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摘要 对2016年1月22—24日（过程1）和2月13—14日（过程2）2次寒潮天气过程环流形势和寒潮天气对比分析。结果表明：2次寒潮过程均由横槽转竖造成寒潮爆发，但过程1转竖时间较晚，过程2转竖时间较早；影响系统不同造成2次过程降水量及降水性质有明显差别。过程1只有强冷空气影响，形成冷流降雪，且因1月海水温度较低，造成降水量级相对较小；过程2中高空槽、700 hPa低空急流和地面气旋的较好配合造成多地降水超过同期极值，且前期为降雨后期转为降雪。前期气候背景的不同造成2次过程最低气温也有明显差异。过程1前期不断有小槽引导冷空气南下，已使各地气温不断下降，横槽转竖携带冷空气主体过境，使各地气温进一步下降，多地最低气温打破历史极值；过程2前期受暖平流影响基础气温较高，所以最低温度未创新低。
关键词 寒潮天气过程；横槽转竖；环流形势；气候背景；山东烟台
中图分类号 P458.1 22 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2016）18-0185-03
寒潮是影响我国北方的主要灾害天气之一[1]，寒潮天气通常会造成剧烈降温和大风，有时还伴有雨、雪、雨凇或霜冻，给国民经济造成巨大的损失[2]。近年来，国内学者对寒潮天气过程已经有不少的研究，在寒潮天气成因[3-5]、寒潮大风[5-6]、寒潮降雪[6]等方面取得了不少成果。但由于气候、地理条件等因素差异较大，所以各地的寒潮过程也不尽相同，同一地区不同环流形势、不同气候背景，冷空气不同移动路径所造成的影响也有很大的差别。2016年1—2月烟台的2次寒潮天气过程就造成了不同的极端天气事件，因此对比分析2次寒潮天气过程环流形势、气候背景及寒潮天气等，可进一步提高对不同寒潮类型的认识，皆在为今后寒潮天气预报预警服务提供参考。
1 2次寒潮天气实况
过程1，即2016年1月22—24日，烟台市北部地区出现中到大雪，局部大到暴雪，南部地区小到中雪，全市平均降雪量为5.2 mm，其中牟平最大为10.2 mm。主要降水时段出现在23日白天到24日中午。此次寒潮过程降温明显，23日夜间气温最低，多地气温创历史新低。其中市区最低气温达-14.5 ℃，创1951年建站以来新低；长岛县最低气温达-13.7 ℃，创1958年建站以来新低；蓬莱市最低气温-14 ℃，海阳市最低气温-14.3 ℃，创1981年以来新低；莱州市最低气温-13.6 ℃，栖霞市最低气温-16 ℃，福山区最低气温 -14.2 ℃，接近1981年以来极端最低气温。
过程2，即2016年2月13—14日受强冷空气影响，全市平均降水量32.2 mm，北部地区普遍出现了中到大雨转中雪天气，南部地区出现了中到大雨转雨夹雪天气，最大降水量43.2 mm，出现在福山，全市11个大监站中有8个单日降水量突破历史同期极值，实属罕见。14日全市最低气温-8.2 ℃，出现在栖霞。
通过对比分析可见，2次寒潮天气过程造成了不同的极端天气事件，过程1多地最低气温创历史新低，过程2多地降水量突破同期极值。
2 天气形势分析
2.1 高空形势
过程1，造成此次寒潮天气过程的中高纬度环流形势为倒Ω流型。从20日8：00 500 hPa图上（图1a）可以看出，在乌拉尔山和鄂霍次克海附近有暖性高压脊存在，极涡位于贝加尔湖附近，且有-48 ℃冷中心与之相配合，极涡向西伸出一个东西向槽，槽前后是偏北风与偏西风的切变。温度脊落后于高度脊，使得两脊不断经向发展，并逐渐在极地打通，使得强冷空气向南堆积。21日20：00（图1b）在乌拉尔山附近生成闭合的反气旋环流，形成极地高压。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积，形成一股极寒冷的冷空气。从22日20：00，随着乌拉尔山高压脊的不断加强并向东伸，极涡不断南压，弱的暖平流区移到脊前，极涡西伸的横槽后部出现暖平流，横槽前出现冷平流，预示着横槽将转竖并向南加深，将引导强冷空气大举南下。
在极涡不断东移南压的过程中，横槽前的偏西气流中不断有小槽生成并引导冷空气南下，由于没有明显暖湿气流配合，所以22日14：00前只是造成了大风和逐渐降温。随着850 hPa温度的继续下降，海气温差逐渐加大，22日20：00 850 hPa温度达到-20 ℃，海气温差达到18 ℃，全市开始出现较为明显的冷流降雪（图1）。
过程2，12日8：00（图2a），半岛处在南支槽前的西南暖湿气流中，贝加尔湖附近有一横槽位于蒙古，配合-44 ℃冷中心，鄂霍次克海附近的暖高脊逐渐加强，使得横槽在东移过程中受到阻挡转竖影响半岛（图2b）。12日8：00 700 hPa（图2c）有西南急流前端到达鲁南，850 hPa（图2d）鲁西南有较为明显的低层切变，都给此次寒潮过程带来了丰富的水汽。
2.2 地面形势
过程1，中心强度为1 060 hPa的冷高压主体从乌拉尔山附近逐渐东移至贝加尔湖地区，且范围逐渐扩大。1 035 hPa等压线21日8：00位于内蒙古附近，到24日8：00已基本覆盖东亚大陆。
过程2，在江淮地区有气旋生成，并发展北上，13日5：00，气旋入海加强，中心气压1 006 hPa，烟台处于气旋顶部，受其影响，全市出现了中到大雨，随着冷锋的逐渐东移南压，降水性质逐渐由雨转为雪。
3 降水成因分析
3.1 过程1降水成因分析
高低空没有暖湿气流的配合，主要考虑为冷流降雪。由于19日已有一次冷空气影响，使得海面温度较低，所以22日14：00前850 hPa虽已降至-14 ℃，海面温度为-1.5 ℃，但海温差不足以形成冷暖气流扰动产生冷流云。后期随着冷空气不断补充，850 hPa温度进一步下降，温差继续增大，开始出现冷流降雪。根据之前冷流降雪预报经验，1月850 hPa温度与海温之差需大于12 ℃，可以看出22日14：00前未达到冷流降雪指标。另外，此次寒潮过程前期风力一直比较小，也不利于海气热量交换，同时低涡位置偏东，造成烟台市实际降水量比预报偏少。 3.2 过程2强降水成因分析
高空槽、700 hPa低空急流和地面气旋的相互配合是此次寒潮天气出现较强降水的原因。南支低槽为降水提供动力条件，低空急流和气旋提供水汽输送，使得13日前期全市出现明显降雨。随着冷空气不断南下，气温降低，中午开始逐渐转为降雪。因2月渤海海水表面温度低，海气温差小于20 ℃，对冷流降雪不利，14日烟台北部地区局部出现了微量的冷流降雪，降水基本结束。
3.2.1 水汽条件。12日傍晚开始到夜间烟台全市大部分地区出现大雾天气，从12日20：00和13日8：00的1 000 hPa温度露点差场（图3a）可以看出，烟台地区的温度露点差都在1 ℃以下，底层水汽条件充足，是降水的有利条件。到13日20：00（图3b），烟台地区的温度露点差增大，对应降水也基本停止。
3.2.2 垂直速度场。从垂直速度场分析得出，35°～43°N之间500～700 hPa层上存在一个较强的垂直上升气流区，850 hPa上升气流区偏南。其中700 hPa在12日20：00烟台上空垂直速度仅为0 hPa/s，到13日8：00垂直速度增加到40 hPa/s，为降水提供了上升条件。13日20：00上升运动迅速减弱，降水也逐渐停止。
3.2.3 不稳定能量场。降水的产生不仅需要充沛的水汽输送，还需要一定的能量和不稳定条件。θse是表征大气的温湿特征量。通过分析13日8：00的θse场表明，从地面到500 hPa高空烟台处于高能舌内，表明有较深厚的暖湿气流存在，而暖湿气流中蕴藏着潜在不稳定能量。在鲁西北到辽东半岛是 θse密集区的前沿，这条锋区与地面冷锋相对应。由于锋区的强迫抬升作用，当地面冷锋移到烟台地区时，触发了不稳定能量的释放，使烟台地区附近高能量的暖湿水汽沿锋面上升凝结后在锋区梯度最大区降落，形成较强降水天气。
4 降温分析
4.1 过程1强降温分析
4.1.1 高空冷空气强度较强且冷中心整体南压影响半岛。乌拉尔山高脊不断加强北伸，脊前偏北气流引导强冷空气不断向南堆积，乌拉尔山高脊和鄂霍次克海高脊在极地打通，使得极涡直接南压引导冷空气南下，配合的冷中心气温低于-48 ℃。
4.1.2 地面冷高压较强。地面蒙古冷高压中心强度达1 060 hPa，范围较大，1 060 hPa等压线最南到达北纬35° 附近。
4.1.3 850 hPa等高线与等温线相垂直（图4），冷平流较强。半岛北部850 hPa温度从21日20：00的-13 ℃降至23日20：00的-27 ℃，半岛南部850 hPa温度从21日20：00的-11 ℃ 降至23日20：00的-25 ℃，过程降温幅度较大。因此，此次强降温以平流降温为主。
4.1.4 前期基础温度较低。此次寒潮过程影响前期，冷中心伴随着极涡不断东移南压，横槽前不断有小槽引导冷空气南下，已使各地气温不断下降。在23日20：00 500 hPa -44 ℃冷中心已位于渤海附近，半岛850 hPa温度也降到最低值-26 ℃左右，随着横槽转竖携带冷空气主体过境，使得各地气温进一步下降，在23日夜间出现此次寒潮影响过程的最低值。
4.2 过程2降温分析
本次过程发生在前期气温偏高的气候背景下。2月上旬，烟台全市平均温度是-0.6 ℃，较常年同期偏高0.5 ℃。12日全市最低气温，沿海在3 ℃左右，内陆在5 ℃左右；最高气温，沿海在10 ℃左右，内陆在11 ℃左右。分析850 hPa温度平流，12日烟台受暖平流影响，13日开始受冷平流影响，到14日8：00，荣成站850 hPa过程降温18 ℃，等温线与等高线交角较大，说明冷平流较强，烟台所有大监站降温幅度都在8 ℃以上，都达到寒潮标准。但前期基础温度较高，所以最低温度未创新低。
5 结论
（1）2次寒潮过程均由横槽转竖造成寒潮爆发，但转竖的时间不同。过程1中随着乌拉尔山高压脊的不断加强并向东伸和鄂霍次克海高脊在极地打通，迫使极涡不断南压，故横槽前期一直南压为主，转竖时间较晚；过程2中鄂霍次克海暖高脊逐渐加强北伸，使得横槽在东移过程中受到阻挡转竖影响半岛，转竖时间较早。
（2）影响系统不同造成2次过程降水量及降水性质有明显差别。过程1中只有单一的强冷空气影响，无明显暖湿气流配合，故只形成冷流降雪，且因1月、2月海水温度较低，也造成降水量级相比较小；过程2中高空槽、700 hPa低空急流和地面气旋的较好配合是造成此次寒潮天气多地降水超过同期极值的重要原因，且前期降水性质为降雨，后期随着冷空气不断南下影响转为降雪[7]。
（3）前期气候背景的不同造成2次过程最低气温也有明显差异。过程1前期冷中心伴随着极涡不断东移南压，横槽前不断有小槽引导冷空气南下，已使各地气温不断下降。随着横槽转竖携带冷空气主体过境，使得各地气温进一步下降，在23日夜间出现多地最低气温打破历史极值；过程2前期受暖平流影响基础气温较高，所以最低温度未创新低。
6 参考文献
[1] 钱维宏，张玮玮.我国近46年来的寒潮时空变化与冬季增暖[J].大气科学，2007，31（6）：1266.
[2] 王遵娅，丁一汇.近53年中国寒潮的变化特征及其可能原因[J].大气科学，2006，30（6）：1069-1076.
[3] 孙玉莲.甘肃冬季罕见寒潮天气过程分析[J].江西农业学报，2012，24（9）：75-79.
[4] 李博渊，网丁丁，庄晓翠.阿勒泰地区一次强寒潮天气成因分析[J].陕西气象，2015（6）：1-6.
[5] 马素艳，韩经纬，宋桂英，等.2014年春季内蒙古2次大风降雪寒潮过程分析[J].中国农学通报，2015，31（20）：224-232.
[6] 许庆娥，杜丽娅.2013年初春的一次寒潮大风天气分析[J].新乡学院学报，2015，32（9）：72-76.
[7] 马晓青.中国暖冬时期强寒潮事件的分析[D].南京：南京信息工程大学，2007.
关键词 寒潮天气过程；横槽转竖；环流形势；气候背景；山东烟台
中图分类号 P458.1 22 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2016）18-0185-03
寒潮是影响我国北方的主要灾害天气之一[1]，寒潮天气通常会造成剧烈降温和大风，有时还伴有雨、雪、雨凇或霜冻，给国民经济造成巨大的损失[2]。近年来，国内学者对寒潮天气过程已经有不少的研究，在寒潮天气成因[3-5]、寒潮大风[5-6]、寒潮降雪[6]等方面取得了不少成果。但由于气候、地理条件等因素差异较大，所以各地的寒潮过程也不尽相同，同一地区不同环流形势、不同气候背景，冷空气不同移动路径所造成的影响也有很大的差别。2016年1—2月烟台的2次寒潮天气过程就造成了不同的极端天气事件，因此对比分析2次寒潮天气过程环流形势、气候背景及寒潮天气等，可进一步提高对不同寒潮类型的认识，皆在为今后寒潮天气预报预警服务提供参考。
1 2次寒潮天气实况
过程1，即2016年1月22—24日，烟台市北部地区出现中到大雪，局部大到暴雪，南部地区小到中雪，全市平均降雪量为5.2 mm，其中牟平最大为10.2 mm。主要降水时段出现在23日白天到24日中午。此次寒潮过程降温明显，23日夜间气温最低，多地气温创历史新低。其中市区最低气温达-14.5 ℃，创1951年建站以来新低；长岛县最低气温达-13.7 ℃，创1958年建站以来新低；蓬莱市最低气温-14 ℃，海阳市最低气温-14.3 ℃，创1981年以来新低；莱州市最低气温-13.6 ℃，栖霞市最低气温-16 ℃，福山区最低气温 -14.2 ℃，接近1981年以来极端最低气温。
过程2，即2016年2月13—14日受强冷空气影响，全市平均降水量32.2 mm，北部地区普遍出现了中到大雨转中雪天气，南部地区出现了中到大雨转雨夹雪天气，最大降水量43.2 mm，出现在福山，全市11个大监站中有8个单日降水量突破历史同期极值，实属罕见。14日全市最低气温-8.2 ℃，出现在栖霞。
通过对比分析可见，2次寒潮天气过程造成了不同的极端天气事件，过程1多地最低气温创历史新低，过程2多地降水量突破同期极值。
2 天气形势分析
2.1 高空形势
过程1，造成此次寒潮天气过程的中高纬度环流形势为倒Ω流型。从20日8：00 500 hPa图上（图1a）可以看出，在乌拉尔山和鄂霍次克海附近有暖性高压脊存在，极涡位于贝加尔湖附近，且有-48 ℃冷中心与之相配合，极涡向西伸出一个东西向槽，槽前后是偏北风与偏西风的切变。温度脊落后于高度脊，使得两脊不断经向发展，并逐渐在极地打通，使得强冷空气向南堆积。21日20：00（图1b）在乌拉尔山附近生成闭合的反气旋环流，形成极地高压。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积，形成一股极寒冷的冷空气。从22日20：00，随着乌拉尔山高压脊的不断加强并向东伸，极涡不断南压，弱的暖平流区移到脊前，极涡西伸的横槽后部出现暖平流，横槽前出现冷平流，预示着横槽将转竖并向南加深，将引导强冷空气大举南下。
在极涡不断东移南压的过程中，横槽前的偏西气流中不断有小槽生成并引导冷空气南下，由于没有明显暖湿气流配合，所以22日14：00前只是造成了大风和逐渐降温。随着850 hPa温度的继续下降，海气温差逐渐加大，22日20：00 850 hPa温度达到-20 ℃，海气温差达到18 ℃，全市开始出现较为明显的冷流降雪（图1）。
过程2，12日8：00（图2a），半岛处在南支槽前的西南暖湿气流中，贝加尔湖附近有一横槽位于蒙古，配合-44 ℃冷中心，鄂霍次克海附近的暖高脊逐渐加强，使得横槽在东移过程中受到阻挡转竖影响半岛（图2b）。12日8：00 700 hPa（图2c）有西南急流前端到达鲁南，850 hPa（图2d）鲁西南有较为明显的低层切变，都给此次寒潮过程带来了丰富的水汽。
2.2 地面形势
过程1，中心强度为1 060 hPa的冷高压主体从乌拉尔山附近逐渐东移至贝加尔湖地区，且范围逐渐扩大。1 035 hPa等压线21日8：00位于内蒙古附近，到24日8：00已基本覆盖东亚大陆。
过程2，在江淮地区有气旋生成，并发展北上，13日5：00，气旋入海加强，中心气压1 006 hPa，烟台处于气旋顶部，受其影响，全市出现了中到大雨，随着冷锋的逐渐东移南压，降水性质逐渐由雨转为雪。
3 降水成因分析
3.1 过程1降水成因分析
高低空没有暖湿气流的配合，主要考虑为冷流降雪。由于19日已有一次冷空气影响，使得海面温度较低，所以22日14：00前850 hPa虽已降至-14 ℃，海面温度为-1.5 ℃，但海温差不足以形成冷暖气流扰动产生冷流云。后期随着冷空气不断补充，850 hPa温度进一步下降，温差继续增大，开始出现冷流降雪。根据之前冷流降雪预报经验，1月850 hPa温度与海温之差需大于12 ℃，可以看出22日14：00前未达到冷流降雪指标。另外，此次寒潮过程前期风力一直比较小，也不利于海气热量交换，同时低涡位置偏东，造成烟台市实际降水量比预报偏少。 3.2 过程2强降水成因分析
高空槽、700 hPa低空急流和地面气旋的相互配合是此次寒潮天气出现较强降水的原因。南支低槽为降水提供动力条件，低空急流和气旋提供水汽输送，使得13日前期全市出现明显降雨。随着冷空气不断南下，气温降低，中午开始逐渐转为降雪。因2月渤海海水表面温度低，海气温差小于20 ℃，对冷流降雪不利，14日烟台北部地区局部出现了微量的冷流降雪，降水基本结束。
3.2.1 水汽条件。12日傍晚开始到夜间烟台全市大部分地区出现大雾天气，从12日20：00和13日8：00的1 000 hPa温度露点差场（图3a）可以看出，烟台地区的温度露点差都在1 ℃以下，底层水汽条件充足，是降水的有利条件。到13日20：00（图3b），烟台地区的温度露点差增大，对应降水也基本停止。
3.2.2 垂直速度场。从垂直速度场分析得出，35°～43°N之间500～700 hPa层上存在一个较强的垂直上升气流区，850 hPa上升气流区偏南。其中700 hPa在12日20：00烟台上空垂直速度仅为0 hPa/s，到13日8：00垂直速度增加到40 hPa/s，为降水提供了上升条件。13日20：00上升运动迅速减弱，降水也逐渐停止。
3.2.3 不稳定能量场。降水的产生不仅需要充沛的水汽输送，还需要一定的能量和不稳定条件。θse是表征大气的温湿特征量。通过分析13日8：00的θse场表明，从地面到500 hPa高空烟台处于高能舌内，表明有较深厚的暖湿气流存在，而暖湿气流中蕴藏着潜在不稳定能量。在鲁西北到辽东半岛是 θse密集区的前沿，这条锋区与地面冷锋相对应。由于锋区的强迫抬升作用，当地面冷锋移到烟台地区时，触发了不稳定能量的释放，使烟台地区附近高能量的暖湿水汽沿锋面上升凝结后在锋区梯度最大区降落，形成较强降水天气。
4 降温分析
4.1 过程1强降温分析
4.1.1 高空冷空气强度较强且冷中心整体南压影响半岛。乌拉尔山高脊不断加强北伸，脊前偏北气流引导强冷空气不断向南堆积，乌拉尔山高脊和鄂霍次克海高脊在极地打通，使得极涡直接南压引导冷空气南下，配合的冷中心气温低于-48 ℃。
4.1.2 地面冷高压较强。地面蒙古冷高压中心强度达1 060 hPa，范围较大，1 060 hPa等压线最南到达北纬35° 附近。
4.1.3 850 hPa等高线与等温线相垂直（图4），冷平流较强。半岛北部850 hPa温度从21日20：00的-13 ℃降至23日20：00的-27 ℃，半岛南部850 hPa温度从21日20：00的-11 ℃ 降至23日20：00的-25 ℃，过程降温幅度较大。因此，此次强降温以平流降温为主。
4.1.4 前期基础温度较低。此次寒潮过程影响前期，冷中心伴随着极涡不断东移南压，横槽前不断有小槽引导冷空气南下，已使各地气温不断下降。在23日20：00 500 hPa -44 ℃冷中心已位于渤海附近，半岛850 hPa温度也降到最低值-26 ℃左右，随着横槽转竖携带冷空气主体过境，使得各地气温进一步下降，在23日夜间出现此次寒潮影响过程的最低值。
4.2 过程2降温分析
本次过程发生在前期气温偏高的气候背景下。2月上旬，烟台全市平均温度是-0.6 ℃，较常年同期偏高0.5 ℃。12日全市最低气温，沿海在3 ℃左右，内陆在5 ℃左右；最高气温，沿海在10 ℃左右，内陆在11 ℃左右。分析850 hPa温度平流，12日烟台受暖平流影响，13日开始受冷平流影响，到14日8：00，荣成站850 hPa过程降温18 ℃，等温线与等高线交角较大，说明冷平流较强，烟台所有大监站降温幅度都在8 ℃以上，都达到寒潮标准。但前期基础温度较高，所以最低温度未创新低。
5 结论
（1）2次寒潮过程均由横槽转竖造成寒潮爆发，但转竖的时间不同。过程1中随着乌拉尔山高压脊的不断加强并向东伸和鄂霍次克海高脊在极地打通，迫使极涡不断南压，故横槽前期一直南压为主，转竖时间较晚；过程2中鄂霍次克海暖高脊逐渐加强北伸，使得横槽在东移过程中受到阻挡转竖影响半岛，转竖时间较早。
（2）影响系统不同造成2次过程降水量及降水性质有明显差别。过程1中只有单一的强冷空气影响，无明显暖湿气流配合，故只形成冷流降雪，且因1月、2月海水温度较低，也造成降水量级相比较小；过程2中高空槽、700 hPa低空急流和地面气旋的较好配合是造成此次寒潮天气多地降水超过同期极值的重要原因，且前期降水性质为降雨，后期随着冷空气不断南下影响转为降雪[7]。
（3）前期气候背景的不同造成2次过程最低气温也有明显差异。过程1前期冷中心伴随着极涡不断东移南压，横槽前不断有小槽引导冷空气南下，已使各地气温不断下降。随着横槽转竖携带冷空气主体过境，使得各地气温进一步下降，在23日夜间出现多地最低气温打破历史极值；过程2前期受暖平流影响基础气温较高，所以最低温度未创新低。
6 参考文献
[1] 钱维宏，张玮玮.我国近46年来的寒潮时空变化与冬季增暖[J].大气科学，2007，31（6）：1266.
[2] 王遵娅，丁一汇.近53年中国寒潮的变化特征及其可能原因[J].大气科学，2006，30（6）：1069-1076.
[3] 孙玉莲.甘肃冬季罕见寒潮天气过程分析[J].江西农业学报，2012，24（9）：75-79.
[4] 李博渊，网丁丁，庄晓翠.阿勒泰地区一次强寒潮天气成因分析[J].陕西气象，2015（6）：1-6.
[5] 马素艳，韩经纬，宋桂英，等.2014年春季内蒙古2次大风降雪寒潮过程分析[J].中国农学通报，2015，31（20）：224-232.
[6] 许庆娥，杜丽娅.2013年初春的一次寒潮大风天气分析[J].新乡学院学报，2015，32（9）：72-76.
[7] 马晓青.中国暖冬时期强寒潮事件的分析[D].南京：南京信息工程大学，2007.