利于寒潮大風形成。15日20時，高度場、溫度場加深南壓，溫度槽明顯落后于高度槽，且等溫線變得密集。湖北中北部至貴州中部有切變線維持，合川區上空受切變線右側的西南氣流控制，有強烈的輻合上升運動，導致降溫加劇。16日08時隨著槽脊的減弱東移，合川區受偏北氣流控制，受下沉氣流影響，冷空氣影響結束。

2.1.3 850 hPa形勢 在850 hPa高度場上，冷空氣影響前，烏拉爾山到貝加爾湖以西分裂出2個高壓中心，附近2個冷中心分別位于巴爾喀什湖以北和北疆。在關鍵區已有冷空氣堆積并不斷加強，冷高壓面積寬廣，低壓中心則位于蒙古高原。從850 hPa高空形勢(圖4)看出，14日20時，隨著高壓中心的進一步東移南壓，中心位置移到了蒙古高原，中心強度達160 dagpm。云貴一帶為一低壓環流，中心值為144 dagpm，關鍵區冷高壓中心與重慶西部的位勢高度差達10 dagpm[13]，冷空氣勢力較強。同時在貴州北部到重慶東南部有切變維持，合川區受切變線左側的偏北風影響，偏北風引導冷空氣入侵影響合川。15日20時，隨著冷高壓繼續南壓，切變線也隨之南壓至兩廣一線，合川區受冷平流控制，溫度繼續下降。16日08時隨著中高緯低值系統的東移入海，整個重慶受南壓東移的高壓系統控制，冷空氣影響隨之結束。

2.2 地面形勢

從地面形勢(圖5)看出，14日20時，冷高壓中心位于貝加爾湖以西的薩彥嶺，中心強度達1 065 hPa，藏南的低壓中心強度為1 005 hPa，高、低壓系統之間的氣壓梯度較大。隨著冷高壓東移南壓，冷空氣強度進一步增大。重慶境內等壓線由之前的1條增加至6條。同時長江流域附近有冷鋒出現，鋒后強冷平流和鋒前的強暖平流造成大氣斜壓性發展，使鋒區附近產生較大的氣壓梯度和變壓梯度[14]，合川3 h變壓值為4.3 hPa，導致冷鋒后部出現地面強風。與此同時，蘭州與重慶的氣壓差達28.0 hPa，氣溫差達20℃。根據本站預報指標可知，蘭州與指標站之間氣壓差≥13 hPa、氣溫差≥12℃，對強降溫大風預報具有指示意義。隨著冷空氣被源源不斷地輸送到重慶西部地區，與暖濕氣流交匯，形成了降水，但抬升動力條件不足，降雨較弱。15日20時，隨著冷高壓的南壓，鋒面系統東移至東南沿海一帶；16日08日東移出海，冷空氣對合川的影響逐漸減弱。

3 物理量特征

從2月14日08時沙坪壩的探空資料(圖6)看出，08時整層大氣的不穩定能量條件非常好，CAPE=5 205.7 J/kg，SI=—27.06℃，K=53℃，CIN=460.1 J/kg，表明大氣極不穩定，有發生對流性天氣的可能性。850 hPa到700 hPa風的垂直切變超過20 m/s，強的風速垂直切變也有利于對流發展，形成大風。2月12—14日，合川站的日平均氣溫較歷年同期平均值顯著偏高，其中12日偏高4.2℃，13日偏高3.9℃，14日偏高4.0℃，在前期氣溫明顯偏高的情況下，冷空氣來襲時降溫幅度較大，前期偏高的氣溫也為大風的出現提供了熱力不穩定條件。

4 預報模式檢驗

4.1 強降溫的預報模式檢驗

用850 hPa的EC數值預報產品檢驗強降溫的預報，分別從2個不同時次對850 hPa預報的溫度變化情況(圖7)分析，12日20時預報，氣溫從13日20時開始下降，15日降溫幅度最大，整個過程降溫幅度為13.2℃；13日20時預報，14日20時至15日20時，氣溫呈現下降趨勢，主要降溫時段發生在15—16日，整個過程降溫幅度達13.8℃。從連續2 d的EC數值預報產品來看，預報趨勢較為一致，13日20時預報的降溫幅度略高于12日20時0.6℃，說明EC數值預報的850 hPa溫度變化趨勢及降溫幅度較為穩定。

圖72月12日20時和13日20時EC數值預報850 hPa溫度變化情況

4.2 大風的預報模式檢驗

用EC數值預報產品10 m大風EFI指數進行檢驗，13日08時預報14日08時至15日08時合川區域內10 m大風EFI指數為0.9，14日08時預報的同時段10 m大風EFI指數則達到0.95。由此可見，EC數值預報產品10 m大風EFI指數預報較為穩定，且預報強度略有增加，說明EC數值預報產品對大風的預報趨勢是比較明顯和穩定的，預報產品基本可信。

5 結論

對2020年合川“2·15”強降溫大風天氣過程進行分析表明，1) 此次強降溫大風具有降溫幅度大、降溫快、覆蓋范圍廣、風力大、降雨弱、持續時間短等特點，整個過程持續時間為1 d，24 h最大降溫幅度達9.3℃，最大風速達21.5 m/s，最大雨量僅3.4 mm。2) 高空橫槽、低空急流、地面冷鋒、蒙古冷高壓是本次強降溫大風天氣的影響天氣系統，橫槽迅速轉豎，冷鋒與冷高壓的快速東移南壓，導致此次強降溫天氣過程的爆發。3) 較大的氣壓梯度和變壓梯度、較高基礎溫度的熱力不穩定、整層大氣的能量不穩定條件及強的垂直風切變促進了強降溫大風的發生。4) 850 hPa關鍵區冷高壓中心與合川國家基本氣象站的位勢高度差達到10 dagpm及以上；冷鋒南下過程中，蘭州與合川國家基本氣象站之間氣壓差≥13 hPa、氣溫差≥12℃，對強降溫及大風預報具有較好的指示意義。5) EC數值預報產品850 hPa溫度預報和10 m大風EFI指數具有一定的穩定性與可信度，對強降溫與大風的預報有一定的參考價值。當850 hPa溫度預報降溫幅度達12℃時可作為強降溫預報參考指標，當EFI指數達0.9時可作為大風預報參考指標。