沈陽桃仙機(jī)場一次雨轉(zhuǎn)暴雪天氣分析

袁文婧，高光明

摘要：運(yùn)用常規(guī)氣象資料、NECP1°x1°等資料，對2018年3月14日夜間～15日上午桃仙機(jī)場的一次雨轉(zhuǎn)暴雪的天氣特點(diǎn)、環(huán)境場條件、水汽條件、動力條件進(jìn)行分析，并根據(jù)地面溫度、露點(diǎn)及溫度露點(diǎn)差和中低層的溫度對比實(shí)況來總結(jié)本場相態(tài)變化的指標(biāo)，可為今后做降水相態(tài)預(yù)報(bào)服務(wù)提供參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：暴雪；相態(tài)變化；桃仙機(jī)場；寒潮

中圖分類號： P458 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A DOI編號： 10.14025/j.cnki.jlny.2018.24.083

沈陽自2017年11月～2018年2月降雪次數(shù)為16次，總降水量為8.9mm，總積雪深度為8cm，但在初春時(shí)沈陽出現(xiàn)了一次暴雪過程，并且伴有相態(tài)的變化，由于主要降水時(shí)段是在午夜之后，對航班并未造成影響，但是早上的積雪深度為12cm，對本場航班放行造成了影響。隨著現(xiàn)代化觀測系統(tǒng)的建立和數(shù)值預(yù)報(bào)模式的發(fā)展，對暴雪的成因近期有大量的研究，對暴雪的認(rèn)識不斷深入。陳愛玉[1]等的研究結(jié)果表明，春季暴雪均伴強(qiáng)寒潮而產(chǎn)生，暴雪發(fā)生在干濕區(qū)交界的濕區(qū)一側(cè)。盛春巖[2]等研究表明，暴雪產(chǎn)生在對稱不穩(wěn)定大氣中，低空急流促使對流層低層暖濕氣流的輻合上升，觸發(fā)對稱不穩(wěn)定能量釋放產(chǎn)生暴雪。而對于雨、雪混合性降水，雨轉(zhuǎn)雪時(shí)間及雨和雪量級預(yù)報(bào)是預(yù)報(bào)員在實(shí)際工作中的難點(diǎn)[3-4]。本文利用常規(guī)氣象資料，對2018年3月14日～15日沈陽雨轉(zhuǎn)暴雪天氣進(jìn)行分析，為此類天氣預(yù)報(bào)提供參考。

1 降水天氣特點(diǎn)

1.1 降水時(shí)間短、量級大

2018年3月14日23時(shí)25分至15日10時(shí)36分本場降水持續(xù)11小時(shí)11分鐘，總降水量11.2mm，積雪深度12cm，達(dá)到了暴雪的量級。此次降水出現(xiàn)復(fù)雜的相態(tài)轉(zhuǎn)化，先是降小雨持續(xù)了1小時(shí)22分鐘；在00時(shí)47分轉(zhuǎn)為小雨夾雪，持續(xù)了1小時(shí)54分鐘；在02時(shí)41分轉(zhuǎn)為小雪，小雪一共出現(xiàn)在4個(gè)時(shí)間段，累計(jì)持續(xù)4小時(shí)36分鐘，在轉(zhuǎn)小雪后有兩個(gè)時(shí)間段出現(xiàn)了中雪，分別是02時(shí)48分～05時(shí)27分和05時(shí)57分～06時(shí)37分，中雪累計(jì)持續(xù)3小時(shí)19分鐘。

1.2 寒潮爆發(fā)，降溫明顯

鋒面前為降水過程，鋒面后為明顯的降溫。根據(jù)觀測簿統(tǒng)計(jì)，從14日開始?xì)鉁爻掷m(xù)下降，到15 日最高溫度下降，從17.3℃下降到1.7℃，下降了15.6℃；最低氣溫從0.1℃下降到-10℃，下降了10.1℃，平均氣溫從8℃下降到-2.2℃。下降了10.2℃，24小時(shí)氣溫下降幅度大于10℃，達(dá)到了寒潮天氣的標(biāo)準(zhǔn)。

2大尺度環(huán)流特征和影響系統(tǒng)

2.1 500hPa環(huán)流特征

2018年3月14日08時(shí)500hPa在歐亞大陸的中高緯度呈兩槽一脊形勢控制，高壓脊位于貝加爾湖的西北地區(qū)，東部槽位于中蒙邊界地區(qū)，西部槽位于烏拉爾山南部地區(qū)，沈陽受東部高空槽前的西南氣流控制。20時(shí)500hpa高空槽東移緩慢，高空槽前西南氣流有所加強(qiáng)，風(fēng)速為28m/s～38m/s，形成了急流核為30m/s～38m/s，沈陽位于急流軸的右前側(cè)（圖略）。

2.2 700hpa環(huán)流特征

2018年3月14日20時(shí)700hPa沈陽位于高空槽前的西南氣流控制，槽后冷平流，高空鋒區(qū)強(qiáng)，槽前的西南風(fēng)達(dá)到，形成了急流核達(dá)20～22m/s，沈陽位于槽前西南氣流控制區(qū)內(nèi)，同時(shí)有暖平流（圖略）。

2.3 850hPa 環(huán)流特征

2018年3月14日08時(shí)，內(nèi)蒙古的東部與吉林的交界地區(qū)存在一個(gè)閉合中心，切變線從內(nèi)蒙古的東部一直延伸到西北地區(qū)的北部，沈陽位于暖濕切變的南側(cè)，暖濕輸送的暖脊內(nèi)，同時(shí)西南急流從山東半島的北部，延伸到吉林中部一帶，在吉林的這一帶處于暖濕切變的輻合區(qū)內(nèi)，沈陽處于西南急流的輸送通道內(nèi)，西南急流核達(dá)到了20m/s，強(qiáng)降水出現(xiàn)在偏北氣流和偏南急流的交匯處（圖略）。

3 水汽條件分析

充沛的水汽是產(chǎn)生暴雪的重要條件，從3 月14 日08 時(shí)沈陽開始受西南暖濕氣流影響，隨后低壓暖倒槽前西南急流發(fā)展東移北上。

3.1 相對濕度

分析沈陽的相對濕度及風(fēng)場的時(shí)間剖面圖，3月14日20時(shí)前相對濕度大值區(qū)主要位于900hpa～700hpa，隨著西南暖濕氣流的增強(qiáng)，相對濕度迅速增大，并向上向下發(fā)展，對流層整層飽和時(shí)段與強(qiáng)降雪時(shí)段是對應(yīng)的（圖略）。

3.2 溫度露點(diǎn)差

隨著冷空氣的南壓及對流的發(fā)展，鋒區(qū)上溫度露點(diǎn)差減小，從3月14日20時(shí)沈陽上、中、下三層達(dá)到了飽和，500hpa～850hpa從上到下都是高濕區(qū)，溫度露點(diǎn)差：500hpa為1℃，700hpa為1.6，850hpa為1.2hpa，三層溫度露點(diǎn)差之和為3.8℃，均小于4℃，說明此次暴雪天氣的水汽條件非常好（表略）。

3.3水汽通量和水汽通量散度

水汽輸送和輻合的強(qiáng)度決定降水量的大小，分析850hpa逐6小時(shí)的水汽通量和水汽通量散度演變可知，雨轉(zhuǎn)暴雪過程為強(qiáng)烈的水汽輸送和強(qiáng)輻合，14日20時(shí)水汽通量為6×10-2g/（cm.hpa.s），東強(qiáng)西弱，并有較強(qiáng)的水汽輻合，沈陽處于-20×10-7g/（s.cm）的強(qiáng)輻合區(qū)內(nèi)。

綜合以上三點(diǎn)，相對濕度、溫度露點(diǎn)差、水汽通量和水汽通量散度綜合表明：在降雪前期該區(qū)的水汽條件是相當(dāng)充足的。

4 動力機(jī)制分析

4.1散度場和渦度場分析

沿散度場的經(jīng)向垂直剖面圖（見圖1）3 月14 日20時(shí)，在沈陽地區(qū)從1000hPa～750hPa低層有較寬廣的輻合區(qū)，負(fù)散度中心值達(dá)-8×10-5s-1，15 日02 時(shí)隨著低層有北方冷空氣入侵，這個(gè)輻合區(qū)受到擠壓與抬升。高層有深厚的輻散區(qū)，并且強(qiáng)于低層輻合，形成了很強(qiáng)的“抽氣機(jī)”效應(yīng)，使得暖濕空氣在抽吸的作用下上升。低層輻合、高層輻散是雨轉(zhuǎn)暴雪形成的有利動力條件。

相應(yīng)的沿41.8°N渦度垂直剖面圖（見圖2）14日20時(shí)，沈陽地區(qū)從1000hPa～400hPa為正渦度區(qū)，正渦度中心位于900Hpa～800hpa中心值達(dá)12×10-5s-1，15日02時(shí)，沈陽上空正渦度中心上移至850hPa～750hPa，正渦度區(qū)東移并且擠壓，高空的負(fù)渦度區(qū)變大，配合低層輻合，高層輻散產(chǎn)生上升運(yùn)動。

4.2垂直運(yùn)動分析

垂直運(yùn)動使大氣中的能量轉(zhuǎn)換得以實(shí)現(xiàn)，同時(shí)大氣中的水汽凝結(jié)和降水過程也與上升運(yùn)動有著密切聯(lián)系，垂直運(yùn)動會引起水汽、熱量、動量、渦度等的垂直輸送，對天氣系統(tǒng)發(fā)生發(fā)展有著很大影響。

從3月14日14 時(shí)（見圖3）～15日02 時(shí)的各層垂直速度場上，分析沿垂直速度經(jīng)向剖面圖，121～125E為上升氣流，并與遼西的下沉氣流之間形成一個(gè)氣旋式環(huán)流，對應(yīng)一個(gè)強(qiáng)上升區(qū)處于1000～350hpa，最大值為-1pa/s；西部下沉區(qū)在117～121°E，最大值為0.3pa/s。這種暴雪前期的垂直環(huán)流形勢，說明遼寧中東部處于比較強(qiáng)的暖區(qū)內(nèi)。大氣抬升形勢明顯，為后期的暴雪產(chǎn)生積聚能量，而西部的下沉氣流相對較弱，說明冷空氣主體還沒有完全侵入，勢力不強(qiáng)。

14日20時(shí)隨著冷空氣的累積，遼西的下沉氣流明顯增強(qiáng)并發(fā)展到整層，同時(shí)沈陽上空的上升氣流加強(qiáng)，更加劇烈，最大值達(dá)-1.5pa/s。此時(shí)，東部山區(qū)的上升速度減弱，使得遼寧中部都處于狹管效應(yīng)的抬升過程中，致使當(dāng)日產(chǎn)生暴雪，東部山區(qū)的垂直環(huán)流由強(qiáng)上升轉(zhuǎn)為整層的幾乎沒有垂直變化，可能是當(dāng)時(shí)氣旋已經(jīng)入海，氣旋強(qiáng)大而深厚的系統(tǒng)把北日本海的冷空氣帶入，阻止了西南方向暖濕空氣從遼寧中南部的繼續(xù)東移，為暴雪的產(chǎn)生創(chuàng)造了條件。

5雨轉(zhuǎn)暴雪成因分析（降水相態(tài)變化的影響）

5.1前期溫度分析

這次強(qiáng)降雪過程是由于西西伯利亞強(qiáng)冷空氣東移南下與江淮氣旋東側(cè)暖濕氣流在東北地區(qū)相遇而形成的，西西伯利亞東移南下的強(qiáng)冷空氣是形成這次暴雪的一個(gè)重要條件。冷空氣到達(dá)前，沈陽地區(qū)地面為暖舌控制，氣溫迅猛回升。從3 月12日開始日平均氣溫上升10℃，如此高溫為沈陽地區(qū)本次降水過程積累了強(qiáng)大動力和能量來源，也是本次降水過程開始是降雨的原因，也為降雪過后大幅度降溫創(chuàng)造了條件。

5.2降水相態(tài)變化的預(yù)報(bào)指標(biāo)

5.2.1中低空溫度層變化 尤鳳春[3]指出常用傳統(tǒng)的850hpa溫度判別降水相態(tài)。具體指標(biāo)是：當(dāng)T850hpa>-2℃時(shí)預(yù)報(bào)有雨；當(dāng)T850hpa<-4℃時(shí)預(yù)報(bào)降雪；當(dāng)-4℃≤T850hpa≤-2℃時(shí)報(bào)雨夾雪。

3月14日08時(shí)～3月16日02時(shí)，沈陽（41.8°N，123.43°E）上空溫度及垂直風(fēng)場的時(shí)間剖面圖，在3月14日20時(shí)之前，700hpa以上為偏西氣流控制，溫度變化很小，700hpa以下為西南氣流控制為暖平流，因此降水初期為雨，20時(shí)地面冷鋒過境同時(shí)沈陽上空中低層為輻散的，因此冷空氣擴(kuò)散在22時(shí)開始0℃線明顯的開始下降，23時(shí)30分本場開始降雨，此時(shí)T850hpa>-2℃，隨后-2℃線也開始下降，在15日00時(shí)-2℃線下降到850hpa，同時(shí)-4℃的高度也開始下降，因此隨后本場轉(zhuǎn)為雨夾雪，隨著850hpa高空槽的過境，冷空氣加強(qiáng)，02時(shí)-4℃線降至850hpa，隨后本場轉(zhuǎn)為雪（圖略）。

綜上由降水相態(tài)變化的實(shí)況及預(yù)報(bào)指標(biāo)的對比分析，此指標(biāo)與本次降水相態(tài)變化吻合，但這是一次特例，還是適合本場的指標(biāo)需要大量的天氣過程進(jìn)行校驗(yàn)分析。

5.2.2 地面溫度、露點(diǎn)預(yù)報(bào)指標(biāo) 表1為降雪相態(tài)轉(zhuǎn)換期間的地面溫度、露點(diǎn)、溫度露點(diǎn)差的數(shù)據(jù)，對比實(shí)況23：25出現(xiàn)小雨，00：47轉(zhuǎn)小雨夾雪，02：41轉(zhuǎn)小雪。這三個(gè)時(shí)間點(diǎn)總結(jié)本次降水過程與以上的指標(biāo)不符，因此總結(jié)下本次降水過程的指標(biāo)如下：降雨：T≥1℃，T-Td≥1.6℃；降雪：T≤0℃，T-Td<1℃；雨夾雪：0℃

該指標(biāo)只適用于地面數(shù)據(jù)，因?yàn)橛陫A雪的地面溫度與雨和雪有重復(fù)的地方，并且由地面露點(diǎn)也很難區(qū)分，所以單獨(dú)使用地面要素判別指標(biāo)還有局限性，存在不好判別的情況，因此要結(jié)合地面和高空的溫度進(jìn)行判別，準(zhǔn)確度會更高。

6結(jié)論與討論

本次降水過程發(fā)生在歐亞大陸的中高緯度呈兩槽一脊形勢控制，貝加爾湖高壓脊前西北氣流誘導(dǎo)冷空氣南下導(dǎo)致沈陽寒潮天氣爆發(fā)；高空槽前西南暖濕氣流北上，與南下冷空氣在沈陽交匯，導(dǎo)致沈陽出現(xiàn)暴雪天氣。

此次降雪為500hpa高空槽、700hpa切邊、低空和地面氣旋的共同作用形成，可以說高低空及地面配置對降雪是極為有利的。

本次暴雪的產(chǎn)生有充足的水汽條件，高空西南急流和地面江淮氣旋的發(fā)展為沈陽降雪帶來了充足的水汽條件。高空急流和低空切邊為大氣能量提供了很好的動力和能量來源，是產(chǎn)生大量級降水的良好前提條件。

降水相態(tài)的變化要結(jié)合地面溫度指標(biāo)：降雨：T≥1℃，T-Td≥1.6℃；降雪：T≤0℃，T-Td<1℃；雨夾雪：0℃-2℃時(shí)預(yù)報(bào)有雨；當(dāng)T850hpa<-4℃時(shí)預(yù)報(bào)降雪；當(dāng)-4℃≤T850hpa≤-2℃時(shí)報(bào)雨夾雪，共同作為參考來分析降水的相態(tài)。

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作者簡介：袁文婧，本科學(xué)歷，助理工程師，研究方向：航空氣象保障和科研。