2014年春季甘肅河?xùn)|地區(qū)一次大范圍雨雪降溫天氣過(guò)程分析

李曉霞，樊曉春，李奇三，李常德，吳芳蓉

(1.甘肅省平?jīng)鍪袣庀缶?，甘肅　平?jīng)觥?44000；2.甘肅省白銀市氣象局，甘肅　白銀　730900)

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2014年春季甘肅河?xùn)|地區(qū)一次大范圍雨雪降溫天氣過(guò)程分析

李曉霞1，樊曉春1，李奇三2，李常德1，吳芳蓉2

(1.甘肅省平?jīng)鍪袣庀缶?，甘肅平?jīng)?44000；2.甘肅省白銀市氣象局，甘肅白銀730900)

摘要：利用常規(guī)觀測(cè)資料、NCEP再分析資料及FY-2E衛(wèi)星云圖，對(duì)2014年4月24～25日甘肅河?xùn)|地區(qū)一次大范圍雨雪冰凍天氣過(guò)程作綜合診斷分析。結(jié)果表明：500 hPa烏拉爾山脊前冷空氣積聚造成的阻塞脊崩潰，促使其東部橫槽轉(zhuǎn)豎南壓，引導(dǎo)冷空氣大舉南下，為此次強(qiáng)雨雪天氣提供了大尺度環(huán)流背景；700 hPa冷槽和中尺度切變線、地面冷鋒、地面冷高壓，是引發(fā)此次大范圍強(qiáng)雨雪天氣的直接影響系統(tǒng)。700 hPa上90%以上的相對(duì)濕度、強(qiáng)水汽輸送通道和低層持續(xù)的水汽輻合，是形成此次強(qiáng)雨雪天氣的重要水汽條件；降雪前河?xùn)|北部地區(qū)的驟烈降溫為此過(guò)程提供了雨雪轉(zhuǎn)換和水汽凝結(jié)條件；冷暖空氣交匯與對(duì)峙、鋒區(qū)逆溫為此次強(qiáng)雨雪天氣過(guò)程提供了重要熱力機(jī)制；強(qiáng)烈的上升運(yùn)動(dòng)及其維持與增強(qiáng)，為此次天氣過(guò)程提供了有力的動(dòng)力機(jī)制。熱力不穩(wěn)定參數(shù)及溫度平流的高低空分布一定程度上反映出暴雪區(qū)上空層結(jié)的不穩(wěn)定性；云頂亮溫(TBB)的分布及負(fù)垂直速度所達(dá)的高度均反映出此次過(guò)程的對(duì)流性特征；OLR和TBB的演變對(duì)此次降水有很好的指示意義。

關(guān)鍵詞：雨雪凍害；影響系統(tǒng)；物理量診斷；云頂亮溫；OLR

引言

暴(雨)雪和低溫凍害是我國(guó)冬、春季的主要災(zāi)害性天氣之一，給人們的日常生活、交通和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等造成重大負(fù)面影響。關(guān)于冬、春季暴雪和低溫凍害的研究，我國(guó)氣象學(xué)者從不同角度進(jìn)行了詳細(xì)深入的探討，得出一些重要結(jié)論[1-18]。張書萍[9]、李艷[10]、唐紅玉[11]等通過(guò)天氣氣候背景和大尺度環(huán)流形勢(shì)的分析，提出影響我國(guó)北方冬、春季降雪的相關(guān)因子和系統(tǒng)，包括NAO(北大西洋濤動(dòng))遙相關(guān)、烏拉爾山長(zhǎng)波脊、貝加爾湖長(zhǎng)波脊、冰島低壓、西伯利亞冷渦、中低緯南支槽等大尺度天氣系統(tǒng)。楊貴名等[12]強(qiáng)調(diào)冷暖氣團(tuán)長(zhǎng)期對(duì)峙是“低溫雨雪冰凍”天氣持續(xù)的主要原因。徐建芬等[13]通過(guò)對(duì)青藏高原冬牧區(qū)大范圍降雪研究，提出高原橫向切變線是導(dǎo)致該地區(qū)暴雪最直接、最重要的天氣系統(tǒng)。隨著高分辨率中尺度數(shù)值模式的發(fā)展，中尺度數(shù)值模式被應(yīng)用到暴雪和低溫凍害的研究領(lǐng)域。于曉晶等[17]采用WRF模式對(duì)2010年12月29～30日發(fā)生在山東半島的一次冷流暴雪過(guò)程進(jìn)行數(shù)值模擬，得出湍流交換可向低層大氣輸送大量感熱、潛熱和水汽，海岸鋒的生消對(duì)冷流暴雪過(guò)程有重要作用，其上升運(yùn)動(dòng)是產(chǎn)生淺對(duì)流降雪的主要物理機(jī)制。

上述研究主要集中在某一類單一天氣過(guò)程不同層面的分析，且大多是關(guān)于冬季暴雪的研究，而對(duì)春季這種多災(zāi)種小概率極端天氣的綜合研究還較少，因此，本文利用Micaps平臺(tái)提供的常規(guī)氣象觀測(cè)資料、地面自動(dòng)站觀測(cè)資料及FY-2E衛(wèi)星云圖、NCEP再分析資料(水平分辨率1°×1°)，從大環(huán)流背景切入，通過(guò)對(duì)溫、濕特征及熱力、動(dòng)力條件的診斷分析，研究甘肅河?xùn)|地區(qū)2014年4月24～25日發(fā)生的一次大范圍雨雪凍害天氣過(guò)程發(fā)生、發(fā)展的主要影響系統(tǒng)，以期提高對(duì)此類多災(zāi)害復(fù)雜天氣過(guò)程的認(rèn)識(shí)，從而為冬、春季雨雪災(zāi)害天氣的預(yù)報(bào)提供一些參考。

1天氣實(shí)況

2014年4月24～25日，甘肅河?xùn)|地區(qū)出現(xiàn)大范圍雨雪、降溫天氣過(guò)程，主要強(qiáng)降水時(shí)段集中在24日20時(shí)至25日05時(shí)(北京時(shí)，下同)。此次降水過(guò)程有以下特點(diǎn)：降水范圍大。除甘南州西南部外，河?xùn)|其他區(qū)域均有降水，降水量多在10～40 mm之間，大致呈自西北向東南遞增的空間分布，最大雨量出現(xiàn)在天水、隴南東南部一帶，甘南州東南部和定西南部交界處也有一降水大值中心(圖1a)；降水相態(tài)復(fù)雜。降雪主要出現(xiàn)在河?xùn)|中北部及東部部分地區(qū)，北部、中部局部地區(qū)出現(xiàn)暴雪，其中10～20 mm雪深集中出現(xiàn)在定西市，最大雪深達(dá)19 mm，位于定西市安定區(qū)和岷縣一帶。降雨出現(xiàn)在中部以南地區(qū)，其中南部地區(qū)出現(xiàn)中到大雨，局地暴雨，最大雨量達(dá)40 mm以上，位于天水、隴南東南部一帶(圖1a)；伴有劇烈降溫。從23日開始，河?xùn)|各地區(qū)均出現(xiàn)不同程度的降溫天氣，大部分地區(qū)48 h最低氣溫下降9～12 ℃左右，部分地區(qū)最低氣溫下降到0 ℃以下，達(dá)到寒潮預(yù)警標(biāo)準(zhǔn)。其中，白銀市景泰縣24 h、48 h最低氣溫分別下降8.9 ℃、11 ℃(圖1b)。此次過(guò)程降溫劇烈，屬于一次極端天氣事件。

圖1　2014年4月24日08時(shí)至25日08時(shí)甘肅河?xùn)|地區(qū)降水分布(a，單位:mm；等值線

2主要影響系統(tǒng)

此次過(guò)程強(qiáng)降水時(shí)段集中在24日20時(shí)至25日05時(shí)，這里給出2014年4月24日20時(shí)主要的天氣影響系統(tǒng)(圖2)。可以看出，200 hPa上，甘肅河?xùn)|地區(qū)位于高空急流左側(cè)的輻散區(qū)，加強(qiáng)了產(chǎn)生降水的動(dòng)力機(jī)制；500 hPa新疆冷槽東移分為2支，北支位于貝加爾湖以南至甘肅河西西部，南支位于青藏高原東部，甘肅河?xùn)|地區(qū)位于南支槽前的西南氣流控制中；700 hPa上有冷槽對(duì)應(yīng)，河?xùn)|中部有一切變線，利于低層輻合抬升，同時(shí)，低層輻合、高層輻散的抽吸作用有利于上升運(yùn)動(dòng)的加強(qiáng)。另外，河?xùn)|地區(qū)的溫度露點(diǎn)差≤4 ℃，大部分地區(qū)比濕q>6 g/kg，大氣處于高濕狀態(tài)，東部和南部部分地區(qū)700 hPa與500 hPa的溫差>12 ℃，表明大氣處于一定的不穩(wěn)定層結(jié)狀態(tài)；地面上，冷鋒東移至甘肅東南部，河?xùn)|大部位于鋒后3 h顯著升壓區(qū)內(nèi)，地面高壓中心強(qiáng)度達(dá)1 028 hPa，河?xùn)|地區(qū)位于高壓底前部，不斷有冷空氣補(bǔ)充南下，造成典型的冷鋒型降水天氣。

圖2　2014年4月24日20時(shí)甘肅河?xùn)|

3溫、濕特征

3.1水汽條件

3.1.1相對(duì)濕度

水汽是形成降水的重要條件。700 hPa相對(duì)濕度和風(fēng)場(chǎng)顯示(圖略)，4月24日14時(shí)降水開始前，有一西北—東南向濕舌向北伸至甘肅河西中部；24日20時(shí)，濕舌南壓，甘肅河?xùn)|地區(qū)相對(duì)濕度均達(dá)90%以上，主要強(qiáng)雨雪天氣逐漸開始；25日02時(shí)，濕舌繼續(xù)南壓，河?xùn)|地區(qū)相對(duì)濕度仍維持在90%以上；25日08時(shí)，隨著冷空氣的南下，河?xùn)|地區(qū)相對(duì)濕度開始減小，且相對(duì)濕度大值區(qū)與西北干冷空氣的移動(dòng)基本一致，700 hPa相對(duì)濕度增大的時(shí)段與主要強(qiáng)雨雪出現(xiàn)的時(shí)段較吻合。

此外，沿35.5°N的相對(duì)濕度垂直剖面顯示(圖略)，24日20時(shí)和25日02時(shí)2個(gè)強(qiáng)雨雪時(shí)段，甘肅河?xùn)|強(qiáng)雨雪區(qū)(105°E～106°E)分別存在一自近地面層伸展至400 hPa、500 hPa以上的高濕氣柱，深厚的濕層和飽和層為此次強(qiáng)降水天氣過(guò)程提供源源不斷的水汽條件。同時(shí)，水汽飽和區(qū)的存在也是冰晶、雪晶凇附增長(zhǎng)所需的環(huán)境場(chǎng)。

3.1.2水汽通量及水汽通量散度

從700 hPa水汽通量與風(fēng)場(chǎng)的配置來(lái)看，24日20時(shí)(圖3a)，我國(guó)西南和華南地區(qū)有2個(gè)水汽通量值達(dá)10×10-3g·cm-1·hPa-1·s-1以上的大值區(qū)，通過(guò)低空顯著的西南氣流向東北輸送，同時(shí)在西南、華南地區(qū)北側(cè)有東南風(fēng)建立，東南氣流將對(duì)流層低層的水汽持續(xù)向西北輸送至甘肅河?xùn)|地區(qū)；25日02時(shí)(圖3b)，水汽通量大值區(qū)位于華南地區(qū)，最大中心值增至16×10-3g·cm-1·hPa-1·s-1，且華南北側(cè)的東南風(fēng)明顯增強(qiáng)，水汽通道得到顯著改善，為此次強(qiáng)降水天氣提供持續(xù)的水汽供應(yīng)。

從700 hPa水汽通量散度分布來(lái)看，24日14時(shí)降水開始前(圖略)，青海西南部與甘肅、四川交界處有一水汽輻合中心；24日20時(shí)降水開始后(圖3c)，水汽輻合區(qū)范圍有所擴(kuò)大，甘肅河?xùn)|地區(qū)水汽輻合強(qiáng)度增強(qiáng)，大部地區(qū)的水汽通量散度在-1.0～-3.0×10-7g·cm-2·hPa-1·s-1之間，而東部地區(qū)較??；25日02時(shí)(圖3d)，強(qiáng)水汽輻合中心東移，最強(qiáng)中心位于河?xùn)|地區(qū)南部和東部，水汽通量散度達(dá)-4.0×10-7g·cm-2·hPa-1·s-1?？梢?，強(qiáng)水汽輻合區(qū)與降水帶的移動(dòng)基本一致。表明持續(xù)的水汽輻合抬升為此次強(qiáng)雨雪天氣的發(fā)生、發(fā)展提供有力的水汽條件。

3.2溫度條件

3.2.1溫度平流

沿35.5°N的溫度平流垂直剖面顯示，24日14時(shí)降水開始前(圖略)，甘肅河?xùn)|強(qiáng)雨雪區(qū)(105°E～106°E)700～300 hPa為暖平流，暖中心在500 hPa左右，700 hPa以下為較弱的冷平流，表明低層有冷空氣入侵；24日20時(shí)強(qiáng)雨雪開始(圖4a)，高層暖平流降至500 hPa，且強(qiáng)度有所減弱，而700 hPa以下的冷平流強(qiáng)度增強(qiáng)，中心值達(dá)-0.6×10-4℃·s-1，表明低層入侵的冷空氣有所增強(qiáng)，高低空溫度平流的差異導(dǎo)致鋒區(qū)界面冷暖差異增大，促使低層逆溫形成并加強(qiáng)，逆溫層的強(qiáng)度在一定程度上能夠反映此次降水的量級(jí)。另外，強(qiáng)雨雪區(qū)(105°E～106°E)上空的對(duì)流層中層(600 hPa以上)溫度平流隨高度減小，利于不穩(wěn)定層結(jié)的形成，促使冷暖空氣的上下對(duì)流，為此次強(qiáng)天氣過(guò)程提供不穩(wěn)定機(jī)制；25日08時(shí)(圖4b)，隨著降水的結(jié)束，近地面到對(duì)流層高層轉(zhuǎn)為冷平流控制。

圖4　2014年4月24日20時(shí)(a)和25日08時(shí)(b)沿35.5°N的溫度平流緯向垂直剖面(單位：10-4 ℃·s-1)

3.2.2地面溫度

考慮到溫度條件是春季暴雪發(fā)生的關(guān)鍵影響因素之一[18]，故選取河?xùn)|地區(qū)典型暴(雨)雪站來(lái)分析3 h間隔地面溫度的演變特征(圖5)。24日11～20時(shí)降雪發(fā)生前，甘肅河?xùn)|北部地區(qū)(華家?guī)X和臨洮站)氣溫驟降，與23日同時(shí)段相比，平均氣溫下降約5～10 ℃。其中，華家?guī)X從24日11時(shí)開始持續(xù)降溫，到20時(shí)降至-3.6 ℃，較23日20時(shí)降低13.8 ℃；而臨洮站20時(shí)氣溫降到0.3 ℃左右，較23日20時(shí)降低15.9 ℃。這種劇烈降溫不但抵消了氣溫的日變化，同時(shí)，在一定程度上促使河?xùn)|北部地區(qū)逐漸出現(xiàn)降雪或雨夾雪天氣。隨著極地冷空氣的向南、向東推進(jìn)，0 ℃線逐漸南壓，降雪區(qū)范圍隨之向南、向東擴(kuò)大且出現(xiàn)雨雪轉(zhuǎn)換現(xiàn)象，強(qiáng)冷空氣為此次降水的雨雪轉(zhuǎn)換提供了水汽凝結(jié)條件。然而，河?xùn)|東部(環(huán)縣)、南部(岷縣和武都)地區(qū)，24日白天氣溫較前日無(wú)明顯下降，最高氣溫大多出現(xiàn)在午后14時(shí)左右，20時(shí)氣溫仍在5 ℃以上，尤其南部的武都和岷縣，午后氣溫分別高達(dá)24.6 ℃和16.9 ℃。這種高溫特征有利于觸發(fā)對(duì)流不穩(wěn)定。此外，冷暖空氣長(zhǎng)時(shí)間對(duì)峙，致使南部地區(qū)降水持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、強(qiáng)度大，部分地區(qū)出現(xiàn)中到大雨、局地暴雨的天氣。

圖5　甘肅河?xùn)|地區(qū)華家?guī)X、臨洮、岷縣、

4熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)診斷

4.1鋒區(qū)經(jīng)向垂直結(jié)構(gòu)

參考楊貴名[12]、吳慶梅[19]等的鋒區(qū)確定方法，

將θse圖上290 K和310 K分別作為鋒區(qū)的上、下界進(jìn)行分析。圖6給出2014年4月24日20時(shí)和25日02時(shí)沿105°E溫度、假相當(dāng)位溫和高空緯向風(fēng)急流的經(jīng)向垂直剖面。可看出，24日20時(shí)(圖6a)，鋒區(qū)內(nèi)θse非常密集，意味著鋒區(qū)兩側(cè)熱帶海洋氣團(tuán)和極地大陸氣團(tuán)的溫度差異顯著，甘肅河?xùn)|強(qiáng)雨雪區(qū)(33°N～36°N)溫度梯度較大，等溫線折角清楚，且鋒區(qū)內(nèi)等溫線呈垂直走向，垂直梯度非常小甚至是逆溫，表明冷暖氣團(tuán)交匯強(qiáng)度較強(qiáng)，降水量級(jí)較大。25日02時(shí)(圖6b)，鋒區(qū)內(nèi)θse線較24日20時(shí)稀疏，顯著逆溫層僅存在于河?xùn)|偏南地區(qū)，反映出降水向南推進(jìn)的特征。25日08時(shí)(圖略)，鋒區(qū)內(nèi)溫度梯度增大、θse線更加稀疏，鋒區(qū)兩側(cè)冷暖氣團(tuán)溫度差異逐漸縮小，降水過(guò)程結(jié)束。

另外還發(fā)現(xiàn)，在29°N和41°N附近存在2個(gè)西風(fēng)帶急流，24日20時(shí)(圖6a)，200 hPa附近的急流中心強(qiáng)度達(dá)50 m·s-1以上，而北部300 hPa附近的急流中心明顯偏弱，說(shuō)明冷空氣勢(shì)力明顯較暖濕氣流偏弱；25日02時(shí)(圖6b)，南面的急流中心減弱至50 m·s-1以下，而北面的急流中心增強(qiáng)至55 m·s-1以上，冷空氣勢(shì)力明顯增強(qiáng)并強(qiáng)于暖空氣，這種冷暖空氣對(duì)峙有利于強(qiáng)雨雪天氣的長(zhǎng)時(shí)間維持。

圖6　2014年4月24日20時(shí)(a)與25日02時(shí)(b)沿105°E溫度(實(shí)線，單位：℃)、

4.2垂直速度與散度

沿35.5°N做垂直速度和散度的緯向垂直剖面。24日20時(shí)降水開始后(圖7a)，在82°E～106°E范圍內(nèi)，500 hPa以下為負(fù)散度區(qū)，500～300 hPa為正散度區(qū)。由準(zhǔn)地轉(zhuǎn)渦度方程可知，低(高)層負(fù)(正)散度區(qū)大氣向中心(外)輻合(輻散)，在地轉(zhuǎn)偏向力作用下，形成正(負(fù))渦度，由此必產(chǎn)生上升運(yùn)動(dòng)，即次級(jí)環(huán)流。暴雪區(qū)(104°E～106°E)這種明顯的“下-上+”分布的散度柱有利于低層輻合、高層輻散和垂直運(yùn)動(dòng)的發(fā)展，形成強(qiáng)烈抽吸作用，對(duì)強(qiáng)雨雪天氣的維持與增強(qiáng)起到關(guān)鍵性作用。同時(shí)，垂直速度的分布也具有類似特征，負(fù)速度區(qū)從低層一直向上伸展至300 hPa以上，最大上升速度在400 hPa附近，這一定程度上反映了此次降水過(guò)程具有一定的對(duì)流性特征，且對(duì)流層較深厚；25日02時(shí)(圖7b)，低層負(fù)散度區(qū)東移至104°E～120°E一帶，其最大值達(dá)-1.7～-2.25×10-5s-1，而輻合層降至600 hPa以下，600～300 hPa均為正散度區(qū)，且對(duì)流層高層輻散強(qiáng)度增大，達(dá)0.75～1.25×10-5s-1，使得高層輻散抽吸作用加大，促使上升運(yùn)動(dòng)增強(qiáng)，上升運(yùn)動(dòng)最大中心位于600 hPa左右，對(duì)流活動(dòng)層有所降低。綜上所述，此次強(qiáng)雨雪過(guò)程的散度場(chǎng)與垂直速度場(chǎng)配置較好，共同促使上升運(yùn)動(dòng)的維持與增強(qiáng)，為此次強(qiáng)天氣過(guò)程提供有力的動(dòng)力機(jī)制。

4.3渦度平流

對(duì)甘肅河?xùn)|地區(qū)2014年4月24～25日強(qiáng)天氣過(guò)程沿35.5°N做渦度平流的緯向垂直剖面。分析發(fā)現(xiàn)，從24日14時(shí)到25日02時(shí)，甘肅河?xùn)|強(qiáng)雨雪區(qū)(105°E～106°E)上空存在一西北—東南向正渦度平流帶。24日14時(shí)降水開始前，河?xùn)|地區(qū)400 hPa以上為負(fù)渦度平流，400 hPa以下為正渦度平流，中心值位于500 hPa，達(dá)12×10-10s-2以上；24日20時(shí)降水開始(圖8)，正渦度平流帶從700 hPa一直伸展到200 hPa以上，強(qiáng)雨雪區(qū)上空正渦度平流有所加強(qiáng)，最大中心值位于200 hPa左右，達(dá)21×10-10s-2以上，而其東、西兩側(cè)為相同走向的負(fù)渦度平流帶，從而形成一向西北傾斜的垂直環(huán)流圈；25日08時(shí)(圖略)，強(qiáng)雨雪區(qū)上空轉(zhuǎn)為負(fù)渦度平流，上升運(yùn)動(dòng)減弱。上述分析表明，高空冷槽、切變線的垂直結(jié)構(gòu)自低向高同樣呈現(xiàn)向西北傾斜狀態(tài)，冷槽西側(cè)或西北側(cè)的冷空氣下沉氣流有利于冷槽加強(qiáng)東移，位于高空冷槽前的正渦度平流可促使地面系統(tǒng)的發(fā)展和高層冷槽的東移，從而帶動(dòng)冷空氣逼近強(qiáng)雨雪區(qū)，觸發(fā)不穩(wěn)定能量釋放，造成強(qiáng)雨雪天氣。同時(shí)，正渦度平流先于強(qiáng)天氣過(guò)程6～12 h，對(duì)此次強(qiáng)雨雪預(yù)報(bào)有很好的指示意義。

圖7　2014年4月24日20時(shí)(a)和25日02時(shí)(b)沿35.5°N垂直速度

圖8　2014年4月24日20時(shí)沿35.5°N渦度平流

4.4不穩(wěn)定能量

表1是2014年4月23日20時(shí)河?xùn)|地區(qū)榆中、崆峒、合作和武都4站的大氣熱力不穩(wěn)定參數(shù)。過(guò)程前4月23日20時(shí)，河?xùn)|地區(qū)4個(gè)探空站均存在不同程度的大氣層結(jié)不穩(wěn)定性。結(jié)合榆中T-lnP圖(圖略)發(fā)現(xiàn)，23日20時(shí)，榆中濕層厚度達(dá)2.5 km左右(700～500 hPa)(T-Td<4 ℃)，K指數(shù)為40 ℃，表明降雪前河?xùn)|中低層暖濕性顯著增強(qiáng)，形成不穩(wěn)定層結(jié)；SI指數(shù)為-3.33 ℃，表明系統(tǒng)不穩(wěn)定，有出現(xiàn)對(duì)流性天氣的可能；CAPE值為810.6 J/kg，CIN值為66.9 J/kg，且不穩(wěn)定能量的對(duì)流上限高度達(dá)250 hPa以上，為潛在不穩(wěn)定狀態(tài)。同時(shí)，中低層風(fēng)隨高度順轉(zhuǎn)，有暖平流，地面至500 hPa有明顯的垂直風(fēng)切變，為對(duì)流單體的發(fā)展提供有利的環(huán)境場(chǎng)。

表1　2014年4月23日20時(shí)榆中、崆峒、合作

5FY-2E衛(wèi)星產(chǎn)品

5.1OLR特征

OLR是衛(wèi)星觀測(cè)地區(qū)下表面(晴空地表和云層頂部)向外輻射出去的所有波長(zhǎng)的熱輻射能量密度，其大小主要由發(fā)射表面的溫度決定。當(dāng)下表面為晴空地表時(shí)，其發(fā)射的OLR值高；當(dāng)下表面為云覆蓋時(shí)，對(duì)應(yīng)的OLR值低。因此，OLR值的大小基本能反映觀測(cè)區(qū)的天氣狀況，即OLR值越低，表明云系越高，降水越強(qiáng)[20-21]。

分析OLR的演變特征發(fā)現(xiàn)(圖略)，OLR對(duì)此次強(qiáng)雨雪天氣過(guò)程有較好的指示意義。24日21時(shí)，河?xùn)|大部地區(qū)為OLR低值區(qū)，其中白銀、定西、平?jīng)?市暴雪區(qū)的OLR值均在120 W/m2以下；25日00時(shí)，OLR低值區(qū)東移，除東部地區(qū)OLR值在125～135 W/m2外，其他地區(qū)均增大到160 W/m2以上，這與降水天氣的東移基本一致；25日03時(shí)，隨著OLR低值區(qū)進(jìn)一步東移，河?xùn)|地區(qū)的OLR值大幅升高，對(duì)應(yīng)天氣過(guò)程逐漸減弱和結(jié)束。

圖9給出定西市和莊浪縣OLR的時(shí)間演變過(guò)程。可知，24日21時(shí)以前，定西市的OLR值較低，基本在140 W/m2以下，隨后持續(xù)增加，到25日03時(shí)達(dá)到240 W/m2左右。根據(jù)實(shí)際強(qiáng)降雪發(fā)生的時(shí)段和量值，可見OLR低值中心與強(qiáng)降雪中心的演變基本一致。莊浪站的OLR演變與定西較相似，只是OLR猛增時(shí)間較定西滯后，這也與實(shí)際降雪情況相吻合。

圖9　2014年4月24～25日甘肅河?xùn)|地區(qū)

5.2TBB演變特征

研究表明[22]，云頂亮溫(TBB)越低，云頂高度越高，對(duì)流性越強(qiáng)。從此次過(guò)程強(qiáng)雨雪期間FY-2E衛(wèi)星云圖TBB逐時(shí)演變(圖10)看出，冷鋒帶狀云系明顯，呈密蔽、連續(xù)完整、東北—西南向的大尺度云帶，云頂高度發(fā)展較高，最強(qiáng)TBB值在-60 ℃以下，有顯著的對(duì)流性特征。24日17時(shí)降水前，冷鋒云帶位于我國(guó)中部地區(qū)，甘肅河?xùn)|地區(qū)TBB值在-40 ℃以下；24日20時(shí)降水開始，云帶主體東北移至我國(guó)西北地區(qū)東部，河?xùn)|大部TBB值在-50 ℃以下，個(gè)別地區(qū)在-60 ℃以下，表明云頂高度已發(fā)展很高，冷空氣勢(shì)力強(qiáng)，對(duì)流旺盛。隨著冷鋒云系大范圍東移，甘肅河?xùn)|地區(qū)出現(xiàn)持續(xù)性的強(qiáng)雨雪天氣；24日23時(shí)，冷鋒主體移至黃河中上游一帶，河?xùn)|中東部地區(qū)TBB值仍在-50 ℃以下，而北部、南部地區(qū)云頂亮溫降低、對(duì)流減弱；25日00時(shí)，冷鋒云系偏北東移至河套以北，河?xùn)|地區(qū)TBB值增至-50 ℃以上，部分地區(qū)超過(guò)-20 ℃，對(duì)流明顯減弱；25日02時(shí)，冷鋒云系繼續(xù)向東北方向移動(dòng)，除河?xùn)|東部地區(qū)仍受冷鋒底后部影響外，其他地區(qū)降水基本結(jié)束。

圖10　2014年4月24日14時(shí)至25日05時(shí)FY-2E衛(wèi)星TBB云圖演變(單位：℃)

6結(jié)論

(1)過(guò)程前，500 hPa烏拉爾山阻塞高壓脊不斷引導(dǎo)冷空氣在亞洲北部的橫槽內(nèi)聚集，新地島以東洋面的冷空氣強(qiáng)度較強(qiáng)。當(dāng)阻塞高壓崩潰，橫槽轉(zhuǎn)豎南壓，引導(dǎo)強(qiáng)冷空氣大舉南下，促使寒潮爆發(fā)。配合700 hPa的冷槽、切變線和地面冷鋒、地面冷高壓，共同引發(fā)此次大范圍雨雪凍害天氣。

(2)此次過(guò)程中，甘肅河?xùn)|地區(qū)相對(duì)濕度均在90%以上，并有一伸展至400 hPa以上的高濕氣柱，配合低層較好的水汽輸送通道和持續(xù)的水汽輻合，為此次強(qiáng)降水天氣過(guò)程提供了充沛的水汽條件、有利的環(huán)境場(chǎng)和水汽輸送機(jī)制。降雪前，河?xùn)|北部地區(qū)氣溫驟降，為此次降水過(guò)程提供了雨雪轉(zhuǎn)換和水汽凝結(jié)條件，而南部地區(qū)高溫、高濕的環(huán)境場(chǎng)反映出降水的對(duì)流性特征。

(3)鋒區(qū)逆溫的大小能夠反映冷暖氣團(tuán)交匯與對(duì)峙的強(qiáng)度以及降水的量級(jí)；低層輻合、高層輻散的配置和伸展至對(duì)流層的負(fù)垂直速度場(chǎng)以及從低層到高層正渦度平流的輸送共同促使上升運(yùn)動(dòng)的維持和增強(qiáng)，為此次強(qiáng)天氣過(guò)程提供了有力的動(dòng)力機(jī)制；熱力不穩(wěn)定參數(shù)、負(fù)垂直速度所達(dá)的高度、溫度平流及云頂亮溫的分布一定程度上反映了強(qiáng)雨雪區(qū)上空的對(duì)流不穩(wěn)定性；OLR低值中心基本可以反映強(qiáng)降雪中心和時(shí)段。

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Diagnosis on a Wide Range Heavy Rain, Snow and Temperature Falling Weather Process in Eastern Yellow River of Gansu Province in Spring of 2014

LI Xiaoxia1, FAN Xiaochun1, LI Qisan2, LI Changde1, WU Fangrong2

(1.PingliangMeteorologicalBureauofGansuProvince,Pingliang74400,China;2.BaiyinMeteorologicalBureauofGansuProvince,Baiyin730900,China)

Abstract:Based on the conventional observation, NCEP reanalysis data and values of TBB and OLR of FY-2E, the comprehensive diagnostic analysis of a wide range and heavy snow, rain and freezing weather process from 24 to 25 April 2014 in eastern Yellow River of Gansu Province was done. The results show that the cold air on 500 hPa in front of the Ural mountains blocking high ridge accumulated and caused the collapse of blocking ridge, which made the transverse trough in eastern Ural Mountains to turn vertical trough and move southward, then guided a massive cold air to southward, therefore all of the above provided a large-scale circulation background for the heavy rain and snow weather process. The influence systems of the cold trough and mesoscale shear line on 700 hPa, ground cold front and cold high directly triggered the heavy snow and rain weather. The relative humidity above 90% on 700 hPa, high humidity column, strong moisture transport channels and persistent moisture convergence at low-level were the important water vapor condition to cause the weather process. The suddenly strong declining temperature before the snowfall in northern of Yellow River of Gansu provided the rain and snow conversion and mositure condensation conditions for the weather process. Simultaneously, the intersection and confrontation of the cold and warm air and temperature inversion in frontal zone provided the important thermal mechanism, and the strong upward motions and its sustaining and strengthening provided the powerful dynamic mechanism. The thermal instability parameters and distribution of temperature advection at upper and low levels reflected the atmospheric instability to some extent. The distribution of TBB and highest height of negative vertical velocity reflected the convection features of the weather process, and the evolutions of OLR and TBB were good predictor for the weather process.

Key words:rain, snow and freezing injury; influence system; physical diagnosis; TBB; OLR

中圖分類號(hào)：P458.1+21

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1006-7639(2016)-02-0317-09

doi:10.11755/j.issn.1006-7639(2016)-02-0317

作者簡(jiǎn)介：李曉霞(1989-)，女，甘肅會(huì)寧人，助理工程師，主要從事天氣預(yù)報(bào)及相關(guān)業(yè)務(wù)研究. E-mail:a876569907@163.com

基金項(xiàng)目：甘肅省氣象局氣象科研項(xiàng)目“ECMWF_thin全省氣象氣溫SVM客觀解釋預(yù)報(bào)系統(tǒng)”(2015-08)資助

收稿日期：2015-01-16；改回日期：2015-03-08

李曉霞，樊曉春，李奇三，等.2014年春季甘肅河?xùn)|地區(qū)一次大范圍雨雪降溫天氣過(guò)程分析[J].干旱氣象，2016，34(2)：317-325, [LI Xiaoxia, FAN Xiaochun, LI Qisan, et al. Diagnosis on a Wide Range Heavy Rain, Snow and Temperature Falling Weather Process in Eastern Yellow River of Gansu Province in Spring of 2014[J]. Journal of Arid Meteorology, 2016, 34(2):317-325], doi:10.11755/j.issn.1006-7639(2016)-02-0317