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摘要 利用ECMWF再分析资料和GPM降水资料对2020年12月28～31日和2021年1月6～8日影响中国的两次寒潮天气过程进行诊断分析，结果表明：两次寒潮都经历了极涡南下、横槽转竖、冷高压异常强大、地面冷锋快速南压的过程，均导致全国大范围地区降温和出现极端低温天气。但前一次寒潮过程中冷锋南下前有明显的锋前增温，而后一次冷锋南下过程出现了锋前冷平流，导致后一次寒潮过程造成的极端低温比前一次过程更低。
关键词 寒潮;极端低温;锋前增温;锋前冷平流
中图分类号：P458.122 文献标识码：B 文章编号：2095–3305（2021）06–0131–04
寒潮天气是极地高纬度地区大规模强冷空气向南爆发的大气活动过程，是我国冬季严重的灾害性天气之一，常常导致出现大范围地区的剧烈降温、大风和雨雪等天气现象，造成我国工农业生产、畜牧业等巨大经济损失，对社会生产和人民生活产生严重的不良影响[1-4]。
2020年年底至2021年年初，我国大部分地区接连经历了两次寒潮天气过程。2020年12月28～31日，寒潮天气影响我国中东部地区，大部分地区出现大风、强降温，气温降至入冬以来最低。此次寒潮过程，大风降温影响范围广，全国自北向南普遍出现了24 h降温8℃～12℃，华南多地过程最低气温降到0℃、江南多地降到-10℃、华北平原部分地区出现-16℃的低温、東北和华北山区出现低于-30℃的低温。东北到江南伴随有雨雪天气。
2021年1月6～8日我国中东部地区自北向南再次出现48 h降温8℃～12℃的寒潮过程，华南多地过程最低气温降到0℃，江南、江汉和江淮多地气温降到-10℃，华北黄淮多地气温降到-20℃，东北、华北山区出现-30℃的低温天气。气温比前一次过程更低，江淮地区出现持续性降水。
通过对比分析2020年12月28～31日（以下简称寒潮Ⅰ）与2021年1月6～8日（以下简称寒潮Ⅱ）两次寒潮天气过程的差异，采用天气诊断分析方法剖析寒潮天气成因和影响系统，分析各气象要素场的变化特点。寒潮天气过程具有一定个体的差异性，因而准确预报寒潮对各地的影响有一定的难度[5-9]。通过探讨寒潮Ⅰ和寒潮Ⅱ的形成过程的异同，以期加深对寒潮过程的理解，为提高寒潮天气预报的准确性提供一定的参考。
1 资料和方法
利用ECMWF的0.25°×0.25°网格点逐6 h再分析资料，GPM的0.1°× 0.1°网格点24 h总降水量资料，采用天气诊断分析方法，诊断分析2020年12月28～31日和2021年1月6～8日的两次寒潮天气过程。
寒潮标准采用《冷空气等级》国家标准（GB/T 20484—2017）：某地日最低气温24 h内降幅≥8℃，或48 h内降幅≥10℃，或72 h内降幅≥12℃，且使该地日最低气温下降到≤4℃的冷空气。
2 过程天气概况
寒潮I的冷空气与寒潮Ⅱ的冷空气均从北冰洋沿岸向南移动到中国境内，寒潮I冷空气向南扩散程度比寒潮Ⅱ冷空气更强，路径也整体偏东。
3 寒潮Ⅰ天气形势
3.1 500 hPa形势
12月25日00：00（世界时，下同），极地高压位于新地岛及其北部的北极地区，从鄂霍次克海到西欧沿岸，存在宽广的大低涡，极涡中心南压至55°N的鄂霍茨克海附近。鄂霍茨克海低涡中心有横槽并向西伸展，槽后分布着-48℃的冷中心，中纬度东亚地区盛行西北偏西气流。在低纬度地区，西太平洋副热带高压脊线位于南海中部。27日06：00，乌拉尔山附近有高压脊拱起并与极地高压打通，广阔而深厚的大低涡被一分为二，在西欧一带形成切断低压，横槽整体有所南压，槽后分布着两个-48℃的冷中心，一个位于鄂霍茨克海，另一个位于新疆北部，整体有所增强。亚洲地区环流形势呈现“一脊一槽”型。极涡中心、副高脊线、东亚地区的盛行气流较25日变化不大。29日00：00（图2）乌拉尔高压脊东移至巴尔喀什湖，依然与极地高压相连，切断低压也明显东移，亚洲地区的环流形势变为“两槽一脊”形势。横槽旋转南下即将进入中国，但槽后-48℃冷中心和-44℃等温线消失。东亚地区盛行偏西气流。在低纬度地区，副高有所增强并北抬，脊线位于海南岛。30日12：00横槽完全转竖，亚洲地区环流形势依然为“两槽一脊”形势，并整体东移，巴尔喀什湖脊东移至青藏高原北部，并与阻塞高压形势存在的极地高压相连，极涡中心变化不大。东亚地区长江口以北盛行西北气流，以南依然是偏西气流，低纬度地区副高没有明显变化。
3.2 850 hPa形势
12月26日18：00（图3），冷锋锋区位于贝加尔湖以南的蒙古国和西伯利亚一带。锋后盛行偏北风，风速达到12 m/s，风向与等温线几乎垂直，冷平流强烈，存在一个温度低于-32℃的冷中心。此时，中国东北地区盛行西北气流，有冷平流。华北地区盛行偏西气流，黄河以南盛行西南气流，为明显的暖平流，风速可达8 m/s。27日18：00，锋区南压至内蒙古，等温线十分密集。锋后冷平流强度较26日有所增强。华南到华北一带均盛行偏南气流，暖平流范围明显扩大和强度也明显增强。28日18：00，冷锋已经南压至长江沿岸，锋后偏北风风速达到8～18 m/s，锋前西南风风速为2～12 m/s，锋前增暖显著。29日18：00，寒潮冷锋锋区南压到南岭附近。中国中东部地区南风全部转向，华南、西南和江南西部地区盛行东北气流，其他地区为东风、西北风，风速达到16～22 m/s，冷平流极强。30日12：00锋区在南海北部广东沿海一带停滞，寒潮I的影响范围达到极盛。0℃线南压到华南北部，-12℃线南压到西安-武汉-宁波一线，最低气温位于黑龙江东部约为-32℃。31日12：00，中国中东部地区风力明显减小，冷平流强度减弱。广东沿海地区转为偏东风，各等温线有所北抬，冷锋锋区疏散，寒潮I基本结束。 3.3 地面形势
12月26日18：00冷锋进入新疆北部。中国中东部地区位于入海变性高压脊的后部，盛行偏东风，等压线稀疏，风力小，沿海云量大。蒙古地区和西南地区为低压控制。29日00：00，除了青藏高原南部受低压影响外，东亚地区全部在寒潮冷高压的控制下，我国东部地区位于高压前部盛行东北风。寒潮冷锋东起江苏北部，经安徽南部、江西北部，穿过湖南中南部，延伸至贵州东南部。寒潮地面冷高压位于蒙古西部，中心气压超过了1 080 hPa。锋后等压线密集，风力大。
12月30日12：00，寒潮冷高压分裂南下，中心强度有所减弱，寒潮冷锋南压到南海北部，1 028 hPa等压线南压到广东沿海地区，而1 040 hPa线南压到江汉平原，中东部地区位于冷高压东南侧盛行东北风。沿海等压线密集，风力加大。在29日和30日的24 h变压图上（图4），全国范围正变高明显，寒潮影响范围广。这两天内我国大部分地区24 h变压>10 hPa，局地超过20 hPa/24 h。31日12：00，中国大部分地区仍受冷高压控制，但蒙古地区转为低压控制。中国地区的等压线开始变得稀疏，中东部地区的风力明显减小，寒潮冷高压减弱退化为高压脊，脊线自我国西北地区向东南沿海延伸，因此北方盛行偏西风，南方盛行偏东风，寒潮冷锋逐渐消散，寒潮I基本结束。
4 寒潮Ⅱ天气形势
4.1 500 hPa 形势
2021年1月4日18：00（图5），欧亚中高纬地区呈“一脊一槽”形势，乌拉尔山附近为高压脊，并与极地高压打通深入极地，迫使分裂的极涡迅速南下，与南侧两个冷涡合并，横槽南压开始进入蒙古，槽后在贝加尔湖附近出现-52℃的冷中心，冷空气强度超过寒潮I，合并的冷涡成为东亚地区的极涡中心。低纬度地区，副高有所北抬，影响到广东沿海地区，副高位置较寒潮I南下前位置明显偏北。
1月6日00：00，欧亚高纬度地区环流形势依然为“一脊一槽”型，整体有所东移，与极地高压联通的高压脊发展成阻塞高压形势，迫使极涡进一步南压到45°N，并进入中国，极涡冷中心依然达到-52℃。横槽南压到内蒙古，但并未转竖，寒潮冷空气入境我国。我国东北地区盛行偏北气流，长江以北盛行西北气流，长江以南盛行偏西气流。低纬度地区，副高南撤到南海中部。7日18：00，极涡减弱移出中国，横槽开始旋转南下，进入中国，巴尔喀什湖附近有切断低压生成。除华南地区盛行偏西气流外，我国中东部地区均盛行西北偏北气流，冷空气影响范围和及其南下深度远超寒潮I。在低纬度地区，副高进一步东退到太平洋。8日12：00，横槽转竖，槽线位于朝鲜半岛，槽后有-40℃冷中心。但在东北到华北一带又形成了第二道横槽，极涡东北移，中心北移到55°N的鄂霍茨克海。亚洲地区的环流形势变成“二槽两脊”，乌拉尔山又有高压脊生成。东亚的东北部、华北地区盛行偏北气流，华南地区盛行偏西气流，其他地区盛行西北气流，副高位置变化不大。1月9日06：00，第二道横槽转竖南下，槽线位于朝鲜半岛。在中蒙边境有第三道横槽形成，亚洲地区依然为“两脊两槽”形势，但槽脊均东移减弱，整体趋于平直，寒潮Ⅱ趋于结束。相较寒潮I，寒潮Ⅱ出现了多次横槽转竖事件，因此寒潮Ⅱ事件的影响时间远超寒潮I。
4.2 850 hPa形势
1月5日06：00（图6），冷锋锋区位于蒙古国中部，锋后盛行偏北气流，风向与等温线夹角大，冷平流强烈。但是分析我国中东部地区的盛行风向和冷暖平流可以发现，燕山以南均盛行西北、东北气流，为冷平流。说明寒潮Ⅱ进入我国前，已经有弱冷空气正在影响我国。同时，寒潮Ⅱ锋后有超过-36℃的冷中心，强度超过寒潮I。6日00：00，冷锋锋区南压到燕山山脉附近，锋后冷平流强度较5日有所增强，锋前冷平流没有明显变化，-36℃冷中心进入中国。
1月7日12：00，锋区到达南岭附近，长江以北盛行西北氣流，长江以南盛行东北气流。锋后风力强劲，风速达到8～16 m/s。位于锋前的华南地区，风向由东北转为东南，受暖平流影响。8日12：00，冷锋锋区压入南海北部，中东部地区全部转为冷平流，长江以北和浙江盛行西北气流，其他地方盛行东北气流。0℃南压到华南中部，-12℃线南压到长江中下游，风向与等温线夹角较大，风速达到8～22 m/s，与寒潮I大体相当。9日12：00，寒潮Ⅱ的温度锋区逐渐疏散，中东部地区，长江以北盛行西北气流，华南北部盛行东北气流，风力明显减弱。华南南部，盛行气流转为东南气流，为暖平流，寒潮Ⅱ结束。
4.3 地面形势
在1月5日12：00的地面天气图和1月5日的变压场图上（图7），寒潮冷锋位于中国蒙古边境，除青藏高压为低压控制外，中国其他地区均为冷高压控制。中国长城以北的地区盛行偏西风，长城以南南岭以北的地区盛行偏北风，华南地区盛行偏东风。寒潮Ⅱ在进入中国前有一股弱冷空气正在影响中国，与寒潮I进入中国前的形势不同。7日，寒潮Ⅱ的寒潮冷锋南压至广东沿海地区，除青藏高原外，中国均被冷高压控制。从蒙古到江南，中东部地区均受高压脊控制，盛行偏北风和东北风。寒潮地面冷高压位于蒙古西部，中心气压值超过1 075 hPa。与寒潮I的位置、强度相当。8日12：00寒潮冷锋南压进入南海，1 028 hPa等压线南压到广东沿海地区，高压中心强度开始有所减弱。9日，蒙古地区再次出现了低压，寒潮Ⅱ减弱退化为高压脊，高压脊线西起新疆到达长江口。中国北方盛行西北风，南方盛行偏北风。寒潮冷锋逐渐消散，寒潮Ⅱ影响趋于结束。
5 两次寒潮过程比较
通过分析亚洲地区500 hPa、850 hPa、地面天气图和变温、变压、降水量图可以看出，12月28～31日的第一次寒潮过程（寒潮I），与1月6～8日的第二次寒潮过程（寒潮Ⅱ）比较，两次过程既有相同之处，又有不同之处。
5.1 相同之处
在对流层中层，两次寒潮南下的环流形势过程都出现了横槽转竖的过程，环流形势都从“两槽一脊”变为“一槽一脊”再变成“两槽一脊”。亚洲地区先后出现“长波—超长波—长波”。高压脊均为阻塞高压的形势，阻塞高压与极地高压打通。在高压脊西侧乌拉尔山附近出现了切断低压的形势。同时，极涡中心始终在中国东北、鄂霍茨克海西部徘徊，长期低于60°N。高压脊东移进入西伯利亚后，寒潮就大举南侵我国。寒潮入侵我国前，副高均出现了北跳，588 dagpm线北支都到了广东沿海地区。这与历史个例不相同[10]。 在850 hPa的高空，两次寒潮过程的冷平流都很强，风力都达到了16～22 m/s，西北气流控制范围广，最南压到了闽浙交界。0℃线也南压到华南中部，-12℃线南压到长江中下游地区，冷锋锋区最南压入南海北部。
而在地面图上，两次寒潮的冷锋都南压到南海中部，且冷锋移动速度快，仅用了两天左右的时间就从蒙古移到了南海，并均伴有大风天气。地面冷高压强度强中心强度都超过了1 075 hPa，1 028 hPa等压线南压到广东沿海地区，冷高压中心移动的路径大体相同。两次降水量均不大，降水范围也高度重合，东北、新疆北部、江淮和黄淮一带均出现了降水。
5.2 不同之处
500 hPa副高南撤的形势差异巨大，寒潮I副高南撤到南海中部，寒潮Ⅱ南撤到太平洋。寒潮I在南下的过程中副高先北上再南撤，寒潮Ⅱ一路南撤。寒潮I位于20°N附近，寒潮Ⅱ位于北纬23°N。寒潮I爆发南下时冷涡没有进入中国，寒潮Ⅱ则进入中国。寒潮I只有一次寒潮转竖过程，寒潮Ⅱ有两次紧邻的横槽转竖过程。寒潮I冷中心没有超过-48℃，寒潮Ⅱ则超过-52℃，寒潮Ⅱ冷源强度超过寒潮I。寒潮I横槽维持了3 d，寒潮Ⅱ的维持了6 d，寒潮Ⅱ冷空气在西伯利亚堆积的时间远超寒潮I。两股寒潮的源地不同，寒潮I为西北路寒潮，寒潮原地为新地岛以西，寒潮Ⅱ为东路寒潮原地为东西伯利亚的极地。
在850 hPa图上，两次寒潮的冷中心强度不同，寒潮I为-32℃，寒潮Ⅱ达到-36℃。寒潮I在南压过程中锋前暖平流强烈，寒潮Ⅱ锋面除了在迫近华南时出现了弱的暖平流外，其他地区均为较弱的冷平流。
寒潮I造成的地面降温幅度明显大于寒潮Ⅱ，但寒潮I有明显的锋前增温，锋面两侧为冷气团和暖气团，寒潮Ⅱ在冷锋来临前还有一定的降温，锋面两侧为冷气团和变性冷气团。寒潮I的降水范围大于寒潮I的降水范围，但江淮地区降雨持续时间比寒潮Ⅱ的短，寒潮Ⅱ在华南南部形成了降水，但寒潮I没有给华南带来降水。寒潮I期间，1 040 hPa等压线南压到江汉平原，寒潮Ⅱ的仅南压到河套平原。
5.3 结论
利用ECMWF的再分析资料，GPM降水资料，对比分析了2020年12月底至2021年1月初的两次寒潮天气过程，得出以下结论。
（1）两次寒潮天气过程均在“两槽一脊”环流形势下发生。在两次寒潮过程中，均出现横槽转竖的情况，引导冷空气迅速南下。其中，极涡的持续偏南和乌拉尔山附近出现一个与极地高压打通的阻塞高压，为两次寒潮深度南下提供了有利形势。
（2）两次寒潮地面冷高压中心气压均超过1 075 hPa，寒潮冷锋最南南压到南海中部，锋后冷平流强烈，寒潮I在南下过程中锋前存在强烈而大范围的暖平流，使寒潮I降温幅度和降水范围及强度均大于寒潮Ⅱ。
（3）寒潮Ⅱ的500 hPa高空极涡进入中国，850 hPa锋前存在明显冷平流，前期基础气温低，是造成寒潮Ⅱ过程最低气温低于寒潮I的主要原因。
参考文献
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责任编辑：黄艳飞
Comparative Analysis of Two Cold Wave Processes from the Last 2020 to Early 2021
SHI Qing-tian et al （School of Oceanography and Meteorology， Guangdong Ocean University， Zhanjiang， Guangdong 524088）
Abstract Based on ECMWF reanalysis data and GPM precipitation data， two cold wave weather processes affecting China on December 28～31， 2021 and January 6～8， 2021 were diagnosed and analyzed. The results show that the two cold waves experienced the process of polar vortex southward， transverse trough vertical， abnormal strong cold high and rapid southward pressure of ground cold front， resulting in large-scale regional cooling and extreme low temperature. However， in the former cold wave process， there was obvious warming before the cold front moved southward， and in the latter cold front moved southward， there was cold advection before the cold front， which caused the extreme low temperature of the latter cold wave process to be much lower than that of the former.
Key words Cold wave; Extreme low temperature; Pre frontal warming; Frontal cold advection
基金项目 国家重点研发计划项目（2018YFC1506902）;广东海洋大学2019年度教学质量工程项目“大气科学教学团队”（570219040）。
作者简介 施晴天（2000-），男，福建泉州人，主要研究方向：大氣科学。*通信作者：薛宇峰（1967-），男，山西吕梁人，副教授，主要研究方向：大气科学专业教学与科研，E-mail：66989746@qq.com。
收稿日期 2021-04-25
关键词 寒潮;极端低温;锋前增温;锋前冷平流
中图分类号：P458.122 文献标识码：B 文章编号：2095–3305（2021）06–0131–04
寒潮天气是极地高纬度地区大规模强冷空气向南爆发的大气活动过程，是我国冬季严重的灾害性天气之一，常常导致出现大范围地区的剧烈降温、大风和雨雪等天气现象，造成我国工农业生产、畜牧业等巨大经济损失，对社会生产和人民生活产生严重的不良影响[1-4]。
2020年年底至2021年年初，我国大部分地区接连经历了两次寒潮天气过程。2020年12月28～31日，寒潮天气影响我国中东部地区，大部分地区出现大风、强降温，气温降至入冬以来最低。此次寒潮过程，大风降温影响范围广，全国自北向南普遍出现了24 h降温8℃～12℃，华南多地过程最低气温降到0℃、江南多地降到-10℃、华北平原部分地区出现-16℃的低温、東北和华北山区出现低于-30℃的低温。东北到江南伴随有雨雪天气。
2021年1月6～8日我国中东部地区自北向南再次出现48 h降温8℃～12℃的寒潮过程，华南多地过程最低气温降到0℃，江南、江汉和江淮多地气温降到-10℃，华北黄淮多地气温降到-20℃，东北、华北山区出现-30℃的低温天气。气温比前一次过程更低，江淮地区出现持续性降水。
通过对比分析2020年12月28～31日（以下简称寒潮Ⅰ）与2021年1月6～8日（以下简称寒潮Ⅱ）两次寒潮天气过程的差异，采用天气诊断分析方法剖析寒潮天气成因和影响系统，分析各气象要素场的变化特点。寒潮天气过程具有一定个体的差异性，因而准确预报寒潮对各地的影响有一定的难度[5-9]。通过探讨寒潮Ⅰ和寒潮Ⅱ的形成过程的异同，以期加深对寒潮过程的理解，为提高寒潮天气预报的准确性提供一定的参考。
1 资料和方法
利用ECMWF的0.25°×0.25°网格点逐6 h再分析资料，GPM的0.1°× 0.1°网格点24 h总降水量资料，采用天气诊断分析方法，诊断分析2020年12月28～31日和2021年1月6～8日的两次寒潮天气过程。
寒潮标准采用《冷空气等级》国家标准（GB/T 20484—2017）：某地日最低气温24 h内降幅≥8℃，或48 h内降幅≥10℃，或72 h内降幅≥12℃，且使该地日最低气温下降到≤4℃的冷空气。
2 过程天气概况
寒潮I的冷空气与寒潮Ⅱ的冷空气均从北冰洋沿岸向南移动到中国境内，寒潮I冷空气向南扩散程度比寒潮Ⅱ冷空气更强，路径也整体偏东。
3 寒潮Ⅰ天气形势
3.1 500 hPa形势
12月25日00：00（世界时，下同），极地高压位于新地岛及其北部的北极地区，从鄂霍次克海到西欧沿岸，存在宽广的大低涡，极涡中心南压至55°N的鄂霍茨克海附近。鄂霍茨克海低涡中心有横槽并向西伸展，槽后分布着-48℃的冷中心，中纬度东亚地区盛行西北偏西气流。在低纬度地区，西太平洋副热带高压脊线位于南海中部。27日06：00，乌拉尔山附近有高压脊拱起并与极地高压打通，广阔而深厚的大低涡被一分为二，在西欧一带形成切断低压，横槽整体有所南压，槽后分布着两个-48℃的冷中心，一个位于鄂霍茨克海，另一个位于新疆北部，整体有所增强。亚洲地区环流形势呈现“一脊一槽”型。极涡中心、副高脊线、东亚地区的盛行气流较25日变化不大。29日00：00（图2）乌拉尔高压脊东移至巴尔喀什湖，依然与极地高压相连，切断低压也明显东移，亚洲地区的环流形势变为“两槽一脊”形势。横槽旋转南下即将进入中国，但槽后-48℃冷中心和-44℃等温线消失。东亚地区盛行偏西气流。在低纬度地区，副高有所增强并北抬，脊线位于海南岛。30日12：00横槽完全转竖，亚洲地区环流形势依然为“两槽一脊”形势，并整体东移，巴尔喀什湖脊东移至青藏高原北部，并与阻塞高压形势存在的极地高压相连，极涡中心变化不大。东亚地区长江口以北盛行西北气流，以南依然是偏西气流，低纬度地区副高没有明显变化。
3.2 850 hPa形势
12月26日18：00（图3），冷锋锋区位于贝加尔湖以南的蒙古国和西伯利亚一带。锋后盛行偏北风，风速达到12 m/s，风向与等温线几乎垂直，冷平流强烈，存在一个温度低于-32℃的冷中心。此时，中国东北地区盛行西北气流，有冷平流。华北地区盛行偏西气流，黄河以南盛行西南气流，为明显的暖平流，风速可达8 m/s。27日18：00，锋区南压至内蒙古，等温线十分密集。锋后冷平流强度较26日有所增强。华南到华北一带均盛行偏南气流，暖平流范围明显扩大和强度也明显增强。28日18：00，冷锋已经南压至长江沿岸，锋后偏北风风速达到8～18 m/s，锋前西南风风速为2～12 m/s，锋前增暖显著。29日18：00，寒潮冷锋锋区南压到南岭附近。中国中东部地区南风全部转向，华南、西南和江南西部地区盛行东北气流，其他地区为东风、西北风，风速达到16～22 m/s，冷平流极强。30日12：00锋区在南海北部广东沿海一带停滞，寒潮I的影响范围达到极盛。0℃线南压到华南北部，-12℃线南压到西安-武汉-宁波一线，最低气温位于黑龙江东部约为-32℃。31日12：00，中国中东部地区风力明显减小，冷平流强度减弱。广东沿海地区转为偏东风，各等温线有所北抬，冷锋锋区疏散，寒潮I基本结束。 3.3 地面形势
12月26日18：00冷锋进入新疆北部。中国中东部地区位于入海变性高压脊的后部，盛行偏东风，等压线稀疏，风力小，沿海云量大。蒙古地区和西南地区为低压控制。29日00：00，除了青藏高原南部受低压影响外，东亚地区全部在寒潮冷高压的控制下，我国东部地区位于高压前部盛行东北风。寒潮冷锋东起江苏北部，经安徽南部、江西北部，穿过湖南中南部，延伸至贵州东南部。寒潮地面冷高压位于蒙古西部，中心气压超过了1 080 hPa。锋后等压线密集，风力大。
12月30日12：00，寒潮冷高压分裂南下，中心强度有所减弱，寒潮冷锋南压到南海北部，1 028 hPa等压线南压到广东沿海地区，而1 040 hPa线南压到江汉平原，中东部地区位于冷高压东南侧盛行东北风。沿海等压线密集，风力加大。在29日和30日的24 h变压图上（图4），全国范围正变高明显，寒潮影响范围广。这两天内我国大部分地区24 h变压>10 hPa，局地超过20 hPa/24 h。31日12：00，中国大部分地区仍受冷高压控制，但蒙古地区转为低压控制。中国地区的等压线开始变得稀疏，中东部地区的风力明显减小，寒潮冷高压减弱退化为高压脊，脊线自我国西北地区向东南沿海延伸，因此北方盛行偏西风，南方盛行偏东风，寒潮冷锋逐渐消散，寒潮I基本结束。
4 寒潮Ⅱ天气形势
4.1 500 hPa 形势
2021年1月4日18：00（图5），欧亚中高纬地区呈“一脊一槽”形势，乌拉尔山附近为高压脊，并与极地高压打通深入极地，迫使分裂的极涡迅速南下，与南侧两个冷涡合并，横槽南压开始进入蒙古，槽后在贝加尔湖附近出现-52℃的冷中心，冷空气强度超过寒潮I，合并的冷涡成为东亚地区的极涡中心。低纬度地区，副高有所北抬，影响到广东沿海地区，副高位置较寒潮I南下前位置明显偏北。
1月6日00：00，欧亚高纬度地区环流形势依然为“一脊一槽”型，整体有所东移，与极地高压联通的高压脊发展成阻塞高压形势，迫使极涡进一步南压到45°N，并进入中国，极涡冷中心依然达到-52℃。横槽南压到内蒙古，但并未转竖，寒潮冷空气入境我国。我国东北地区盛行偏北气流，长江以北盛行西北气流，长江以南盛行偏西气流。低纬度地区，副高南撤到南海中部。7日18：00，极涡减弱移出中国，横槽开始旋转南下，进入中国，巴尔喀什湖附近有切断低压生成。除华南地区盛行偏西气流外，我国中东部地区均盛行西北偏北气流，冷空气影响范围和及其南下深度远超寒潮I。在低纬度地区，副高进一步东退到太平洋。8日12：00，横槽转竖，槽线位于朝鲜半岛，槽后有-40℃冷中心。但在东北到华北一带又形成了第二道横槽，极涡东北移，中心北移到55°N的鄂霍茨克海。亚洲地区的环流形势变成“二槽两脊”，乌拉尔山又有高压脊生成。东亚的东北部、华北地区盛行偏北气流，华南地区盛行偏西气流，其他地区盛行西北气流，副高位置变化不大。1月9日06：00，第二道横槽转竖南下，槽线位于朝鲜半岛。在中蒙边境有第三道横槽形成，亚洲地区依然为“两脊两槽”形势，但槽脊均东移减弱，整体趋于平直，寒潮Ⅱ趋于结束。相较寒潮I，寒潮Ⅱ出现了多次横槽转竖事件，因此寒潮Ⅱ事件的影响时间远超寒潮I。
4.2 850 hPa形势
1月5日06：00（图6），冷锋锋区位于蒙古国中部，锋后盛行偏北气流，风向与等温线夹角大，冷平流强烈。但是分析我国中东部地区的盛行风向和冷暖平流可以发现，燕山以南均盛行西北、东北气流，为冷平流。说明寒潮Ⅱ进入我国前，已经有弱冷空气正在影响我国。同时，寒潮Ⅱ锋后有超过-36℃的冷中心，强度超过寒潮I。6日00：00，冷锋锋区南压到燕山山脉附近，锋后冷平流强度较5日有所增强，锋前冷平流没有明显变化，-36℃冷中心进入中国。
1月7日12：00，锋区到达南岭附近，长江以北盛行西北氣流，长江以南盛行东北气流。锋后风力强劲，风速达到8～16 m/s。位于锋前的华南地区，风向由东北转为东南，受暖平流影响。8日12：00，冷锋锋区压入南海北部，中东部地区全部转为冷平流，长江以北和浙江盛行西北气流，其他地方盛行东北气流。0℃南压到华南中部，-12℃线南压到长江中下游，风向与等温线夹角较大，风速达到8～22 m/s，与寒潮I大体相当。9日12：00，寒潮Ⅱ的温度锋区逐渐疏散，中东部地区，长江以北盛行西北气流，华南北部盛行东北气流，风力明显减弱。华南南部，盛行气流转为东南气流，为暖平流，寒潮Ⅱ结束。
4.3 地面形势
在1月5日12：00的地面天气图和1月5日的变压场图上（图7），寒潮冷锋位于中国蒙古边境，除青藏高压为低压控制外，中国其他地区均为冷高压控制。中国长城以北的地区盛行偏西风，长城以南南岭以北的地区盛行偏北风，华南地区盛行偏东风。寒潮Ⅱ在进入中国前有一股弱冷空气正在影响中国，与寒潮I进入中国前的形势不同。7日，寒潮Ⅱ的寒潮冷锋南压至广东沿海地区，除青藏高原外，中国均被冷高压控制。从蒙古到江南，中东部地区均受高压脊控制，盛行偏北风和东北风。寒潮地面冷高压位于蒙古西部，中心气压值超过1 075 hPa。与寒潮I的位置、强度相当。8日12：00寒潮冷锋南压进入南海，1 028 hPa等压线南压到广东沿海地区，高压中心强度开始有所减弱。9日，蒙古地区再次出现了低压，寒潮Ⅱ减弱退化为高压脊，高压脊线西起新疆到达长江口。中国北方盛行西北风，南方盛行偏北风。寒潮冷锋逐渐消散，寒潮Ⅱ影响趋于结束。
5 两次寒潮过程比较
通过分析亚洲地区500 hPa、850 hPa、地面天气图和变温、变压、降水量图可以看出，12月28～31日的第一次寒潮过程（寒潮I），与1月6～8日的第二次寒潮过程（寒潮Ⅱ）比较，两次过程既有相同之处，又有不同之处。
5.1 相同之处
在对流层中层，两次寒潮南下的环流形势过程都出现了横槽转竖的过程，环流形势都从“两槽一脊”变为“一槽一脊”再变成“两槽一脊”。亚洲地区先后出现“长波—超长波—长波”。高压脊均为阻塞高压的形势，阻塞高压与极地高压打通。在高压脊西侧乌拉尔山附近出现了切断低压的形势。同时，极涡中心始终在中国东北、鄂霍茨克海西部徘徊，长期低于60°N。高压脊东移进入西伯利亚后，寒潮就大举南侵我国。寒潮入侵我国前，副高均出现了北跳，588 dagpm线北支都到了广东沿海地区。这与历史个例不相同[10]。 在850 hPa的高空，两次寒潮过程的冷平流都很强，风力都达到了16～22 m/s，西北气流控制范围广，最南压到了闽浙交界。0℃线也南压到华南中部，-12℃线南压到长江中下游地区，冷锋锋区最南压入南海北部。
而在地面图上，两次寒潮的冷锋都南压到南海中部，且冷锋移动速度快，仅用了两天左右的时间就从蒙古移到了南海，并均伴有大风天气。地面冷高压强度强中心强度都超过了1 075 hPa，1 028 hPa等压线南压到广东沿海地区，冷高压中心移动的路径大体相同。两次降水量均不大，降水范围也高度重合，东北、新疆北部、江淮和黄淮一带均出现了降水。
5.2 不同之处
500 hPa副高南撤的形势差异巨大，寒潮I副高南撤到南海中部，寒潮Ⅱ南撤到太平洋。寒潮I在南下的过程中副高先北上再南撤，寒潮Ⅱ一路南撤。寒潮I位于20°N附近，寒潮Ⅱ位于北纬23°N。寒潮I爆发南下时冷涡没有进入中国，寒潮Ⅱ则进入中国。寒潮I只有一次寒潮转竖过程，寒潮Ⅱ有两次紧邻的横槽转竖过程。寒潮I冷中心没有超过-48℃，寒潮Ⅱ则超过-52℃，寒潮Ⅱ冷源强度超过寒潮I。寒潮I横槽维持了3 d，寒潮Ⅱ的维持了6 d，寒潮Ⅱ冷空气在西伯利亚堆积的时间远超寒潮I。两股寒潮的源地不同，寒潮I为西北路寒潮，寒潮原地为新地岛以西，寒潮Ⅱ为东路寒潮原地为东西伯利亚的极地。
在850 hPa图上，两次寒潮的冷中心强度不同，寒潮I为-32℃，寒潮Ⅱ达到-36℃。寒潮I在南压过程中锋前暖平流强烈，寒潮Ⅱ锋面除了在迫近华南时出现了弱的暖平流外，其他地区均为较弱的冷平流。
寒潮I造成的地面降温幅度明显大于寒潮Ⅱ，但寒潮I有明显的锋前增温，锋面两侧为冷气团和暖气团，寒潮Ⅱ在冷锋来临前还有一定的降温，锋面两侧为冷气团和变性冷气团。寒潮I的降水范围大于寒潮I的降水范围，但江淮地区降雨持续时间比寒潮Ⅱ的短，寒潮Ⅱ在华南南部形成了降水，但寒潮I没有给华南带来降水。寒潮I期间，1 040 hPa等压线南压到江汉平原，寒潮Ⅱ的仅南压到河套平原。
5.3 结论
利用ECMWF的再分析资料，GPM降水资料，对比分析了2020年12月底至2021年1月初的两次寒潮天气过程，得出以下结论。
（1）两次寒潮天气过程均在“两槽一脊”环流形势下发生。在两次寒潮过程中，均出现横槽转竖的情况，引导冷空气迅速南下。其中，极涡的持续偏南和乌拉尔山附近出现一个与极地高压打通的阻塞高压，为两次寒潮深度南下提供了有利形势。
（2）两次寒潮地面冷高压中心气压均超过1 075 hPa，寒潮冷锋最南南压到南海中部，锋后冷平流强烈，寒潮I在南下过程中锋前存在强烈而大范围的暖平流，使寒潮I降温幅度和降水范围及强度均大于寒潮Ⅱ。
（3）寒潮Ⅱ的500 hPa高空极涡进入中国，850 hPa锋前存在明显冷平流，前期基础气温低，是造成寒潮Ⅱ过程最低气温低于寒潮I的主要原因。
参考文献
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责任编辑：黄艳飞
Comparative Analysis of Two Cold Wave Processes from the Last 2020 to Early 2021
SHI Qing-tian et al （School of Oceanography and Meteorology， Guangdong Ocean University， Zhanjiang， Guangdong 524088）
Abstract Based on ECMWF reanalysis data and GPM precipitation data， two cold wave weather processes affecting China on December 28～31， 2021 and January 6～8， 2021 were diagnosed and analyzed. The results show that the two cold waves experienced the process of polar vortex southward， transverse trough vertical， abnormal strong cold high and rapid southward pressure of ground cold front， resulting in large-scale regional cooling and extreme low temperature. However， in the former cold wave process， there was obvious warming before the cold front moved southward， and in the latter cold front moved southward， there was cold advection before the cold front， which caused the extreme low temperature of the latter cold wave process to be much lower than that of the former.
Key words Cold wave; Extreme low temperature; Pre frontal warming; Frontal cold advection
基金项目 国家重点研发计划项目（2018YFC1506902）;广东海洋大学2019年度教学质量工程项目“大气科学教学团队”（570219040）。
作者简介 施晴天（2000-），男，福建泉州人，主要研究方向：大氣科学。*通信作者：薛宇峰（1967-），男，山西吕梁人，副教授，主要研究方向：大气科学专业教学与科研，E-mail：66989746@qq.com。
收稿日期 2021-04-25