2014年魯南一次暖切變暴雪過程的診斷分析

趙海軍，張 芹，王慶華

（1. 臨沂市氣象局，山東 臨沂 276004；2. 濰坊市氣象局，山東 濰坊 261011）

2014年魯南一次暖切變暴雪過程的診斷分析

趙海軍1，張 芹2，王慶華1

（1. 臨沂市氣象局，山東 臨沂 276004；2. 濰坊市氣象局，山東 濰坊 261011）

利用常規(guī)觀測(cè)資料、自動(dòng)站資料及NCEP1°×1°再分析資料對(duì)2014年2月4—6日魯南暴雪過程進(jìn)行診斷分析。研究表明：（1）500hPa的短波槽，700hPa 和850hPa暖式切變線及低空急流是造成這次暴雪的關(guān)鍵影響系統(tǒng)，同時(shí)位于華北700hPa的小高壓對(duì)強(qiáng)降雪的形成也起到關(guān)鍵作用。（2）東南低空氣流的移動(dòng)跟雨區(qū)的移動(dòng)具有很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。第一階段降雪的水汽輻合主要集中在700hPa，第二階段的水汽輻合集中在對(duì)流層低層。（3）此次降雪過程降水相態(tài)的溫度與厚度判據(jù)與經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)預(yù)報(bào)指標(biāo)一致。

暴雪；暖切變；低空急流；降水相態(tài)

引言

暴雪是山東冬季常見的一種災(zāi)害性天氣，廣大氣象學(xué)者對(duì)暴雪的成因和形成機(jī)制進(jìn)行了大量的分析，并得出了一系列有價(jià)值的研究成果［1-10］。張守保等對(duì)華北平原回流天氣形勢(shì)進(jìn)行綜合分析，提出華北回流的兩種天氣形勢(shì)：兩槽一脊型和高緯低壓帶型［1］。國內(nèi)不少氣象專家也做了大量針對(duì)降水相態(tài)的識(shí)別的研究，并得出許多有實(shí)用價(jià)值的指標(biāo)與判據(jù)［11-15］。王洪霞等［2］對(duì)山西一次春季降水過程相態(tài)變化進(jìn)行分析，得出：冷空氣入侵導(dǎo)致中低空溫度下降，0℃層高度降低是降水相態(tài)發(fā)生變化的主要原因。楊成芳等［11］通過對(duì)山東冬半年降水相態(tài)與影響系統(tǒng)和層結(jié)溫度變化特征的研究，獲得了山東冬半年不同降水相態(tài)的層結(jié)溫度預(yù)報(bào)指標(biāo)。漆梁波等［12］通過對(duì)中國東部地區(qū)降水相態(tài)的研究，得出了中國東部冬半年降水相態(tài)溫度和厚度的預(yù)報(bào)指標(biāo)。此文應(yīng)用常規(guī)觀測(cè)資料、地面自動(dòng)觀測(cè)站資料及NCEP1°×1°逐6h再分析資料，對(duì)2014年2月4—6日魯南暖切變暴雪天氣過程進(jìn)行診斷分析，以期找到一些山東暖切變暴雪的特點(diǎn)。

1　天氣過程概況

2014年2月4—6日，山東出現(xiàn)了大范圍降雪天氣，全省平均降水量為6.5mm，此次過程降水相態(tài)比較單一，降水相態(tài)始終為雪。從過程降雪量分布來看（圖1a），魯西南、魯中南部及魯東南的部分地區(qū)出現(xiàn)暴雪，魯中北部及魯東南的大部分地區(qū)為大雪，其它地區(qū)為小到中雪，最大降雪量出現(xiàn)在菏澤市區(qū)，為16.4mm，多站點(diǎn)積雪深度超過10cm。

從蒼山固態(tài)降水自動(dòng)觀測(cè)站逐小時(shí)降雪量可以看出，這次暴雪過程分為兩個(gè)階段，第一階段主要出現(xiàn)在4日后半夜至5日上午；第二階段主要出現(xiàn)在5日夜間至6日凌晨（圖1b）。其中第一階段降雪落區(qū)主要集中在魯西南地區(qū)，第二階段降雪落區(qū)范圍明顯擴(kuò)大，大雪落區(qū)向北推進(jìn)到魯中北部地區(qū)。

圖1　2014年2月4日08：00—6日08：00山東降雪量（a，單位：mm）和2014年2月5日00：00—6日08：00蒼山逐小時(shí)降雪量（b）

2　降雪成因分析

2.1環(huán)流背景與影響系統(tǒng)

第一階段降雪，4日20時(shí)（圖2a），500hPa40°N以南的中緯度環(huán)流比較平直，在河套附近有一短波槽東移，山東位于槽前西南偏西氣流當(dāng)中，700hPa南支槽明顯，槽的經(jīng)向度較大，河套頂部至山東一帶的華北地區(qū)上空是一個(gè)高壓脊影響，在此高壓的南側(cè)，從河套一直到魯西南形成一條明顯的近乎東西向的暖式切變線，此時(shí)的降雪主要位于此切變線及其以南的地區(qū)，魯西南降雪還沒有開始，另一方面700hPa低空西南急流發(fā)展強(qiáng)盛，最大值達(dá)28m/s，魯西南地區(qū)正好位于急流輸送的頂端，而山東上空大部均受西北氣流控制，風(fēng)向風(fēng)速在魯南地區(qū)強(qiáng)烈輻合，為后期降雪提供有力的動(dòng)力輻合抬升條件，低空急流為強(qiáng)降雪提供源源不斷的水汽條件；850hPa山東一直到蒙古中東部的華北地區(qū)是一個(gè)高壓脊，長江流域存在暖切變線。西南急流在向東北方向伸展過程，在切變線北側(cè)轉(zhuǎn)到東南風(fēng)，形成一支東南急流，魯南地區(qū)剛好處于此東南急流的前側(cè)，存在明顯的風(fēng)速輻合和側(cè)向風(fēng)輻合，為降雪的產(chǎn)生提供了動(dòng)力輻合抬升條件。在此有利的系統(tǒng)配置下，造成了 5日凌晨魯西南強(qiáng)降雪。強(qiáng)降雪落區(qū)主要位于700hPa暖切變附近，及低空 700hPa西南急流與850hPa東南急流的交叉點(diǎn)及其北側(cè)區(qū)域。

5日08時(shí)（圖略），隨著500hPa短波槽的東移，山東轉(zhuǎn)為西北偏西氣流影響，同時(shí) 700hPa華北高壓脊減弱，原先位于魯西南的暖切變消失，但低空西南急流仍然很強(qiáng)盛，急流軸一直往北伸展，到達(dá)半島南部地區(qū)，850hPa上主體位于長江流域的暖切變線隨著南支系統(tǒng)不斷北抬，在山東中南部地區(qū)開始表現(xiàn)出較弱的東南風(fēng)輻合。此時(shí)925hPa在山東南部存在一支低空東南急流，最強(qiáng)達(dá)到20m/s，但由于東部沿海高壓脊的突然加強(qiáng)，使低空輻合抬升條件的變差，造成之后一個(gè)時(shí)段內(nèi)降雪有短暫停歇。

第二階段降雪，5日20時(shí)（圖2b），500hPa河套東部又有短波槽發(fā)展東移，山東受槽前西到西南氣流控制；700hPa華北小高壓繼續(xù)維持，受其阻擋，槽東移速度減慢，與小高壓西側(cè)的偏南氣流之間形成一條南北向的冷式切變線。系統(tǒng)前期的暖切變線受槽前西南氣流影響轉(zhuǎn)為低槽東移，第二時(shí)段的降雪此時(shí)開始。低空西南急流軸位置較第一階段更偏東，急流軸的頂端位于魯東南，此時(shí)魯南存在明顯的風(fēng)向、風(fēng)速輻合，在850hPa暖切變線東移北抬到江淮流域，切變線北側(cè)的東南急流也隨之北抬至山東南部地區(qū)，這種配置為降雪的產(chǎn)生提供了充足的水汽。到6日08時(shí)（圖略），隨500hPa淺槽的移出，低層700hPa華北小高壓環(huán)流減弱，高壓西南側(cè)的暖切變消失，暖切變降雪也就隨之結(jié)束。

圖2　2014年2月4日20時(shí)（a）和5日20時(shí)（b）高空環(huán)流配置圖（黑色等值線為500hPa高度線，單位：dagpm；雙實(shí)線為切變線；箭頭為低空急流；風(fēng)場(chǎng)為700hPa風(fēng)場(chǎng)）

通過以上分析可以看出，造成這次暴雪的影響系統(tǒng)主要有500hPa的短波槽，700hPa暖式切變線及低空西南急流。850hPa暖切變位于江淮之間，位置偏南并不是主要影響系統(tǒng)，而切變線北側(cè)的低空東南急流對(duì)暴雪的產(chǎn)生輸送了大量的水汽和天氣尺度的輻合上升運(yùn)動(dòng)。此外700hPa位于華北的小高壓使東移的西風(fēng)氣流受阻減速，并與高壓底部的東到東南氣流對(duì)峙，使700hPa暖式切變形成并維持，切變線南側(cè)水汽在魯南上空輻合抬升，為暴雪的形成提供了水汽輻合和動(dòng)力抬升作用。

2.2診斷分析

2.2.1水汽條件與低空急流的作用

從各層水汽通量散度與風(fēng)場(chǎng)的演變可以看出：第一階段強(qiáng)降雪期間，5日02時(shí)，700hPa圖上（圖3a），山東以南為強(qiáng)盛的西南風(fēng)，魯南地區(qū)存在風(fēng)速的輻合，對(duì)應(yīng)此時(shí)長江以北一直到山東北部均為水汽通量散度負(fù)值區(qū)，說明水汽在此輻合，中心位于蘇北地區(qū)，中心值-3.0×10-7g·cm-2·hPa-1·s-1，山東上空均為水汽的輻合區(qū)，魯南水汽輻合更強(qiáng)一些，然而低層850hPa及925hPa（圖略）魯西南地區(qū)是弱的輻合區(qū)外，其他地區(qū)均為的弱輻散，這與形勢(shì)場(chǎng)上的高壓相對(duì)應(yīng)，可以看出此時(shí)段魯南的強(qiáng)降雪的水汽輻合 700hPa最明顯，低層850hPa和925hPa相對(duì)差一些。第二階段強(qiáng)降雪期間，各層水汽通量輻合的分布，與第一時(shí)段降雪有一定差異，5日20時(shí)700hPa圖上（圖3b），隨著西南急流的東推，雖然山東上空仍然是輻合區(qū)，但強(qiáng)度較上一階段降雪有所減弱，魯南由中心值-2.0×10-7g·cm-2·hPa-1·s-1下降到-1.0×10-7g·cm-2·hPa-1·s-1，而低層850hPa及925hPa（圖略）也發(fā)生很大變化，隨著東南急流的發(fā)展，魯中南部及魯南地區(qū)的輻合明顯加強(qiáng)，中心值發(fā)展到-1.0×10-7g·cm-2·hPa-1·s-1，對(duì)流層低層的水汽輻合對(duì)此時(shí)段的強(qiáng)降雪起到了關(guān)鍵作用。

圖3　2014年2月5日02時(shí)（a）和5日20時(shí)（b）700hPa水汽通量散度（單位：10-7g·cm-2·hPa-1·s-1）與風(fēng)場(chǎng)的疊加圖

由此可以看出，第一階段的降雪水汽輻合主要集中在700hPa，第二階段的降雪水汽輻合集中在對(duì)流層低層，這與低空急流的發(fā)展與移動(dòng)密切相關(guān)。

2.2.2動(dòng)力條件分析

將暴雪區(qū)（115°E～119°E）沿35°N做垂直速度剖面圖，從其發(fā)展演變可以看出：第一時(shí)段強(qiáng)降雪期間，5日 02時(shí)（圖略），暴雪區(qū)上空800hPa以上為上升運(yùn)動(dòng)區(qū)，強(qiáng)上升運(yùn)動(dòng)中心位于600hPa附近，中心值為-0.8×10-3hPa·s-1，800hPa以下上升運(yùn)動(dòng)不明顯，這與此時(shí) 850hPa以下山東上空為一高壓脊控制有關(guān)系；第二時(shí)段的強(qiáng)降雪，5日20時(shí)（圖4a）暴雪區(qū)上空垂直運(yùn)動(dòng)發(fā)展的厚度明顯比第一時(shí)段要深厚得多，上升運(yùn)動(dòng)區(qū)發(fā)展到 300hPa附近，強(qiáng)上升運(yùn)動(dòng)中心位于450hPa附近，中心值為-1.0×10-3hPa·s-1，近地面層的上升運(yùn)動(dòng)也較第一時(shí)段有所增強(qiáng)，與此時(shí)低空急流的發(fā)展東移存在一定關(guān)系。從垂直速度數(shù)值上也說明一個(gè)問題，在上升運(yùn)動(dòng)不是很強(qiáng)的情況下，暴雪也有可能產(chǎn)生。

2.2.3熱力條件分析

從假相當(dāng)位溫的剖面圖的分布和演變可見，降雪期間暴雪區(qū)（115°E～119°E）上空，700hPa～800hPa之間始終存在一條東西向的假相當(dāng)位溫等值線密集帶，也就是能量鋒區(qū)所在，基本都是鋒區(qū)上部是假相當(dāng)位溫的大值區(qū)，下部是相對(duì)的低值區(qū)，說明大氣層結(jié)是穩(wěn)定的，同時(shí)也驗(yàn)證了，這次暴雨過程是一次穩(wěn)定性降雪，沒有對(duì)流性天氣的發(fā)生。結(jié)合風(fēng)場(chǎng)來看：第一時(shí)段降雪期間，5日02時(shí)（圖略），暴雪區(qū)上空800hPa以上是一致的西南氣流，500hPa有一高空短波槽過境，與前面的形勢(shì)分析一致，低層850hPa以下魯西南地區(qū)（115°E～116°E）為東南風(fēng)，對(duì)應(yīng)此時(shí)魯西南的暴雪。第二時(shí)段降雪，5日20時(shí)（圖4b）700hPa附近仍然是強(qiáng)盛的西南急流，伴隨著前面小槽的移出，又有一支西風(fēng)槽影響，槽底發(fā)展到600hPa附近，較上一階段槽有所加深，850hPa以下，也發(fā)生很大變化，魯東南地區(qū)（117°E～119°E）低空為強(qiáng)盛的東南偏南氣流，此時(shí)段的降雪也主要集中在低空東南氣流影響的區(qū)域。通過以上分析可以看出，這次暴雪過程冷空氣勢(shì)力比較弱，是發(fā)生在穩(wěn)定層結(jié)下的一次強(qiáng)降雪過程，低空東南氣流的移動(dòng)跟降雪區(qū)的移動(dòng)具有一定對(duì)應(yīng)關(guān)系。

圖4　2014年2月5日20時(shí)沿35°N垂直速度（a，單位：10-3hPa·s-1）和假相當(dāng)位溫（b，單位：K）與風(fēng)場(chǎng)剖面圖

2.3降雪相態(tài)分析

不同的降水相態(tài)會(huì)給工農(nóng)業(yè)帶來不同的影響，近些年隨著社會(huì)的發(fā)展和需求，人們對(duì)降水相態(tài)的預(yù)報(bào)要求也越來越高，氣象專家與學(xué)者也做了大量的統(tǒng)計(jì)與分析，并得出許多有實(shí)用價(jià)值的指標(biāo)與判據(jù)［11-15］，現(xiàn)就以這次降雪為例對(duì)這些指標(biāo)進(jìn)行一些檢驗(yàn)。

楊成芳等［11］對(duì)山東冬半年降水相態(tài)的溫度特征進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，得出：無相態(tài)轉(zhuǎn)換的直接降雪過程一般發(fā)生在溫度較低垂直變化單一條件下，850hPa以下各層均有明顯降雪溫度閾值：T850≤-4℃，T925≤-3℃，T1000≤0℃或 T地面≤1℃。這次過程降水相態(tài)比較單一，均為雪，第一階段降雪開始時(shí)，4日20時(shí)，T850≤-8℃，T925≤-5℃，T1000在-1～-3℃之間（圖5a），T地面在1～-2℃之間；第二階段降雪開始時(shí)，5日14時(shí)，T850≤-8℃，T925≤-5℃，T1000在 0～-4℃之間（圖 5b），T地面在1～-3℃之間，從以上溫度的分布來看，各層溫度分布是符合楊成芳等提出的對(duì)山東降雪相態(tài)預(yù)報(bào)的指標(biāo)閾值的。對(duì)于雨雪相態(tài)單一的，用各層溫度判據(jù)有時(shí)并不能很好地解決問題，漆梁波等［12］對(duì)中國東部地區(qū)冬季降水相態(tài)的識(shí)別進(jìn)行了判據(jù)研究，給出了中國東部冬半年降水相態(tài)溫度和厚度的判據(jù)，指出雪的H700-850為148～155dagpm，H850-1000≤129dagpm。第一階段降雪開始時(shí)，4日 20時(shí)，H700-850為 149～151dagpm（圖5c），H850-1000≤128dagpm（圖略），第二階段降雪開始時(shí)，5日 14時(shí)，H700-850為148～152dagpm（圖5d），H850-1000≤127dagpm（圖略）。從以上山東厚度的分布來看，中低層厚度分布符合漆梁波等［12］提出的中國東部降雪相態(tài)預(yù)報(bào)指標(biāo)。

3　結(jié)論與討論

（1）這次暴雪過程具有明顯的兩個(gè)階段，500hPa的短波槽，700hPa、850hPa暖式切變線及低空急流是造成這次暴雪的關(guān)鍵影響系統(tǒng)，同時(shí) 700hPa位于華北的小高壓對(duì)強(qiáng)降雪的形成也起了重要關(guān)鍵作用。

（2）低空東南氣流的移動(dòng)與雨區(qū)的移動(dòng)具有一定對(duì)應(yīng)關(guān)系。第一階段降雪的水汽輻合主要集中在 700hPa，第二階段的輻合集中在對(duì)流層低層。這是發(fā)生在大氣穩(wěn)定層結(jié)下的一次強(qiáng)降雪過程。

（3）從降水相態(tài)的溫度和厚度判據(jù)的檢驗(yàn)可以看出，這次降雪是符合氣象專家提出的冬季降雪相態(tài)的預(yù)報(bào)指標(biāo)的。

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B

1005-0582（2015）03-0007-06

2014-12-11

山東省氣象局氣象科學(xué)技術(shù)研究項(xiàng)目（2012sdqxz05）、中國氣象局預(yù)報(bào)員專項(xiàng)（CMAYBY2014-039）、山東省氣象局預(yù)報(bào)員專項(xiàng)（sdyby2012-13）和國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（41475038）共同資助

趙海軍（1984—），男，內(nèi)蒙古土默特左旗人，本科，工程師，主要從事天氣分析及預(yù)報(bào)工作。