打开文本图片集
摘要 利用常规观测资料、NCEP/NCAR再分析资料对2006—2010年辽宁地区的寒潮天气过程进行统计分析，并按冷空气路径将影响辽宁地区的寒潮天气划分为3种，即东北路径、西北路径和偏西路径，重点研究东北路径冷空气对辽宁地区的影响。结果表明，影响辽宁地区的东北路径寒潮冷空气从源地到达中西伯利亚后堆积加强，后经内蒙东部或黑龙江地区南下到辽宁，造成辽宁的区域性寒潮天气。从环流形势上来看，东北路径寒潮天气中横槽型占较大比例，其次为小槽发展型。
关键词 寒潮；东北路径；环流形势；HYSPLIT模型；天气特征；辽宁地区
中图分类号 P467 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2015）19-0274-04
Abstract Based on general observation data and NCEP/NCAR reanalysis data during 2006 to 2010，the general features of the cold wave in Liaoning area were analyzed. The cold wave paths in Liaoning area were divided into three paths，which were northeast path，northwest path and westerly path，and the northeast path were further discussed.The cold air was from the source southward through central and eastern Inner Mongolia to Liaoning area and caused regional cold weather in Liaoning area after the accumulation and strengthen in West Siberia. The pattern of Lateral grooves accounted for a large proportion in the circulation situation，followed by the pattern of small trough developed.
Key words cold wave；northeast path；circulation situation；HYSPLIT；weather characteristics；Liaoning area
寒潮天气过程是一种大规模的强冷空气活动过程。寒潮天气的主要特点是剧烈降温和大风，有时还伴有雨、雪、雨凇或者霜冻。寒潮能导致河港封冻、交通中断、牲畜和早春晚秋作物受冻，但它也有利于小麦灭虫越冬、盐业制卤等工农业生产。天气学原理中指出影响我国的冷空气源地分别位于新地岛附近洋面和冰岛以南洋面，冷空气多路经关键区西伯利亚中部（北纬45°～65°，东经70°～90°）堆积加强后，从西北路、东路、西路、东路加西路侵入我国[1]。
近几十年来，我国气温呈缓慢升高趋势，尤其在冬季[2]。在此背景下，已有多数学者的研究发现我国冬季寒潮天气的发生频率呈减少趋势，且强度有所减弱[3-5]。但是这些研究大多是针对国内不同地区，其结论具有明显的区域性，并且研究时间距现在较远。因此，本文利用2006—2010年辽宁省14站的逐日最低气温资料和NCER再分析资料对影响辽宁地区的东北路径寒潮进行统计分析，期望得到对未来预报工作有益的结论。
1 资料与方法
本文研究中使用的环流场资料是NCEP/NCAR再分析资料，空间分辨率2.5°×2.5°；温度资料采用2006—2010年辽宁省14个国家级气象观测站的逐日最低气温观测数据。辽宁地区区域性寒潮天气的判别标准：辽宁地区有50%站24 h降温≥8 ℃，且日最低气温≤4 ℃视为一次辽宁区域性寒潮天气过程。经过筛选，2006—2010这5年间辽宁地区共出现区域性寒潮天气28次，针对这28次寒潮天气过程，进行以下统计分析。
另外，还利用美国国家海洋和大气管理局（NOAA）空气资源实验室和澳大利亚气象局联合研发的HYSPLIT模型对2008年11月7日的一次典型东北路径型寒潮天气进行了模拟分析。HYSPLIT模型是一种用于计算和分析大气污染物输送、扩散轨迹的专业模型，该模型不仅可以用于对污染物在各个地区的传输和扩散进行研究分析，还可以被用于模拟气流来向及气团轨迹追踪。本文采用美国国家海洋和大气管理局（NOAA）提供的Reanalysis数据（空间分辨率2.5°×2.5°），并利用HYSPLIT的模型网页版对2008年11月7日辽宁地区的一次寒潮天气过程中冷气团的移动轨迹进行了模拟分析。
2 结果与分析
2.1 影响辽宁地区的东北路径寒潮天气气候概况
2.1.1 影响辽宁地区的寒潮冷空气路径。根据前人研究，对于寒潮冷空气的移动路径确定，使用500 hPa变温中心进行判别较为清楚，根据500 hPa变温中心的移动路径可将影响辽宁地区的寒潮冷空气路径划分为3种类型，即偏西路径、西北路径和东北路径。现重点对以东北路径影响辽宁地区的寒潮天气过程进行分析。
对2006—2010年5年间的28次寒潮天气过程进行分型判别后发现，影响辽宁地区的区域性寒潮冷天气中，以东北路径影响辽宁的寒潮过程有6次。分别为2006年10月29日、2007年12月12日、2008年10月11日、2008年11月7日、2008年12月2日和2009年10月30日。结合上述过程的500 hPa变温中心及地面冷高压移动路径进行分析，该类冷空气从源地影响辽宁的路径基本上是从中西伯利亚经内蒙古东部或黑龙江地区到达辽宁省，造成辽宁省的区域性寒潮天气。
2.1.2 影响辽宁地区的东北路径寒潮降温幅度和降温速度分析。表1给出了6次东北路径型寒潮冷空气的降温幅度概况，可以看出，影响辽宁地区的东北路径型寒潮天气过程主要降温区间在6～10 ℃之间。通过对辽宁省14个测站寒潮暴发前7 d到寒潮暴发后1 d的24 h变温情况进行分析后可以发现，东北路经型寒潮天气暴发前5～7 d辽宁地区有较为明显的升温过程，寒潮暴发前3～4 d气温略有下降，寒潮暴发前1～2 d辽宁地区仍有显著升温过程，寒潮暴发后1 d内降温剧烈，降温幅度可达8～10 ℃。
2.1.3 影响辽宁地区的东北路径寒潮过程冷堆强度分析。表2给出了6次东北路径型寒潮过程从酝酿到暴发阶段的500 hPa冷中心温度值、地面冷高压中心值及类型分型，根据上述2个数值可以对寒潮冷空气的冷堆强度进行判断。可以看出，对这6次东北路径的寒潮天气，在整个过程中，500 hPa冷中心温度基本上稳定在-45 ℃左右，最低值为 -48.7 ℃，最高值为-39.5 ℃。对于地面冷高压中心强度值，最强为1 056.9 hPa，最弱为1 034.1 hPa，相差24.8 hPa，但大多稳定在1 040 hPa以上。从类型上来看，东北路径型寒潮天气大多属于横槽型，选取其中较为典型的一次横槽型寒潮过程（2008年11月7日）对影响辽宁地区的东北路径型寒潮天气进行分析。
2.2 辽宁地区一次典型东北路径型寒潮天气过程分析
图1给出了2008年11月5日8：00至7日8：00辽宁地区24 h变温情况，可以看出，寒潮暴发前（5日8：00），辽宁地区有强烈升温过程，其中辽宁东部地区升温最为显著，最大升温幅度达到12 ℃。6—7日，伴随冷空气东移南下，辽宁地区自西向东出现大幅降温，到7日8：00，辽宁地区24 h降温幅度普遍达到10 ℃左右，最大降温幅度达到14 ℃，寒潮暴发。
2.2.1 500 hPa形势演变。东北路径型寒潮冷空气在酝酿阶段的温压场的配置多是西伯利亚地区有高度脊或阻塞高压建立发展，脊后有暖平流输送使得高度脊或阻塞高压维持或加强。高度脊前贝加尔湖以东有横槽建立发展，横槽后部偏北气流引导冷平流向槽后输送，冷空气在横槽中堆积加强，冷中心强度大多达到-40 ℃以上[6-8]。
图2a、b给出寒潮酝酿阶段500 hPa环流形势。可以看出，东亚沿岸极涡向南伸展，贝加尔湖西部为一强大的阻塞高压，东亚地区上空呈一脊一涡型环流形势。6日8：00，极涡进一步向南加深在贝加尔湖以东地区形成切断低涡，对应在温度场上冷中心强度为-40℃。低涡向西伸出东—西走向的横槽，槽后东北风引导冷空气在贝加尔湖东部堆积堆积。与此同时，贝加尔湖西部阻塞高压减弱东退，预示一次环流调整过程，冷空气即将向南暴发[9]。
在寒潮暴发阶段（图2c、d），贝加尔湖西部高压脊中暖平流减弱，阻高进一步减弱东退，贝加尔湖东部低涡中冷平流变得不明显，横槽后部出现暖平流，横槽难以进一步发展维持，槽后冷空气开始向推进爆发。从高空槽动态情况上看，随着低涡旋转，低涡后部横槽转竖并向南加深，引导冷空气南下导致辽宁寒潮天气。
2.2.2 850 hPa形势演变。寒潮酝酿阶段的850 hPa环流形势（图3a、b）可以看出，东亚地区极涡向南伸展导致倒“Ω”流型建立，在东北地区北部形成切断低涡，与低涡中心相对应的冷中心强度达到-24 ℃，低涡向西伸出一东—西走向的横槽，槽后贝加尔湖以西地区有阻高建立，阻高前部偏北气流引导极地冷空气南下，冷空气在横槽中大量堆积。从该阶段温压场的配置情况可以看出，在寒潮酝酿阶段，辽宁地区处于850 hPa高空槽前，受暖温度脊控制，暖平流输送作用明显，导致辽宁地区在寒潮暴发前出现明显的回暖过程，对应5日辽宁地区最大24 h正变温达到12 ℃，沈阳地区24 h正变温达到10 ℃。
寒潮暴发阶段的850 hPa环流形势（图3c、d）可以看出，贝加尔湖西部阻高减弱东退，阻高前部横槽旋转南下，6日8：00—20：00，横槽快速转竖，辽宁地区上空受西北气流控制。从该阶段的温压场配置可以看出，随着横槽转竖，槽后冷平流大举南下，温压场几乎正交，强烈的冷平流输送导致辽宁地区出现强降温，对应6日的最大24 h变温达到-8 ℃，沈阳地区24 h变温达到-8 ℃，7日最大24 h变温达到-14 ℃，24 h变温达到-10 ℃。
2.2.3 地面系统演变。对于地面系统，寒潮酝酿阶段（图4a、b），贝加尔湖东部有蒙古气旋东移发展，气旋后部中西伯利亚地区对应为地面冷高压在发展加强。寒潮暴发阶段（图4c、d），对应高空横槽快速转竖，贝加尔湖东部蒙古气旋快速东移，气旋冷锋扫过辽宁地区，冷锋后部地面冷高压逐渐控制辽宁地区。6日20：00前期分裂的冷空气到达内蒙古东部，与此同时，中西伯利亚冷高压分裂多个小高压补充南下，冷空气不断扩散南下；7日8：00，辽宁地区被地面冷高压前部控制，开始出现强降温，冷高压主体不断又分裂小高压补充南下，冷空气不断扩散南下，导致辽宁地区降温天气持续，出现强寒潮天气。
2.2.4 冷气团路径分析。为进一步分析此次寒潮冷空气从源地影响到达辽宁地区的路径，采用HYSPLIT模型对2008年11月7日8：00沈阳地区的72 h后向气团轨迹进行了模拟分析（图5）。可以看出，在近地层10 m高度上，冷气团移动路径与地面冷高压前锋推进方向一致，即从贝加尔湖地区自西北向东南方向影响辽宁地区；在500～925 hPa高空，冷空气在贝加尔湖东部的黑龙江、内蒙古一带地区堆积酝酿后，自东北向西南方向影响辽宁地区。与前述高空槽横槽转竖过程引导冷空气南下及地面冷高压扩散南下造成辽宁地区寒潮天气的分析结论相吻合。
3 结论
本文利用NCEP/NCAR再分析资料及辽宁省逐日最低气温对2006—2010年间影响辽宁地区的寒潮天气进行统计分析，得出以下结论。
（1）从环流分型角度看，影响辽宁地区的东北路径寒潮冷空气以横槽型为主，大多数东北路径型寒潮天气过程的主要环流形势为横槽转竖，其次是小槽发展型。
（2）与大多数寒潮天气过程类似，东北路径型寒潮天气暴发之前，受到高空暖平流的影响，辽宁地区地面温度显著升高，寒潮暴发之后气温迅速下降，一般降幅均达到10 ℃左右。
（3）影响辽宁地区的东北路径寒潮天气冷空气从源地到达西西伯利亚堆积加强后，经内蒙中西部地区西南下到辽宁，造成辽宁寒潮天气。
（4）东北路径型寒潮冷空气在酝酿阶段的温压场的配置多是西伯利亚地区有高度脊或阻塞高压建立发展，脊后有暖平流输送使得高度脊或阻塞高压维持或加强。高度脊前贝加尔湖以东有横槽建立发展，横槽后部偏北气流引导冷平流向槽后输送，冷空气在横槽中堆积加强，冷中心强度大多达到-40 ℃以上。
4 参考文献
[1] 朱乾根，林锦瑞，寿绍文，等.天气学原理与方法[M].北京：气象出版社，2000：266.
[2] 丁一汇，王遵娅，何金海，等.近50年来中国气候变化特征的在分析[J].气象学报，2004，62（2）：228-236.
[3] 刘传凤.我国寒潮气候评价[J].气象，1990，16（12）：40-43.
[4] 林爱兰，吴尚森.近40多年广东省的寒潮活动[J].热带气象学报，1998，14（4）：337-343.
[5] 王明洁，周永吉，邹立尧. 黑龙江省寒潮天气及预报[J].黑龙江气象，2000（3）：29-32.
[6] 李春芳，赵俊荣，王磊.寒潮暴风雪天气的动力和热力特征分析[J].新疆气象，2001（1）：10-12.
[7] 保广裕，戴升，张吉农，等.青海省寒潮天气的气候特征、分型及其预报[J].青海科技，2002（2）：33-36.
[8] 徐会明，肖红茹，徐琳娜.2002年4月三次A型寒潮天气过程的对比分析[J].四川气象，2002（3）：13-18.
[9] 胡建军.发源于新地岛以东洋面上的冷空气对大同市寒潮天气的影响及预报[J].山西气象，2004（1）：32-34.