鄂托克前旗近十年大到暴雪過(guò)程天氣學(xué)及預(yù)報(bào)指標(biāo)分析

聶松花 任昱祥 李冰琪

摘 要：大到暴雪是我國(guó)北方冬季主要的災(zāi)害性天氣之一，強(qiáng)降雪造成道路積雪、牲畜采食困難、大棚垮塌等，嚴(yán)重影響人們的生產(chǎn)生活。對(duì)于強(qiáng)降雪的研究，國(guó)內(nèi)外均在環(huán)流背景、影響系統(tǒng)、各尺度天氣系統(tǒng)相互作用等方面進(jìn)行了大量工作。鄂托克前旗位于鄂爾多斯（河套）西南部，大陸性氣候與東亞季風(fēng)氣候分隔帶，造成大到暴雪的影響系統(tǒng)與東部有較大差異，研究探討當(dāng)?shù)氐拇蟮奖┭┯绊懴到y(tǒng)、機(jī)制、成因?qū)μ岣弑镜貐^(qū)預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率、預(yù)防和減輕雪災(zāi)造成的損失有重要意義。

關(guān)鍵詞：大到暴雪;天氣學(xué);預(yù)報(bào)指標(biāo)分析

中圖分類(lèi)號(hào)：P458.12 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-5168（2019）28-0151-05

Synoptic and Forecast Index Analysis of Heavy Snow Process in the Past

Ten Years in Etokeqian Banner

NIE Songhua REN Yuxiang LI Bingqi

（Etuokeqianqi Meteorological Bureau，Ordos Inner Mongolia 016200）

Abstract： Heavy snow is one of the main disastrous weather in winter in northern China. Heavy snow causes snow on the road， difficulty in livestock feeding， collapse of the shed， etc.， which seriously affects people's production and life. For the study of heavy snowfall， a lot of work has been done at home and abroad in circulation background， influence system and interaction of weather systems at all scales. Etokeqian banner is located in the southwest of Ordos （Hetao）. The continental climate is separated from the East Asian monsoon climate， and the impact system of heavy snow is quite different from that of the East. It is of great significance to study and discuss the impact system， mechanism and cause of heavy snow in this area for improving the accuracy of prediction， preventing and reducing the loss caused by snow disaster.

Keywords： heavy to blizzard;meteorology;forecast index analysis

本文主要利用氣象觀測(cè)資料對(duì)2009年至2018年近十年出現(xiàn)的大到暴雪天氣過(guò)程的天氣形勢(shì)演變、水汽和動(dòng)力條件進(jìn)行分析研究，建立天氣學(xué)分型，根據(jù)物理參數(shù)對(duì)不同分型進(jìn)行分析，找出具有預(yù)報(bào)意義的共同規(guī)律特點(diǎn)。

1 降雪實(shí)況

將24小時(shí)降雪量≥5mm定義為大雪，24小時(shí)降雪量≥10mm定義為暴雪進(jìn)行資料統(tǒng)計(jì)。2009年至2018年10年間鄂托克前旗共出現(xiàn)大到暴雪8次，其中1次出現(xiàn)在春季4月（含雨夾雪，不予分析）。本文主要研究的7次降雪過(guò)程，6次出現(xiàn)在11月和2月，1次出現(xiàn)在12月，1月無(wú)降雪天氣分布。2009—2018年鄂托克前旗大到暴雪實(shí)況如表1所示。

2 強(qiáng)降雪天氣過(guò)程環(huán)流形勢(shì)分型

本文依據(jù)500hPa冷空氣的來(lái)源對(duì)7次強(qiáng)降雪過(guò)程進(jìn)行分型。

2.1 西亞橫槽型

2009年11月和2010年2月的降雪均屬于此類(lèi)，環(huán)流形勢(shì)為：降雪前3到5天，歐洲為長(zhǎng)波脊，西西伯利亞為長(zhǎng)波槽。40°N以南伊朗有明顯的南支槽活動(dòng)[1];降雪前1至2天，從新地島下滑的冷空氣進(jìn)入西西伯利亞，中亞地區(qū)（50～80°E）的低槽加深南壓，東壓大槽減弱東移，蒙古到我國(guó)華北地區(qū)的高壓脊發(fā)展，同時(shí)中亞長(zhǎng)波槽分裂的冷槽進(jìn)入巴爾喀什湖一帶。槽前西南風(fēng)與東移到西藏高原南部的南支槽在高原上空同位相疊加，形成了一支明顯的西南氣流。

700hPa在青海、甘肅一帶（85°～115°E）有低渦生成，渦的東部偏南氣流較大，水汽輸送通道建立，且有氣旋性輻合。低層850hPa和地面位于蒙古高壓底部偏東氣流中，河套地區(qū)及南部有倒槽生成，有時(shí)伴有地面氣旋，形成“北高南低”的氣壓場(chǎng)。2009年11月10日08：00 500、700、850hPa和海平面氣壓場(chǎng)如圖1所示。

2.2 高空槽東移加強(qiáng)型

2011年11月、2015年12月、2016年2月和2017年2月的降雪均屬于此類(lèi)型。環(huán)流形勢(shì)為：降雪前2到3天，亞洲中高緯度為“兩槽一脊”型，西西伯利亞為一冷渦，冷渦延伸出的低槽[2]，一直向南延伸到40°N以南伊朗高原，中西伯利亞高原為高壓脊，東西伯利亞為低槽;隨著槽脊的移動(dòng)，降雪前，大槽移動(dòng)到巴爾喀什湖地區(qū)，槽前西南氣流強(qiáng)盛，蒙古到我國(guó)東北地區(qū)為寬廣的高壓脊，東亞大槽入海，亞洲中緯度形成了“一脊一槽”型。

此類(lèi)型南支槽較為深厚，700hPa上的西南渦更強(qiáng)，且位置更靠南。河套地區(qū)700hPa常伴有偏東風(fēng)與偏南風(fēng)的暖濕切變。地面形勢(shì)與西亞橫槽型類(lèi)似，呈現(xiàn)“北高南低”或“西北高東南低”，多數(shù)情況下冷空氣向華北滲透，倒槽發(fā)展強(qiáng)盛，覆蓋了整個(gè)河套地區(qū)。

有時(shí)移動(dòng)過(guò)程中冷空氣分裂為兩支，北支在巴爾喀什湖地區(qū)形成低渦，不斷向東分裂冷空氣;南支通過(guò)青藏高原到過(guò)四川南部地區(qū)，影響河套地區(qū)。2016年2月11日20：00 500、700、850hPa和海平面氣壓場(chǎng)如圖2所示。

2.3 蒙古低槽型

2015年11月屬于此類(lèi)型。降雪前1到2天，亞洲中高緯度為“一脊一槽”型[3]，西西伯利亞、中亞地區(qū)為高壓脊，低槽位于巴爾喀什湖以東、蒙古及我國(guó)東北一帶。同時(shí)，40°N以南位于伊朗高原的冷渦分裂出的中等尺度的短波槽沿鋒區(qū)東移至河套地區(qū)。低層700hPa可見(jiàn)南支槽，但沒(méi)有形成閉合低壓，地面仍為“北高南低”型。蒙古低槽冷空氣較強(qiáng)，過(guò)程后伴有劇烈降溫。

3 強(qiáng)降雪天氣多尺度系統(tǒng)配置

通過(guò)綜合分析可知，影響鄂托克前旗強(qiáng)降雪的冷空氣為西路或西北路弱冷氣，南支槽移動(dòng)到青藏高原東側(cè)，槽前西南風(fēng)攜帶暖濕空氣與冷空氣在河套地區(qū)交匯，700hPa西南地區(qū)有低壓或渦[4]。東部為高壓系統(tǒng)，形成“東高西低”形勢(shì)。700～850hPa為偏南風(fēng)急流，河套以南廣大區(qū)域?yàn)轱@著濕區(qū)。強(qiáng)降雪天氣多尺度系統(tǒng)配置如圖4所示。

4 水汽條件分析

4.1 低空急流

7次強(qiáng)降雪過(guò)程中，有5次伴有低空急流，低空急流的出現(xiàn)與降雪量呈正相關(guān)。一般情況下，在降雪開(kāi)始前，700hPa槽前，四川東部—陜西—甘肅河西走廊一帶出現(xiàn)強(qiáng)勢(shì)的偏南風(fēng)或西南風(fēng)，風(fēng)速有時(shí)可達(dá)16～20m/s。偏南風(fēng)急流使來(lái)自孟加拉灣和南海的暖濕氣流向北輸送至內(nèi)蒙西部，為河套南部降雪提供了充足的水汽、動(dòng)力和熱力條件[5]。

4.2 水汽條件

充足而持續(xù)的水汽輸送是強(qiáng)降水的必要條件。以2017年2月的天氣過(guò)程為例，水汽通道主要有兩條：一是700hPa高空槽前偏南風(fēng)急流，將南海和孟加拉灣的水汽輸送到河套地區(qū);二是850hPa和地面高壓底部偏東風(fēng)，將東部渤海的水汽輸送到河套地區(qū)。但是，此路徑對(duì)該地區(qū)的水汽貢獻(xiàn)非常少，但為強(qiáng)降雪提供了“冷墊”，有利于不穩(wěn)定層結(jié)的形成。降水強(qiáng)度除取決于垂直速度外，還取決于該地上空整個(gè)大氣的水汽含量。從2月20日20：00 700hPa比濕場(chǎng)可以看出[見(jiàn)圖5（a）]，有一濕舌向河套地區(qū)伸展，鄂托克前旗位于濕舌內(nèi)部，比濕大于2g/kg;降雪過(guò)程中850hPa相對(duì)濕度已經(jīng)達(dá)到90%以上，說(shuō)明此次降雪過(guò)程中中低層空氣處于飽和或近飽和狀態(tài)。

低空急流的位置與水汽通量大值區(qū)對(duì)應(yīng)，且從四川東部到該地區(qū)均為水汽通量輻合區(qū)，700hPa中心最大值達(dá)-16×10-6g·s-1·cm-2·hPa-1，為強(qiáng)降雪的產(chǎn)生和維持提供了充足的水汽條件。700hPa水汽通量散度場(chǎng)如圖5（b）所示。強(qiáng)降雪天氣過(guò)程水汽條件統(tǒng)計(jì)如表2所示。

5 熱力條件

中低層的熱力條件是能量?jī)?chǔ)備的標(biāo)志，良好的熱力結(jié)構(gòu)是強(qiáng)降雪的重要因素。從圖6可以看出，2017年2月的降雪過(guò)程中，700hPa假相當(dāng)位溫較高，且一條暖舌從陜西延河西走廊向內(nèi)蒙西部延伸。經(jīng)分析，近十年2月和11月強(qiáng)降雪過(guò)程前，均有溫度脊影響該區(qū)域，850hPa溫度>2℃。

6 動(dòng)力條件

散度可以很好地反映輻合輻散。以2017年2月降雪過(guò)程為例，降雪開(kāi)始之后，低層的負(fù)散度區(qū)向東擴(kuò)展，降雪過(guò)程中，500hPa以下均為負(fù)散度，中心最大值為-4×10-6s-1，高層為正散度，表明低層輻合上升，高層輻散，垂直上升運(yùn)動(dòng)發(fā)展。具體如圖7所示。

2017年2月降雪過(guò)程中，沿38°N的垂直速度剖面圖上，降雪持續(xù)階段150hPa以下103°～113°E地區(qū)整層大氣的垂直速度均為負(fù)值，表明整個(gè)對(duì)流層均存在抬升運(yùn)動(dòng)，垂直上升運(yùn)動(dòng)發(fā)展旺盛。具體如圖8所示。

7 結(jié)論

①鄂托克前旗強(qiáng)降雪的冷空氣為西路或西北路弱冷空氣，按500hPa環(huán)流形勢(shì)可以分為西亞橫槽型、高空槽東移加強(qiáng)型、蒙古低槽型。蒙古低槽型槽后冷空氣較強(qiáng)，常伴有劇烈降溫。過(guò)程降雪量相對(duì)較小。

②降雪前2～4天40°N以南伊朗高原南支槽較為活躍。受此影響，700hPa四川、陜西至河西走廊一帶常有閉合的低值系統(tǒng)，中心強(qiáng)度≤3 000gpm（蒙古低槽型表現(xiàn)為槽），同時(shí)華北及黃淮為高壓脊，形成“東高西低”的形勢(shì)，有利于系統(tǒng)的穩(wěn)定維持。

③850hPa及地面呈“北高南低”或“西北高東南低”，鄂托克前旗位于蒙古高壓底部偏東氣流，地面倒槽發(fā)展旺盛，可達(dá)河套以北。有時(shí)冷空氣向華北滲透，倒槽冷鋒或轉(zhuǎn)為準(zhǔn)靜止鋒。

④降雪期間，降雪區(qū)下游往往有較強(qiáng)的高壓系統(tǒng)阻擋，形成“東高西低”的形勢(shì)場(chǎng)。下游高壓減緩了上游低渦、槽脊的東移速度，延長(zhǎng)了天氣系統(tǒng)的持續(xù)時(shí)間，也為西南低空急流的水汽輸送和河套地區(qū)的水汽堆積提供了有利條件。

⑤強(qiáng)降雪過(guò)程多伴有偏南風(fēng)急流，水汽輸送通道建立，從西南到河套地區(qū)水汽通量輻合區(qū)，為強(qiáng)降雪的產(chǎn)生和維持提供了充足的水汽條件，低層比濕通常≥2g/kg，水汽通量散度≥-4×10-6g·s-1·cm-2·hPa-1。

⑥強(qiáng)降雪出現(xiàn)前該地區(qū)均有明顯的增溫，850hPa溫度≥2℃，上游區(qū)域有假相當(dāng)位溫脊出現(xiàn)，為降雪提供了充分的能量?jī)?chǔ)備。

⑦降雪過(guò)程中垂直上升運(yùn)動(dòng)旺盛，低層輻合上升區(qū)可達(dá)500hPa，高層輻散，整個(gè)垂直運(yùn)動(dòng)區(qū)可達(dá)200hPa，系統(tǒng)深厚，有利于形成降雪的維持。

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