2022年11月滄州一次寒潮過程分析

摘 要：2022年11月28日—30日滄州出現一次低槽東移型寒潮天氣過程，帶來極端低溫。這次寒潮過程中，前期冷空氣的大量堆積有利于寒潮的暴發；貝加爾湖西側脊前偏北氣流引導冷空氣在槽內聚集，地面冷高壓中心逐漸增強，為降溫提供了有利條件；低層先于中高層被強冷空氣入侵，冷空氣高空動量下傳，造成地面大幅度增壓和降溫，中高層的強冷平流是造成滄州地區出現極端低溫的重要因素；偶極型極渦中心的異常偏南對極端低溫的出現產生重要影響。參考極渦指數計算出本地化指數，及研究極端低溫的形成機制和變化規律提供參考。

關鍵詞：寒潮；極渦；環流形勢；極端低溫；垂直速度

中圖分類號：P458.122 文獻標志碼：B 文章編號：2095–3305（2024）11–0-03

寒潮是滄州市秋、冬、春季主要的災害性天氣之一，伴有劇烈降溫和大風等天氣現象，嚴重影響人們日常生活和經濟發展。2022年11月28日—30日，河北地區受強冷空氣影響出現了一次大范圍寒潮天氣，滄州14個縣市中有7個縣市達到特強寒潮標準，全市平均氣溫48 h降幅為12.3～16.2 ℃[1]。此次寒潮過程中，滄州站及青縣站最低氣溫均突破了建站以來11月的歷史極值，分別達到了-13.7 ℃與-12.8 ℃。本次寒潮過程中僅有沿海地區出現了17.2 m/s以上的大風（渤海新區程海一號無人站19.7 m/s），其余國家站最大風速為8.7～16.6 m/s。28日，滄州中東部地區出現總量為0.3～1.7 mm的弱降水，因前期溫度較高未出現降雪天氣。此次寒潮過程降溫幅度大，最低氣溫極端。對本次寒潮過程進行分析，為氣象部門提高未來對寒潮預報能力提供參考，從而更好地保障滄州地區冬小麥越冬。

1 前期環流背景與寒潮天氣過程形勢分析

1.1 前期環流背景

從圖1可以看出，寒潮暴發前1周，整體環流場呈現兩脊一槽的形勢，高壓脊在歐洲到西西伯利亞地區（60°～90°E）向東北延伸，前部的偏北氣流引導極地的冷空氣不斷向南擴散，冷空氣在中西伯利亞到東西伯利亞（50°～80°N，90°～160°E）一帶大量堆積，有利于后期寒潮的暴發，為寒潮過程出現大幅度降溫提供了有利條件[2]。

1.2 形勢分析

2022年11月28日20：00，歐亞大陸環流場呈兩脊一槽型分布（圖略），貝加爾湖西側脊前偏北氣流引導冷空氣在槽內聚集，在貝加爾湖以東有一低渦，中心強度為5 120 gpm。低渦西南部有-48 ℃冷中心，溫度槽落后于高度槽；隨后系統逐漸東移，低渦進一步發展且冷中心南壓，29日20：00前后，高空槽過境，河北位于大風速軸區，高空風向轉為西北氣流，且溫度槽明顯落后于高度槽，溫壓線交角增大，不斷有冷空氣補充南下，出現較強的冷平流，為降溫提供了有利條件[3]。截至30日08：00，冷渦與-48 ℃冷中心基本維持在原來位置，溫度達到最低，溫壓線交角減小，滄州市降溫過程基本結束。因為前期受地面暖低壓影響，所以地面氣溫回升，寒潮前期回暖較為顯著，這既有利于冷鋒南下，鋒生加強，又加大了降溫幅度。

11月28日08：00，在45°～51°N，95°～100°E附近有強度為1 070 hPa冷高壓中心（圖略），長軸呈現東北—西南走向，滄州市位于地面冷鋒前。冷高壓中心以西北路徑南下影響滄州市。截至11月28日20：00，冷鋒移到滄州市上空，受地面冷鋒影響，28日白天到夜間滄州市出現了弱降水天氣，冷鋒后等壓線密集，氣壓梯度大。11月29日08：00，冷中心氣壓增大到1 075 hPa，

至29日20：00，寒潮天氣暴發。

從11月27日08：00 850 hPa的等溫線圖（圖略）可以看出，前期滄州市上空均受偏南風控制，維持弱暖平流，導致基礎氣溫增高，有利于后期的大幅度降溫，28日20：00，500 hPa高空槽逐漸東移影響到河北地區，

850 hPa轉為西北風，冷空氣滲透入侵，29日08：00，850 hPa

河北附近等溫線十分密集，等溫線與風向接近垂直，至29日20：00河北上空存在較為密集的等溫線，冷中心強度達到-32 ℃，有強冷平流向河北輸送。

冷空氣影響滄州市地區期間，勢力逐漸增強，是寒潮天氣暴發并出現極端低溫的主要原因。此次寒潮天氣過程中，高空槽落后于地面冷鋒，地面冷空氣先于高空冷平流滲透影響滄州市，不利于大范圍大風的出現。

2 垂直速度分析

從11月28—30日滄州市上空垂直速度剖面（圖2）來看，28日08：00地面到高空存在顯著的上升氣流區；隨后，低層先于中高層被強冷空氣入侵，冷空氣高空動量下傳，造成地面大幅度增壓和降溫；之后，隨著寒潮的大規模暴發，上升氣流逐步消散。

3 極渦異常與歷史個例對比

從11月29日100 hPa環流形勢場（圖3a）來看，極渦呈現偶極型分布，對11月29日當天的環流形勢場做距平圖（圖3b），可以看到，亞洲一側的極渦中心偏南偏強，極渦中心南壓到西伯利亞北部。這種極渦中心異常偏南偏強導致亞洲上空出現氣壓偏低的形勢，有利于冷空氣從西伯利亞南下，造成大范圍持續低溫[4]。

為表征極渦強度，選取李崇銀等[5]定義的平流層極渦強度指數：50 hPa等壓面上0°～360°N、75°～90°N的平均位勢高度值越低，說明極渦越強。通過統計可以得知，極渦指數在極端低溫出現的前期就會發生比常年偏低的情況，如2016年1月的一次寒潮過程中（表1），在寒潮發生5 d前平流層極渦強度指數就已經比歷史同期偏低[6]。

為驗證極渦指數對極端低溫的前期指示意義，統計了2013—2022年滄州地區比較具有代表性的29次寒潮天氣過程（發生在10月至翌年3月，同時有5個站次及以上出現寒潮的過程），計算其達到最低溫度前一天的極渦指數，并與最低氣溫做相關性分析，計算相關系數，結果是0.522，為正相關，通過了0.05的置信檢驗。

為得到更加本地化的指標，結合上面的運算，將29次寒潮過程的最低氣溫與出現最低氣溫前一天的50 hPa環流形勢場做相關性分析[7-8]，通過了0.01的置信檢驗，得到結果如圖4?？梢钥吹?，歐亞大陸上空50 hPa高度場中存在與最低氣溫正相關的區域，選取30°～50°N，80°～120°E的正相關區域范圍內50 hPa的平均位勢高度，作為本地化的表征極渦中心南壓程度的指數，將該指數序列與最低氣溫做相關性檢驗，可以得到相關性為0.663，通過了0.01的置信檢驗。由此可知，該本地化指數比極渦指數對滄州市寒潮過程中最低氣溫具有更好的指示性意義，可以運用于未來的寒潮預報工作。

4 數值模式檢驗

歐洲中心模式11月29日08：00起報的29日20：00

預報場對500 hPa兩脊一槽的形勢及位置，850 hPa氣溫梯度的模擬及對地面系統冷高壓的位置走向較實況接近，提高了本次寒潮過程的可預報性。對溫度進行檢驗可以看到，福州模式對最低溫度的預報誤差相比河北模式較小，但兩者對于溫度較低的滄州市、肅寧縣及青縣的24 h預報誤差均在2 ℃以上，這兩種模式48 h預報均比72 h預報更加貼近實況溫度，但24 h誤差均有所增加，河北模式24 h對鹽山站的預報最接近實況溫度，比實況偏高0.5 ℃，福州模式24 h預報對任丘站、東光站及吳橋站最低溫度的預報較為貼合，與實況的誤差在0～0.4 ℃。綜合來看，對于最低氣溫較高的站點，模式均有一定的把控能力，但對于最低氣溫較低的站點預報則有偏差，在之后的寒潮預報中，對在歷史上降溫過程中最容易受到影響，從而出現較低溫度的縣市可以參考本地預報經驗，對最低氣溫適度進行下調。

5 結論

（1）此次為低槽東移型寒潮天氣過程，出現極端低溫，但伴隨的大風及降水天氣影響相對較弱。

（2）冷空氣在中西伯利亞到東西伯利亞一帶大量堆積，有利于后期寒潮的暴發及極端低溫的出現；貝加爾湖西側脊前偏北氣流引導冷空氣在槽內聚集，地面冷高壓中心逐漸增強，為降溫提供了有利條件；此次過程中，低層先于中高層被強冷空氣入侵，中高層的強冷平流是造成滄州地區出現極端低溫的重要因素。

（3）偶極型極渦中心的異常偏南偏強對極端低溫的出現產生重要影響，參考極渦指數計算出本地化指數有助于研究極端低溫的形成機制和變化規律，可以運用到未來的寒潮預報工作之中。

參考文獻

[1] 《河北省天氣預報手冊》編寫組.河北省天氣預報手冊[M].北京：氣象出版社，2017.

[2] 郝瑛，王新寧，王淼，等.張家口2018年1月21—22日寒潮災害天氣分析[J].農業災害研究，2018，8（4）：21-23，44.

[3] 張曉慧，盛立芳，張紅巖.渤海秋末初冬一次強寒潮天氣過程分析[J].海洋預報，2004（3）：51-56.

[4] 李艷，王嘉禾，王式功.極渦、阻塞高壓和西伯利亞高壓在極端低溫事件中的組合性異常特征[J].蘭州大學學報（自然科學版），2019，55（1）：51-63.

[5] 李崇銀，楊輝，趙晶晶.大氣環流系統組合性異常與極端天氣氣候事件發生[J].大氣科學學報，2019，42（3）：321-333.

[6] 陶詩言.阻塞形勢破壞時期的東亞一次寒潮過程[J].氣象學報，1957（1）：63-74.

[7] 王亞婷，董疆南，馬鴻青.2019年11月保定市一次寒潮過程分析[J].山西科技，2020，35（5）：73-75，79.

[8] 李峰，矯梅燕，丁一匯，等.北極區近30年環流的變化及對中國強冷事件的影響[J].高原氣象，2006（2）：209-219.