乌兰察布2020年两次冷空气等熵位势涡度的分析

乌兰察布2020年两次冷空气等熵位势涡度的分析
发布时间：2021-12-07T01:54:48.422Z 来源：《科学与技术》2021年第29卷第19期作者：闫海丹
[导读] 本文利用2020年1月1日～2020年6月30日的NCAR/NCEP逐日再分析资料，
闫海丹
乌兰察布市气象局乌兰察布市 012000
摘要：本文利用2020年1月1日～2020年6月30日的NCAR/NCEP逐日再分析资料，对2020年两次不同强度的冷空气天气过程进行等熵位涡分析，结果表明：过程Ⅰ的高空环流形势是横槽旋转南下，地面是冷高压整体东移南下，所造成的强寒潮天气过程；过程Ⅱ是高空冷空气叠加，锋区不断南压，地面冷高压分裂南下，所造成的普通冷空气过程；位涡演变特征分析表明：冷空气影响初期强度不同，过程Ⅰ更强，其冷空气在达到乌兰察布市强度不同，过程Ⅰ的4PVU等值线囊括乌兰察布全市，而过程Ⅱ的4PVU等值线只影响了乌兰察布的北部，但其影响时间长。

关键词：冷空气等熵位涡高位涡
1 引言
位涡(Potential V orticity)是表征大气热力和动力特征，在绝热无摩擦干空气中具有严格守恒性[1]。

冬季等熵位涡守恒性强，持续时间更长，根据该特点追踪冷空气活动过程，可分析冷空气发展规律，提升预测准确性[2]。

乌兰察布位于内蒙古中部，冷空气活动频繁，特别是在春季、晚秋的期间，冷空气对乌兰察布的影响很大，做好冷空气天气预报极其重要。

本文利用等熵位涡对乌兰察布市两次冷空气天气过程进行分析。

其中2020年 2月13～15日称为过程Ⅰ，2020年3月25～27日称为过程Ⅱ。

2 实况：
过程Ⅰ中乌兰察布市有6个国家站在13-14日的24小时降温超过10℃，达到强寒潮标准，24和最强降温幅度为-12.5℃。

过程Ⅱ中乌兰察布市只有1个国家站在24h降温达到8℃，是一次普通冷空气过程，但48h降温幅度较强，相比过程Ⅰ，过程Ⅱ的降温幅度较小，但持续时间长。

3 天气形势
过程Ⅰ，在12日08时，200hPa环流形式为西高东低，巴尔喀什湖北侧为一高脊，与对应-68℃的冷中心，高脊发展加强东移，脊前偏北气流引导冷空气南下，使得脊前冷槽不断发展加深南压，13日20时冷槽位于乌兰察布北侧，并有-48℃的冷中心；500hPa环流形势同200hPa 相似，12日20时高脊形成闭合中心；700hPa有-24℃的冷中心，850hPa处存在-20℃的冷中心，说明冷空气深厚，之后冷槽旋转南下，引导冷空气南下侵袭；在地面图上，冷高压由1035.0hPa增加到1052.5hPa，冷高压东移南下。

（图1）
图1 2020年2月14日08时：a为200hPa环流形势、b为500hPa环流形势、c为海平面气压场
过程Ⅱ中，24日08时，200hPa表现为两脊一槽的环流形势，高空槽不明显，温度槽比高度槽落后，槽中有明显的涡度平流输送，高空槽发展东移，极地南伸的槽，且移动速度较快，引导极地冷空气南下，并向高空槽补充，26日08时，两槽合并大槽，冷槽南侧的锋区控制整个乌兰察布，27日冷槽移出，冷空气过程结束；500hPa处，高空槽东移时，有新鲜冷空气补充，高空锋区不断加强对乌兰察布市产生影响；在冷空气影响期间低空出的锋区明显，10个纬距内有6根等温线，低层锋区强；地面上，24日08时，蒙古气旋对乌兰察布产生影响，东移过程中，巴尔喀什湖附近的冷高压主体分裂东移, 在26日02时，冷高压中心最强，该过程主体趋于减弱，分裂出的中心不断加强。

（图
2）两次过程影响关键系统不同，过程Ⅰ是高空槽旋转南下造成冷空气南下侵袭，过程Ⅱ是强的高空锋区南压，引起的冷空气过程。

图2 2020年3月：a为24日20时200hPa环流形势 b为26日08时200hPa环流形势
c为26日08时850hPa环流形势 d为26日02时海平面气压场
4 等熵位涡对比
本文根据等熵位涡守恒的特性，对上述两次影响乌兰察布市的冷空气过程进行对比，探讨两次过程中的等熵位涡异同点[2-4]。

过程Ⅰ未出现前，新地岛附近有东北-西南走向的高位涡冷空气，中心值达7PVU，之后高位涡冷空气呈旋转形式南下，13日夜间4PVU 冷空气到达乌兰察布西北部，开始对乌兰察布产生影响，14日冷空气由4PVU增强到5PVU，且14日温度降幅要高于15日，16日冷空气移出乌兰察布，寒潮天气结束。

过程Ⅱ，冷空气未出现前，高空冷涡位于极地，22日08时向里海延伸，中心值为6PVU,之后从里海向东旋转并向南侵袭，25日20时，高位涡冷空气压在乌兰察布市界外北部，26日位涡值增加到5PVU，位置不变，27日4PVU等值线影响乌兰察布北部，48h降温明显， 28日4PVU线移出乌兰察布。

冷空气影响初期强度不同，过程Ⅰ更强，其冷空气在达到乌兰察布市强度不同，过程Ⅰ的4PVU等值线囊括乌兰察布全市，而过程Ⅱ的4PVU等值线只影响了乌兰察布的北部，但其影响时间长。

5 总结与讨论
（1）通过环流分析可知：过程Ⅰ的高空环流形势是横槽旋转南下，地面是冷高压整体东移南下，所造成的强寒潮天气过程；过程Ⅱ是高空冷空气叠加，锋区不断南压，地面冷高压分裂南下，所造成的普通冷空气过程。

（2）位涡演变特征分析表明：冷空气影响初期强度不同，过程Ⅰ更强，其冷空气在达到乌兰察布市强度不同，过程Ⅰ的4PVU等值线囊括乌兰察布全市，而过程Ⅱ的4PVU等值线只影响了乌兰察布的北部，但其影响时间长。

参考文献：
[1] Quart J R Meteor Soe: Hoskins B J，McIntyre M E，Robertson A W．1985. On the use and significance of isentropic potential vorticity maps[J]. Quart J R Meteor Soe.111(6):877—946．
[2] 气象学报：丁一汇,马晓青.2007. 2004/2005年冬季强寒潮事件的等熵位涡分析[J]. 气象学报, 65(05),707.
[3] 高原气象: 易明建,陈月娟,周任君.2008.2008年中国南方雪灾与平流层极涡异常的等熵位涡分析[J].高原气象,28(4):880-888.
[4] Jeong J H，Kim B M，Ho C H，et al.Stratospheric origin of cold surge occurrence in East Asia.Geo Res Letts,2006,33,L14710 , doi:10.1029/ 2006GL026607
[5] 山东师范大学学报: 柴晶品.2010.一次寒潮天气过程的发展和成因—基于位涡原理分析.山东师范大学学报,25(1):121-125
作者简介：闫海丹（1990-）女，汉，河北省康保县人，本科学历，工程师，从事天气预报工作。