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探究一次无降水寒潮大风沙尘天气过程的预报得失

2020-07-16 428 上传者：管理员

摘要：2018年4月4日河西走廊及柴达木盆地出现大风沙尘天气，受其影响西宁地区空气中的污染物增多，能见度变差，5日冷空气影响到西宁地区，5—6日西宁地区出现大风沙尘及寒潮天气过程。西宁市气象台在此次预报中对5—6日的吹风、降温预报准确，4日的降水预报为空。现就4—6日预报的得失原因分析表明：此次大风沙尘寒潮天气是深厚的冷温槽过境所致，欧洲数值预报500hPa槽和海平面24h变压预报准确，对降温幅度预报基本准确，但对湿度要素预报的误差影响预报判断。

关键词：
冷温槽
大风沙尘
寒潮
气象观测
预报得失
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寒潮的主要影响是地面最低温度对作物的冻害以及过程产生的降水、大风或伴随沙尘天气等对设施农业、交通运输、人员出行等带来的危害。因此在实际预报中，预报员更关注最低温度、风速以及降水等的最终量级或数值。张华等[1]认为槽后强冷平流下沉是大风型寒潮的主因。高振荣等[2]分析寒潮个例时认为，高空急流南下与寒潮爆发有关。高玲等[3,4]提出44m/s西风急流、地面冷高压强度1045hPa等个例指标。从技术角度较全面分析了2018年4月4—6日出现在西宁市一次无降水寒潮大风沙尘天气过程的预报得失情况，旨在为提高预报准确率提供参考。

1、天气实况和预报服务情况

2018年4月4日08时河西走廊出现大风扬沙天气，青海省海西西部的冷湖、芒崖和小灶火也有大风扬沙浮尘天气，受其影响，西宁地区能见度均在10km以下，空气中的污染物明显增多，空气质量较差。4日15—20时湟源县出现大风，最大风速出现在湟源大华为18.3m/s，至5日西宁全区出现大风天气（图1中框），湟源伴有扬沙。随着冷空气势力加强，各地气温下降明显，至6日24h平均温度西宁下降9.6℃，大通下降8.6℃，湟源下降8.8℃，湟中下降10.2℃，均达到寒潮黄色预警标准。

图1地面要素时序图

对于此次过程，西宁市台在4月2日的未来一周预报中提前预报：“4日：小雨或雨夹雪；5日：受冷空气影响，有4～5级的偏西风，平均气温下降4～6℃。”

4月3日清明节假日预报继续发布“西宁地区5日将有吹风天气，5—6日气温下降明显，日平均气温将下降4～6℃，7日气温逐渐回升。”

4月4日针对空气污染情况，发布“受冷空气和上游沙尘天气影响，西宁地区空气质量差，请政府及相关部门做好防范工作，市民请尽量减少户外活动”的气象提示短信，并提前及时发布湟源大风黄色预警信号。

4月5日发布西宁地区寒潮黄色预警信号和大风黄色预警信号，预警信号发布及时准确。

2、天气成因分析

2018年4月3日20时500hPa亚洲中高纬两槽一脊形势，巴尔喀什湖西侧为较强的高压脊，巴尔喀什湖与贝加尔湖之间为深厚的冷温槽，南支槽偏南。新疆北部至河西走廊为西风急流带，风速均在20m/s以上，最大34m/s，青海东部处于偏西气流中。高空锋区明显，5个纬距内6条等高线，等温线密集，温度梯度12℃/5纬距。700hPa青海东部处于槽前的东南气流中，温度露点差在15℃以上，水汽条件差。200hPa高空急流位于新疆北部至河西走廊，急流最大风速58m/s。4日08时500hPa高空系统缓慢东移，冷温槽位于贝加尔湖附近。高空锋区加强，河西走廊风速超过30m/s，青海湖附近风速达20m/s，西宁地区的西北风在16m/s以上。700hPa青海东部受贝加尔湖槽分裂的短波槽影响，河西走廊风速达20m/s。200hPa河西走廊的高空急流加强，风速达到40m/s以上。温度露点差500hPa河西走廊至青海东部在0～3℃之间，而700hPa在10℃以上，说明高层水汽好，低层水汽少。4日20时500hPa贝加尔湖槽东移，其分裂的短波槽东移至河套地区，高空锋区进一步加强，河西走廊风速40m/s以上。青海东部包括西宁地区的高空风16m/s以上，并受冷温槽影响。700hPa青海的锋区依然明显，河西走廊风速较大。温度露点差500hPa河西走廊西部较大，河西走廊东部和青海东部为3℃，700hPa青海东部的T-Td在10℃以上，河西廊在1～4℃之间，仍然是高层水汽好，低层水汽差。200hPa河西走廊的高空急流加强仍然维持在56m/s以上，青海境内的急流风速显著增大，由28m/s增大到42m/s。

图22018年4月4日20时500hPa环流形势(a)、200hPa西风急流（b)

2018年4月4日地面图上，位于蒙古中部的冷高压中心强度达到了1050hPa，但其位置偏西偏北，影响西宁地区的冷高压强度为1027.5hPa。从图3可以看出，4日08时由新疆南下的冷空气是从西路和西北路进入青海。两路冷空气势力相当，西北路冷空气最大△P24为16hPa，西路冷空气最大△P24为13hPa，西北路冷空气移速快，而西路移动较慢。沿河西走廊南下的冷空气在4日20时从青海东部的河谷地区倒灌侵入西宁地区，并与翻越阿尔金山的西路冷空气在青海湖附近形成锢囚锋。变温场上河西走廊△T24最大为-12℃，青海西部最大变温-15℃，西宁地区最大变温-6℃。

天气现象显示：4日02时新疆东部、河西走廊和青海西部出现大风天气。08时河西走廊的大风天气区扩大，个别站出现弱降水，青海海西地区出现大风天气。14时河西走廊西部和青海西部出现大范围的大风天气，并伴有弱降水。随着高空锋区和冷空气势力增强，青海东部包括西宁的湟源站出现大风，但降水只有海西个别站出现。4日夜间甘肃东部出现微量降水，但西宁地区未出现降水。5日青海大部出现大风沙尘天气，西宁地区极大风速达32.1m/s，出现在湟中甘河滩镇坡东村，西宁市区极大风速为27.2m/s，大风天气持续到了5日夜间。伴随大风而来的还有降温，5日19时西宁市区大部分区域站24h降温幅度都达到了8℃以上，随着冷空气倒灌，到6日05时大通、湟中、湟源先后出现了8℃以上的降温。

图32018年4月4日地面冷锋动态图

3、物理量分析

从西宁单站要素实况演变看，2018年4月4日20时500hPa相对湿度增加到75%，但底层的湿度是减小的，湿层厚度浅薄，水汽通量散度场上只在4日20时有小的水汽辐合（图略）。2018年4月4日西宁上空都是负涡度，散度场上底层有辐合但高层无明显辐散，动力条件不利于系统辐合抬升，到5日08时涡度平流场上400hPa以下为正涡度平流，300hPa为负涡度平流（图4左），空气扰动加剧利于动量下传，使西宁地区出现大风沙尘天气。

温度平流场上（图4右），4日开始500hPa冷平流开始增强，5日20时冷平流中心在青海湖附近，中心值-7.7×10-4℃/s，西宁市的冷平流为-5.5×10-4℃/s，强度较强。

4、预报得失分析

EC模式2日20时起报场48h预报（图5）中，500hPa形势场上西亚低槽位于贝加尔湖至甘肃西部，青海中部至西藏有高原槽，本地处在西亚槽底的偏西气流与高原槽前西南气流汇合处，辐合抬升条件有利于降水形成；海平面24h变压场上到4日20时，冷空气已经开始影响本地；700hPa相对湿度场上，西宁、海东湿度明显增加，西宁单站相对湿度剖面图上（图略），4日08时开始整层湿度都较大，水汽条件比较充足。

EC模式3日20时起报场24h预报中，500hPa形势与2日预报相似，只是高原槽略偏南，但相对湿度比2日预报的更大，所以4日预报中仍然报了西宁地区的降水。

图4涡度平流（左）、冷平流（右）剖面图

图5EC模式4日20时形势场、24h变压场及700hPa相对湿度预报

另外从模式预报可以看出，此次系统比较强：西亚槽底等压线密集且槽后风速均在20m/s以上，海平面24h变压中心值达+20hPa，对西宁的24h变温预报也在-6～-8℃。所以在节假日预报中同时预报有大风和降温，预报与实况相符。

5、小结

(1)高空形势场上西宁地区受强的冷温槽影响，高空锋区明显，造成大范围大风、沙尘天气。

(2)2018年清明期间涡度平流梯度大，利于空气扰动加剧使动量下传，造成西宁地区大风沙尘天气持续时间较长。

(3)湿度要素预报的误差影响预报判断，实况场上4日西宁地区湿层浅薄且呈上湿下干状态，加上没有较好的水汽辐合，致使降水空报。

参考文献：

[1]张华,杨彩云.一次大风型强寒潮天气过程分析[J].内蒙古气象,2007(2):17-18.

[2]高振荣,刘晓云,田庆明,等.甘肃河西地区一次强寒潮天气个例诊断分析[J].干旱气象,2009,27(1):34-39.

[3]舒海龙,秦雨,陈文广,等.一次暴雨过程降水强度的温度敏感性研究[J].气象水文海洋仪器,2019,36(1):110-115.