一次强降温过程的降温降雨分布及成因分析.doc

资助项目：重庆市气象局青年基金项目 QNJJ-201202作者简介：邓承之，男，1983 年出生，工程师，主要从事天气预报工作，Email: 95640680@.com一次强降温过程的降温降雨分布及成因分析邓承之 1 江玉华 1 周通 21．重庆气象台，401147；2. 重庆黔江区气象局，409000摘要：2011 年 3 月 13 日～15 日，冷空气入侵重庆地区引起了一次区域性强降温天气过程显著降温区域位于重庆中西部地区，而大降水区域位于重庆中东部地区分析表明，这种降温降雨分布特征的形成，主要是由于冷空气侵入四川盆地的路径结合地形引起的高空横槽转竖引导槽后冷空气向南爆发，冷空气南下至河套地区后，在地形的作用下，分西北和东北两条路径侵入四川盆地，其中西北路径为主要路径，由西北路径进入盆地的冷空气，结合重庆的特殊地形，引起了盆地内重庆中西部地区的显著降温；两条路径中的冷空气在川东地区相遇后有弱锢囚锋生成，锢囚锋出现的时间与位置与大降水出现的时间与落区基本一致，诊断分析显示，锢囚锋所在区域对应着较强上升运动区和水汽辐合的大值区锢囚锋可能是重庆中东部地区大降水产生的主要原因关键词：强降温 西北路径 锢囚锋1 引言寒潮是我国冬半年严重的灾害性天气之一，其突出的天气特点是剧烈降温和大风，有时还伴有雨、雪、雨凇和霜冻天气，对工农业生产和交通运输等有巨大影响。

近年来，许多学者对我国的寒潮天气做了统计、诊断及数值模拟研究，得出了很多有意义的结论 [1-12]多年统计结果显示，我国大部地区寒潮活动频次呈明显下降趋势寒潮频次的下降与气候变暖、西伯利亚高压及冬季风强度的减弱等有密切关系 [1-7]寒潮个例分析表明，横槽转竖是引导寒潮冷空气向南爆发的主要天气形势之一，冷空气入侵导致大范围的降温，而冷暖气流的交汇形成了大范围的雨雪天气过程 [8-12]数值模拟的结果则显示，地形的动力作用对寒潮天气系统的生成及发展、寒潮南下的路径等均有重要的影响 [13-14]重庆地区由于地处四川盆地东缘，地形复杂，冬半年最低气温较同纬度偏高，除个别高海拔地区外，极少出现国家气象局规定的标准寒潮天气因此，重庆市气象局将冬季12～2 月 72 小时日平均气温连续下降 6℃以上，以及春季 3～4 月、秋季 10～11 月 72 小时日平均气温连续下降 8℃以上的降温天气过程称为强降温天气强降温天气是重庆地区冬半年主要的灾害性天气之一，其性质与寒潮类似，主要的天气现象为剧烈降温和大风天气，- 2 -春季还会伴有雷电、冰雹和冻害等天气现象目前，对于重庆地区强降温天气的分析仍相对较少。

2011 年 3 月 13～15 日，受冷空气影响，重庆地区出现了一次区域性强降温天气，各地 48 小时日平均气温普遍下降 6℃以上，其中，位于四川盆地内的渝中及渝西大部地区降温达到 8～12℃,呈现“西强东弱”的特征（图 1） ；并伴有降雨出现，渝中及渝东北地区，以万州、忠县等地为中心，过程雨量超过 25mm，呈现“东强西弱”的特征（图 2） 由于降温降雨明显，且高海拔地区伴有降雪，在社会公众间产生了较大的影响 105.67.10859.289.31.52图 1 2011 年 3 月 13-15 日平均气温下降幅度分布（单位：℃）105.67.10859.89.3.图 2 2011 年 3 月 13-15 日过程降雨分布（单位：mm）- 3 -本文采用常规观测、自动站及 NCEP 1°× 1° 6 小时再分析资料，对重庆此次强降温过程作了天气形势与诊断分析，着重分析重庆降温、降雨的分布及成因2 气温距平经验表明，平均气温为正距平，在冷空气影响时，有利于降温幅度的增大；一定的气温正距平，对降温达到强降温标准有必要性此次强降温开始前，重庆地区 9～11 日，维持阴雨天气，12～13 日，转为多云天气，气温逐步回升，但由于低层湿度较大、升温日数较短，13 日各区县平均气温约 14～17℃左右，与 3 月中旬多年旬平均气温相比，除东南部偏高 4℃以上，其余地区均在 2℃或 2℃以内（如图 3） 。

对比图 3 与图 1 可以看出，这种气温距平的分布与降温分布并不匹配重庆中西部与东北部气温距平值接近，均在 1～2℃左右，但过程的实际降温幅度，中西部却显著超过东北部；而气温距平最大的东南部，降温幅度却仅与东北部相当形成这种降温分布的原因，与冷空气的南下路径、强度及盆地的特殊地形有关，下文将作具体分析 105.67.10859.289.3051.2图 3 2011 年 3 月 13 日平均气温与多年 3 月中旬平均气温的距平（单位：℃）3 环流及主要影响系统分析3.1 环流形势这次强降温过程主要是由横槽转竖，引导槽后积聚的冷空气向南爆发形成的，如图4过程开始前的 2～3 天，欧亚中高纬为两槽两脊的经向环流型：两低槽分别位于贝湖以- 4 -西和鄂霍茨克海地区，两高脊分别位于乌拉尔山和大兴安岭附近贝湖西部低槽后部有明显的冷空气积聚西太平洋副高呈带状分布在南海-中南半岛上空；高原及高原东部盛行纬向气流，多波动槽东移12 日 08 时，贝湖西部低槽，呈东北-西南走向，位于贝湖-新疆北部上空，槽后盛行东北气流，乌拉尔山脊后部盛行西南气流，槽、脊后部的温度场均落后于高度场，有显著的冷、暖平流输入，槽、脊均处于发展加强之中；重庆地区处于短波脊的影响下，天空云量较少，地面显著增温（图 4a） 。

13 日 08 时，乌山高脊进一步向北发展，贝湖低槽显著南压，低槽北段南压更为明显，呈现为东西向的横槽形态，槽后脊前仍维持东北气流，但冷平流明显减弱，温度槽与高度槽接近重合；重庆地区短波脊东移，受高原短波槽的影响，天空云量逐渐增加，致使增温速度较慢，因而，冷空气影响前，地面气温正距平值不高，（图 4b） 14 日 08 时，北方槽脊再次东移南压，横槽西段到达河套北部上空，槽后由东北气流转为西北气流，标志着横槽即将转竖（图 4c） 14 日 20 时，横槽转为东北-西南走向，槽后冷空气主体迅速南压，影响包括重庆在内的我国南方大部地区（图略） 至 15 日 08 时，低槽南段移至长江沿线一带，槽后西北气流已控制四川北部地区，标志着重庆地区的降温降雨天气行将结束（图 4d） 5 -图 4 500hPa 高度场 （a：3 月 12 日 08 时；b：13 日 08 时；c：14 日 08 时；d：15 日 08 时；单位：位势十米）3.2 冷空气的积聚、爆发和结束3 月 11～12 日，乌拉尔山脊和贝湖低槽在后部暖、冷平流的作用下均处于发展中，槽后脊前的偏北风引导西西伯利亚冷空气在巴湖北部积聚，并缓慢东移，至 12 日 20 时，冷高压中心位于巴湖东北部一带，中心气压约 1060hPa，地面锋位于新疆中部、内蒙西部地区， （如图 5a） ，新疆北部 850hPa 温度等值线密集，气温梯度达到约 12℃/5 纬度（图略） 。

13～15 日，乌山脊和前部低槽逐渐东移南压，脊前冷空气沿着青藏高原边缘，经新疆东部、河西走廊南下，入侵四川盆地，给川渝地区带来显著的降温降雨天气13 日 20 时，冷高中心位于新疆东北部，中心气压仍接近 1060hPa,地面冷锋逐步翻越秦岭-大巴山脉，到达盆地北部（如图 5b） 之后，锋面继续南压，影响川渝各地，至 15 日 08 时，地面冷锋南压至华南沿海地区，等压线密集带移出重庆，重庆地区转受冷高压控制，降温降雨结束，天气转好通过以上分析，依据冷空气入侵四川盆地的路径分类，此次降温降雨过程主要为西北路径冷空气入侵盆地带来的强降温天气，前期气温与同期多年旬平均气温相比为弱正距平，但冷空气势力较强，是一次较为典型的强降温天气过程图 5 海平面气压场 （a：3 月 12 日 20 时；b：13 日 20 时；单位：hPa）4 降温分布成因- 6 -图 6 给出了 3 月 13 日 20 时至 15 日 08 时 850hPa 上的温度平流分布，可以看出，13日 20 时，在 700hPa、850hPa 切变线后部偏北风控制的华北、河套地区，出现了东北-西南走向的带状冷平流区，其中，陕西中部地区出现了超过-60×10 -5℃/s 的强冷平流中心（图6a） 。

14 日 08 时，切变线及冷空气进一步南下，冷平流区域扩展至长江沿线及以南地区，出现了两个冷平流中心，分别位于四川盆地北部和河南东北部，冷平流中心强度均达到-35×10-5℃/s，盆地大部地区气温开始迅速下降（图 6b） 14 日 20 时，随着横槽转竖，冷平流中心向长江沿线地区移动，盆地北部的冷平流中心维持并向南扩散，贵州北部出现另一个冷平流中心，强度略弱，达到-20×10 -5℃/s；湖北地区维持较强的冷平流，北部亦出现一冷平流中心，强度达到-25×10 -5℃/s（图 6c） 之后，强冷平流区域迅速移至贵州、湖南南部地区，川渝地区冷平流显著减弱，同时，15 日开始，500hPa 低槽迅速过境，川渝地区天气转好，辐射增温增强，气温开始回升，冷空气影响结束（图 6d） 图 6 850hPa 温度平流（a：3 月 13 日 20 时；b：3 月 14 日 08 时；c：3 月 14 日 20 时；d：3 月 15 日 08时 ；单位：10 -5℃/S）由过程中冷平流中心出现的位置和移动可以看出，冷空气影响重庆及周边地区时，主- 7 -要由两个路径南下，一条是由河西走廊进入四川盆地，由盆地南部移上云贵高原；另一条是由河套或华北地区进入两湖盆地，由湖南南部进入华南地区。

此次冷空气过程中，重庆东南部始终未出现强冷平流，这与此次冷空气路径及重庆地区特殊地形有关重庆东南部为武陵山系所在地，由于地形的原因，在受冷空气影响时，冷空气较易取东北路径，即由两湖盆地回流进入，而不易受西北路径冷空气影响此次冷空气由西北路径首先入侵四川盆地，再由盆地南部南下，而冷空气进入两湖盆地时间较晚，南下的却比较快，因而导致重庆东南部地区受冷空气入侵较弱，致使东南部地区虽然前期气温正距平较明显，但降温幅度并不大综合以上分析可见，此次强降温过程中，冷空气南下速度快，降温时间短，主要降温时段为 3 月 14 日由于冷空气为西北路径，盆地内的重庆中西部地区降温最显著，而东部山区受影响略弱，尤其是重庆东南部地区，受西北路径冷空气的影响最弱，虽然前期有较明显的气温正距平，但并未带来匹配的降温幅度，因而导致降温分布出现“西强东弱”的特征5 降雨分布成因5.1 锢囚锋作用如前所述，此次冷空气影响形成的降雨，以渝中及渝东北地区最显著，万州、忠县等地，24h 雨量均超过 25mm，呈现“东强西弱”的特征（如图 2） 分析降雨分布形成的原因，与过程中出现的川东锢囚锋有密切的联系由图 7 可以看出，由于盆地北部、东部山脉的存在，过程中，冷空气首先进入四川盆地并南下，稍晚进入两湖盆地的冷空气由两条山系之间的谷地逐渐向西回流进入四川盆地，两股冷空气在盆地东部相遇，产生弱的锢囚，如图 7 所示。

14 日 20 时沿 30°N 纬向气温的经度-高度剖面图（图 8）上，也可以看出锢囚锋形成时，气温垂直分布呈现出的 Ω 形态过程中主要的降雨时段为 14 日 12 时以后，与锢囚锋形成的时间大致相近；降雨的中心也主要位于重庆中东部地区，即形成锢囚锋位置的附近可见，冷空气侵袭川渝地区时，锢囚锋的形成对大降雨的出现和落区有着重要的影响和指示意义 8 -图 7 3 月 14 日 20 时重庆附近地面冷锋及锢囚锋位置图 8 3 月 14 日 20 时 30°N 上气温经度-高度剖面图（单位：℃）5.2 动力学条件分析5.2.1 位温场特征从 14 日 20 时沿 30°N 纬向位温 的经度-高度剖面图上，可以看出，位温随着高度增加而逐渐增大，在 700hPa 以下，自西向东存在两个倾斜的等位温线相对密集带，对应于两条锋面：第一条向西倾。