2018年春季一次严重冻害过程分析

刘婉莉，李冬梅，张倩倩

2018年春季一次严重冻害过程分析

刘婉莉，李冬梅，张倩倩

（运城市气象局，山西 运城 044000）

利用micaps高空、地面资料及EC再分析资料等，对2018-04-07—2018-04-08发生在山西运城的强霜冻大气环流形势的调整与演变、气候背景、天气特征及气象要素等方面进行分析研究，并对网格化指导预报进行了分析，结果表明，霜冻前期，影响运城市冷空气势力弱，气温持续偏高，降水偏少，使果树花期较常年提前5～7 d，导致农作物受冻害严重。霜冻天气出现前，500 hPa高度场经向度加大，西西伯利亚槽加深，乌拉尔山阻高建立，引导极地冷空气南下，受脊前槽后强冷平流影响，山西运城出现50年一遇的大范围冻害。这次大范围冻害, 是由于果树花期受到强冷空气影响，平流降温与辐射降温共同的叠加作用造成，地面最低温度达到﹣6.9 ℃。智能网格预报产品能很好地预报出气温的降温趋势, 尤其是04-07的强降温，13个站02：00 和05：00的预报和实况都十分接近，对预报员及决策气象服务起到了很好的指导作用。不同地势对霜灾的影响程度不同，辐射降温后形成的冷空气向低洼处流动，导致地势偏低处冷空气堆积，霜冻越严重。

霜冻；天气分析；指导预报；灾害成因

1 引言

霜冻是主要农业气象灾害之一，对农业生产威胁很大。了解霜冻的成因及其对作物危害的规律，系统地加以分析和研究，对霜冻进行准确预报很有必要。2018-04-07—04-08，运城市遭受了一次50年一遇的强霜冻，全市13个县（市、区）不同程度受灾。此次强霜冻正好发生在果树开花期, 农作物抗冻能力弱，冻害十分严重，全市农作物严重受灾总面积为665.7 km2，绝收总面积为243.4 km2，因灾造成经济损失达10.8亿元。本文就这次强霜冻天气的成因及预报着眼点进行分析，为以后此类灾害性天气的准确预报提供参考。

2 2018-04-06—04-08霜冻天气实况

2018-04-07运城市最低气温和最低地温如图1所示。受强冷空气影响，2018-04-07—04-08运城全市出现霜冻，04-07出现强霜冻。04-07全市最低气温介于﹣4.6～2.9 ℃，如图1（a）所示，其中闻喜、绛县、芮城、夏县4个县站最低气温在﹣2 ℃以下，夏县最低为﹣4.6 ℃，﹣2 ℃以下持续5 h。30个区域站最低气温在﹣2 ℃以下，占区域站总数的15.4%，主要出现在闻喜、绛县、万荣、夏县、垣曲。最低气温出现在万荣通化镇青谷村（﹣4.8 ℃）、绛县郝庄乡（﹣4.8 ℃）。

2018-04-07地面最低温度介于﹣6.9～﹣0.9 ℃，如图1（b）所示，9个县市地面最低温度在﹣3 ℃以下，6个县市地面最低温度在﹣5 ℃以下，闻喜最低，为﹣6.9 ℃，﹣2 ℃以下持续8 h（04-07，00：00～08：00）。04-08，10个县市出现霜冻，地面最低温度介于﹣3.7～1.4 ℃。据调查，苹果、梨、核桃等林果低层果花生长点全部冻死变黑，无挂果。

图1 2018-04-07运城市最低气温和最低地温（单位：℃）

3 大气环流形势的调整与演变

3.1 高空环流形势分析

2018-04-04—04-07，500 hPa高度场如图2所示。

500 hPa 4月上旬前期, 欧亚中高纬度地区呈纬向环流，冷平流弱。04-03—04-04由于乌拉尔山高压脊的强烈发展，引导极地冷空气南下，脊前西伯利亚高空槽加深，温度梯度加大，锋区加强，04-04T08：00，西伯利亚高空槽已东移南压至巴尔喀什湖附近, 高空锋区在新疆北部堆积加强，如图2（a）所示；高空槽快速东移南压，04-05T08：00，高空低压槽位于河套北部，如图2（b）所示；乌拉尔山高压脊东移至巴尔喀什湖和贝加尔湖之间，脊前西北气流引导冷空气快速南下，04-06T08：00，河套北部冷槽经过山西快速东移南下，温度槽落后于高度槽, 温度槽冷中心为﹣40 ℃，如图2（c）所示，700 hPa和850 hPa等高线和等温线夹角大，由于力管效应，形成了极强的冷平流，给山西带来了大风和强降温；04-07，高空槽虽然移出山西，但运城市处于槽后脊前极强的偏北气流中, 西西伯利亚冷空气长趋直入进入山西，造成了大范围强霜冻、冻害天气，如图2（d）所示。

图2 2018-04-04—04-07，500 hPa高度场

3.2 地面形势动态分析

地面图上，冷空气取道西北路径影响中国。04-04—04-05冷高压位于新疆北部，强度加强，04-05T08：00冷高中心强度达到1 052.5 hPa，04-06地面冷锋经甘肃、河套地区快速东移南下，给中国大部地区带来了大风及强降温天气，04-06T20：00冷锋东移入海，04-07早晨山西运城受冷高压主体控制，风力变小且天空晴朗，利于辐射降温，平流降温和辐射降温叠加导致这次霜冻灾害加剧。2018-04-05—04-07地面气压场如图3所示。

图3 2018-04-05—04-07地面气压场

4 霜冻前期天气特征及气候背景

2018-03下旬到04-03的500 hPa平均环流形势场如图4所示，分析发现，500 hPa欧亚范围为纬向环流控制，高原到河套为暖高压脊控制，山西运城受脊前西北气流影响，南支槽平均位置偏东，由于无明显冷空气活动，导致山西运城3月下旬到4月上旬前期气温偏高，降水少。

图4 2018-03下旬到04-03的500 hPa平均环流形势场

对山西运城2018-03下旬到04-03的气温和降水与历年同期进行比较分析，发现2018年山西运城市平均气温为17.2 ℃，较历年同期偏高6.8 ℃，13县市的气温与历年同期相比偏高6～8 ℃，其中万荣偏高最多达7.9 ℃，3月下旬到4月上旬前期运城无降水，与历年同期（10.1 mm）相比明显偏少。结果表明霜冻前期, 影响运城市的冷空气势力弱, 前期的气温明显偏高，使果树物候期较常年提前，果树花期遇严重冻害，经济林果损失严重。运城2018-03-21—04-03气温变化如图5所示。

图5 运城2018-03-21—04-03气温变化

5 智能网格预报产品应用

2018年智能网格预报产品投入应用，该产品时空分辨率高、更新频次快。预报的时间分辨率为0～3 d逐3 h，4～10 d逐6 h，预报的空间分辨率为5 km，预报更新频次达到1 d固定2次并根据天气变化及时更新。

分析中央台指导预报04-06T20：00起报的04-07T 02：00、05：00及08：00气温格点预报产品，选取站点最近的网格点值与相应时段站点实况值进行对比，如图6所示。02：00和05：00，13站预报的气温与实况一致性较好，其中突出的是闻喜和夏县, 格点预报最低气温为﹣3～ ﹣2 ℃，实际温度为﹣3～﹣2 ℃，预报完全正确。13个站02：00和05：00的预报和实况正负1 ℃气温准确率达80%，对预报员及决策气象服务起到了很好的指导作用。

EC850 hPa温度预报提前72 h预报出04-07的强冷空气，对这次强降温预报也有很好的指导作用。

图6 2018-04-06，20：00精细化格点气温预报及04-07实况

6 冻害形成原因分析

6.1 强降温持续时间分析

霜冻期间气象要素变化特征

分析2018-04-06T20：00—04-07T08：00山西运城各站的气温、地温及风速变化发现：闻喜小于等于﹣2 ℃气温持续5 h，小于等于﹣2 ℃地温持续9 h；夏县小于等于﹣2 ℃气温持续6 h，小于等于﹣2 ℃地温持续4 h；绛县小于等于﹣2 ℃气温持续2 h，小于等于﹣2 ℃地温持续10 h；芮城小于等于﹣2 ℃气温持续2 h，小于等于﹣2 ℃地温持续6 h；垣曲小于等于0℃气温持续3 h，小于等于﹣2 ℃地温持续 5 h，04-07T02：00—08：00各站极大风速均在1～3 m/s之间，风力小，利于辐射降温。结果表明在04-06夜间，霜冻严重的几个县小于等于﹣2 ℃气温持续2～6 h，小于等于 ﹣2 ℃地温持续3～10 h，低温持续时间长，且风力小，辐射降温和平流降温造成了严重霜冻灾害；其余各站气温虽然在0 ℃以上，但小于等于﹣2 ℃地温均持续3～7 h，也造成不同程度的霜冻灾害。

6.2 地形作用

地形对霜冻发生有很大影响，一般情况下，冷空气容易沉积到低凹带，在同样天气、植物种类和发育期条件下，凹地发生霜冻的可能性及冻害程度比岗地要严重的多。分析本次霜冻冻害严重的地区发现，闻喜、夏县、绛县基本属于低凹地带，冷空气易进难出，造成冷空气堆积，平流霜冻和辐射霜冻都严重。芮城和垣曲属于密集型中高丘陵地区，山谷狭窄，排路不畅，低洼处辐射霜冻较重，坡地冻害较轻，但山地对冷平流有阻挡作用，因此平流型霜冻较轻。另外在水域附近，由于水的热容量大，白天吸热夜间放热，冷空气来临时，降温幅度明显偏小，由于水域这种调节作用，较大水体周围一般不容易发生霜冻害，即使发生也相对较轻，永济、盐湖同样处于盆地，但其境内分别有盐池和伍姓湖，由于水域的调节作用，因此永济、盐湖霜冻害较轻。山西省运城市地形及霜冻害严重区如图7所示。

图7 山西省运城市地形及霜冻害严重区

7 结论和讨论

本文利用micaps高空、地面资料及EC再分析资料等，对2018-04-07—04-08的强霜冻天气的前期大气环流形势的调整与演变、气候背景、天气特征及气象要素等方面进行分析研究，并对网格化指导预报进行了分析，结果表明：①霜冻前期，影响运城市冷空气势力弱，气温持续偏高，降水偏少，使果树物候期较常年提前，并使降温幅度加大, 农作物受冻害严重；②霜冻天气出现前，500 hPa环流演变伴随着一次大尺度环流形势调整，500 hPa高度场经向度加大，西西伯利亚槽加深，乌拉尔山高压脊明显加强并紧随槽后, 引导极地冷空气南下，受脊前槽后强冷平流影响, 运城市出现大范围霜冻；③运城这次出现的大范围强霜冻是由于高空冷平流较强、天气转晴、风小、地面向空中辐射散热、平流降温与辐射降温共同的叠加作用造成，这种霜冻造成的危害更大；④智能网格预报产品能很好地预报出气温的降温趋势, 尤其是04-07的强降温，13个站02：00和05：00的预报和实况都十分接近，对预报员及决策气象服务起到了很好的指导作用；⑤不同地势对霜灾的影响程度往往也不同，辐射降温后形成的冷空气向低洼处流动, 导致地势偏低处冷空气堆积，霜冻也就越严重。

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2095－6835（2020）20－0021－04

S426

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2020.20.007

刘婉莉（1971—），女，山西芮城人，硕士，高级工程师，主要从事天气预报技术研究。

李冬梅（1964—），女，大学本科，副研级高工，主要从事灾害性天气预报技术研究。

〔编辑：严丽琴〕