青藏高原東北部近10年大到暴雪天氣過程分析

李昌玉　沈潔　玉紅英

摘要 為了研究西寧市大到暴雪的發(fā)生機(jī)制，總結(jié)短期預(yù)報思路，建立短期預(yù)報指標(biāo)，利用Micaps常規(guī)天氣和物理量場等資料，采用天氣學(xué)診斷方法，分析近10年西寧市出現(xiàn)的5次大到暴雪天氣過程。分析表明，環(huán)流形勢可以分為北脊南槽型、西高東低型、階梯槽型、貝湖低槽型。西寧市大到暴雪天氣的發(fā)生與地面冷高壓、500 hPa高空槽、切變線、孟灣風(fēng)暴、西南氣流有關(guān)。對于西寧地區(qū)大到暴雪預(yù)報指標(biāo)，應(yīng)從有無冷空氣過境、是否有西風(fēng)帶短波槽及高原南支槽東移影響、是否有西南氣流、700 hPa冷溫槽0 ℃是否南壓至西寧地區(qū)等方面確定。

關(guān)鍵詞 大到暴雪；預(yù)報分析；青海西寧；青藏高原東北部

中圖分類號 P458 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 1007-5739（2017）14-0210-03

Abstract In order to study the mechanism of heavy snow to blizzard in Xining City，summarized the short-term forecast ideas and establish short-term forecast indicators，this paper used Micaps conventional data，physical field and the method of weather diagnosis to analyze 5 times heavy snow to blizzard weather process in Xining City in recent 10 years.The results showed that the circulation situation could be divided into the north ridge south trough type，Wushan ridge type，stepped trough type and Beihu low trough type.The occurrence of heavy snow to blizzard in Xining City was relation to the ground cold high pressure，500 hPa upper trough，share line，Bay of Bengal storm and southweat air.The forecast indicators about heavy snow to blizzard of Xining area，should be determined by whether cold air transit，whether the westerlies short wave trough and the plateau south trough eastward impact，whether there was southwest airflow and whether 0 ℃ of 700 hPa cold temperature trough was moving southward to Xining area.

Key words heavy snow to blizzard；dignostic analysis；Xining Qinghai；northeast of Qinghai-Tibet Plateau

西寧市位于青藏高原東北部，近幾年設(shè)施溫棚發(fā)展迅速，大到暴雪對設(shè)施農(nóng)業(yè)造成的損失非常大，是西寧市農(nóng)戶春秋最為關(guān)注的災(zāi)害之一。

國內(nèi)氣象工作者對青海東部暴雪天氣的環(huán)流背景特征展開了大量研究。周陸生等[1]對青藏高原東部牧區(qū)大到暴雪過程及雪災(zāi)發(fā)布的基本特征進(jìn)行了研究；周 倩等[2]對青藏高原東部一次區(qū)域暴雪過程及氣候背景進(jìn)行了分析；王 文等[3]對“96.1”高原暴雪過程三維條件性對稱不穩(wěn)定的數(shù)值進(jìn)行了研究；保廣裕等[4]對高原春季一次強(qiáng)雨（雪）天氣過程的物理量診斷進(jìn)行了分析。已有研究結(jié)果表明，關(guān)于青藏高原和青海省暴雪成因及其災(zāi)害的研究，國內(nèi)近年來做了許多工作，且取得了不少研究成果[1-4]。高原降雪的基本特點(diǎn)有：9月降雪日數(shù)平均已有7.5 d，但平均降水量與8月相當(dāng)，說明它仍處于高原雨季中，10月降雪日數(shù)猛增至15 d，11月的平均降水量很小但降雪日數(shù)與9月相當(dāng)，12月降雪日數(shù)和降雪量處于全年最低點(diǎn)[5]。這些特點(diǎn)與東亞環(huán)流在10月和12月的兩槽調(diào)整對應(yīng)[6]。

本文針對西寧市對雪的量級預(yù)報薄弱的現(xiàn)狀，分析了青藏高原東北部西寧市近10年5次大到暴雪天氣過程，得出一些預(yù)報指標(biāo)，為提高西寧大到暴雪預(yù)報質(zhì)量提供可靠的依據(jù)。

1 大到暴雪的環(huán)流形勢

暴雪形成原因可以從環(huán)流形勢的分析中得到。將暴雪對應(yīng)的環(huán)流形勢進(jìn)行分類并尋找規(guī)律，參考文獻(xiàn)[7]青藏高原東部暴雪環(huán)流分型的方法。分析結(jié)果表明，西寧地區(qū)5次大到暴雪天氣過程，對應(yīng)的500 hPa環(huán)流形勢可以分為北脊南槽型、西高東低型、階梯槽型、貝湖低槽型。

北脊南槽型見圖1（a）?？梢钥闯?，有2次過程為北脊南槽型，北疆及蒙古西部地區(qū)500 hPa有高壓脊，高原有西風(fēng)帶南支槽，槽前向東北部輸送西南暖濕氣流，隨著北脊的發(fā)展引導(dǎo)西北氣流南下，高原槽移至青海省東部一線，西北冷空氣與槽前西南暖濕空氣交匯于青海省東北部，引起大到暴雪。

西高東低型見圖1（b）?？梢钥闯觯陆鞑繛樯詈竦筒蹍^(qū)，其分裂短波槽滑向高原，東北低渦的穩(wěn)定維持，促使貝加爾湖脊發(fā)展，高原南部有南支槽，并且有西太平洋副高存在。由于西太平洋副高的穩(wěn)定維持，500 hPa 584線穩(wěn)定在30°～40°N，西太副高阻擋南支槽并使其加深，2個系統(tǒng)相互影響，使西南氣流源源不斷向青海省輸送水汽。西北氣流攜帶冷空氣與西南暖濕氣流在青海省北部交匯形成切變線。切變線的存在有助于強(qiáng)降雪天氣過程的產(chǎn)生。endprint

階梯槽型見圖1（c）。可以看出，烏拉爾山附近為一高脊穩(wěn)定并緩慢東移，貝加爾湖為發(fā)展深厚的低壓槽，當(dāng)烏拉爾山高壓脊前引導(dǎo)冷空氣南下，促使貝加爾湖槽加深南壓，槽底不斷分裂冷空氣東移南下，在新疆地區(qū)、高原上及高原南部有短波槽，并且南部的槽區(qū)位相稍稍超前，各槽依次呈階梯狀，階梯槽加速誘導(dǎo)冷空氣向東南移動，南支槽前的西南氣流將暖濕空氣帶入青海省東部，冷暖空氣相互交匯，造成西寧地區(qū)大到暴雪。

貝湖低槽型見圖1（d）。可以看出，烏拉爾山附近為高壓脊，貝加爾湖為深厚的冷低壓，青藏高原南部有南支槽，當(dāng)高脊緩慢東移時，脊前西北氣流引導(dǎo)強(qiáng)冷空氣南下，促使貝加爾湖槽南壓，槽底不斷分裂短波槽向高原下滑，水汽隨著南支槽向青海高原東部輸送，槽底分裂冷空氣與南支槽前暖濕氣流在青海東北部交匯，造成大到暴雪的環(huán)流特征。

2 大到暴雪的影響系統(tǒng)

通過分析5次大到暴雪天氣過程，總結(jié)出影響西寧地區(qū)大到暴雪的主要系統(tǒng)是地面冷高壓、切變線、孟灣風(fēng)暴、西南氣流、500 hPa西風(fēng)槽。

2.1 地面冷高壓

地面圖上冷高壓的強(qiáng)度可用冷高壓的中心數(shù)值、范圍和等壓線的密集程度表征，但多以中心數(shù)值表示[8]。分析西寧市5次大到暴雪天氣過程知，地面一直處于冷高壓的控制下，西寧地區(qū)冷高壓強(qiáng)度為1 032.5～1 042.5 hPa，最強(qiáng)達(dá)到1 042.5 hPa。青海省東部西寧地區(qū)冷空氣入境主要有3條路徑，一條路徑是冷空氣沿北方路徑，經(jīng)北疆進(jìn)入蒙古，在有利的環(huán)流形勢引導(dǎo)下，從河西走廊南下，沿湟水谷地倒灌，影響西寧地區(qū)，北方路冷空氣強(qiáng)度大；另一條路徑是受西方路徑冷空氣翻越帕米爾高原自西向東影響西藏、青海，西方路冷空氣強(qiáng)度偏弱；還有一條路徑是冷空氣沿西北路徑，冷空氣一股翻越阿爾金山進(jìn)入柴達(dá)木盆地，另一股沿河西走廊東移，至祁連山東端從青海東部地區(qū)向西灌。兩股冷空氣在青海湖形成錮囚鋒，從而加強(qiáng)了低空輻合上升運(yùn)動，造成西寧地區(qū)大到暴雪天氣。冷空氣的路徑和強(qiáng)度決定降溫幅度。

2.2 切變線

高原低渦和切變線是高原中低層的天氣系統(tǒng)，是主要的降水系統(tǒng)之一[9-10]。高原冬、春季節(jié)由于高原切變線的活動使高原東部及其周邊地區(qū)產(chǎn)生大到暴雪天氣，造成牧區(qū)雪災(zāi)[11]。由于副高的存在，當(dāng)烏拉爾山高壓脊東移時，環(huán)流形勢在中緯度為緯向型。因500 hPa 584線穩(wěn)定在30°～40°N，印緬和青藏高原南部的西南氣流沿著副高外圍500 hPa 584線北移與脊前西北氣流形成高原切變線，切變線出現(xiàn)在40°N。隨著冷空氣活動加強(qiáng)，切變線南壓到35°N附近，偏北氣流引導(dǎo)冷空氣南下，西寧地區(qū)位于切變線附近，這就具備了大到暴雪的初始條件，配合低層水汽條件，出現(xiàn)了大到暴雪天氣過程。

2.3 孟灣風(fēng)暴

孟加拉灣風(fēng)暴活動有2個高峰期，一個在初夏5月，另一個在秋季10月和11月[12]。孟加拉灣風(fēng)暴是高原暴雪天氣過程的主要影響系統(tǒng)[13]，它是形成于孟加拉灣地區(qū)的熱帶風(fēng)暴，較易隨副熱帶高壓西側(cè)和南支槽前西南氣流北上影響高原[14]。

2007年10月7日和2014年10月10日2次暴雪過程，從紅外云圖演變分析，可以清晰看到水汽通道來自孟加拉灣。孟加拉灣風(fēng)暴的連續(xù)演變和云團(tuán)北上進(jìn)入高原，由于孟加拉灣風(fēng)暴富含水汽，南支槽前西南氣流強(qiáng)盛，云系在西南氣流的引導(dǎo)下擴(kuò)展北上與西風(fēng)槽帶來的冷空氣在高原上交匯，造成強(qiáng)降雪天氣。

2.4 西南氣流

500 hPa西南氣流將孟加拉灣和南海水汽輸入降雪區(qū)上空[15]。從西南氣流的強(qiáng)度來看，大到暴雪前24 h 500 hPa西南氣流加強(qiáng)，表現(xiàn)為西寧及以南地區(qū)西南風(fēng)站點(diǎn)增多，風(fēng)速增大。從西南氣流維持時間來看，尤以秋季大于春季。西寧及以南地區(qū)各站點(diǎn)，秋季西南氣流維持時間較長，一般在5～7 d；春季維持時間較短，一般在1～2 d之間。

2.5 500 hPa西風(fēng)槽

500 hPa西風(fēng)帶高空槽是造成大到暴雪最主要的影響系統(tǒng)，造成大到暴雪的關(guān)鍵是北部冷空氣與西南暖濕氣流在西寧地區(qū)的交匯，南支槽亦有利于來自印度洋和孟加拉灣的暖濕氣流向青藏高原北部輸送，南支槽作為水汽的供應(yīng)者占到5次中的60%。

3 物理量診斷分析

3.1 散度和渦度場結(jié)構(gòu)

大到暴雪發(fā)生時，強(qiáng)降水區(qū)散度從低層到高層的分布有中低層輻合高層副散，有低層輻合中高層輻散，也有輻合輻散交替出現(xiàn)的，而且高層的輻散值大于底層輻合值，有利于上升運(yùn)動。輻合層最高高度能夠達(dá)到300 hPa層。渦度是衡量空氣質(zhì)塊旋轉(zhuǎn)運(yùn)動強(qiáng)度的物理量。從渦度平流時間剖面圖分析，大到暴雪發(fā)生前12 h在500 hPa層及以上為正渦度平流，正渦度平流中心在250～300 hPa層。春季正渦度平流中心5×10-5～10×10-5·s-2，秋季19×10-5～22×10-5·s-2，秋季大于春季。

3.2 垂直運(yùn)動

大到暴雪可以發(fā)生在整層為強(qiáng)上升運(yùn)動，也可以發(fā)生在中低層的強(qiáng)上升運(yùn)動。最強(qiáng)中心在400～500 hPa層。當(dāng)有大到暴雪發(fā)生時以及較長時間的降水時，有明顯強(qiáng)上升運(yùn)動，強(qiáng)降水區(qū)處于500 hPa垂直速度場負(fù)值中心區(qū)域，中心值在-30×10-1～-36×10-1 hPa/s，降水減弱后500 hPa垂直速度場數(shù)值轉(zhuǎn)為正值，則開始有下沉運(yùn)動。垂直上升運(yùn)動的強(qiáng)烈發(fā)展，為暴雪的產(chǎn)生提供了有利的動力條件。

3.3 水汽分析

充足的水汽供應(yīng)是大到暴雪形成的條件之一。季良達(dá)等[15]指出，影響高原降雪的水汽主要來源于孟加拉灣和阿拉伯海。從衛(wèi)星云圖演變來看，發(fā)現(xiàn)水汽主要來自孟灣。500 hPa西南氣流是西寧地區(qū)最主要的水汽輸送帶。比濕場在大到暴雪過程前700、500 hPa，可以清楚看到有濕舌伸展到強(qiáng)降水區(qū)。發(fā)生在秋季的大到暴雪的比濕大于春季，秋季500 hPa比濕為3～4 g/kg，700 hPa比濕為4～6 g/kg。春季500 hPa比濕為1～3 g/kg，700 hPa比濕為1～4 g/kg。大到暴雪落區(qū)與比濕線密集帶也有很好的對應(yīng)關(guān)系。比濕時間剖面圖上，強(qiáng)降水出現(xiàn)在比濕中高層波峰至波谷期間。endprint

從云圖演變分析可以看到水汽通道來自孟加拉灣。當(dāng)孟加拉灣風(fēng)暴存在時，南支槽前西南氣流強(qiáng)盛，云系在西南氣流的引導(dǎo)下擴(kuò)展北上，水汽通量高值帶也東移北抬，大到暴雪出現(xiàn)在水汽通量高值線附近。當(dāng)孟加拉灣風(fēng)暴不存在時，此特征并不明顯。大到暴雪之前西寧地區(qū)的風(fēng)向由西北風(fēng)轉(zhuǎn)為西南風(fēng)。水汽通量場會出現(xiàn)強(qiáng)水汽輻合高濕區(qū)，整層的水汽通量散度值會較前期明顯增加，水汽條件較充足。這5次過程西寧地區(qū)的水汽通量散度大值在700 hPa層，中心強(qiáng)度為-2.5×10-8～-8.0×10-8 g/（s·cm2·hPa），說明水汽的輻合在低層700 hPa。與強(qiáng)降水出現(xiàn)的時間和落區(qū)相吻合，低空水汽的強(qiáng)輻合為大到暴雪的發(fā)生提供了充足的水汽條件。

3.4 熱力條件分析

大到暴雪是在冷暖空氣交匯的有利條件下產(chǎn)生的，中低層的熱力狀況是一個重要因素。暴雪落區(qū)與假相當(dāng)位溫線的密集帶有很好的對應(yīng)關(guān)系，而假相當(dāng)位溫值逐漸減小時，實(shí)況降水也會減小并逐漸結(jié)束。從假相當(dāng)位溫時間剖面圖分析可知，強(qiáng)降水發(fā)生前12 h假相當(dāng)位溫線呈漏斗狀，假相當(dāng)位溫線坡度增大，線條更加密集，強(qiáng)降水就集中在此期間。

溫度的高、低直接決定了降水的性質(zhì)，對于降水相態(tài)的轉(zhuǎn)化，在700 hPa溫度場可以清楚地看到，降水過程前期相態(tài)為雨，隨著冷溫槽的東移南壓，當(dāng)0 ℃線南壓至西寧地區(qū)，并且地面溫度降到1 ℃以下，降水相態(tài)由雨轉(zhuǎn)為雨夾雪，見下表1。

4 結(jié)論與討論

對于西寧地區(qū)大到暴雪預(yù)報應(yīng)從是否有冷空氣過境，是否有西風(fēng)帶短波槽及高原南支槽東移影響，是否有西南氣流，700 hPa冷溫槽0 ℃是否南壓至西寧地區(qū)等方面來確定，具體從5個方面來看：①當(dāng)冬春季地面天氣圖上冷空氣強(qiáng)度中心強(qiáng)度達(dá)1 035 hPa以上。②當(dāng)數(shù)值預(yù)報場500 hPa西風(fēng)帶有短波槽過境。西寧及以南地區(qū)風(fēng)向由西北轉(zhuǎn)為西南風(fēng)，并且風(fēng)速增大。③當(dāng)數(shù)值預(yù)報700 hPa西寧地區(qū)相對濕度達(dá)到60%以上，秋季500 hPa比濕為3～4 g/kg，700 hPa比濕為4～6 g/kg。春季500 hPa比濕為1～3 g/kg，700 hPa比濕為1～4 g/kg。④散度場低層有輻合，高空有輻散；并且西寧地區(qū)有強(qiáng)上升運(yùn)動，西寧市處于500 hPa垂直速度場負(fù)值中心區(qū)域，中心值在-24×10-1～-36×10-1 hPa/s。⑤當(dāng)數(shù)值預(yù)報700 hPa溫度場西寧地區(qū)溫度在0 ℃以下，并且地面溫度降到1 ℃以下，就可以考慮降水相態(tài)的轉(zhuǎn)變。

目前，針對青海東部地區(qū)的暴雪雖然已經(jīng)開展了大量的研究，但是大多集中在天氣學(xué)分析方面，有限的常規(guī)觀測資料很難滿足對暖區(qū)暴雪中小尺度系統(tǒng)的深入研究和分析。今后需要加強(qiáng)各類新資料對暴雪預(yù)報以及研究中的應(yīng)用，改進(jìn)西寧市氣象部門暴雪預(yù)報能力，進(jìn)一步提高防災(zāi)減災(zāi)能力。

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