兩次罕見強(qiáng)降雪天氣過程的物理量場(chǎng)對(duì)比分析

王宇亮 李紅梅 靳英燕 高潔

DOI：10.19392/j.cnki.16717341.201722080

摘要：利用常規(guī)氣象觀測(cè)資料和NCEP/NCAR再分析資料（2.5°×2.5°），對(duì)比分析了陜西地區(qū)2006年1月35日和2009年11月1012日發(fā)生的罕見暴雪天氣過程的物理量場(chǎng)特征。結(jié)果表明：

冷性階梯槽及西南渦加深是主要天氣形勢(shì)，后部西北路冷空氣的補(bǔ)充加強(qiáng)，為其產(chǎn)生提供觸發(fā)機(jī)制；散度診斷表明，多重輻散輻合結(jié)構(gòu)有利于抽吸運(yùn)動(dòng)，使上升運(yùn)動(dòng)加強(qiáng)，強(qiáng)烈的上升氣流運(yùn)動(dòng)為強(qiáng)降雪的產(chǎn)生提供動(dòng)力條件；雙輻合輻散結(jié)構(gòu)的水汽通量散度配置為強(qiáng)降雪的出現(xiàn)提供有力水汽輸送條件，對(duì)降雪強(qiáng)度分析具有指示作用。

關(guān)鍵詞：強(qiáng)降雪；診斷分析；雙輻合輻散；物理量對(duì)比

2006年1月35日和2009年11月10日12日，陜西省分別出現(xiàn)了罕見的大范圍降雪降溫災(zāi)害性天氣過程。其中，2006年1月4日08時(shí)至5日08時(shí)關(guān)中出現(xiàn)暴雪，長(zhǎng)安站降雪量級(jí)為15.7mm，2009年11日08時(shí)至12日08時(shí)，陜北和關(guān)中出現(xiàn)暴雪，三原站達(dá)到23.5mm[1]。強(qiáng)降雪給航空運(yùn)輸、城市交通產(chǎn)生嚴(yán)重影響，2006年的強(qiáng)降雪使西安市發(fā)生較大交通事故21起，2009年的暴雪使西安咸陽(yáng)國(guó)際機(jī)場(chǎng)兩次關(guān)閉，有超過7000名旅客被迫滯留機(jī)場(chǎng)，八十多個(gè)航班延誤或取消。

關(guān)于強(qiáng)降雪，胡中明[2]、趙桂香[3]、王文[4]等對(duì)東北華北等地區(qū)條件性對(duì)稱不穩(wěn)定的暴雪觸發(fā)機(jī)制、渦度變率強(qiáng)度的先兆意義等進(jìn)行了相關(guān)研究。但是陜西的強(qiáng)降雪因出現(xiàn)頻次低而研究較少，本文利用常規(guī)氣象觀測(cè)資料和NCEP/NCAR再分析資料（2.5°×2.5°），通過對(duì)2006年和2009年發(fā)生在陜西區(qū)域罕見的兩次強(qiáng)降雪進(jìn)行物理量動(dòng)力學(xué)診斷分析，為強(qiáng)降雪天氣過程提供預(yù)警和分析動(dòng)力學(xué)物理量指標(biāo)，以期提高精準(zhǔn)預(yù)報(bào)水平和服務(wù)質(zhì)量。

1 天氣尺度背景對(duì)比分析

2006年1月3日20時(shí)500hPa環(huán)流表明（圖略），貝加爾湖以西有橫槽存在，橫槽底部分裂的小槽引導(dǎo)弱冷空氣向東南方向移動(dòng)。700850hPa關(guān)中地區(qū)是東部的暖濕氣流、來自東北方向的冷濕氣流和自西北向東南移動(dòng)弱冷空氣的交匯帶。2009年11月11日500hPa平均環(huán)流形勢(shì)顯示貝加爾湖以西至新疆高空冷性槽東移，同時(shí)河套及陜南西部南支暖槽發(fā)展，形成較明顯“階梯槽”結(jié)構(gòu)[5]，且有冷空氣注入，為快速東移創(chuàng)造條件。850hPa東北回灌冷空氣與西北冷性空氣在河套形成錮囚鋒，與西南暖濕氣流在關(guān)中上空交匯，造成大到暴雪。可以看到，兩次強(qiáng)降雪的冷空氣影響路徑相似，均形成階梯槽，區(qū)別在于2009年冷空相對(duì)較強(qiáng)且其后有不斷注入，在地面形成明顯的錮囚鋒。

2 物理量場(chǎng)對(duì)比分析

2.1 散度場(chǎng)對(duì)比分析

2006年1月3日20時(shí)，強(qiáng)降雪區(qū)上空（109°E附近）700hPa以下為輻合區(qū)，最強(qiáng)輻合在850hPa，中心值約2×105s1，500300hPa為輻散區(qū)，中心值約為4×105s1，4日08時(shí)（圖1a），在強(qiáng)降雪區(qū)上方600hPa高度以下及300150hPa為輻合區(qū)且輻合強(qiáng)度增強(qiáng)，700900hPa高度層有輻合中心，其值約為2×105s1，300150hPa的輻合中心最大值1×105s1，600300hPa及150100hPa為輻散區(qū)，中心最大值約為2×105s1，可以發(fā)現(xiàn)其垂直方向結(jié)構(gòu)上表現(xiàn)出輻合輻散再輻合再輻散的雙層散度結(jié)構(gòu)。

2009年11月11日12時(shí)沿108°E的散度物理量垂直結(jié)構(gòu)圖（圖1b），自地表至925hPa高度陜西為相對(duì)較弱的正散度區(qū)，表明有冷性空氣先從東北回流至關(guān)中，形成弱反氣旋結(jié)構(gòu)。925400hPa為強(qiáng)負(fù)散度區(qū)，其中心位于600hPa，值約為17.9×106s1；400hPa上方轉(zhuǎn)為正散度區(qū)，輻散較明顯。形成“近地面弱性輻散—中層輻合—高層強(qiáng)性輻散”結(jié)構(gòu)。

對(duì)比兩次過程的散度物理量垂直剖面圖，可以看到均形成了多重輻散輻合的垂直結(jié)構(gòu)，這樣的環(huán)流配置有利于抽吸運(yùn)動(dòng)，使得上升運(yùn)動(dòng)不斷加強(qiáng)。

2.2 垂直速度

垂直速度促使實(shí)現(xiàn)大氣能量轉(zhuǎn)換，同時(shí)促進(jìn)水汽凝結(jié)。強(qiáng)降雪與氣流上升密切關(guān)聯(lián)，垂直交換可以引起水汽、動(dòng)量、熱量等輸送，對(duì)轉(zhuǎn)折性天氣的發(fā)生和發(fā)展有較大影響[6]。

2006年1月3日20時(shí)，強(qiáng)降雪區(qū)上空上升運(yùn)行主要發(fā)生300hPa以下，最大速度位于600500hPa之間，為3×103hPa/s，4日08時(shí)（圖2a），強(qiáng)降雪區(qū)上空整層均為上升運(yùn)動(dòng)，最大值位于600500hPa，量值增大到4.5×103hPa/s。2009年11月11日12時(shí)（圖2b）垂直速度在陜西上空自地面至高空均為負(fù)值，其中850hPa以上上升運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈，在400hPa達(dá)到峰值，約為8.1×103hPa/s。

可以看到，兩次強(qiáng)降雪強(qiáng)烈的氣流上升運(yùn)動(dòng)為其產(chǎn)生提供了強(qiáng)大的動(dòng)力條件。細(xì)致分析最大值出現(xiàn)的高度，不難看出2009年強(qiáng)降雪垂直速度最大值出現(xiàn)的高度較2006年略高，且強(qiáng)度大，這也是造成2009年暴雪強(qiáng)度大的致因原因之一。

2.3 水汽通量散度

2006年1月3日08時(shí)，西安地區(qū)700hPa以下水汽通量散度均為輻合，量值在850hPa達(dá)到最大，為4×107g/（s*hPa*cm2），4日08時(shí)水汽輻合上升到500hPa附近，2個(gè)輻合中心分別在850hPa和700hPa，暴雪區(qū)水汽通量散度量值達(dá)6×107g/（s*hPa*cm2）（圖3a），850hPa和700hPa水汽輻合表明低層高壓底部偏東氣流帶來的水汽是西安地區(qū)強(qiáng)降雪的貢獻(xiàn)者。

沿34°E作垂直分析不難看出2009年11月11日20時(shí)關(guān)中地區(qū)水汽通量散度自地表至925hPa為輻合區(qū)，中心強(qiáng)度達(dá)1.78×107g/（s*hPa*cm2），925850hPa為輻散區(qū)，其上方至500hPa輻合，之上又轉(zhuǎn)變?yōu)檩椛^(qū)（圖3b）。這種雙層輻合輻散結(jié)構(gòu)[7]再結(jié)合高氣壓底部的偏東方向氣流為強(qiáng)降雪的產(chǎn)生提供強(qiáng)有力水汽輸送條件。

對(duì)比兩次強(qiáng)降雪過程，可以看到雙輻合輻散結(jié)構(gòu)的水汽通量散度配置為強(qiáng)降雪的出現(xiàn)提供了強(qiáng)有力的水汽條件，這是2009年暴雪強(qiáng)度較大的又一致因原因。

3 結(jié)論

（1）高空“階梯槽”引導(dǎo)下的冷性空氣不斷東移南下，及西南渦的加深是造成這兩次強(qiáng)降雪的主要天氣形勢(shì)，后部西北路冷空氣的補(bǔ)充加強(qiáng)，為其產(chǎn)生提供觸發(fā)機(jī)制。700hPa和850hPa東南暖濕氣流和東北冷性回流為暴雪提供了充足水汽。

（2）對(duì)比兩次過程的散度垂直分布，“多重輻散輻合”的垂直結(jié)構(gòu)有利于抽吸運(yùn)動(dòng)，使上升運(yùn)動(dòng)加強(qiáng)。同時(shí)，2009年雙輻合輻散結(jié)構(gòu)的水汽通量散度配置為強(qiáng)降雪的出現(xiàn)提供強(qiáng)有力水汽輸送條件，是較2006年暴雪強(qiáng)度大的原因之一，對(duì)于降雪強(qiáng)度分析具有指示作用。

（3）強(qiáng)烈的上升氣流運(yùn)動(dòng)為強(qiáng)降雪的產(chǎn)生提供動(dòng)力條件。2009年強(qiáng)降雪垂直速度最大值出現(xiàn)的高度較2006年略高，且強(qiáng)度大，這也是造成2009年暴雪強(qiáng)度大的致因原因之一。但是，垂直高度最大值出現(xiàn)的高度以及與之配合的強(qiáng)度閾值還有待通過實(shí)例進(jìn)一步研究。

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