中衛(wèi)降雪天氣過程成因診斷分析

楊苑　錢倩霞　白春燕

摘 要：利用常規(guī)觀測(cè)資料、MICAPS實(shí)況資料及NCER/NCAR 1x1°逐6h再分析資料對(duì)寧夏中衛(wèi)2017年2月20日區(qū)域性大雪、局地暴雪的成因進(jìn)行了診斷分析。結(jié)果表明：此次降雪是在中高緯“兩槽一脊”、“東高西低”的有利降水環(huán)流形勢(shì)下產(chǎn)生的;在200hPa高空急流輻散場(chǎng)，700hPa低空急流發(fā)展強(qiáng)盛，暖濕氣流沿低層冷墊爬升，切變線輻合上升強(qiáng)烈，850hPa東西兩路冷空氣配合華北高壓底后部回流帶來的暖濕空氣，形成氣旋式切變;0℃以下的暖舌，地面錮囚、回流形勢(shì)、倒槽系統(tǒng)的綜合配置影響下，非常利于降雪天氣的發(fā)生;主要降水時(shí)段開始時(shí)，高空輻散、低空輻合的不穩(wěn)定層結(jié)及強(qiáng)盛的上升運(yùn)動(dòng)為此次降雪過程提供了動(dòng)力條件和不穩(wěn)定條件;降水前各層假相當(dāng)位溫明顯增強(qiáng)或有高能舌存在，南部能量值較高的地區(qū)是本次降雪量級(jí)較大的區(qū)域;而海原南部比濕達(dá)到4g·kg-1，也為其暴雪的產(chǎn)生提供了充沛的水汽。

關(guān)鍵詞：暴雪;高低空急流;錮囚;回流

中圖分類號(hào)：S16

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

2016年秋冬季中衛(wèi)市降水明顯偏少，各地?zé)o降水日數(shù)超過100d，加之氣溫持續(xù)偏高，南部山區(qū)各地土壤失墑明顯，旱情形勢(shì)嚴(yán)峻，對(duì)農(nóng)、牧、林業(yè)生產(chǎn)帶來較大的不利影響。2017年2月20日下午—21日上午，中衛(wèi)市出現(xiàn)了一次明顯的降雪天氣過程，最大降雪量出現(xiàn)在海原縣紅羊鄉(xiāng)，為12.1mm，量級(jí)達(dá)到暴雪，海原中南部達(dá)到大到暴雪量級(jí)，沙坡頭區(qū)興仁鎮(zhèn)及其以南、中寧東部地區(qū)普降大雪。此次區(qū)域性大雪、局地暴雪過程，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、降雪強(qiáng)度大、范圍廣，有效緩解了興仁（含）至海原地區(qū)較重的旱情。因此，有必要對(duì)此次降雪過程成因及其影響天氣系統(tǒng)發(fā)生發(fā)展的物理機(jī)制進(jìn)行分析探討，總結(jié)當(dāng)?shù)亟笛┝考?jí)達(dá)到大雪、暴雪的指標(biāo)，為中衛(wèi)市降雪天氣的預(yù)報(bào)及防災(zāi)減災(zāi)提供一定參考依據(jù)。目前，國(guó)內(nèi)科研工作者對(duì)其它地區(qū)降雪天氣成因及其產(chǎn)生的災(zāi)害開展了大量有成效的研究[1-5]，有從環(huán)流型、水汽場(chǎng)入手的，有從中尺度切變線發(fā)生、發(fā)展的動(dòng)力演變特征入手的。寧夏也開展了一些卓有成效的研究，施新民等[6]研究了2006年1月19日寧夏北部暴雪成因;賈宏元等[7]對(duì)寧夏2002年初冬一次大暴雪天氣過程成因進(jìn)行了分析。本文將利用2017年2月20—21日常規(guī)觀測(cè)資料、MICAPS實(shí)況資料及NCEP/NCAR 1x1°逐6h再分析資料，應(yīng)用天氣動(dòng)力學(xué)理論，參照前輩的研究思路與方法，對(duì)此次降雪天氣過程的環(huán)流背景、影響系統(tǒng)及物理量場(chǎng)進(jìn)行綜合分析。

1 實(shí)況

2017年2月20日15∶00—21日11∶00，中衛(wèi)市出現(xiàn)一次明顯的降雪天氣過程，降雪相態(tài)為純雪，過程降雪量0.1～12.1mm，沙坡頭區(qū)興仁及其以南、中寧東部普降大雪，海原中南部達(dá)到大到暴雪量級(jí)，其中海原紅羊出現(xiàn)暴雪（12.1mm），其它地區(qū)出現(xiàn)小到中雪。此次降雪天氣過程的主要特點(diǎn)是持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、強(qiáng)降雪范圍大。雪量自西至東、自北至南呈階梯式增加，暴雪主要集中在海原南部，有明顯的大尺度系統(tǒng)的天氣背景。根據(jù)自動(dòng)站監(jiān)測(cè)，強(qiáng)降雪主要集中的時(shí)段為20日傍晚至夜間（表1）。

2 形勢(shì)背景及影響系統(tǒng)分析

2.1 500hPa環(huán)流背景

2017年2月19日20∶00，500hPa亞歐中高緯度為“兩槽一脊”形勢(shì)，槽分別位于東北平原至華北北部及巴湖北側(cè)，脊位于兩槽之間的蒙古國(guó)，寧夏處于槽后脊前的西北氣流中，此時(shí)溫度場(chǎng)落后于高度場(chǎng)，槽脊發(fā)展，經(jīng)向度增大，華北槽位置變化不大，巴湖北側(cè)槽底不斷有冷空氣擴(kuò)散東移。20日08∶00，南支槽建立，寧夏處于南支槽前的西南氣流。20日20∶00，巴湖北側(cè)冷槽東移了10～15個(gè)經(jīng)距，槽前蒙古國(guó)為寬廣的近乎平直的西風(fēng)帶，但槽底部擴(kuò)散冷空氣由新疆進(jìn)入我國(guó)，另在內(nèi)蒙東部地區(qū)形成一個(gè)弱脊，阻擋冷空氣東移，在青藏高原東部上空停滯，導(dǎo)致南支槽更加深厚，且槽前脊后西南氣流加大，暖濕氣流向?qū)幭妮斔蛷?qiáng)度增強(qiáng)，寧夏仍處于南支槽前的西南氣流中。至此有利于寧夏出現(xiàn)降水的“東高西低”形勢(shì)建立。

2.2 700hPa、850hPa影響系統(tǒng)分析

疊加700hPa位勢(shì)高度場(chǎng)與流場(chǎng)可以看出，2月19日20∶00，700hPa內(nèi)蒙西部、寧夏處于一個(gè)“歪脖子”高壓脊中，南疆、青藏高原東部有一低壓區(qū)，在新疆、西藏、青海交接處形成了一個(gè)低渦。但“歪脖子”高壓處于冷平流中，不利于其維持。20日08∶00，歪脖子高壓減弱，移至華北，低壓區(qū)向東南移動(dòng)，范圍增大，南支槽建立，而低渦東移至青海扎陵湖西側(cè)，且增強(qiáng)了4hPa。20日20∶00（圖2左），西南低空急流建立，將孟加拉灣的水汽向北輸送，與巴湖北側(cè)槽擴(kuò)散東移的冷空氣在河套西側(cè)形成切變。低渦沿東南引導(dǎo)氣流移至寧夏中南部與四川、青海、西藏交界處之間。

從圖2（右）可看出，近地面層上有3股氣流影響寧夏，華北高壓底后部回流帶來的偏東暖濕氣流、從蒙古帶來的西北氣流（西路冷空氣）、華北高壓后部偏東氣流（東路冷空氣）。這3股氣流在甘肅南部、寧夏西吉、涇源西部一帶交匯形成一明顯的氣旋式輻合線。另外20日20∶00，700hPa巴湖北部槽底擴(kuò)散而來的偏北氣流與來自孟加拉灣的強(qiáng)盛西南暖濕氣流在E105°附近形成氣旋式切變。從流場(chǎng)來看，低層形成了較強(qiáng)的輻合區(qū)，而中衛(wèi)市位于寧夏西部，處于輻合區(qū)影響范圍，再加上高層的輻散區(qū)，在上空造成了明顯上升運(yùn)動(dòng)。

對(duì)照?qǐng)D3來看，850hPa上寧夏處于明顯的暖舌中，且溫度在-4～0℃，而700hPa暖濕氣流是沿低層冷墊爬升，因此此次降雪相態(tài)為純雪。

2.3 地面影響系統(tǒng)分析

從圖4可以看出，2月20日20∶00，寧夏處于明顯的錮囚形勢(shì)中，倒槽從四川中部延伸到內(nèi)蒙中部，回流形勢(shì)明顯，受前者共同影響，寧夏出現(xiàn)降雪。至21日08∶00，冷空氣侵入寧夏，錮囚形勢(shì)崩潰，寧夏處于均壓場(chǎng)中，降雪范圍及量級(jí)均顯著減小，直至停止。

2.4 急流

2月20日20∶00 700hPa（圖略），N36.5°以南形成1支風(fēng)速≥12m·s-1的西南低空急流，甚至部分地區(qū)風(fēng)速達(dá)20m·s-1以上，在寧夏南部有氣旋式輻合。該西南低空急流不僅將孟加拉灣水汽不斷向北輸送，為區(qū)域性降水提供了持續(xù)充足的水汽條件，且提供了上升運(yùn)動(dòng)條件。而在200hPa（圖1），有2支強(qiáng)盛的風(fēng)速≥30m·s-1的高空急流，1支位于青藏高原N33.5°附近，呈東西走向，急流核風(fēng)速達(dá)到70m·s-1以上，另1支位于貝湖至華北、東北地區(qū)，呈西北-東南走向的傾斜狀，急流核風(fēng)速達(dá)到60m·s-1以上，寧夏處于2支高空急流包圍的西南風(fēng)風(fēng)速較小區(qū)域，即夾在青藏高原急流核的左前方與華北東北地區(qū)高空急流核的右后方之間。疊加200hPa超過30m·s-1的速度場(chǎng)及散度場(chǎng)，20日08∶00青藏高原急流的前端在E96°，至21日14∶00其東移了18個(gè)經(jīng)度，且急流核南下至N30°附近，終與東北一帶的急流匯合。此時(shí)寧夏風(fēng)速≥30m·s-1，其中惠農(nóng)石炭井≥35m·s-1。寧夏在30h內(nèi)一直處于輻散場(chǎng)，尤其在20日20∶00（圖5）中部有一強(qiáng)輻散中心。因此，在2支急流之間的區(qū)域存在強(qiáng)烈的輻散上升運(yùn)動(dòng)，而對(duì)應(yīng)的低層為輻合上升區(qū)，通過高低層環(huán)流之間質(zhì)量與動(dòng)量的調(diào)整，該區(qū)域的下方形成1個(gè)次級(jí)環(huán)流，可以促進(jìn)低層西南急流的形成及上升運(yùn)動(dòng)的發(fā)展。

綜合以上分析，此次降雪是出現(xiàn)在500hPa中高緯“兩槽一脊”、“東高西低”的有利降水環(huán)流形勢(shì)下。寧夏處于200hPa高空急流輻散場(chǎng)，700hPa低空急流發(fā)展強(qiáng)盛，暖濕氣流沿低層冷墊爬升，切變線輻合上升強(qiáng)烈，850hPa東西兩路冷空氣配合華北高壓底后部回流帶來的暖濕空氣，形成氣旋式切變，且處于暖舌中，而寧夏恰處于0℃以下，地面錮囚、回流形勢(shì)、倒槽系統(tǒng)明顯。高低空配置較好，非常利于降雪天氣的發(fā)生。

3 物理量場(chǎng)特征分析

3.1 比濕

從圖6可以看出，在降水開始前到開始降水，比濕從底層到高層都有一個(gè)逐漸增大的過程，降水開始前比濕500hPa以下均小于2g·kg-1，到2017年2月20日20∶00，850～700hPa比濕為3g·kg-1，700～500hPa比濕為2～3g·kg-1，可見降水開始時(shí)從高層到底層一直維持一個(gè)深厚的濕層。到21日08∶00后，比濕值慢慢降低到2g·kg-1以下。從700hPa比濕場(chǎng)（圖略）上分析，20日20∶00濕舌覆蓋中衛(wèi)全市，并且南方的水汽輸送一直維持，海原南部的比濕達(dá)到4g·kg-1，為暴雪提供了充沛的水汽保證。

3.2 動(dòng)力條件

3.2.1 散度和渦度

低層輻合、高層輻散有利于垂直運(yùn)動(dòng)的發(fā)展。從圖7來看，此次降水中衛(wèi)市為高層輻散、低層輻合的標(biāo)準(zhǔn)配置。由圖分析，2月20日08∶00降水尚未開始，這種低層輻合高層輻散的配置也尚未完全形成，此后輻合、輻散層逐漸深厚，到20∶00 550hPa以下均成為輻合區(qū)，550hPa以上均為輻散區(qū)，這種對(duì)流層中低層輻合、高層輻散的建立，在垂直方向上形成了較好的抽吸效應(yīng)，使低層動(dòng)力輻合作用進(jìn)一步加強(qiáng)，降水也開始出現(xiàn)并逐步加強(qiáng)。

從渦度變化上（圖略）來看，降水還未開始前即20日08∶00整層還為負(fù)渦度，隨著時(shí)間推移，負(fù)渦度中心和正渦度中心逐步建立，到20∶00在700hPa附近有正渦度中心，而強(qiáng)負(fù)渦度區(qū)出現(xiàn)在200hPa附近，這也證明降水開始時(shí)200hPa存在高空急流與之配合。這種中低層正渦度、高層負(fù)渦度結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定維持，加強(qiáng)了高空輻散，低空輻合的不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，為此次降雪過程提供了動(dòng)力條件和不穩(wěn)定條件。并且從渦度的時(shí)空分布上來看，20∶00高層南部一直存在1個(gè)強(qiáng)的負(fù)渦度中心，配合中低層的正渦度中心也正好位于南部，也正是此次降雪南強(qiáng)北弱的原因之一。從中衛(wèi)渦度時(shí)間剖面圖（圖8）來看，20日20∶00，700hPa左右有1個(gè)正渦度中心，中心數(shù)值達(dá)15×10-5·s-1，對(duì)應(yīng)的高層250hPa左右負(fù)渦度中心數(shù)值達(dá)-6×10-5·s-1，這與前面分析的中衛(wèi)站有利于降雪發(fā)生的散度場(chǎng)時(shí)間一致。

3.2.2 垂直速度

當(dāng)水汽條件具備后，還必須有使水汽冷卻凝結(jié)的條件，才能形成降水。對(duì)降水來說，促使水汽冷卻凝結(jié)的主要條件是上升運(yùn)動(dòng)。從垂直速度空間剖面圖上（圖9）可以看出，2月20日08∶00降水開始前北部300hPa以下均為上升氣流，南部200hPa以下均為上升氣流;到20∶00剖面圖中顯示，上升氣流有所加強(qiáng)，上升氣流大值區(qū)存在于南部地區(qū)，這種在南部地區(qū)形成的上、下層一致的上升氣流，對(duì)南部地區(qū)出現(xiàn)暴雪十分有利。

3.3 不穩(wěn)定能量場(chǎng)

假相當(dāng)位溫（θse）是表征大氣溫度、壓力、濕度分布的綜合物理量。從2月20日20∶00各層的假相當(dāng)位溫分布圖（圖10）可以看出，降水前期20日700～500hPa寧夏地區(qū)θse明顯增強(qiáng)。850hPa、700hPa上均有一向北凸起的高能舌影響中衛(wèi)市。500hPa上中衛(wèi)市則是位于高能量中心附近，中心數(shù)值達(dá)52℃。200hPa高層的θse值由北自南呈遞增狀態(tài)，南部明顯高于北部，北部相對(duì)低能區(qū)是冷空氣入侵的一個(gè)標(biāo)志，也促使本次降雪的形成。綜合來看，本次降雪過程中衛(wèi)市自上而下整層均有明顯的能量分布，能量較高的區(qū)域是本次降雪量級(jí)較大的區(qū)域。

4 探空資料分析

從附近的銀川探空站資料（圖11）可以看出，2月20日20∶00銀川站400hPa以下近似飽和，濕層深厚，比濕超過了2g·kg-1，有利于降雪天氣的發(fā)生。而700hPa以下出現(xiàn)了低于0℃的逆溫，且與850hPa形勢(shì)場(chǎng)上的-4～0℃的暖舌相對(duì)應(yīng)，低層氣溫低于0℃，故而此次降雪相態(tài)為純雪。

5 小結(jié)

此次區(qū)域性大雪、局地暴雪是基于中高緯“兩槽一脊”、“東高西低”的有利環(huán)流背景下產(chǎn)生的;高低空急流、切變線、低層0℃以下的暖舌、地面錮囚、回流形勢(shì)、倒槽等系統(tǒng)配置較好，極其有利于降雪天氣的發(fā)生，且降雪相態(tài)為純雪;主要降水時(shí)段開始時(shí)，海原南部比濕達(dá)到4g·kg-1，為當(dāng)?shù)乇┭┑漠a(chǎn)生提供了充沛的水汽;高空輻散、低空輻合及強(qiáng)盛的上升運(yùn)動(dòng)為此次降雪過程提供了動(dòng)力條件;降水前各層假相當(dāng)位溫明顯增強(qiáng)或有高能舌存在，能量值較高的地區(qū)是本次降雪量級(jí)較大的區(qū)域;2017年2月2日20∶00銀川站400hPa以下近似飽和，濕層深厚，比濕超過了2g·kg-1，700hPa以下出現(xiàn)了低于0℃的逆溫，可輔助預(yù)報(bào)此次降雪相態(tài)為純雪。

參考文獻(xiàn)

[1]?周陸生，李海紅，汪青春.青藏高原東部牧區(qū)大-暴雪過程及雪災(zāi)分布的基本特征[J].高原氣象，2000（04）：450-458.

[2]梁瀟云，錢正安，李萬元.青藏高原東部牧區(qū)雪災(zāi)的環(huán)流型及水汽場(chǎng)分析[J].高原氣象，2002，21（04）：359-367.

[3]馬林，李錫福，張青梅，等.青藏高原東部牧區(qū)冬季雪災(zāi)天氣的形成及其預(yù)報(bào)[J].高原氣象，2001，20（03）：325-331.

[4]張小玲，程麟生.“96.1”暴雪期中尺度切變線發(fā)生發(fā)展的動(dòng)力診斷I：渦度和渦旋變率診斷[J].高原氣象，2000，19（03）：285-294.

[5]趙桂香，程麟生，李新生.“04·12”華北大到暴雪過程切變線的動(dòng)力診斷[J].高原氣象，2007，26（03）：615-623.

[6]施新民，姚宗國(guó)，黃峰.2006年1月19日寧夏北部暴雪成因分析[J].干旱氣象，2006，24（02）：25-32.

[7]賈宏元，趙光平，沈躍琴，等.寧夏初冬一次大暴雪天氣過程成因分析[J].沙漠與綠洲氣象，2007（04）：17-21.

（責(zé)任編輯 常陽(yáng)陽(yáng)）