一次極端春季暴雪過程風(fēng)場(chǎng)結(jié)構(gòu)特征的演變分析

宿秋蘭， 梁海霞

(山東省東營(yíng)市氣象局，山東東營(yíng) 257091)

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一次極端春季暴雪過程風(fēng)場(chǎng)結(jié)構(gòu)特征的演變分析

宿秋蘭， 梁海霞

(山東省東營(yíng)市氣象局，山東東營(yíng) 257091)

利用常規(guī)觀測(cè)資料及風(fēng)廓線雷達(dá)資料分析了2013年4月19日山東境內(nèi)一次極端春季暴雪過程。結(jié)果表明，此次過程是一次明顯的回流形勢(shì)，低層冷墊形成以后，中高層的暖濕空氣在冷墊上爬升是此次過程產(chǎn)生的有利環(huán)流背景；850 hPa高度附近的準(zhǔn)靜止垂直切變是一個(gè)關(guān)鍵系統(tǒng)，它自產(chǎn)生到結(jié)束長(zhǎng)達(dá)近9 h;當(dāng)垂直切變的高度維持在1.5 km，上下的風(fēng)向?yàn)槲鞅憋L(fēng)與偏南風(fēng)的切變時(shí)，降水性質(zhì)為雨或雨夾雪；當(dāng)垂直切變的高度猛然下壓至1.2 km，上下的風(fēng)向變?yōu)槲鞅憋L(fēng)與偏東風(fēng)的切變時(shí)，降水性質(zhì)為純雪。切變線消失之后，600 m以下的中小尺度系統(tǒng)又對(duì)降雪起到了持續(xù)觸發(fā)作用。4月中旬地面溫度偏高，結(jié)合此次過程可知，當(dāng)?shù)孛鏈囟群? 000 hPa降至2 ℃以下、925 hPa溫度降至-1 ℃以下時(shí)，才會(huì)出現(xiàn)降雪。

春季暴雪；風(fēng)場(chǎng)結(jié)構(gòu)；特征；演變

2013年4月19日華北大部出現(xiàn)了一場(chǎng)降雪過程，山東省是這次降雪的主災(zāi)區(qū)。根據(jù)1951年以來的氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，山東省的降雪終期多在3月中旬[1],而此次降雪出現(xiàn)在4月中旬，在“谷雨”節(jié)氣的前一天。進(jìn)入4月份以來，雖然不斷有小股冷空氣影響，但山東省總體趨勢(shì)氣溫是回升的，在4月13日，山東除半島外大部站點(diǎn)最高氣溫超過了30 ℃，而此次降雪出乎人們的意料，降雪量大(圖1)，魯中以北的站點(diǎn)24 h雪量均達(dá)到了暴雪，且普遍有積雪，其中積雪最深的站點(diǎn)位于德州市寧津縣，積雪深度達(dá)11 cm。降雪過后的第2天早晨，降雪區(qū)日最低氣溫在0 ℃左右，氣溫明顯下降。突然到來的暴雪，加上低溫凍害，給當(dāng)?shù)氐墓まr(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來了嚴(yán)重的災(zāi)害。這次降雪也刷新了有氣象觀測(cè)資料以來4月份終雪日、降雪量和積雪深度的記錄，屬于一次極端天氣過程。

針對(duì)暴雪有許多學(xué)者對(duì)其進(jìn)行了研究[2-6]，如施曉暉等對(duì)2008年雪災(zāi)過程進(jìn)行了研究，指出災(zāi)害發(fā)生期間構(gòu)成了“冷墊”上空的“暖蓋”及“南槽北脊”反位相環(huán)流匯合鋒區(qū)的垂直環(huán)流結(jié)構(gòu)[2]；楊貴銘等研究了2008年低溫雨雪冰凍天氣過程的鋒區(qū)特征，指出準(zhǔn)靜止鋒穩(wěn)定少動(dòng)是重要原因之一[3]；陳愛玉等則主要就春季暴雪的回流形勢(shì)進(jìn)行了分析，指出暴雪產(chǎn)生在對(duì)流不穩(wěn)定層結(jié)中，低空急流促使對(duì)流層低層暖濕氣流輻合上升，觸發(fā)對(duì)流不穩(wěn)定能量釋放[6-9]。以上的這些研究大多從大的環(huán)流背景、影響系統(tǒng)、動(dòng)力條件、熱力條件等方面入手，得出了許多有意義的結(jié)論。但針對(duì)春季暴雪垂直風(fēng)場(chǎng)結(jié)構(gòu)特征研究的較少。由于2013年4月19日的暴雪是一次極端事件，為了弄清其產(chǎn)生的機(jī)理，筆者運(yùn)用風(fēng)廓線資料對(duì)其垂直風(fēng)場(chǎng)進(jìn)行分析，尋找預(yù)報(bào)的指示信號(hào)，為避免再次漏報(bào)此類天氣提供預(yù)報(bào)依據(jù)。

1 天氣實(shí)況及影響系統(tǒng)

這是一次典型回流形勢(shì)的降雪。2013年4月19日08：00(圖2)，500 hPa槽線位于中緯度105°E附近，槽前有明顯的暖脊配合，盛行西南氣流，來自孟加拉灣和南海的暖濕空氣不斷向北輸送，在700 hPa則發(fā)展為一支強(qiáng)勁的西南低空急流，在西南風(fēng)的范圍內(nèi)形成T-Td≤3 ℃的大片濕區(qū)；而850 hPa以下各層，山東境內(nèi)為最大風(fēng)速≥12 m/s的東北風(fēng)，這支東北風(fēng)自18日20：00就已經(jīng)出現(xiàn)，長(zhǎng)達(dá)12 h的冷空氣輸送，使得山東境內(nèi)形成了一個(gè)厚度在2 000 m左右的冷墊，當(dāng)700 hPa以上各層的暖濕空氣向東移動(dòng)的過程中，暖濕空氣沿冷墊爬升，水汽凝結(jié)形成降水。此次降水先由魯西北開始，以雨和冰粒為主，隨后轉(zhuǎn)為雨夾雪，最后轉(zhuǎn)為雪。以東營(yíng)為例，19日13:15開始下雨，15:11轉(zhuǎn)為雨夾雪，16:27轉(zhuǎn)為雪，此后降水性質(zhì)一直是雪，直到降水過程結(jié)束。

2 風(fēng)場(chǎng)演變特征

常規(guī)高空、地面資料時(shí)空分辨率較低，很難分析出系統(tǒng)的逐時(shí)演變。采用風(fēng)廓線雷達(dá)就可以精細(xì)地分析風(fēng)場(chǎng)信息，來確定系統(tǒng)的發(fā)展、移動(dòng)，從而彌補(bǔ)常規(guī)資料的缺憾。從風(fēng)廓線雷達(dá)數(shù)據(jù)可知，4月18日22:00開始東營(yíng)上空2 km以下轉(zhuǎn)為東北風(fēng)，且風(fēng)力逐漸加大，最大風(fēng)速層出現(xiàn)在900 m的高度上，風(fēng)速達(dá)10 m/s；2.0～2.5 km高度上風(fēng)隨高度順轉(zhuǎn)，風(fēng)向由偏東轉(zhuǎn)為偏南，說明這個(gè)層次上有暖平流，但厚度較??；2.5～3.5 km則為西南風(fēng)，3.5～5.0 km為偏西或西北風(fēng)，這種下冷、中暖、上冷的結(jié)構(gòu)配置一直維持到19日07:00左右。結(jié)合溫度的垂直分布可知，19日08：00 925 hPa溫度已達(dá)0 ℃，1 000 hPa溫度為5 ℃,地面溫度為7 ℃。

19日07：00始(圖3)，4 km以上(接近于500 hPa)高度處于槽前西南氣流控制；3 km高度(700 hPa)左右則處于剛過境小槽后部的西北氣流控制，原來2.5～3.5 km高度上的暖平流從這一時(shí)刻起消失，轉(zhuǎn)為冷平流，而在1.0～1.7 km高度層內(nèi)出現(xiàn)了另一個(gè)暖層，這樣在1.7 km(850 hPa)高度上下出現(xiàn)了一個(gè)偏南風(fēng)與西北風(fēng)的垂直切變；而低層冷墊的厚度由于高空風(fēng)場(chǎng)的變化，厚度明顯變薄，由距地2 km逐漸降至距地1 km。這種高空風(fēng)場(chǎng)的結(jié)構(gòu)一直持續(xù)到12:30。12:30開始(圖3)，3.0 km附近高度上(700 hPa)轉(zhuǎn)入一個(gè)小槽的槽前，致使高空西南風(fēng)的厚度由原來4 km以上擴(kuò)展至2.7 km以上，說明中、高層的暖濕空氣在加強(qiáng)；同時(shí)850 hPa附近的切變線依然存在，只是高度在緩慢下降，同時(shí)上、下兩側(cè)的風(fēng)速均在減弱，逐級(jí)演變?yōu)橐粋€(gè)準(zhǔn)靜止的垂直切變。1 h之后，即13:15降水開始，降水性質(zhì)為雨。這種高空風(fēng)場(chǎng)的配置持續(xù)到16:27。從低層溫度的變化來看，自降水開始到16:27地面溫度一直在下降，16：00溫度為3 ℃，1 000 hPa溫度一直維持在5 ℃，925 hPa溫度由0 ℃下降至-1 ℃，850 hPa溫度由-5 ℃降至-6 ℃，這期間降水性質(zhì)由雨轉(zhuǎn)為雨夾雪。雨夾雪出現(xiàn)的時(shí)間是925 hPa與850 hPa溫度下降1 h之后。16:27高空500 hPa轉(zhuǎn)入槽后(圖4)，即1.7～5.0 km的層次均轉(zhuǎn)為西北風(fēng)，說明高空冷空氣在加強(qiáng)，受其影響，1.5 km處的垂直切變猛然下壓至1.2 km的高度上，上下兩側(cè)的風(fēng)向也由原來的西北風(fēng)與偏南風(fēng)的切變轉(zhuǎn)為西北風(fēng)與偏東風(fēng)的切變，此時(shí)地面溫度下降至2 ℃，1 000 hPa的溫度也快速下降至2 ℃，925 hPa的溫度下降至-2 ℃，降水性質(zhì)轉(zhuǎn)為純雪?？梢娊邓杏贽D(zhuǎn)為雪時(shí)，低層垂直切變的性質(zhì)和高度均有明顯變化。1.2 km處的垂直切變維持到18:30，隨后切變消失，2 km至地面轉(zhuǎn)為東北風(fēng)。

隨著低層垂直切變的消失，降雪開始有所減弱，但隨后在近地層600 m以下出現(xiàn)了2個(gè)中小尺度系統(tǒng)，一個(gè)是生命史在19日18:30～20:30的中尺度低壓，一個(gè)是生命史在19日20:30～22:00的中小尺度高壓。受其影響，雪一直在下。只是受前者影響時(shí)，雪下得密實(shí)，受后者影響時(shí)雪明顯減弱，直至22:00東營(yíng)上空的云變薄，降水結(jié)束。

3 小結(jié)

(1)此次罕見的春季暴雪過程是一次典型的回流形勢(shì)下的降雪過程，850 hPa以下持續(xù)維持東北風(fēng)，先形成冷墊，700 hPa以上暖濕氣流沿冷墊爬升，是此次強(qiáng)降雪天氣形成的大環(huán)流背景。

(2)此次過程500 hPa槽很寬且明顯落后于700 hPa的槽，使得高空有持續(xù)的西南氣流存在，19日12:30中層700 hPa也處于槽前，中、上層的暖濕層加厚，降水開始。

(3)850 hPa高度附近存在的垂直切變是此次降水過程的關(guān)鍵系統(tǒng)，它持續(xù)了近9 h，其高度隨著高空冷空氣的強(qiáng)度增強(qiáng)逐漸下壓。由雨到雨夾雪的過程中，高度大致維持在1.5 km高度上，當(dāng)其高度下壓至1.2 km高度上時(shí)，切變線上下的風(fēng)向也隨之發(fā)生轉(zhuǎn)變，降水性質(zhì)轉(zhuǎn)為純雪。

(4)此次過程中雨轉(zhuǎn)雪時(shí)近地面的溫度場(chǎng)配置是地面與1 000 hPa溫度降至2 ℃以下，925 hPa溫度在-1 ℃以下后，降水性質(zhì)為雪，而傳統(tǒng)中以850 hPa -4 ℃線來判斷降水性質(zhì)是雨還是雪的指標(biāo)在此次過程中指示不明顯。

[1] 曹鋼鋒，張善君，朱官忠，等.山東天氣分析與預(yù)報(bào)[M]. 北京：氣象出版社，1988：212-214.

[2] 施曉輝，徐祥德，程興宏.2008年雪災(zāi)過程高原上游關(guān)鍵區(qū)水汽輸送機(jī)制及其前兆性“強(qiáng)信號(hào)”特征[J].氣象學(xué)報(bào)，2009,67(3)：478-483.

[3] 楊貴銘，毛冬艷，孔期.“低溫雨雪冰凍”天氣過程鋒區(qū)特征分析[J].氣象學(xué)報(bào)，2009,67(4)：652-665.

[4] 孫仲毅，王軍，靳冰凌，等.河南省北部一次暴雪天氣過程診斷分析[J].高原氣象，2010,29(5)：1338-1344.

[5] 盛春巖，楊曉霞.一次罕見的山東暴雪天氣的對(duì)稱不穩(wěn)定分析[J].氣象，2002,28(3)：33-37.

[6] 陳愛玉，李存龍，陳新春，等.春、冬季暴雪成因?qū)Ρ确治鯷J].氣象，2005,31(11)：37-39.

[7] 張迎新，侯瑞欽，張守保.回流暴雪過程的診斷分析和數(shù)值試驗(yàn)[J].氣象，2007,33(9):25-32.

[8] 楊曉霞，吳煒，萬明波，等.山東省兩次暴雪天氣的對(duì)比分析[J].氣象，2012,38(7)：868-876.

[9] 周雪松，談?wù)苊?華北回流暴雪發(fā)展機(jī)理個(gè)例研究[J].氣象，2008,34(1)：18-26.

Analysis on Evolution Characteristic of Wind Field Structure of an Extreme Spring Blizzard Process

SU Qiu-lan, LIANG Hai-xia

(Dongying Meteorological Office of Shandong Province, Dongying, Shandong 257091)

Using conventional observation data and the wind profile radar data, an extreme spring blizzard process was analyzed in Shandong Province on Apr. 19, 2013. The results showed that the process is an obvious backflow situation. First of all, low-level cold pad has formed, and climbing of the high-level of moist air in the cooling mat is the favorable circulation background of the process. 850 hPa quasi static vertical shear is a key system, its history is nearly nine hours. When the height of the vertical shear is 1.5 km, up and down wind direction is the northwest wind and south wind, precipitation properties is rain or sleet. When the height of vertical shear down to the height of 1.2 km suddenly, up and down the wind direction change into the northwest and east wind, precipitation properties is pure snow. After shear line disappears, the meso-andmicro-scalesystems under 600 m plays a triggering role. Precipitation properties is snow when temperature of surface and 1 000 hPa is below 2 ℃ and below 1 ℃ of 925 hPa in the process.

Spring blizzard; Wind field structure; Characteristics; Evolution

山東省氣象局重點(diǎn)科研課題(2013sdqxz02)。

宿秋蘭(1974- )，女，山東東營(yíng)人，助理工程師，從事氣象科技服務(wù)工作。

2014-11-25

S 161.6

A

0517-6611(2015)02-212-03