兩次暴雪過程對比分析

韓國泳，胡曉琳，劉琴芳（淄博市氣象臺，山東 淄博 255048）

兩次暴雪過程對比分析

韓國泳，胡曉琳，劉琴芳
（淄博市氣象臺，山東 淄博 255048）

摘要：利用常規(guī)氣象資料以及NCEP1°×1°資料，對2013年1月20—21日和2月3日兩次暴雪過程進行對比分析，結(jié)果表明：兩次暴雪過程的關(guān)鍵系統(tǒng)不同，“3日過程”的關(guān)鍵系統(tǒng)是低空急流，“20日過程”的關(guān)鍵系統(tǒng)是低層切變線和氣旋性渦旋；“3日過程”強風速梯度區(qū)位于魯中地區(qū)，“20日過程”較強的風速梯度區(qū)出現(xiàn)在魯東南沿海，分別對應兩次過程的強降水中心；兩次過程比濕條件基本相同；“3日過程”上升速度和水汽輻合強度均比“20日過程”明顯。

關(guān)鍵詞：暴雪；急流；輻合降水

引言

山東是冬季易出暴雪的地區(qū)，特別是每年的1—2月，由南支系統(tǒng)帶來的充沛的水汽和能量經(jīng)常給山東造成暴雪天氣，雖然在相似的環(huán)流背景下，由于系統(tǒng)的各層配置不同，造成降水特點不同。對此，山東的科研和預報人員已經(jīng)進行很多分析研究[1-4],并對相似暴雪天氣過程進行對比分析，取得很多有意義的結(jié)論。楊曉霞等在對2009年和2010年兩次暴雪過程的對比分析中得出，暴雪產(chǎn)生在500～700hPa西南氣流的前部，低層風速的輻合區(qū)中，而低層冷空氣影響的時間不同造成降水特點不同[5]。周雪松等在對2010年和2011年的兩次早春暴雪過程的對流性和成因分析發(fā)現(xiàn)：高空和地面天氣系統(tǒng)在時間和空間配置上的差異是造成暴雪對流性不同的關(guān)鍵因素，并研究了“雷打雪”天氣現(xiàn)象的成因[6]。

2012年11月—2013年2月山東雨雪天氣過程明顯較往年偏多，特別是在2013年1月20—21日和2月3日兩次降水過程中，山東部分站出現(xiàn)了暴雪到大暴雪。兩次過程均導致了道路積雪和結(jié)冰，此時正值春節(jié)和春運工作繁忙的時間，公眾對天氣預報的關(guān)注較多，降雪影響較大。在預報過程中發(fā)現(xiàn)兩次降水過程有相似之處，下文對兩次暴雪過程進行對比分析，找出兩次過程的關(guān)鍵系統(tǒng)，重點分析造成兩次過程中降水強度顯著不同的原因。

1 天氣實況

2013年1月20—21日過程（下文簡稱“20日過程”）是一次持續(xù)時間較長的降水過程，過程降水量全省平均7.2mm，魯東南和半島南部的部分站點出現(xiàn)雨夾雪或雨，其他為降雪，過程降水量最大出現(xiàn)在諸城，為18.1mm，純雪最大量出現(xiàn)在章丘，為16.3mm。此文主要分析其在20 —21日時段內(nèi)的天氣形勢和降水特點。2013年2 月2—3日降水過程（下文簡稱“3日過程”），魯南為降雨，其他地區(qū)為雪，過程降雪量最大出現(xiàn)在壽光，為17.3mm。

圖1a為兩次過程中，逐6h內(nèi)最大降水量達5mm以上的降水站數(shù)。由圖可見，3日降水強度非常大，在08—14時和14—20時兩個時段內(nèi)，5mm以上降水站數(shù)分別為29個和26個, 08—14時內(nèi)6h降水量最大，為16mm（圖1b）?！?0日過程”超過5mm的站數(shù)很少（圖1a），20日02—08時有3個站，20日20時—21日02時有5個站，21日02—08時有2個站。在整個降水過程中，6h降水量最大為6mm（圖1b）。“20日過程”有兩個降水集中時段，分別在20日02—14時和20日20時—21日02時。

圖1　兩次暴雪過程中逐6h內(nèi)降水量達5mm以上站點數(shù)（a）和6h最大降水量（b）圖

2 形勢分析

2.1 “20日過程”形勢

19日08時—20日20時，500hPa脊區(qū)維持在120°E～125°E之間（圖2a），這期間上游有短波槽東移停滯。20日08時山東受西南氣流控制。08—20時副高增強，5880gpm線北抬，使得西南氣流進一步增強。21日08時高空槽線壓在魯中，20時高空轉(zhuǎn)為偏西氣流，冷平流開始影響。降水于20日02時自魯西北魯西南開始，22 日02時后結(jié)束。

20日20時，700hPa山東為西南氣流影響，弱北風到達河北—天津。850hPa的暖切變線東移到魯東南沿海和江蘇東北部，最大風速為12 m·s-1，較強暖平流開始影響，同時弱槽東移，槽后北風加入，在魯西南至河南東部一帶形成南北向切變線，最大風速為6 m·s-1。20日08—20時，925hPa風場上形成南風與東北風輻合。

圖2　20日20時（a）、3日08時（c）500hPa高度場、850hPa風場和低層切變線及20日20時（b）、3日08時（d）24h降水量和低空急流（藍色箭頭線）

結(jié)合圖2a、圖2b 看出，“20日過程”魯東南明顯處于倒槽輻合區(qū)內(nèi)。降水區(qū)與700hPa急流西部風速切變區(qū)吻合，850hPa風場上風向切變輻合區(qū)與降水大值區(qū)吻合

2.2 “3日過程”形勢

與“20日過程”相比，“3日過程”高空槽徑向度較大，西南氣流較強。3日08時（圖2c），5880gpm線略東撤，高原槽東移加深，河套地區(qū)有淺槽生成，兩槽疊加，山東處于槽前。3日20 時500hPa槽線移近魯西。降水于3日02時前后自魯西南開始，4日02時魯中及魯西降水結(jié)束。

3日08時，700hPa西南氣流控制山東，鄭州到濟南一帶風速從14m·s-1增大到28m·s-1（圖略），槽線位于河套—四川。850hPa風場上在阜陽到徐州一帶有明顯的風速輻合，風速從22 m·s-1減小到12 m·s-1（圖2c），并且魯南地區(qū)存在弱切變。925hPa風場上，魯南地區(qū)風速從20 m·s-1減小到10 m·s-1。

結(jié)合圖2c、圖2d可知，“3日過程”地面降水帶有兩個，一個是位于江淮流域地面倒槽降水帶，一個是風場上急流輻合降水帶，地面上處于南北兩個輻合中心之間的東南風里。

3 物理量場

3.1 風場分析

“3日過程”中，各層南風急流較強。850hPa 與925hPa急流上下位置重合，自西向東掃過山東。700hPa急流東移過程中逐漸增強。3日08 —14時，在魯中北部地區(qū)有強烈的風速輻合（圖3a）。在此期間魯中北部產(chǎn)生了強降雪。實況強降水中心位置與700hPa等風速線強梯度區(qū)一致，這與許多研究的結(jié)果一致[7-8]。20時后轉(zhuǎn)為北風，降水逐漸結(jié)束。

圖3　3日08時（a），20日20時（c）700hPa風場以及等風速線分布（實線為等風速線，單位：m·s-1）及3日08時（b），20日20時（d）全風速和相對濕度沿117°E垂直剖面（實線為等風速線，單位：m·s-1；陰影為相對濕度）

沿117°E風速的垂直剖面上可以看到西南氣流的發(fā)展過程，3日02—08時，低層925hPa急流向高緯度伸展（圖略），36°N附近風速從10 m·s-1增大到12.5 m·s-1以上。從圖3b上可以看到，在36.8°N附近700hPa層上存在明顯的風速閉合中心，中心值為24 m·s-1。

“20日過程”中急流位置偏東南。20日08 時700hPa風場上急流中心位于魯中東部，最大風速為18m·s-1，08—14時急流減弱南退的過程。14—20時急流又一次增強，魯南最大風速為16m·s-1（圖3c）。魯東南以及沿海、半島處于有利的輻合區(qū)中，對應實況表現(xiàn)為魯東南降水又一次增強。

20日20時36°N以北700hPa風速為8 m·s-1（圖3d），風速大值區(qū)在32.5°N以南。21日02時，低層風速仍然比較弱。在強降水開始前，117°E附近低層風速較“3日過程”小很多。在沿122°E作剖面（圖略）時，發(fā)現(xiàn)東部海上有一個15 m·s-1風速大值帶。

兩次過程風場特征比較發(fā)現(xiàn)，在降水較強時段，二者風速輻合強度和位置顯著差異造成降水的強度和分布不同。

3.2 水汽分析

3.2.1 比濕和露點

3日08時700～500hPa溫度露點差為2℃，1000～925hPa為2℃，850hPa為6℃，中空存在一干層。3日20時400hPa以下幾乎均為飽和層，溫度露點差為2℃。低層比濕達到3～4g·kg-1。3日08時相對濕度剖面圖上（圖3b），36°N～38°N 500hPa以下，相對濕度都超過90%，到3 日20時濕區(qū)高度下降到700hPa。

20日20時，700～925hPa 溫度露點差為1～2℃，500hPa溫度露點差為13℃。20—21日低層比濕為2～3g·kg-1。相對濕度垂直剖面上分析，20日02時山東上空700hPa高度以下為相對濕度大于90%的高濕區(qū)（圖略）。至20日20時濕層增厚，600hPa以下為高濕區(qū)（圖3d），但濕區(qū)厚度較“3日過程”偏淺。

3.2.2 水汽通量散度

通過分析兩次過程的水汽通量散度特征發(fā)現(xiàn)，“3日過程”在降水開始前有較強的水汽通量輻合，3日02時表現(xiàn)為一帶狀強水汽輻合帶（圖4a），說明風場輻合的組織性較強。輻合中心最大值達到-4.2×10-7g·hPa-1·cm-2·s-1，而處于水汽輻合帶中的地區(qū)并沒有都出現(xiàn)強降水天氣。相較于“3日過程”，“20日過程”中，在較強降水開始前，其水汽輻合值明顯偏?。▓D4b），輻合中心值為-1×10-7g·hPa-1·cm-2·s-1，水汽輻合強度較弱。

3.3 垂直速度分析

3日02時600hPa附近有較強上升運動中心，上升速度為-1.1×10-2hPa·s-1，到3日08時在700hPa附近有上升速度中心（圖4c），最大值為-1.0×10-2hPa·s-1，并且上升速度區(qū)顯著增厚，900～300hPa均為上升運動。

“20日過程”中，20日02—14時，剖面圖上沒有出現(xiàn)明顯的上升運動中心，20時—21日02時有上升運動發(fā)展，20時700hPa附近最大上升速度為-0.3×10-2hPa·s-1（圖4d）。上升速度的發(fā)展與急流加強時間相對應。

4 小結(jié)

通過以上分析可以總結(jié)出，不是所有要素都滿足的條件下才會出現(xiàn)暴雪，對關(guān)鍵系統(tǒng)的把握不可忽視。動力和水汽條件的差異造成兩次過程中降水強度的顯著不同。

（1）在相似的高空形勢下，“3日過程”低空急流帶來的強烈輻合上升運動導致強降水天氣，其關(guān)鍵系統(tǒng)是低空急流?！?0日過程”西南風明顯較小，急流位置偏東南，但是由于高空脊的阻擋，低層切變線維持、有氣旋性渦旋生成、地面倒槽發(fā)展，造成降水持續(xù)時間較長,關(guān)鍵系統(tǒng)是低層切變線和氣旋性渦旋。

“3日過程”較強的水汽輻合產(chǎn)生了更強的上升運動，而“20日過程”水汽輻合和上升運動相對較弱，因而其6h降水強度明顯偏小。

（2）強降雪中心出現(xiàn)在700hPa風場上強的風速梯度區(qū)內(nèi)，“3日過程”強風速梯度區(qū)位于魯中地區(qū)。“20日過程”較強的風速梯度區(qū)出現(xiàn)在魯東南沿海。分別對應兩次過程的強降雪中心。

（3）兩次過程比濕條件基本相同，在2～4g·kg-1之間，可見暴雪過程對絕對濕度的要求不高，動力條件起重要作用。

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作者簡介：韓國泳（1982—），女，漢族，內(nèi)蒙古赤峰人，碩士，工程師，主要從事短期預報和服務工作。

收稿日期：2014-02-18

中圖分類號：P458.3

文獻標識碼：B

文章編號：1005–0582（2015）01–0027–05