1. 引言
寒潮是一种大规模的强冷空气活动过程，是山东省常见的主要灾害性天气之一，其降温幅度大、作用范围广的特点以及伴随而来的大风、霜冻、雨雪等天气对我国的农牧业和交通运输业等带来极其不利的影响，严重威胁人民的生命财产安全 [1]。因此做好寒潮天气的气象服务，采取积极措施防范其危害，具有重要的现实意义。在全球气候变化导致极端事件多发、重发的背景下，需要更加精细的气象服务来保障人民生产生活，而目前基于地面站点观测数据的气象服务，空间分辨率较低，且无法反映地形对气象要素的影响，导致在复杂地形区域应用时误差较大，无法满足日益增长的气象服务需求。
近年来，国家气象信息中心开发了高分辨率陆面数据同化系统(HRCLDAS)，该系统采用多重网格变分技术(STMAS)，利用数据同化和融合技术，将地面观测数据、卫星观测产品、数值分析、预报产品等进行多源数据融合，同时为进一步描述1 km分辨率尺度的细节，尤其是气温、气压等随海拔高度变化较为明显的要素，引入了0.01˚空间分辨率的数字高程模型(DEM)地形参数数据，对气温等要素进行地形调整 [2]。该数据集覆盖范围为70˚~140˚E，15˚~60˚N，空间分辨率为0.01˚ × 0.01˚，时间分辨率为1 h [3] [4] [5]。
使用高分辨率格点数据可提高监测精密能力，提供更加精细的气象保障服务，但目前尚缺少关于HRCLDAS数据寒潮监测能力的检验评估相关研究。本文以山东2021年11月7~9日的寒潮过程为例，评估HRCLDAS对寒潮过程的监测能力。
2. 资料与方法
2.1. 资料
本文研究采用2021年11月山东省内123个国家气象站逐日最低气温以及高分辨率陆面数据同化系统(HRCLDAS)大气驱动场逐小时2 m气温数据，数据来源于国家气象信息中心。HRCLDAS数据由国家气象信息中心研制，覆盖范围为70˚~140˚E，15˚~60˚N，空间分辨率为0.01˚ × 0.01˚，时间分辨率为1 h [3] [6]，挑选HRCLDAS逐日20时~20时小时数据中的极小值作为日最低气温。
2.2. 寒潮等级标准
根据冷空气活动的强度可分为寒潮、强冷空气和一般冷空气，其中寒潮可进一步划分为三个等级：寒潮、强寒潮、超强寒潮 [7]。
寒潮定义为使某地的日最低气温24小时内降温幅度 ≥ 8℃，或48小时内降温幅度 ≥ 10℃，或72小时内降温幅度 ≥ 12℃，而且使该地日最低气温 ≤ 4℃的冷空气活动。
强寒潮定义为使某地的日最低气温24小时内降温幅度 ≥ 10℃，或48小时内降温幅度 ≥ 12℃，或72小时内降温幅度 ≥ 14℃，而且使该地日最低气温 ≤ 2℃的冷空气活动。
超强寒潮定义为使某地的日最低气温24小时内降温幅度 ≥ 12℃，或48小时内降温幅度 ≥ 14℃，或72小时内降温幅度 ≥ 16℃，而且使该地日最低气温 ≤ 0℃的冷空气活动。
3. 结果分析
2021年11月4~9日，一次强寒潮事件自西北向东南影响我国大部，全国大部分地区最大降温幅度有8℃~16℃，此次寒潮事件具有降温幅度大、雨雪范围广、极端性强、影响大等特点，给东北、华北、黄淮、西北东部等地农业、交通、电力以及人们正常生活等造成较大影响。此次寒潮6日夜间开始影响山东，带来雨雪、强降温和大风天气，影响了山东97.56%的国家气象站，导致山东省出现大范围雨雪天气，山东西北部出现大到暴雪，部分站点积雪深度达到或突破本站历史极值，降雪时间为1961年以来全省平均最早初雪日。本次寒潮造成山东部分地区农作物受到冻害，部分大棚被大雪压塌，直接经济损失达553.3万元。使用站点数据与HRCLDAS数据对此次强寒潮过程进行对比分析，可评估HRCLDAS对较为极端情况下的寒潮事件的监测能力。
使用站点数据与HRCLDAS数据，利用寒潮等级标准，对此次寒潮过程进行判别，识别的寒潮时间均为11月7—9日。实测数据显示，7~9日，泰山站最低气温为−12.9℃，其他站点过程最低气温范围在−9.1℃~3.1℃，山东西北部最低气温降至−4℃以下，半岛沿海地区最低气温在0℃以上，其他地区最低气温在−4℃~0℃之间。与实测相比，HRCLDAS过程最低气温的分布与其大致相同，同样是从鲁西北到半岛地区递增，HRCLDAS过程最低气温范围在−12.8℃~4.7℃，鲁西北和鲁中山区最低气温降至−4℃以下，其范围比观测更大，其他地区的最低气温分布基本与观测相同(图1)。
Figure 1. The minimum air temperature during November 7~9, 2021
图1. 2021年11月7~9日过程最低气温
此次寒潮过程，山东过程最大降温幅度在6.1℃~18.6℃，中西部降温幅度较大，尤其是西北部，过程最大降温幅度在16℃以上，最大降温出现在聊城东阿，为18.6℃，半岛地区过程降温幅度在12℃以下，其他地区过程降温幅度在12℃~16℃之间。HRCLDAS显示，山东过程最大降温幅度在3.9℃~20.0℃，其不同降温程度的空间分布与实测基本相同(图2)。
Figure 2. The maximum range of 24-hour temperature dropping during November 7~9, 2021
图2. 2021年11月7~9日过程最大24小时降温幅度
根据寒潮等级标准，分别使用观测数据与HRCLDAS数据对每日的寒潮进行判别(图3)。11月7日，观测显示共有88.83%的站点出现寒潮，其中55.24%的站点出现超强寒潮，26.24%的站点出现强寒潮，HRCLDAS数据显示，山东全省出现寒潮的面积占87.00%，其中58.54%的面积出现超强寒潮，23.58%的面积出现强寒潮；11月8日，观测显示有94.67%的站点出现寒潮，其中80.33%的站点出现超强寒潮，8.34%的站点出现强寒潮，HRCLDAS数据显示，有97.56%的面积出现寒潮，其中82.11%的面积为超强寒潮，8.13%的面积为强寒潮；11月9日，观测显示有82.47%的站点出现寒潮，其中6.89%的站点出现超强寒潮，32.48%的站点出现强寒潮，HRCLDAS数据显示，有82.12%的面积出现寒潮，其中12.20%的面积出现超强寒潮，34.96%的面积出现强寒潮。总体来看，HRCLDAS与观测逐日寒潮影响范围变化相同，逐日寒潮影响范围先增加，后减少，8日寒潮影响范围最大，但HRCLDAS每日超强寒潮范围占比较观测均偏多，其中，11月9日，观测与HRCLDAS的超强寒潮占比差异较大，为5.31%。
Figure 3. The daily proportion of cold wave range during November 7~9, 2021
图3. 2021年11月7~9日逐日寒潮范围占比
从逐日寒潮等级分布(图4)来看，11月7日，观测与HRCLDAS的寒潮等级分布基本相同，鲁西北、鲁中和鲁南的北部地区为超强寒潮，鲁南的南部、鲁西北东部的部分地区为强寒潮，半岛的西部为寒潮；11月8日，除半岛外，山东大部地区均为超强寒潮，鲁西南与半岛沿海地区为强寒潮，半岛内陆地区为寒潮，HRCLDAS与观测的寒潮等级分布存在部分区别，在HRCLDAS中，鲁西北东部的部分地区被判定为寒潮与强寒潮，而实测则为超强寒潮，半岛沿海地区被判定为寒潮，而实测为强寒潮，半岛内陆地区被判定为没有发生寒潮，而实测为寒潮；11月9日是寒潮过程的最后一天，HRCLDAS与观测对整体
Figure 4. The daily distribution of cold wave grade during November 7~9, 2021
图4. 2021年11月7~9日逐日寒潮等级分布
寒潮的判别较为一致，除半岛大部地区外，其他大部地区均为寒潮，但在对于超强寒潮的判别上，HRCLDAS与观测存在差异，观测显示只有117˚E以西的南北狭长地区为超强寒潮，但在HRCLDAS中，山东西部的中南部地区为超强寒潮，因此造成了11月9日HRCLDAS与观测占比的较大差距。
4. 结论
本文选取2021年11月7~9日对山东造成较大影响的强寒潮过程个例，对比HRCLDAS数据与山东省内国家气象观测站观测数据在过程最低温、过程最大24小时降温幅度以及寒潮影响范围等方面的异同，评估HRCLDAS对寒潮过程的监测能力，评估结果表明：
1) HRCLDAS气温数据对2021年11月7~9日寒潮过程的判别时间准确，与实测完全一致。
2) 使用HRCLDAS数据计算的过程最低气温、过程最大降温幅度与实测分布大致相同，且由于HRCLDAS引入了高分辨率的地形数据，其对过程最低气温以及过程最大降温幅度的刻画更加细致。
3) HRCLDAS与实测逐日寒潮影响范围变化相同，逐日寒潮影响范围先增加，后减少，但HRCLDAS每日超强寒潮范围占比较观测偏多，其中，11月9日，观测与HRCLDAS的超强寒潮占比差异较大，为5.31%。
基金项目
山东省气象局青年基金项目(2021SDQN04)、山东省气象局重点科研项目(2021sdqxz04)资助。