陽(yáng)泉地區(qū)一次寒潮暴雪天氣成因分析

王妍

摘要 利用常規(guī)天氣資料，采用天氣分析和診斷分析方法分析了2021年11月4—8日陽(yáng)泉地區(qū)出現(xiàn)的寒潮暴雪天氣過(guò)程。結(jié)果表明：此次強(qiáng)寒潮過(guò)程，覆蓋范圍廣、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、降溫幅度大，陽(yáng)泉地區(qū)達(dá)強(qiáng)寒潮級(jí)，伴有暴雪、大風(fēng)災(zāi)害性天氣。高緯有強(qiáng)冷空氣在烏拉爾山高壓脊堆積，脊前小槽發(fā)展為橫槽，旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)豎與強(qiáng)鋒區(qū)促使寒潮暴發(fā)沿西路南下侵襲。在此暴雪過(guò)程中對(duì)流層低層維持強(qiáng)勁的東北風(fēng)，高空維持西南風(fēng)，構(gòu)成華北地區(qū)典型的回流降水形勢(shì)，鋒生與回流“冷墊”是主要?jiǎng)恿C(jī)制。雷達(dá)圖表現(xiàn)為層狀—積云混合降水回波，雨、雪區(qū)的回波強(qiáng)度分界值為30 dBZ。徑向速度圖呈“S”形，發(fā)展為反“S”形時(shí)降水減弱結(jié)束。出現(xiàn)0°層亮帶和對(duì)稱(chēng)“牛眼”結(jié)構(gòu)對(duì)強(qiáng)降雪的量級(jí)預(yù)報(bào)有指示意義。

關(guān)鍵詞 寒潮;回流暴雪;冷墊;鋒生

中圖分類(lèi)號(hào)：P458.11 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：2095–3305（2022）03–0152–03

寒潮天氣過(guò)程是一種大規(guī)模的強(qiáng)冷空氣活動(dòng)過(guò)程，其主要特點(diǎn)是劇烈降溫和大風(fēng)，有時(shí)還伴有雨、雪、雨凇或霜凍，是山西省主要的災(zāi)害性天氣[1]。本文利用氣象觀測(cè)資料分析了2021年11月4—8日發(fā)生在陽(yáng)泉市的一次寒潮暴雪過(guò)程，以期為此類(lèi)天氣預(yù)報(bào)提供參考。

1 實(shí)況特征

2021年11月4—7日山西省出現(xiàn)一次大范圍寒潮過(guò)程，伴隨暴雪災(zāi)害性天氣。此次寒潮暴雪過(guò)程影響范圍廣、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、降溫幅度大。陽(yáng)泉市強(qiáng)降雪主要出現(xiàn)在6日夜間，存在小雨轉(zhuǎn)雨夾雪轉(zhuǎn)暴雪的相態(tài)轉(zhuǎn)換，降水量為15.7～27.5 mm，積雪深度9～16 cm。陽(yáng)泉市地區(qū)48 h降溫幅度達(dá)13℃～14℃，達(dá)強(qiáng)寒潮級(jí)，最低氣溫在出現(xiàn)在8日凌晨。

2 環(huán)流形勢(shì)演變特征

此次寒潮過(guò)程的冷空氣醞釀階段，環(huán)流形勢(shì)演變具有小槽發(fā)展為橫槽的特點(diǎn)。2日08：00 500 hPa歐亞中高緯為兩槽一脊，配合-40℃的冷中心，對(duì)應(yīng)地面有冷高壓中心強(qiáng)度為1 040 hPa。高空有來(lái)自歐洲的小槽，2日東移至巴爾喀什湖以北，由于高空槽結(jié)構(gòu)呈疏散狀，且溫度槽落后于高度槽，槽中有正熱成風(fēng)渦度平流，預(yù)示著槽將發(fā)展加強(qiáng)移動(dòng)緩慢。槽前有烏拉爾山高壓脊建立，隨著上游槽東移且徑向度加大，促使高壓脊東移且其北部向東發(fā)展（脊線(xiàn)呈NE—SW走向），受高壓脊影響，歐洲小槽向東北方向旋轉(zhuǎn)構(gòu)成一橫槽，脊前的偏北氣流和冷平流大大加強(qiáng)，不斷引導(dǎo)極地冷空氣在貝湖附近的小槽內(nèi)聚積。4日08：00，地面圖上位于巴爾喀什湖北部中心強(qiáng)度達(dá)到1 047.5 hPa的冷高壓與橫槽后部冷空氣對(duì)應(yīng)。由于橫槽北段移速較快，斷裂為南北兩支，北支有切斷低壓形成有-40℃冷中心配合。南支維持橫槽結(jié)構(gòu)緩慢南壓并向西伸展，極地南下的冷空氣在橫槽后部堆積加強(qiáng)。

5日08：00，500 hPa、700 hPa各層冷中心強(qiáng)度已分別達(dá)-44℃、-28℃，地面冷高壓中心增強(qiáng)為1 057.5 hPa，并影響我國(guó)華北地區(qū)。至此，冷空氣已達(dá)可產(chǎn)生寒潮的強(qiáng)度，標(biāo)志著冷空氣的堆積過(guò)程完成（圖1a）。5日08：00，橫槽呈匯合槽特點(diǎn)且槽前匯合槽后疏散，預(yù)示橫槽將減弱緩慢東移。橫槽西段出現(xiàn)8～10 hPa的正變溫區(qū)，同時(shí)西部的脊減弱填塞有助于脊前西北氣流取代東北氣流，預(yù)示橫槽開(kāi)始轉(zhuǎn)豎。此時(shí)，鋒區(qū)較為垂直位于40°N～50°N。高脊發(fā)展引導(dǎo)高緯冷空氣南下積聚，5日20：00至6日20：00橫槽轉(zhuǎn)豎，槽后脊前的偏北風(fēng)垂直于鋒區(qū)，風(fēng)向與等溫線(xiàn)呈90°夾角，有極強(qiáng)的冷平流向南輸送（圖1b）。6日20：00地面冷高壓加強(qiáng)為1 052.5 hPa且高壓中心主體南移，24 h內(nèi)冷鋒快速移過(guò)山西省，引導(dǎo)強(qiáng)冷空氣迅速南下，引發(fā)大范圍寒潮天氣。此次，冷空氣源地來(lái)自冰島以南洋面，經(jīng)過(guò)巴倫之海、俄羅斯沿西路路徑入侵我國(guó)，從關(guān)鍵區(qū)經(jīng)新疆到達(dá)河套附近南下。

3 大風(fēng)和暴雪成因分析

3.1 大風(fēng)成因分析

此次暴雪出現(xiàn)前轉(zhuǎn)豎后的高空槽位于河套以西向東移動(dòng)，與南支槽配合使槽前的西南風(fēng)與個(gè)高空槽前的西南風(fēng)互相貫通，引導(dǎo)孟加拉灣低層暖濕氣流向北輸送，在高空急流（44 m/s）的耦合作用下，西南風(fēng)于夜間增強(qiáng)成12 m/s的急流。700 hPa河套地區(qū)的低渦東移于6日夜間在山西省中部發(fā)展成低渦切變線(xiàn)，850 hPa山西省中部有一條切變線(xiàn)自西向東緩慢移動(dòng)，于20：00穿過(guò)陽(yáng)泉地區(qū)。低空北路回流冷空氣經(jīng)黃海、東海和渤海入侵華北，山西受偏東氣流控制，帶來(lái)了東北的回流冷濕空氣，既提供了水汽來(lái)源同時(shí)也起到了“冷墊”的作用，為上層的暖濕氣流提供了抬升機(jī)制（圖2）。冷暖空氣在山西省上空激烈交匯，南北溫度梯度增大，引起強(qiáng)烈鋒生，降水迅速增大。6日20：00～7日08：00降雪期間，400 hPa以下大氣一直維持高相對(duì)濕度，比濕超過(guò)4 g/kg，有利于維持此次暴雪過(guò)程。7日凌晨冷空氣大舉東移南下暴雪過(guò)程隨之結(jié)束。

隨著西風(fēng)帶低壓槽不斷加深，7日20：00有切斷低渦在河北北部形成，8日08：00東移至東北地區(qū)發(fā)展為深厚冷性東北低壓，冷中心強(qiáng)度-32℃，對(duì)應(yīng)地面上有1 005 hPa東北氣旋。高空冷平流從低壓后部不斷向華北平原侵入，地面圖上表現(xiàn)有一條副冷鋒，給山西省帶來(lái)偏北大風(fēng)，9日16：52陽(yáng)泉平定站出現(xiàn)18.1 m/s大風(fēng)。

3.2 雨雪相態(tài)轉(zhuǎn)換分析

850 hPa -4℃線(xiàn)移速較快，6日08：00位于山西與內(nèi)蒙交界處，-4℃線(xiàn)以北地區(qū)天氣現(xiàn)象以純雪為主。20：00地面0℃線(xiàn)移至太原以東呈東北—西南向，此時(shí)陽(yáng)泉市地面溫度大于0℃，降水相態(tài)為雨或雨夾雪（圖3）。隨著0℃線(xiàn)快速東移，23：00山西省整個(gè)省地面溫度低于0℃，降水相態(tài)全部轉(zhuǎn)為純雪。陽(yáng)泉市3個(gè)國(guó)家站自北向南依次轉(zhuǎn)為純雪（盂縣：20：42、陽(yáng)泉：21：41、平定：22：25）。

4 衛(wèi)星圖像特征

降水開(kāi)始前，有冷鋒云系B—C從高緯經(jīng)過(guò)我國(guó)東北伸向華北地區(qū)，云帶較連續(xù)且寬廣，左邊界光滑，位于高空槽前的西南氣流里，東移過(guò)程中云帶尾部與南支淺槽線(xiàn)逐漸疊加，低緯度的暖濕空氣沿著冷鋒向東北方向輸送。6日08：00，冷鋒云系移向大片無(wú)云區(qū)，云系槽后為西北下沉氣流，隨著干冷空氣不斷侵入，云體尾部出現(xiàn)干縫特征，發(fā)展為雙葉類(lèi)斜壓葉狀云系，云頂高度降低色調(diào)偏暗（圖4a）。10：00，干縫發(fā)展形成“V”字形缺口（圖4b）。19：00，云系開(kāi)始破碎消散，在云帶氣旋性曲率最大處云帶斷裂，云體顯著減弱。7日1：00，云帶尾端在西南急流作用下向東北伸展，中高云增多不斷加密變寬（圖4c）。

5 雷達(dá)回波特征

5.1 反射率因子及回波頂高特征

此次雨夾雪轉(zhuǎn)雪天氣過(guò)程回波呈現(xiàn)紋理均勻的片狀結(jié)構(gòu)，為層狀—積云混合降水回波，19：30在3.3°～6.0°仰角上出現(xiàn)0°層亮帶，預(yù)示有強(qiáng)降雪天氣發(fā)生（圖5）。

從0.5°仰角基本反射率圖可以看到在降雪初期，最強(qiáng)回波超過(guò)50 dBZ。降雨落區(qū)在陽(yáng)泉東部沿山地區(qū)，然后雨區(qū)向東北方向移動(dòng)，降雨范圍縮小，降雪區(qū)向東南方向伸展。根據(jù)人工觀測(cè)資料記錄，22：24陽(yáng)泉地區(qū)全部轉(zhuǎn)為純雪相態(tài)（圖6）。分析得到，降雨區(qū)的回波強(qiáng)度≥30 dBZ，而雪的回波強(qiáng)度則≤30 dBZ，雨雪回波之間有明顯的分界線(xiàn)。在降雪最強(qiáng)時(shí)段基本反射率剖面圖可以看到，回波伸展高度較降水回波低，回波頂高達(dá)到6～8 km，回波頂變化比較平緩（圖7）[2]。

5.2 徑向速度場(chǎng)特征

5.2.1 強(qiáng)降雪開(kāi)始階段 產(chǎn)生暴雪的前提是有充足的水汽供應(yīng)，而低空急流是暴雪輸送水汽的主要通道。11月6日20：00石家莊多普勒雷達(dá)在1.5°仰角探測(cè)到的平均徑向速度圖，可以看到零速度線(xiàn)呈現(xiàn)清晰的“S”形，曲率較大，表示實(shí)際風(fēng)向隨高度順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，雷達(dá)站上空存在強(qiáng)烈暖平流。雷達(dá)站在20～30 km處有正、負(fù)速度大值區(qū)，出現(xiàn)對(duì)稱(chēng)“牛眼”結(jié)構(gòu)，說(shuō)明最大風(fēng)速出現(xiàn)在低層，風(fēng)向?yàn)闁|北風(fēng)，最大正速度為15 m/s，最大負(fù)速度為-20 m/s，這種負(fù)速度中心值大于相應(yīng)的正速度值，表明存在風(fēng)速輻合，有較強(qiáng)冷空氣向南擴(kuò)展，高空維持偏南氣流，風(fēng)場(chǎng)結(jié)構(gòu)為“下冷上暖”，大氣層結(jié)較穩(wěn)定（圖8a）。

5.2.2 強(qiáng)降雪成熟階段 降雪是否能維持的關(guān)鍵在于中高空急流，它的作用主要是輸送水汽，使輻合增強(qiáng)。7日00：00～02：00為降水最強(qiáng)時(shí)段，從01：36雷達(dá)圖中可以看到高空西南象限內(nèi)的暖濕輻合增強(qiáng)，出現(xiàn)在100 km距離圈附近，距離地面高度在4 km以上（圖8b）。同時(shí)，陽(yáng)泉東部疊加太行山地形強(qiáng)迫抬升作用，使空氣絕熱冷卻，產(chǎn)生凝結(jié)和降水，降水強(qiáng)度增強(qiáng)。

5.2.3 強(qiáng)降雪結(jié)束階段 7日04：30“對(duì)稱(chēng)牛眼”結(jié)構(gòu)消失，零速度線(xiàn)在50 km距離圈內(nèi)呈現(xiàn)反“S”形，表示低層為暖平流，高空開(kāi)始有冷空氣入侵，預(yù)示降雪強(qiáng)度逐漸減弱并趨于結(jié)束（圖8c）。

6 結(jié)論

（1）本次過(guò)程寒潮醞釀階段，烏拉爾山高壓脊發(fā)展，環(huán)流徑向度加大，脊前小槽旋轉(zhuǎn)發(fā)展為橫槽，緩慢南壓并向西伸展，極地冷空氣不斷堆積。寒潮暴發(fā)階段，橫槽轉(zhuǎn)豎，引導(dǎo)高緯強(qiáng)冷平流、地面冷高壓、冷鋒影響陽(yáng)泉地區(qū)。此次寒潮路徑為西路冷空氣影響。

（2）暴雪過(guò)程由高空槽系統(tǒng)、低渦切變與冷鋒共同造成，在降水過(guò)程中低層維持東北風(fēng)，高空維持西南風(fēng)，是一次典型的冬季回流暴雪。

（3）本次過(guò)程為層狀—積云混合降水回波，雨、雪區(qū)的回波強(qiáng)度分界值為30 dBZ。徑向速度圖呈“S”形，發(fā)展為反“S”形時(shí)降水減弱結(jié)束。0°層亮帶和對(duì)稱(chēng)“牛眼”結(jié)構(gòu)對(duì)強(qiáng)降雪的量級(jí)預(yù)報(bào)有指示意義。

參考文獻(xiàn)

[1] 朱乾根，林錦瑞，壽紹文，等.天氣學(xué)原理和方法[M].北京：氣象出版社，2000.

[2] 俞小鼎，姚秀萍，熊廷南，等.多普勒天氣雷達(dá)原理與業(yè)務(wù)應(yīng)用[M].北京：氣象出版社，2006.

責(zé)任編輯：黃艷飛

Analysis of the Cause of a Cold Wave and Snowstorm in Yangquan

WANG Yan （Yangquan Meteorological Office， Yangquan， Shanxi 045000）

Abstract Used conventional weather data to apply weather analysis and diagnostic analysis methods to analyze the cold wave and blizzard weather process in Yangquan from November 4 to 8， 2021.In high latitudes， strong cold air accumulated on the high-pressure ridges of the Ural Mountains， and the small troughs before the ridges develop into horizontal troughs. During this blizzard， strong northeast winds were maintained in the lower troposphere， and southwest winds were maintained at high altitudes， which constituted a typical backflow precipitation situation in North China. Frontogenesis and backflow“cold cushions”were the main dynamic mechanism. The radar image showed the echo of a layered-cumulus mixed precipitation， and the boundary value of the echo intensity in the rain and snow area was 30 dBZ. The radial velocity map was in the shape of“S”， and when it developed into the inverse“S”shape， the precipitation weakens and ends. The appearance of a bright Zero-degree layer and a symmetrical “bull’s eye”structure were indicative of the magnitude forecast of heavy snowfall.

Key words Cold wave; Backflow blizzard; Cold cushions; Frontogenesis