湘潭暴雪天氣的氣候特征及其成因分析

游梟雄 戴勁 劉二影

摘 要：利用NCEP2.5°×2.5°再分析資料和常規(guī)氣象觀測資料，對1980—2010年湘潭市近31a的暴雪天氣氣候特征及其成因進(jìn)行分析，得出，湘潭全市暴雪出現(xiàn)的時間為12月—次年的3月，其中以1月為最多，暴雪出現(xiàn)的年際變化具有階段性；暴雪出現(xiàn)期間，500hPa主要的環(huán)流形勢有：緯向多波型、烏拉爾山阻高型、中亞阻塞型和二槽一脊型，其特點(diǎn)為南、北二支鋒區(qū)存在；降雪區(qū)域與切變線的位置有較好的對應(yīng)，主要位于冷式切變線以南1～3個緯距內(nèi)，或暖式切變附近；暴雪期間為低層輻合高層輻散的形勢造成上升運(yùn)動強(qiáng)烈發(fā)展，對強(qiáng)降雪的形成極為有利。

關(guān)鍵詞：暴雪；環(huán)流特征；影響系統(tǒng)；熱力結(jié)構(gòu)特征

中圖分類號：S16 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

DOI：10.19754/j.nyyjs.20190530053

引言

暴雪作為湘潭的災(zāi)害天氣之一，給湘潭市的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人民生活造成嚴(yán)重影響。許多專家學(xué)者做過此類研究[1-11]。劉玉蓮等[1-2]研究指出，氣候變暖之后全國大部分地區(qū)年強(qiáng)降雪量增多，強(qiáng)度增強(qiáng)。朱紅等[3]指出在降雪預(yù)報中，南方降水的性質(zhì)（降雨或降雪）和量級（積雪深度） 受到溫度條件的極大影響，因此，必須著重對下墊面溫度條件進(jìn)行分析。由于湘潭地處湖南的中部衡山山脈的小丘陵地帶，降雪時常伴有雨和冰粒，降水相態(tài)復(fù)雜，給預(yù)報帶來了很大的難度。本文對1980—2010年湘潭市暴雪天氣過程的環(huán)流形勢、中低層天氣尺度系統(tǒng)以及鋒區(qū)熱力結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行統(tǒng)計分析，研究暴雪的時空分布規(guī)律，對暴雪預(yù)報準(zhǔn)確率的提高具有重要意義。

1 資料與標(biāo)準(zhǔn)

1.1 使用資料

地面觀測資料為湘潭市各氣象站點(diǎn)（即：湘潭、湘鄉(xiāng)、韶山）1980—2010年的歷史記錄，包括經(jīng)質(zhì)量控制的日最低氣溫、日最高氣溫、日降雨（雪）量。環(huán)流場資料采用NCEP逐日再分析資料，水平分辨率為2.5°×2.5°，時間區(qū)間為1980年1月1日—2010年12月31日。

1.2 暴雪的標(biāo)準(zhǔn)

南方的暴雪與北方的暴雪不同，降水相態(tài)的復(fù)雜變化導(dǎo)致降水量和積雪深度線性相關(guān)較差，所以，必須同時考慮積雪深度，本文沿用湖南省暴雪預(yù)報業(yè)務(wù)標(biāo)準(zhǔn)，即24h的降雪量（融化成水）≥10mm，且積雪深度≥5cm作為1個暴雪日。

2 湘潭暴雪的氣候特征

通過對1980—2010年31a的冬季暴雪氣候特征進(jìn)行分析得出：湘潭市冬季暴雪具有明顯的年際、月際變化。

2.1 暴雪年際分布

通過普查1980—2010年的歷史資料，湘潭市共出現(xiàn)了17次全市性的暴雪天氣過程；而從暴雪的年際分布情況看，湘潭市暴雪日的年際分布不均（圖1），有階段性特征，平均2a 1次，最多的1989年、2003年出現(xiàn)了3次，1983、1984、1990、1994—1999、2004—2007年各出現(xiàn)1次，其余年份未出現(xiàn)暴雪。

2.2 暴雪月變化特征

從表1可以看出，湘潭全市暴雪出現(xiàn)的時間為12月—次年的3月份，主要集中在1月和2月，其中以1月為最多，發(fā)生了11次，占總數(shù)的58%，其次為2月，發(fā)生了4次，占總數(shù)的20%。

3 影響湘潭暴雪的天氣形勢特征

3.1 環(huán)流特征分析

對19個暴雪樣本的500hPa平均環(huán)流場（圖2a）分析，3個明顯的大槽分別位于亞洲東岸、北美東部以及歐洲東部，與之對應(yīng)的有3個平均脊，湘潭的暴雪過程是在阻塞形勢和亞洲中高緯度地區(qū)為緯向環(huán)流形勢下形成和維持的。主要的500hPa環(huán)流形勢有：緯向多波型、烏拉爾山阻高型、中亞阻塞型和二槽一脊型。特點(diǎn)是有二支鋒區(qū)存在，一支為北支鋒區(qū)，即N40°～50°緯向分布的中緯度鋒區(qū)，為江南提供了冷空氣來源；另一支為孟加拉灣至長江流域的南支鋒區(qū)。此外，500hPa鋒區(qū)落后地面鋒面較遠(yuǎn)，尤其是孟加拉灣低槽明顯加深，副高北擴(kuò)或穩(wěn)定控制我國東部沿海。

從500hPa環(huán)流場的距平來看，極渦偏心于西半球，中心區(qū)位勢高度較歷年平均明顯偏低（圖2b），烏拉爾山地區(qū)阻塞高壓的強(qiáng)度較歷年明顯偏強(qiáng)，與鄂海低壓相持，形成強(qiáng)氣壓梯度，是高緯度地區(qū)冷空氣南下的一個重要因素。

3.2 中低層天氣尺度系統(tǒng)特征

有研究[4-10]指出，大雪以上量級降雪多數(shù)與中低空急流有密切的聯(lián)系，即冷鋒與高空槽、中低層切變配合而產(chǎn)生大雪乃至暴雪。在湘潭冬季暴雪期間，850hPa切變線一般位于N27°～30°，降雪區(qū)域與切變線的位置有較好的對應(yīng)，主要位于冷式切變線以南1～3個緯距內(nèi)，或是暖式切變附近。在冬季暴雪過程中，西南急流強(qiáng)盛，最大風(fēng)速達(dá)16m/s以上，來自孟加拉灣或是南海北部的水汽通過強(qiáng)盛的西南氣流向北輸送，為本地提供了充足的水汽。

3.3 地面冷空氣

一次暴雪過程往往伴隨著強(qiáng)冷空氣的大舉南侵，在海平面氣壓場上（圖3），地面冷空氣從東路或北路入侵長江流域后，地面冷鋒逐漸轉(zhuǎn)為靜止鋒，冷高壓長軸由東-西向轉(zhuǎn)西北-東南向或南北向伸向黃淮一帶，或呈南北向伸向勃海一帶，高壓中心強(qiáng)度主要在1036～1065hPa之間，以出現(xiàn)高壓中心為1046～1050hPa為最多。并且地面冷鋒從N40°以北越過E120°南侵時，高原或西南地區(qū)常出現(xiàn)大范圍的負(fù)變壓，西南地區(qū)有倒槽發(fā)展，另外不斷有弱冷空氣分股南下補(bǔ)充影響。

4 暴雪的物理量特征

4.1 熱力結(jié)構(gòu)特征

從31a的暴雪過程的垂直溫度結(jié)構(gòu)平均分布（圖4a）可以看出，中低層存在明顯的逆溫層，且具有典型的冬季鋒面特征，在湘潭上空，逆溫層高度平均為925～700hPa，整層溫度均在0℃以下，而冬半年的平均垂直溫度結(jié)構(gòu)（圖4b）不存在逆溫現(xiàn)象。逆溫層的出現(xiàn)主要源于低層暖濕氣流沿地面層冷空氣墊爬升，中低層出現(xiàn)強(qiáng)烈幅合上升運(yùn)動而形成，且整層溫度均在0℃以下，這種形勢有利于強(qiáng)降雪的發(fā)生。