濟(jì)源市暴雪天氣過(guò)程多普勒雷達(dá)產(chǎn)品特征分析

胡玉梅 張艷玲 于麗潔 張鵬飛

摘要：利用常規(guī)資料、衛(wèi)星云圖和新一代雷達(dá)產(chǎn)品對(duì)2009年11月10[CD1]11日發(fā)生在濟(jì)源地區(qū)的暴雪天氣過(guò)程進(jìn)行綜合分析得知：中低層急流的形成和維持為這次強(qiáng)降雪提供了充沛的水汽，切變和強(qiáng)風(fēng)速輻合的存在造成本地強(qiáng)烈的上升運(yùn)動(dòng)，是降雪增大的關(guān)鍵;強(qiáng)降雪的新一代雷達(dá)組合反射率因子回波強(qiáng)度維持在20dBZ以上、回波頂高在3km以上;速度場(chǎng)上，降雪前期環(huán)境風(fēng)場(chǎng)為暖平流特征，后為冷平流特征，風(fēng)切變、風(fēng)速輻合以及低層急流的存在和維持，是造成暴雪持續(xù)的關(guān)鍵;VWP風(fēng)廓線(xiàn)場(chǎng)上，前期中低層有明顯的南風(fēng)急流和風(fēng)垂直切變，冷空氣影響時(shí)，東南風(fēng)逆轉(zhuǎn)為東北風(fēng)，有利的水汽輻合，促使了上升運(yùn)動(dòng)的再次發(fā)展。

關(guān)鍵詞：暴雪;基本反射率因子;相對(duì)經(jīng)向速度;VWP風(fēng)廓線(xiàn);特征分析

中圖分類(lèi)號(hào)：P4

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：ADOI：10.19754/j.nyyjs.20190215062

引言

暴雪是濟(jì)源市冬季常出現(xiàn)的災(zāi)害性天氣之一，是預(yù)報(bào)員冬季預(yù)報(bào)關(guān)注的焦點(diǎn)，由暴雪引起的積雪和道路結(jié)冰常給農(nóng)業(yè)、交通、電力等部門(mén)造成嚴(yán)重影響，也給人們的生產(chǎn)和生活帶來(lái)許多不便，對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的多個(gè)領(lǐng)域造成不同程度的影響，因此做好大到暴雪的預(yù)報(bào)具有非常重要的意義。從20世紀(jì)70年代開(kāi)始，有不少關(guān)于暴雪天氣的氣候特征分析和總結(jié)，王新敏[1]等普查了1951[CD1]1998年冬季河南省降雪資料，分析了河南暴雪時(shí)空分布特征及其天氣形勢(shì)特征，并提出了華北東路冷空氣冷墊是暴雪發(fā)生的先決條件、暴雪的落區(qū)位于700hPa槽前西南氣流最大風(fēng)速軸左側(cè)、水汽輻合中心和能量鋒區(qū)附等預(yù)報(bào)著眼點(diǎn);許愛(ài)華[2]等研究了低層大氣溫度結(jié)構(gòu)，分析了南方雨轉(zhuǎn)雪的氣溫條件，指出925hPa氣溫≤2℃可作為固態(tài)降水（雪）的預(yù)報(bào)判據(jù);邵宇翔[3]等對(duì)2008年 1月18[CD1]22日河南區(qū)域暴雪進(jìn)行診斷分析表明高空低槽、低空切變與地面經(jīng)華北擴(kuò)散南下的冷空氣相互配合是暴雪的主要成因，中低層“天南地北”的流場(chǎng)配置加大垂直切變，致使降雪強(qiáng)度加大; 陸海席[4]等利用雷達(dá)產(chǎn)品資料對(duì)2007年3月3—4日發(fā)生在赤峰地區(qū)的區(qū)域性大到暴雪天氣過(guò)程進(jìn)行綜合分析，揭示出大到暴雪的大氣環(huán)流特征和多普勒雷達(dá)產(chǎn)品的一些典型特征。這些研究為我們做好降雪預(yù)報(bào)提供了依據(jù)。本文利用常規(guī)資料、衛(wèi)星云圖和新一代雷達(dá)產(chǎn)品對(duì)2009年11月10[CD1]11日發(fā)生在濟(jì)源地區(qū)的暴雪天氣過(guò)程進(jìn)行綜合分析，揭示出本次大到暴雪的大氣環(huán)流特征和多普勒雷達(dá)產(chǎn)品的一些典型特征，為今后類(lèi)似天氣的監(jiān)測(cè)和臨近預(yù)報(bào)提供參考。

1天氣概況

2009年11月10日17：00[CD1]12日05：00濟(jì)源市普降暴雪，過(guò)程降雪量30.2mm，降水性質(zhì)由雨夾雪到暴雪，整個(gè)過(guò)程歷時(shí)35h，過(guò)程積雪深度為27cm，是繼1975年、1990年、1988年以來(lái)第4個(gè)極大值。此次降雪，由于時(shí)間早、強(qiáng)度大，強(qiáng)降雪集中，影響范圍大，致使?jié)慈薪煌ā㈦娏?yán)重受阻，樹(shù)木折斷、蔬菜大棚倒塌，直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)5000余萬(wàn)元，給交通運(yùn)輸和人民生活帶來(lái)很大影響。

2天氣形勢(shì)與影響系統(tǒng)分析

此次大暴雪過(guò)程發(fā)生在大氣環(huán)流調(diào)整時(shí)期。7日前，烏拉爾山形成阻塞高壓，40°N以北歐亞中高緯為東西向低壓帶，低壓中心位于貝加爾湖北側(cè)，河南、山西省處在此鋒區(qū)下的低層暖區(qū)內(nèi)，為強(qiáng)降水（雪）積累了熱力不穩(wěn)定能量。7日后，原在貝加爾湖北側(cè)的低渦發(fā)展東移到鄂藿次克海附近，有-44℃冷中心配合，在低渦后部貝湖到巴湖一帶有橫槽維持少動(dòng)，來(lái)自西伯利亞的冷空氣在此橫槽區(qū)堆積。9日，烏山阻高崩潰，其脊頂向東拐到貝湖附近，形成高壓脊，在高脊南側(cè)的橫槽區(qū)切斷出一個(gè)中心為5360gpm的冷低渦，在巴湖與切斷冷低渦形成南北向低渦大槽。巴湖大槽不斷分裂小槽由西向東擾動(dòng)，低層河套到山西為暖脊控制，形成了上冷下暖的不穩(wěn)定層結(jié)。2009年11月10[CD1]11日巴湖槽后有≥32m/s的偏北氣流向槽區(qū)不斷輸送冷空氣，槽前有從極地分裂的短波槽攜帶冷空氣由東向西移進(jìn)豫西、北及山西、河北，同時(shí)，貝湖高脊發(fā)展，使極地冷空氣沿脊前西北氣流南下到我國(guó)東北地區(qū)。700hPa除了具有上述特征外，分別有一西南風(fēng)和東/東北風(fēng)切變，豫西北有高空冷溫度槽疊加低層溫度脊的對(duì)流不穩(wěn)定層結(jié)配置，濟(jì)源處于濕舌區(qū)內(nèi)，水汽條件充沛，低層850hPa輻合線(xiàn)位于陜西經(jīng)河南西部和北部到山東南部一帶，為此次降雪提供了動(dòng)力條件。

對(duì)應(yīng)地面圖上，9日08：00時(shí)開(kāi)始，維持在蒙古的中心強(qiáng)度為1050hPa冷高壓在東移過(guò)程中受高空引導(dǎo)氣流不斷向東南方向移動(dòng);9日14：00河套倒槽形成，冷高壓壩不斷向西南方向伸展，冷空氣從渤海一帶流向華北，形成回流形勢(shì)，豫西、北處在回流高壓底前部，見(jiàn)圖2為10日20：00地面中分析，降雪區(qū)位于陜西、山西到河南省沿黃及以北地區(qū)，陜北到山西有中尺度輻合線(xiàn)，濟(jì)源處于該輻合線(xiàn)前側(cè)，此形勢(shì)維持到11日14：00時(shí)，為大范圍持續(xù)性強(qiáng)降雪的形成提供了極為有利的條件。11日20：00時(shí)，隨著西路冷空氣東移，東西兩路冷空氣在河套合并，12日08：00時(shí)轉(zhuǎn)為南北向冷鋒向東移去，濟(jì)源市降雪結(jié)束。

3雷達(dá)產(chǎn)品資料分析

3.1強(qiáng)度場(chǎng)和回波頂高綜合分析

不同仰角基本反射率因子綜合分析可知，濟(jì)源市整個(gè)強(qiáng)降雪過(guò)程降水回波始終在0.5°～1.5°仰角之間變化，2.4°仰角只有濟(jì)源的西部有零散的降水回波，中心強(qiáng)度在20dBZ以下，由此說(shuō)明，暴雪的回波高度遠(yuǎn)低于暴雨的回波高度。

綜合分析整個(gè)暴雪過(guò)程0.5°～1.5°仰角的組合反射率資料（見(jiàn)圖3），對(duì)暴雪起主要作用的是層狀云降水回波中嵌套的弱對(duì)流單體回波，弱對(duì)流單體的降水效率較高，一次弱對(duì)流單體生成和移動(dòng)對(duì)應(yīng)著一次地面強(qiáng)降雪時(shí)段，當(dāng)回波頂高升到3km以上時(shí)地面降雪強(qiáng)度隨之增大。同時(shí)也可以明顯看到，暴雪回波的強(qiáng)度和回波頂高度明顯低于暴雨的回波頂高。

3.2徑向速度場(chǎng)分析

分析此次過(guò)程的相對(duì)徑向速度場(chǎng)有特征：0.5°～3.4°仰角，雷達(dá)站150km范圍內(nèi)“零”速度線(xiàn)呈“S”形，低層為偏東風(fēng)，高層為西南風(fēng)到西北風(fēng)，這種暖平流特征為此次暴雪提供了有利的環(huán)境條件，這種特征一直持續(xù)到11日晚上。

第1降雪階段的徑向速度特征：10日19：16，0.5°～1.5°仰角，正速度區(qū)面積大于負(fù)速度區(qū)面積，濟(jì)源處于正速度區(qū)內(nèi);21：00，測(cè)站50km范圍內(nèi)0.5°～3.4°仰角均有一極大風(fēng)速+15m/s的正負(fù)速度對(duì)，同時(shí)0.5°仰角在濟(jì)源中西部出現(xiàn)了小塊負(fù)速度逆風(fēng)區(qū)，對(duì)應(yīng)地面濟(jì)源降雪強(qiáng)度增大，說(shuō)明逆風(fēng)區(qū)的存在也預(yù)示暴雪的發(fā)生;11日01：00，0.5°～3.4°仰角整個(gè)雷達(dá)測(cè)站所測(cè)范圍正負(fù)速度區(qū)結(jié)構(gòu)松散并逐漸消失，濟(jì)源第1輪降雪強(qiáng)度減弱。

第2降雪階段的徑向速度特征：11日11：40，0.5°仰角的雷達(dá)速度圖上，雷達(dá)測(cè)站出現(xiàn)“負(fù)正負(fù)”的速度對(duì)區(qū)，零線(xiàn)呈橫“S”形，1.5°、2.4°、3.4°仰角徑向速度圖上，自雷達(dá)測(cè)站中心零線(xiàn)彎向負(fù)速度區(qū)順轉(zhuǎn)程度明顯大于彎向正速度區(qū)順轉(zhuǎn)程度，使正區(qū)的面積大于負(fù)區(qū)的面積，0.5°和1.5°仰角位于測(cè)站30km處再次出現(xiàn)+15·m s-1的極大速度對(duì)，低層為東-東北風(fēng)，高層西北風(fēng);14：22開(kāi)始（如圖4），1.5°～3.4°仰角距離測(cè)站南部50km左右處3km高度負(fù)速度增大至-15m/s，正速度+5m/s，正負(fù)速度不對(duì)稱(chēng)，風(fēng)速度輻合明顯，同時(shí)3.4°仰角距離測(cè)站25km左右處2.1km高度清晰可見(jiàn)零速度線(xiàn)環(huán)繞距離圈平行分布并一直持續(xù)，說(shuō)明存風(fēng)切變。17：46分雷達(dá)所測(cè)范圍的正負(fù)速度結(jié)構(gòu)松散，覆蓋濟(jì)源的正速度區(qū)移出，第2輪降雪強(qiáng)度逐漸減弱。

第3降雪階段的徑向速度特征：11日晚21：07分，雷達(dá)測(cè)站西南部大片負(fù)速度增大至-20m/s，正速度+5m/s零散分布，西南風(fēng)輻合加強(qiáng)，零線(xiàn)呈現(xiàn)水紋波浪，即雙反“S”形，低層為東南風(fēng)，高層西南風(fēng)，23：07（圖5）正速度區(qū)進(jìn)入濟(jì)源，濟(jì)源降雪強(qiáng)度再次加強(qiáng)開(kāi)始，12日02：14低層開(kāi)始轉(zhuǎn)為西北風(fēng)，高層為西南風(fēng)，2.4°和3.4°仰角正速度（+27m/s）明顯大于負(fù)速度（-20m/s），正速度區(qū)大于負(fù)速度區(qū)，形成強(qiáng)輻散流場(chǎng)，濟(jì)源第3輪強(qiáng)降雪強(qiáng)度開(kāi)始減弱。

由上分析可知：濟(jì)源市整個(gè)強(qiáng)降雪過(guò)程徑向速度場(chǎng)暴雪前期零線(xiàn)呈S型，環(huán)境風(fēng)場(chǎng)為典型的暖平流特征，后期零線(xiàn)呈反S型，環(huán)境風(fēng)場(chǎng)為冷平流特征;零速度線(xiàn)環(huán)繞距離圈平行分布并一直持續(xù)說(shuō)明存著風(fēng)切變，隨著時(shí)間推移西南風(fēng)輻合在不斷加強(qiáng)，同時(shí)，為暴雪提供了有利的動(dòng)力機(jī)制和水汽條件;環(huán)境風(fēng)場(chǎng)轉(zhuǎn)為強(qiáng)輻散流場(chǎng)后，強(qiáng)降雪強(qiáng)度開(kāi)始減弱。

3.3VIL液態(tài)含水量和VAD風(fēng)廓線(xiàn)場(chǎng)分析

3.3.1VIL液態(tài)含水量

與大型降水的VIL液態(tài)含水量相比，濟(jì)源此次降雪的VIL值自始至終表現(xiàn)均很弱，其值始終為1kg/m**2，即便是強(qiáng)降雪時(shí)段，其VIL也只是零散分布，說(shuō)明雪對(duì)電磁波的反射比雨弱的多。

3.3.2VAD風(fēng)廓線(xiàn)場(chǎng)分析

一般規(guī)定雷達(dá)探測(cè)低空急流的分析指標(biāo)為：急流高度≤3km，水平風(fēng)速≥10ms-1，高空急流的分析指標(biāo)為急流高度≥4km，水平風(fēng)速≥12ms-1。

10日20：48[CD1]21：48風(fēng)廓線(xiàn)圖分析看到，0.9～1.5km高度處為東南風(fēng)，風(fēng)速16～20ms-1， 1.8～2.7 km高度一直維持20ms-1的南風(fēng)強(qiáng)風(fēng)速軸，中低空南風(fēng)急流的形成和加強(qiáng)，為降雪提供了充分的水汽條件。3.0～3.7km高度風(fēng)速由18ms-1迅速減小到8ms-1，說(shuō)明此層存在非常強(qiáng)的風(fēng)垂直切變;從底層至6.1km高度風(fēng)速隨高度先增大后減小，風(fēng)向由東風(fēng)順轉(zhuǎn)為西西北風(fēng)，說(shuō)明中低層有暖平流;6.7km高度以上風(fēng)隨高度由西北風(fēng)逆轉(zhuǎn)為西南風(fēng)，說(shuō)明高層有冷平流。隨著時(shí)間的推移，23：00位于1.8～2.7km高度的強(qiáng)風(fēng)軸減弱消失，11日0：00時(shí)1.2～3.4km高度的風(fēng)速再次加強(qiáng)，強(qiáng)風(fēng)速達(dá)18ms-1并一直持續(xù)至3：06，3：12[CD1]3：48在2.7～4.4km高度存在明顯的東南風(fēng)與西北風(fēng)的風(fēng)向切變，說(shuō)明有水汽的輻合。分析11日白天的強(qiáng)降雪時(shí)段的風(fēng)廓線(xiàn)產(chǎn)品（圖7a）與10日夜的不同，其低層0.9～1.8km高度始終為偏東風(fēng)，2.1km高度層以上，風(fēng)向由東南風(fēng)轉(zhuǎn)為西南風(fēng)，風(fēng)速維持在16～20ms-1，風(fēng)速隨高度增加而增大。隨著時(shí)間，自下而上風(fēng)速逐漸減小，1.8～2.1km高度風(fēng)向由東南風(fēng)逆轉(zhuǎn)為東北風(fēng)，2.1～2.4km高度風(fēng)向又由東北風(fēng)轉(zhuǎn)為西南風(fēng)，風(fēng)向變化明顯。。

由此得出：暴雪天氣前期風(fēng)向隨高度順轉(zhuǎn)為典型的暖平流特征，11日隨著冷空氣侵入風(fēng)隨高度增加而逆轉(zhuǎn)，為冷平流特征;中低空南風(fēng)急流的形成和加強(qiáng)，為降雪提供了充分的水汽條件;風(fēng)向切變、風(fēng)速輻合和風(fēng)的垂直強(qiáng)切變的存在，對(duì)暴雪的發(fā)生發(fā)展起關(guān)鍵性作用。

4小結(jié)

此次大到暴雪是在有利的大環(huán)流背景下，即兩槽一脊的高空形勢(shì)，引導(dǎo)冷空氣不斷南侵，與河套槽前西南暖濕低空急流的匯合以及地面河套暖倒槽共同作用下產(chǎn)生的。中低層急流的形成和維持為這次強(qiáng)降雪提供了充沛的水汽，切變和強(qiáng)風(fēng)速輻合的存在造成本地強(qiáng)烈的上升運(yùn)動(dòng)，是降雪增大的關(guān)鍵。

分析整個(gè)暴雪過(guò)程0.5°～1.5°仰角的基本反射率和組合反射率資料，對(duì)暴雪起主要作用的是層狀云降水回波中嵌套的弱對(duì)流單體回波，弱對(duì)流單體的降水效率較高，一次弱對(duì)流單體生成和移動(dòng)對(duì)應(yīng)著一次地面強(qiáng)降雪時(shí)段，當(dāng)回波頂高升到3km以上時(shí)地面降雪強(qiáng)度隨之增大。

暴雪前期零速度線(xiàn)呈S型，環(huán)境風(fēng)場(chǎng)為典型的暖平流特征，后期零速度線(xiàn)呈反S型，環(huán)境風(fēng)場(chǎng)轉(zhuǎn)為冷平流特征;零速度線(xiàn)環(huán)繞距離圈平行分布并一直持續(xù)說(shuō)明存著風(fēng)切變，隨著時(shí)間西南風(fēng)輻合不斷加強(qiáng)，低層?xùn)|、南風(fēng)急流的存在的維持，為暴雪提供了有利的動(dòng)力機(jī)制和水汽條件;環(huán)境風(fēng)場(chǎng)轉(zhuǎn)為強(qiáng)輻散流場(chǎng)后，暴雪強(qiáng)度開(kāi)始減弱。

多普勒雷達(dá)VAD風(fēng)廓線(xiàn)場(chǎng)，暴雪天氣前期風(fēng)向隨高度順轉(zhuǎn)為典型的暖平流特征，11日隨著冷空氣侵入風(fēng)隨高度增加而逆轉(zhuǎn)，為冷平流特征;中低空南風(fēng)急流的形成和加強(qiáng)，為降雪提供了充分的水汽條件;風(fēng)向切變、風(fēng)速輻合和風(fēng)的垂直強(qiáng)切變的存在，對(duì)暴雪的發(fā)生發(fā)展起關(guān)鍵性作用。

與大型降水的VIL液態(tài)含水量相比，濟(jì)源此次降雪的VIL值自始至終表現(xiàn)均很弱，其值始終為1kg/m**2，即便是強(qiáng)降雪時(shí)段，其VIL也只是零散分布，說(shuō)明雪對(duì)電磁波的反射比雨弱的多。

參考文獻(xiàn)

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