一次強降溫過程的降溫降雨分布及成因分析鄧承之1江玉華1周通2

1．重慶氣象臺，401147；2.重慶黔江區氣象局，409000摘要：2011年3月13日?15日，冷空氣入侵重慶地區引起了一次區域性強降溫天氣。過程顯著降溫區域位于重慶中西部地區，而大降水區域位于重慶中東部地區。分析表明，這種降溫降雨分布特征的形成，主要是由于冷空氣侵入四川盆地的路徑結合地形引起的。高空橫槽轉豎引導槽后冷空氣向南爆發，冷空氣南下至河套地區后，在地形的作用下，分西北和東北兩條路徑侵入四川盆地，其中西北路徑為主要路徑，由西北路徑進入盆地的冷空氣，結合重慶的特殊地形，引起了盆地內重慶中西部地區的顯著降溫；兩條路徑中的冷空氣在川東地區相遇后有弱錮囚鋒生成，錮囚鋒出現的時間與位置與大降水出現的時間與落區基本一致，診斷分析顯示，錮囚鋒所在區域對應著較強上升運動區和水汽輻合的大值區。錮囚鋒可能是重慶中東部地區大降水產生的主要原因。關鍵詞：強降溫西北路徑錮囚鋒引言寒潮是我國冬半年嚴重的災害性天氣之一，其突出的天氣特點是劇烈降溫和大風，有時還伴有雨、雪、雨凇和霜凍天氣，對工農業生產和交通運輸等有巨大影響。近年來，許多學者對我國的寒潮天氣做了統計、診斷及數值模擬研究，得出了很多有意義的結論［1-12］。多年統計結果顯示，我國大部地區寒潮活動頻次呈明顯下降趨勢。寒潮頻次的下降與氣候變暖、西伯利亞高壓及冬季風強度的減弱等有密切關系［1-7］。寒潮個例分析表明，橫槽轉豎是引導寒潮冷空氣向南爆發的主要天氣形勢之一，冷空氣入侵導致大范圍的降溫，而冷暖氣流的交匯形成了大范圍的雨雪天氣過程［8-12］。數值模擬的結果則顯示，地形的動力作用對寒潮天氣系統的生成及發展、寒潮南下的路徑等均有重要的影響［13-14］。重慶地區由于地處四川盆地東緣，地形復雜，冬半年最低氣溫較同緯度偏高，除個別高海拔地區外，極少出現國家氣象局規定的標準寒潮天氣。因此，重慶市氣象局將冬季12?2月72小時日平均氣溫連續下降6°C以上，以及春季3?4月、秋季10?11月72小時日平均氣溫連續下降8C以上的降溫天氣過程稱為強降溫天氣。強降溫天氣是重慶地區冬半年主要的災害性天氣之一，其性質與寒潮類似，主要的天氣現象為劇烈降溫和大風天氣，春資助項目：重慶市氣象局青年基金項目QNJJ-201202作者簡介：鄧承之，男，1983年出生，工程師，主要從事天氣預報工作，Email:95640680@季還會伴有雷電、冰雹和凍害等天氣現象。目前，對于重慶地區強降溫天氣的分析仍相對較少。2011年3月13?15日，受冷空氣影響，重慶地區出現了一次區域性強降溫天氣，各地48小時日平均氣溫普遍下降6°C以上，其中，位于四川盆地內的渝中及渝西大部地區降溫達到8?12C，呈現“西強東弱”的特征（圖1）；并伴有降雨出現，渝中及渝東北地區，以萬州、忠縣等地為中心，過程雨量超過25mm，呈現“東強西弱”的特征（圖2）。由于降溫降雨明顯，且高海拔地區伴有降雪，在社會公眾間產生了較大的影響。圖1 2011年3月13-15日平均氣溫下降幅度分布（單位：C）3231.53130.53231.53130.53029.52928.5105.5106106.5107107.5108108.5109109.5110圖22011年3月13-15日過程降雨分布（單位：mm）本文采用常規觀測、自動站及NCEP1°X1° 6小時再分析資料，對重慶此次強降溫過程作了天氣形勢與診斷分析，著重分析重慶降溫、降雨的分布及成因。氣溫距平經驗表明，平均氣溫為正距平，在冷空氣影響時，有利于降溫幅度的增大；一定的氣溫正距平，對降溫達到強降溫標準有必要性。此次強降溫開始前，重慶地區9?11日，維持陰雨天氣，12?13日，轉為多云天氣，氣溫逐步回升，但由于低層濕度較大、升溫日數較短，13日各區縣平均氣溫約14?17°C左右，與3月中旬多年旬平均氣溫相比，除東南部偏高4°C以上，其余地區均在2C或2C以內（如圖3）。對比圖3與圖1可以看出，這種氣溫距平的分布與降溫分布并不匹配。重慶中西部與東北部氣溫距平值接近，均在1?2C左右，但過程的實際降溫幅度，中西部卻顯著超過東北部；而氣溫距平最大的東南部，降溫幅度卻僅與東北部相當。形成這種降溫分布的原因，與冷空氣的南下路徑、強度及盆地的特殊地形有關，下文將作具體分析。3231.53130.53029.52928.5105.5106106.5107107.5108108.5109109.5110圖3 2011年3月13日平均氣溫與多年3月中旬平均氣溫的距平（單位：C）環流及主要影響系統分析環流形勢這次強降溫過程主要是由橫槽轉豎，引導槽后積聚的冷空氣向南爆發形成的，如圖4。過程開始前的2?3天，歐亞中高緯為兩槽兩脊的經向環流型：兩低槽分別位于貝湖以西和鄂霍茨克海地區，兩高脊分別位于烏拉爾山和大興安嶺附近。貝湖西部低槽后部有明顯的冷空氣積聚。西太平洋副高呈帶狀分布在南海-中南半島上空；高原及高原東部盛行緯向氣流，多波動槽東移。12日08時，貝湖西部低槽，呈東北-西南走向，位于貝湖-新疆北部上空，槽后盛行東北氣流，烏拉爾山脊后部盛行西南氣流，槽、脊后部的溫度場均落后于高度場，有顯著的冷、暖平流輸入，槽、脊均處于發展加強之中；重慶地區處于短波脊的影響下，天空云量較少，地面顯著增溫（圖4a）。13日08時，烏山高脊進一步向北發展，貝湖低槽顯著南壓，低槽北段南壓更為明顯，呈現為東西向的橫槽形態，槽后脊前仍維持東北氣流，但冷平流明顯減弱，溫度槽與高度槽接近重合；重慶地區短波脊東移，受高原短波槽的影響，天空云量逐漸增加，致使增溫速度較慢，因而，冷空氣影響前，地面氣溫正距平值不高，（圖4b）。14日08時，北方槽脊再次東移南壓，橫槽西段到達河套北部上空，槽后由東北氣流轉為西北氣流，標志著橫槽即將轉豎（圖4c）。14日20時，橫槽轉為東北-西南走向，槽后冷空氣主體迅速南壓，影響包括重慶在內的我國南方大部地區（圖略）。至15日08時，低槽南段移至長江沿線一帶，槽后西北氣流已控制四川北部地區，標志著重慶地區的降溫降雨天氣行將結束（圖4d）。圖4500hPa高度場（a：3月12日08時；b：13日08時；c：14日08時；d：15日08時；單位：位勢十米）冷空氣的積聚、爆發和結束3月11?12日，烏拉爾山脊和貝湖低槽在后部暖、冷平流的作用下均處于發展中，槽后脊前的偏北風引導西西伯利亞冷空氣在巴湖北部積聚，并緩慢東移，至12日20時，冷高壓中心位于巴湖東北部一帶，中心氣壓約1060hPa，地面鋒位于新疆中部、內蒙西部地區，（如圖5a），新疆北部850hPa溫度等值線密集，氣溫梯度達到約12°C/5緯度（圖略）。13?15日，烏山脊和前部低槽逐漸東移南壓，脊前冷空氣沿著青藏高原邊緣，經新疆東部、河西走廊南下，入侵四川盆地，給川渝地區帶來顯著的降溫降雨天氣。13日20時，冷高中心位于新疆東北部，中心氣壓仍接近1060hPa,地面冷鋒逐步翻越秦嶺-大巴山脈，到達盆地北部（如圖5b）。之后，鋒面繼續南壓，影響川渝各地，至15日08時，地面冷鋒南壓至華南沿海地區，等壓線密集帶移出重慶，重慶地區轉受冷高壓控制，降溫降雨結束，天氣轉好。通過以上分析，依據冷空氣入侵四川盆地的路徑分類，此次降溫降雨過程主要為西北路徑冷空氣入侵盆地帶來的強降溫天氣，前期氣溫與同期多年旬平均氣溫相比為弱正距平，但冷空氣勢力較強，是一次較為典型的強降溫天氣過程。□PRMSLmfil/iOOihPd)ITC:I2212WW2OHb PRMSLmsl/lOOihPo)?TCl2Zl^UflR2O'□PRMSLmfil/iOOihPd)ITC:I2212WW2OHb PRMSLmsl/lOOihPo)?TCl2Zl^UflR2O'1圖5海平面氣壓場（a：3月12日20時；b：13日20時；單位：hPa）降溫分布成因圖6給出了3月13日20時至15日08時850hPa上的溫度平流分布，可以看出，13日20時，在700hPa、850hPa切變線后部偏北風控制的華北、河套地區，出現了東北-西南走向的帶狀冷平流區，其中，陜西中部地區出現了超辻60X10FC/S的強冷平流中心（圖6a）。14日08時，切變線及冷空氣進一步南下，冷平流區域擴展至長江沿線及以南地區，出現了兩個冷平流中心，分別位于四川盆地北部和河南東北部，冷平流中心強度均達到-35X10-5C/S，盆地大部地區氣溫開始迅速下降（圖6b）。14日20時，隨著橫槽轉豎，冷平流中心向長江沿線地區移動，盆地北部的冷平流中心維持并向南擴散，貴州北部出現另一個冷平流中心，強度略弱，達至到-20X10-5C/S；湖北地區維持較強的冷平流，北部亦出現一冷平流中心，強度達到-25X10-5C/S（圖6c）。之后，強冷平流區域迅速移至貴州、湖南南部地區，川渝地區冷平流顯著減弱，同時，15日開始，500hPa低槽迅速過境，川渝地區天氣轉好，輻射增溫增強，氣溫開始回升，冷空氣影響結束（圖6d）。匸Cb fljnriPa吐厲門2匸Cb fljnriPa吐厲門2巧k.. l.tcOOZ14MAR2011a 醋ntiPn比0啟-[2巧k..;,.L.TC 1C fiJtlhPg L.TC12Z14FJAR2011d JSSCihPo*旳啟j2巧—L.TC00Z15MAR^11圖6850hPa溫度平流（a：3月13日20時；b：3月14日08時；c：3月14日20時；d：3月15日08時；單位：10-C5/S）由過程中冷平流中心出現的位置和移動可以看出，冷空氣影響重慶及周邊地區時，主要由兩個路徑南下，一條是由河西走廊進入四川盆地，由盆地南部移上云貴高原；另一條是由河套或華北地區進入兩湖盆地，由湖南南部進入華南地區。此次冷空氣過程中，重慶東南部始終未出現強冷平流，這與此次冷空氣路徑及重慶地區特殊地形有關。重慶東南部為武陵山系所在地，由于地形的原因，在受冷空氣影響時，冷空氣較易取東北路徑，即由兩湖盆地回流進入，而不易受西北路徑冷空氣影響。此次冷空氣由西北路徑首先入侵四川盆地，再由盆地南部南下，而冷空氣進入兩湖盆地時間較晚，南下的卻比較快，因而導致重慶東南部地區受冷空氣入侵較弱，致使東南部地區雖然前期氣溫正距平較明顯，但降溫幅度并不大。綜合以上分析可見，此次強降溫過程中，冷空氣南下速度快，降溫時間短，主要降溫時段為3月14日。由于冷空氣為西北路徑，盆地內的重慶中西部地區降溫最顯著，而東部山區受影響略弱，尤其是重慶東南部地區，受西北路徑冷空氣的影響最弱，雖然前期有較明顯的氣溫正距平，但并未帶來匹配的降溫幅度，因而導致降溫分布出現“西強東弱”的特征。降雨分布成因5.1錮囚鋒作用如前所述，此次冷空氣影響形成的降雨，以渝中及渝東北地區最顯著，萬州、忠縣等地，24h雨量均超過25mm,呈現“東強西弱”的特征（如圖2）。分析降雨分布形成的原因，與過程中出現的川東錮囚鋒有密切的聯系。由圖7可以看出，由于盆地北部、東部山脈的存在，過程中，冷空氣首先進入四川盆地并南下，稍晚進入兩湖盆地的冷空氣由兩條山系之間的谷地逐漸向西回流進入四川盆地，兩股冷空氣在盆地東部相遇，產生弱的錮囚，如圖7所示。14日20時沿30°N緯向氣溫的經度-高度剖面圖（圖8）上，也可以看出錮囚鋒形成時，氣溫垂直分布呈現出的Q形態。過程中主要的降雨時段為14日12時以后，與錮囚鋒形成的時間大致相近；降雨的中心也主要位于重慶中東部地區，即形成錮囚鋒位置的附近。可見，冷空氣侵襲川渝地區時，錮囚鋒的形成對大降雨的出現和落區有著重要的影響和指示意義。

圖73月14日20時重慶附近地面冷鋒及錮囚鋒位置TMPprsUTC:12Z14MAR2011(lat=30N)圖8 3月14日20時30°N上氣溫經度-高度剖面圖(單位：。C)動力學條件分析5.2.1位溫場特征從14日20時沿30°N緯向位溫的經度-高度剖面圖上，可以看出，位溫隨著高度增加而逐漸增大，在700hPa以下，自西向東存在兩個傾斜的等位溫線相對密集帶，對應于兩條鋒面：第一條向西傾斜，剖面圖上地面鋒線位于108°E?109°E附近；第二條向東傾斜,

強度相對較弱，剖面圖上地面鋒線也位于109°E?110。E附近，兩條鋒面之間為位溫的相對大值區。而從14日20時850hPa的氣溫場分布也可以發現，四川盆地與兩湖地區分別對應兩個溫度槽區，在兩個溫度槽區之間的重慶中東部地區為溫度脊控制（圖略）。這可以在一定程度上說明，在這次冷空氣過程中，冷空氣從兩個方向侵入重慶地區，一是自西北向東南，沿著青藏高原東側南下，進入四川盆地；一是沿秦嶺-大巴山北麓進入兩湖地區，再由兩湖地區自東向西回流進入四川盆地。兩路冷空氣在重慶中東部地區相遇，形成了弱的錮囚，如圖9所示。the,pQumion；lcjt=.3Q)UTC：J2ZJ4MAR2011■JDG—.ID3[1Q4EICKEI0GE1Q7EME1Q9E11QEll[ID3[1Q4EICKEI0GE1Q7EME1Q9E11QEll[1I2E113E l>14[圖9 3月14日20時30°N上位溫經度-高度剖面圖（單位：K）散度場及垂直速度場特征經過對13?14日逐6小時的散度場及垂直速度場分析發現，降水主要出現于850hPa輻合區、700hPa輻散區北側、輻合中心以南的區域之中，這一區域上升運動較強，也為川東錮囚鋒的所在區域。13日，重慶850hPa上空位于切變線后部，為弱偏北風控制的輻散區，鋒面對應的切變輻合區位于四川北部、河套南部地區，強度超過-9X10-5S-1,此時，冷空氣對重慶的影響尚不明顯，850hPa等溫線的密集區位于陜甘地區南部，重慶尚沒有顯著的降水產生；14日，隨著冷鋒的南壓，鋒后偏北風迅速增強，輻合區域向重慶西部、東北部及兩湖地區移動，14日14時，700hPa上，重慶東北部、西部以及兩湖盆地均為輻合區控制，輻合中心位于四川東北部，強度-9X10-5S-!，但重慶中部地區仍有輻散區維持，

顯著的降水區對應于700hPa輻散區北側、輻合中心以南的區域。同一時次，850hPa上，重慶中東部地區均為輻合區控制，強度-5X10-5S-1，顯著的降水區對應于輻合大值區中。如圖10所示，14日20時，四川盆地的輻合場伸展至600hPa附近，兩湖地區的輻合場也達到700hPa附近，只是在重慶中東部、即108°E?110°E區域中，800hPa以下為明顯的輻合區，以上則轉為輻散區，這樣的散度場分布有利于這一地區的中低層出現較顯著的上升運動。如圖11所示，14日20時沿30°N緯向垂直速度的經度-高度剖面圖上，重慶中東部108°E?110°E區域有較強的上升運動出現，強度-1.8Pa?s-1，與過程中的顯著降水區較為一致。可見，錮囚鋒附近對應的輻合輻散場及其產生的較強上升運動是大降水產生的重要動力條件。Div(lat=30je-5)UTC:12Z14MAR2011圖10 3月14日20時30°N上散度經度-高度剖面圖（單位：10-5S-1）WELprs.poumion(lat=30)UTC；12Z14MAR2011圖11 3月14日20時30°N上垂直速度經度-高度剖面圖（單位：Pa?s-1水汽條件分析由850hPa水汽通量及水汽通量散度14日08時?15日02時的演變（如圖12）可以看出，重慶地區的水汽通量主要來自東北方向和偏東方向。其中，重慶西部上空的水汽通量來自東北方向，且因鋒后風速較大，水汽通量值也較大，如圖12c所示，14日20時，盆地內最大水汽通量值達到20g?s-1?hPa-1?cm-1以上；而重慶東部地區的水汽通量來自偏東方向，因回流的風速較小，水汽通量值也較小，在10g?s-1?hPa-1?cm-1以下，如圖12a?12d所示。兩者之間水汽通量輻合的大值區域位于重慶中東部地區，是重慶中東部地區產生顯著降水的重要原因之一（如圖12b?12c）。由此可見，來自東北和偏東方向的水汽和動力的輻合是重慶中東部地區產生較大降水的重要條件。qv&qvdrv14：OO(UTC) qv^cqvdtv1+tOfl(urC)1D10qv*qvdrv14：12(UTC)qv&qvdrv14：OO(UTC) qv^cqvdtv1+tOfl(urC)1D10qv*qvdrv14：12(UTC)ioqv&qvdP1+:18(UfC)'20■a圖12850hPa水汽通量(矢量，單位：g?s-i*hPa-i?cm-i)及水汽通量散度(陰影，單位：10-7g?s-i*hPa-i?cm-2)(a：3月14日08時；b：3月14日14時；c：3月14日20時；d：3月15日02時)結論2011年3月13日?15日，冷空氣入侵重慶地區引起的強降溫天氣是由橫槽轉豎引導槽后冷空氣向南爆發產生的，前期氣溫不高，但冷空氣勢力較強，是四川盆地一次較為典型的強降溫天氣。冷空氣南下速度較快，降溫時間短，主要降溫時間為3月14日。過程的顯著降溫區域位于盆地內重慶中西部地區，呈現“西強東弱”的特征；而主要降雨區域位于盆地向山區過渡的重慶中東部地區，呈現“東強西弱”的特征。降溫的分布特征主要由冷空氣入侵四川盆地的路徑，結合地形導致的。冷空氣沿青藏高原邊緣，經新疆東部、河西走廊南下，相對重慶及四川盆地的位置，其主要路徑為西北路徑，此類路徑的冷空氣對重慶中西部地區降溫影響更大，對東部山區影響較小，結合盆地內一定的氣溫正距平，重慶中西部地區降溫較顯著，東北部地區較弱，東南部受到的影響最小。降雨的分布特征主要由冷空氣入侵四川盆地的過程中，分為兩支不同路徑的冷空氣先后共同影響，進而產生錮囚鋒導致的。此次冷空氣南下至河套地區后，冷空氣的主支沿青藏高原東麓，翻越四川盆地北部山脈進入盆地并南下，次支沿著盆地北部山脈東移進入兩湖盆地，而后再由盆地北部大巴山系與東部武陵山系之間的谷地向西回流進入四川盆地，兩條路徑的冷空氣在川東地區相遇，并產生弱的錮囚，錮囚鋒出現的時間與位置與大降水出現的時間與落區基本一致。診斷分析顯示，大降水出現的前后，重慶中東部地區存在東西兩條冷鋒，第一條向西傾斜，強度相對較強；第二條向東傾斜，強度相對較弱，兩條冷鋒相交于重慶中東部地區，即有錮囚鋒出現；錮囚鋒所在區域對應著較強的輻合、上升運動區及水汽輻合的大值區，為大降水的產生提供了重要的動力和水汽條件。因此，錮囚鋒可能是此次過程中重慶中東部地區大降水產生的主要原因。參考文獻劉傳鳳.我國寒潮氣候評價J].氣象，1990,16(12)：40-43王遵婭,丁一匯.近53年中國寒潮的變化特征及其可能原因.大氣科學，2006，30(6)：1068-1076康志明，金榮花,鮑媛媛.1951-2006年期間我國寒潮活動特征分析[J].高原氣象，2010,29(2):420-428阮蔚琳,馬志強,章志芹.近44年無錫寒潮天氣變化特征分析.暴雨災害，2007，26(2)：139-143季致建,李邦憲,何麗萍.浙江省54年寒潮氣候概況及時空分布特征分析.浙江氣象，2007，29(3)：9-13林愛蘭,吳尚森.近40多年廣東省的寒潮活動.熱帶氣象學報，1998，14(4)：337-343段莉,湖濤,徐祥德.華北地區春季大范圍強寒潮過程能量場及熱源場的濾波分析.氣象，1991，17(1)：3-8許愛華，喬林，詹豐興等.2005年3月一次寒潮天氣過程的診斷分析[J].氣象，2006，32(3)：49-55樊明，馮軍，尚學軍.“2001.4.9”寒潮天氣形成過程分析[J].氣象，2002，28(3)：54-57王麗，韋惠紅,金琪等.湖北省一次罕見寒潮天氣過程氣溫陡降分析[J].氣象，2006，32(9)：71-76劉麗.低緯高原冬季寒潮天氣個例分析[J].氣象，2001，27(8)：53-55周國兵，隆宵，劉毅.重慶市“5?29”暴雨天氣過程診斷分析與數值模擬.氣象科技，2006，34(1)：29-34惠小英，羅四維.地形對兩次寒潮過程影響的數值模擬研究[J].高原氣象，1993，12(3)：283-293住明正，高良誠?西藏高原附近寒潮的數值模式研究[J].氣象科技，1986，(4)：27-37Analysisofoncestrongcoolingweather'scoolingandprecipitationdistributioncharacteristicsanditsformationDengChengzhi1JiangYuhua1ZhouTong21.ChongqingMeteorologicalOffice，401147；2.QianjiangDistrict，ChongqingMeteorologicalBureauAbstract:Theinvasionofcoldaircausedaregionalstrongcoolingweatherin

ChongqinginMarchl3?15,2011.Thecoolingweather'ssignificantcoolingregionslocatedinwestandcenterChongqing,whileitsheavyprecipitationlocatedineastandcenterChongqing.Ana