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关于一次寒潮天气过程的研究
摘要：利用高空、地面气象观测资料，对2017年2月20—22日青海省出现的一次寒潮天气过程进行分析。结果表明：此次寒潮过程是低槽东移型，500hPa低槽东移引导冷空气侵袭青海省，以及地面冷高压的东移南压是此次寒潮爆发的主要原因。前期气温回暖提供了充足的降温空间，强盛的冷平流造成青海北部地区气温骤降。
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寒潮是中国北方冬半年主要灾害性天气之一，是一种大规模的强冷空气活动过程，主要特点是剧烈降温和大风，有时还伴有雨、雪、雨凇和霜冻等[1]。青海省地处高原，冬春季易受北方冷空气影响，大规模的冷空气入侵，不仅对牧区放牧、牲畜的饲料补给造成很大的影响，还会造成交通阻塞、运输困难。针对寒潮天气，许多学者从冷空气路径、源地、关键区等方面进行了研究,并取得了一定成果[2,3,4,5,6]。受高原地形复杂影响，冷空气在高原所表现出的特征不如平原地区清晰，故从环流背景、影响系统和物理量场等方面对2017年2月21日青海省出现的一次大范围寒潮天气过程进行分析，进而揭示出寒潮天气过程的形成机理，以期进一步提高对寒潮的认识，为以后此类天气预报提供参考。
1、天气概况
受强冷空气影响，2017年2月20—22日，青海省自西向东出现了一次寒潮天气过程。由于此次过程系统偏北，强冷空气主要影响了青海省北部地区，对南部地区影响较弱。依据青海省地方标准《气象灾害标准》（DB63/T372—2011），过程青海省共计有19站达到寒潮标准，最大降温幅度在都兰，达-13.5℃（见表1）。过程期间伴有降雪天气，共计出现大雪3站（次），中雪8站（次），小雪32站（次），最大降水出现在都兰县，48h累计降水量为12.1mm。此外受冷空气影响青海省北部地区出现大风、沙尘天气，其中，20日冷湖极大风速达22.5m/s。自22日白天开始，气温逐渐回升，此次寒潮天气过程结束。
2、环流形势演变
2.1冷空气酝酿阶段
2.1.1高空形势
寒潮能否爆发，与前期的大气环流形势及冷空气的聚集程度有着密切的关系。寒潮爆发前，19日08时，500hPa高空图上，中高纬总体呈两槽一脊型，西西伯利亚—巴尔喀什湖地区为槽区。新地岛有低槽发展，槽后偏北风显著，最大风速达42m/s，引导新地岛附近的冷空气不断东移南下至西西伯利亚，增强了西西伯利亚—巴尔喀什湖低槽的斜压性，环流经向度加大（图1a）。19日20时，新地岛低槽东移南压发展，中高纬环流经向度进一步加大，槽后最大风速增大到44m/s，冷平流显著增强，新地岛附近的冷空气进一步东移南下,中西伯利亚有高空脊发展（以下简称阻高），阻挡了西西伯利亚冷空气东移，促使冷空气在西西伯利亚中部（70°—90°E,43°—65°N）关键区堆积并增强，槽内强冷中心达-40℃，槽底分裂的冷空气已进入北疆地区，冷平流由新疆北部进入中国（图略）。
图12017年2月19日08时（a）和20日08时(b)500hPa高空形势(实线为高度场，虚线为温度场)
表12017年2月19—21日青海省天气监测情况
2.1.2地面形势
每次寒潮天气过程在地面天气图上都有一冷高压从中高纬度地区东移或南下。冷高压中心强度越强、主体越庞大、寒潮就越强。冷高压前缘有一条冷锋，与高空图上的强锋区相对应，冷锋的移动与其前部气压系统和引导冷空气南下的高空气流有关[7,8]。
寒潮过程前期，18日08时青海省地面为冷高压控制，20时逐渐转为暖低压，开始升温降压过程，青海省升温明显，前期升温为后期降温提供了空间。19日08时，冷高压分别在贝加尔湖及新疆以西的地区，冷高压强度达到1047.5hPa以上，青海省由暖低压控制，气压低值中心位于新疆西南侧。19日20时，贝加尔湖西侧的冷高压略有南压，新疆西侧冷高压受到天山山脉阻挡有所增强，且冷锋前沿位于天山山脉以北地区，天山南北两侧有强烈的气压差，气压差达20hPa左右，冷空气在天山以北开始堆积酝酿（图2）。
图2冷空气移动路径图
2.2冷空气爆发阶段
2.2.1高空形势
高空图形势演变显示20日08时，阻高受到冷平流侵袭，分裂东移并减弱，随着阻高的减弱东移，新地岛低槽东移南压发展至西西伯利亚地区，携带强冷空气向南进行新一轮补充，引导冷空气大规模南下，原位于西西伯利亚—巴尔喀什湖地区的冷槽东移发展，强冷中心达-42℃，低槽分裂的短波槽携带冷空气下滑至青海省西部地区，温度槽明显落后于高度槽，根据热成风涡度平流原理，在槽中有正热成风涡度平流，使低槽斜压不稳定发展，开始引导冷平流从西部地区进入青海省（图1b）。
2.2.2地面形势
冷空气从东、西两个路径侵袭青海省，西路冷空气翻越阿尔金山入侵青海省西部地区，东路冷空气沿河西走廊东移南下从青海省东部地区进行倒灌。
20日08时，冷空气已翻越天山山脉到达南疆地区，随着冷高压向东南方向移动，气压低值中心已位于青海东南侧方向，地面冷高压强度在1045hPa左右，冷空气主力东移南下，冷锋前沿到达阿尔金山、祁连山一线，由于青海北部山脉地形对新疆东移冷空气的阻挡和分流作用导致冷空气继续在南疆地区堆积的同时，一部分冷空气开始沿河西走廊东移南下（图2）。
2.3冷空气影响阶段
2.3.1高空形势
20日20时，新地岛低槽继续东移南压，西西伯利亚偏北风加强，最大风速达42m/s，北疆地区为西北气流控制，风速达22m/s，引导低槽底部的冷空气下滑，进行冷空气的新一轮补充。原位于青海西部的短波槽携带冷空气已移至青海省东部，在槽后西北气流引导下，冷空气大范围南下侵袭青海地区（图略）。
2.3.2地面形势
20日08—20时，西路冷空气翻越阿尔金山入侵青海省西部地区，在盆地向东突进，由于前期偏暖偏旱，层结的不稳定给沙尘天气创造了较好的起沙条件，使青海西部地区出现吹风沙尘天气。东路冷空气沿河西走廊东移南下，在甘肃省东南部时受到秦岭山脉和贺兰山脉的阻挡，开始向青海省东部地区形成冷空气的倒灌。20日20时，地面冷高压东移南下取代了暖低压，中心强度为1034hPa,24h变压显示南疆盆地有强冷空气堆积，这对20日夜间青海省北部地区冷空气持续影响创造了条件。在高空西北气流引导下，冷锋已进入青海省，西路冷空气到达柴达木盆地东侧开始堆积，东路冷空气沿东部河谷地形东移南下开始倒灌进入。于20日夜间东西两路冷空气在青海湖东部地区相遇，在青海湖附近区域迎面相遇而形成的一种中尺度锢囚锋，锢囚锋的形成及维持使得该地区及周边地区持续降温并出现降水天气[9]（图2）。
综上此次寒潮天气过程中，中高纬地区500hPa环流形势主要特征为纬向环流向经向环流调整，新地岛附近的冷空气不断东移南下，促使西西伯利亚低槽东移加强是环流形势的集中表现。促使此次寒潮爆发是典型的“低槽东移型”，高空槽入侵配合高空强冷平流东移南下进入青海省进而所引发的一次寒潮天气过程，过程期间地面有强冷空气配合。
3、冷平流及寒潮前回暖分析
强冷空气影响时，由于有锋面云系的影响，太阳辐射和地面辐射引起的气温日变化较小，因而气温下降主要是强冷平流引起的[10,11,12]。寒潮过境前，冷平流主要位于巴尔喀什湖地区，青海省由较强的暖平流控制，寒潮入境时，冷平流逐渐东移南下进入青海省，冷平流中心值达-2.4×106℃/s，青海省中北部地区冷平流最强值为-1.8×106℃/s，而青海省南部地区为弱冷平流控制，使得青海省北部地区降温幅度比南部地区大（图略）。
寒潮发生前，受地面暖低压及暖平流共同影响，气温明显回升，青海省北部地区最高气温在11～19℃，南部地区最高气温在6～14℃。从19日08时和20日08时24h变温图可以看出，青海省北部地区前期最低温度持续上升，累计升温10℃，而南部地区19日为降温，只有20日升温，导致北部地区气温回暖程度大，降温空间北大南小。随着地面冷高压东移南下，冷高压中心强度增强，造成青海省不同幅度降温（图3）。
图32019年2月19日08时（a）和20日08时(b)24h变温图
4、结论
(1)此次寒潮天气过程为低槽东移型，500hPa上的低槽东移南压，以及西伯利亚地面冷高压是寒潮天气过程的直接影响系统。
(2)短波槽携带冷空气下滑及冷空气的倒灌是造成青海省北部地区出现寒潮的主要原因。短波槽及锢囚锋造成了大部分地区的降温和降雪天气，受槽后部强烈的偏北风影响，北部地区出现大风及沙尘天气。
(3)前期气温回暖提供了充足的降温空间，强盛的冷平流造成青海北部地区气温骤降。
参考文献：
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