張家口壩上地區(qū)雨雪轉(zhuǎn)換天氣形勢(shì)分析

黃若男 石文伯

摘要 張家口地區(qū)由于其特殊的地理位置及地形特征，在春、秋過渡季節(jié)中極易發(fā)生降水相態(tài)轉(zhuǎn)變的過程，對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的危害是不容忽視的。而降水相態(tài)的轉(zhuǎn)變是日常預(yù)報(bào)工作中的難點(diǎn)。利用常規(guī)氣象觀測(cè)資料對(duì)2017年10月及2019年3月發(fā)生的兩次雨轉(zhuǎn)雪過程進(jìn)行簡(jiǎn)單分析，降水前期低層受暖脊控制，降水以雨開始，東移冷空氣在我國(guó)東北地區(qū)由于山脈的阻擋，回流到本地，造成低層冷墊，為降水相態(tài)轉(zhuǎn)變提供基礎(chǔ)條件，再配合冷空氣主體的南下，使降水相態(tài)最終發(fā)生轉(zhuǎn)變;壩上地區(qū)由于特殊的地理?xiàng)l件，冷空氣影響后氣溫下降顯著，更易發(fā)生降水相態(tài)的轉(zhuǎn)換。

關(guān)鍵詞 雨轉(zhuǎn)雪;回流;壩上

中圖分類號(hào)：P458 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-3305（2020）04-0-03

DOI：10.19383/j.cnki.nyzhyj.2020.04.032

張家口地區(qū)在地理及地形方面均有特殊性：地理位置南北跨度大，北端的康?？h和南端的蔚縣氣候差異顯著;地形方面，張家口位于蒙古高原向華北平原的過渡帶，地勢(shì)西北高、東南低：壩上屬于高原地區(qū)，地勢(shì)平坦但海拔高;壩頭、壩下地形極為復(fù)雜，山脈、盆地、河谷等交錯(cuò)分布。所以一次降水過程中南北降水量、降水性質(zhì)的差異較大。春、秋季節(jié)，冷暖空氣在本區(qū)域內(nèi)活動(dòng)頻繁，冷暖空氣交匯常常會(huì)帶來降水，如果前期較暖而后期有冷空氣入侵，則往往會(huì)帶來雨轉(zhuǎn)雨夾雪、雨轉(zhuǎn)雪的復(fù)雜天氣，降水相態(tài)轉(zhuǎn)換是否會(huì)出現(xiàn)是我們預(yù)報(bào)過渡季節(jié)降水過程中的重點(diǎn)和難點(diǎn)。很多專家學(xué)者對(duì)降水相態(tài)轉(zhuǎn)換均有研究，通常認(rèn)為低層有冷空氣入侵是相態(tài)轉(zhuǎn)變的重要原因，0℃層高度的明顯下降預(yù)示著降水相態(tài)的轉(zhuǎn)變[1-2]。河北省的雨雪轉(zhuǎn)換指標(biāo)指出：當(dāng)1 000 hPa溫度低于2℃時(shí)，降水相態(tài)為雪，在2℃—4℃之間可能是雨或雨夾雪;當(dāng)925 hPa溫度低于-2℃時(shí)，降水相態(tài)為雪，在0℃～2℃之間可能是雨或雨夾雪。本地預(yù)報(bào)員通常依據(jù)850 hPa的溫度及地面氣溫來判定是否存在雨雪轉(zhuǎn)換，一般認(rèn)為當(dāng)850 hPa溫度低于—4 ℃，地面溫度在0℃左右將會(huì)出現(xiàn)雨雪轉(zhuǎn)化，在本地復(fù)雜地形背景下，這種大概的雨雪轉(zhuǎn)換指標(biāo)在具體指導(dǎo)各區(qū)縣工作時(shí)是不夠細(xì)致的，通過進(jìn)一步分析，希望可以對(duì)雨雪轉(zhuǎn)換天氣的具體形勢(shì)有更好的了解，同時(shí)總結(jié)出壩上地區(qū)雨雪轉(zhuǎn)換指標(biāo)。

1 資料與方法

主要采用天氣學(xué)分析方法對(duì)2017年10月8—10日及2019年4月23—25日兩次降水相態(tài)轉(zhuǎn)換過程進(jìn)行分析。分析所用資料包括：常規(guī)地面和高空觀測(cè)資料及探空資料，張家口區(qū)域國(guó)家站和區(qū)域站降水資料，國(guó)家站1 h氣溫資料。

2 天氣實(shí)況及環(huán)流形勢(shì)分析

2.1 降水實(shí)況

2017年10月8—10日的過程雨量為中到大雨，局部降水量達(dá)到暴雨量級(jí)，最大降水量80.0 mm，主降水區(qū)域集中在中南部地區(qū)（圖1a）。2019年4月23日—25日的過程雨量為中到大雨，個(gè)別站點(diǎn)暴雨，最大降水量64.4 mm（圖1b）。在兩次降水過程中，壩上地區(qū)均出現(xiàn)了降水相態(tài)的轉(zhuǎn)換，而壩下地區(qū)降水相態(tài)始終為雨。此外，兩次過程的一個(gè)共同點(diǎn)為降水主要分為兩個(gè)階段，第一階段為暖區(qū)低層切變觸發(fā)的對(duì)流性降水;第二階段為系統(tǒng)過境帶來的降水，為主降水階段，降水相態(tài)的轉(zhuǎn)化出現(xiàn)在此階段。

2.2 環(huán)流形勢(shì)對(duì)比分析

兩次過程發(fā)生時(shí)間不同，2017年過程出現(xiàn)在秋季，2019年過程則出現(xiàn)在春季，這兩個(gè)季節(jié)對(duì)本地來說都是冷暖空氣活動(dòng)頻繁且勢(shì)力相當(dāng)?shù)募竟?jié)，極易出現(xiàn)降水相態(tài)的轉(zhuǎn)換。

圖2為兩次過程中500 hPa環(huán)流形勢(shì)圖。2017年過程中（圖2a1～a2），在新疆北部有一低渦，低渦西側(cè)的橫槽旋轉(zhuǎn)東移，是此次降水過程的主要冷空氣來源;另外，副熱帶高壓位于河北省的南部，外圍的水汽輸送為降水創(chuàng)造了有利的條件;隨著冷空氣東移，副高開始南撤，同時(shí)有完整的西南氣流的建立，西南風(fēng)強(qiáng)盛，也是有利的水汽條件。2019年過程中（圖2b1～b2），歐亞中高緯地區(qū)為多波動(dòng)緯向環(huán)流形勢(shì)，貝湖以東有一槽，槽后有脊向東北方向發(fā)展，脊前偏北氣流引導(dǎo)冷空氣在槽內(nèi)堆積，之后在黑龍江省東北形成閉合低渦，小槽東移發(fā)展成為較為深厚的槽，移動(dòng)緩慢，說明此時(shí)在東北地區(qū)有冷空氣的堆積;較為平直的西風(fēng)環(huán)流中，不斷有小槽東移，是造成兩個(gè)階段降水的主要高空影響系統(tǒng)。

圖3為850 hPa環(huán)流形勢(shì)圖，通過分析低層環(huán)流形勢(shì)，可以看到兩次過程有很多相似點(diǎn)：（1）降水開始前，低層受暖脊的控制，使得前期溫度相對(duì)較高，降水以雨開始。（2）前期有冷空氣東移在東北堆積，貝湖附近有高壓存在，其東南側(cè)向渤海灣延伸，降水開始后，沿高壓外圍，低層有東北回流冷空氣影響到本地，使得低層溫度下降，為降水的相態(tài)轉(zhuǎn)化提供了冷的下墊面。（3）高壓外圍向東南延伸，一部分回流冷空氣經(jīng)過渤海灣以東南風(fēng)的形勢(shì)到達(dá)本地，與回流的東北冷空氣形成明顯的切變，提供了低層的動(dòng)力條件。另外，東南氣流也將渤海灣的水汽帶到本地，所以在兩次降水過程中中南部的降水量級(jí)較大，均有暴雨站的出現(xiàn)。（4）兩次過程中均有鋒區(qū)南壓，代表有冷空氣的入侵，也是降水相態(tài)轉(zhuǎn)變的重要因素。

從海平面氣壓場(chǎng)上分析也可以印證之前的結(jié)論，降水前期為暖區(qū)性質(zhì)的降水，隨著主降水的開始，鋒區(qū)南壓，將冷空氣引導(dǎo)南下，使得氣溫下降，降水相態(tài)發(fā)生轉(zhuǎn)變。

3 雨雪轉(zhuǎn)換相關(guān)問題分析

在兩次過渡季節(jié)降水過程中，壩上地區(qū)均出現(xiàn)了雨轉(zhuǎn)雪的過程，而壩下地區(qū)的降水性質(zhì)始終為雨。以下具體分析兩次過程中相態(tài)轉(zhuǎn)換的有利條件及不利條件。

3.1 850 hPa溫度分析

通過對(duì)850 hPa風(fēng)場(chǎng)以及溫度場(chǎng)的分析可以看出，兩次過程中低層存在明顯的東北風(fēng)冷回流，冷回流空氣對(duì)本地低層降溫有明顯的作用，固態(tài)降水在降落過程中，先前在相對(duì)暖的低層逐漸融化為液態(tài)，隨著溫度下降，低層的融化作用減弱，降落到地面的雨也逐漸轉(zhuǎn)為雪，此外偏東風(fēng)有利于將濕潤(rùn)的渤海灣空氣輸送到本地。對(duì)于壩上地區(qū)而言，平均海拔高度接近850 hPa高度，本身溫度較壩下地區(qū)低，回流冷空氣首先影響到壩上地區(qū)，有利于壩上地區(qū)近地層氣溫發(fā)生明顯的下降，但是對(duì)于壩下地區(qū)而言，回流冷空氣的強(qiáng)度顯然還不能直接使近地層的溫度有顯著的下降（圖4）。

3.2 氣溫分析

壩上的降溫幅度遠(yuǎn)大于壩下地區(qū)：2017年過程中，康保從10月9日開始2 m氣溫逐漸降到0℃左右，有利于降水相態(tài)的轉(zhuǎn)換，而壩下地區(qū)氣溫下降緩慢，加之前期氣溫高，氣溫始終沒有降到較低的狀態(tài)，降水相態(tài)未發(fā)生轉(zhuǎn)變;2019年的過程也有相同的結(jié)論，此外2019年的過程還說明壩上的基礎(chǔ)溫度低于壩下，冷空氣來臨后溫度更易接近雨雪轉(zhuǎn)換的溫度（圖5，康保代表壩上，張家口代表壩下）。

3.3 探空分析

從張家口站的探空?qǐng)D分析，2017年降水開始后0℃層高度有明顯的下降，但是，前期低層溫度變化近似于干絕熱，從850 hPa到地面升溫很明顯，有利于固態(tài)降水下落過程中的融化，而當(dāng)后期0℃層高度明顯下降時(shí)，降水已趨于結(jié)束。此外，700 hPa始終是偏南風(fēng)，有暖平流。2019年整個(gè)降水過程中，低層溫度雖有顯著下降，但始終保持在0℃之上。兩次過程中，探空?qǐng)D均顯示濕層深厚，對(duì)應(yīng)了壩下雨量較大的實(shí)況，在較強(qiáng)的降水過程中有潛熱釋放的作用，加熱周圍大氣，不利于低層溫度的下降（圖6）。

3.4 壩上雨雪轉(zhuǎn)換指標(biāo)

通過對(duì)兩次過程中所有降水相態(tài)發(fā)生轉(zhuǎn)變的站進(jìn)行分析，得到一個(gè)大概的壩上地區(qū)雨轉(zhuǎn)雪的標(biāo)準(zhǔn)，即850 hPa溫度在2℃附近并逐漸下降，氣溫在2℃以下，將有可能出現(xiàn)雨轉(zhuǎn)雨夾雪，當(dāng)850 hPa溫度在-1℃左右，氣溫在0 ℃，降水將會(huì)變?yōu)榧冄?/p>

4 結(jié)論

（1）從高空形勢(shì)看，秋季過程比春季過程的冷空氣勢(shì)力要強(qiáng)，秋季過程是大槽大脊活動(dòng)帶來的降水，而春季過程是緯向環(huán)流中的弱波動(dòng)帶來的降水;但從低層的形勢(shì)看，兩次降水相態(tài)轉(zhuǎn)變過程有很多相似之處。首先，前期受暖脊控制，溫度較高;其次，一個(gè)非常重要的條件是回流冷空氣，在使低層溫度降下來的同時(shí)也提供了水汽條件，這也是壩下均有暴雨站點(diǎn)出現(xiàn)的一個(gè)重要原因;最后，均有鋒區(qū)南壓，也是降水相態(tài)轉(zhuǎn)變的重要條件。

（2）壩上地區(qū)海拔高，高度在850 hPa附近，基礎(chǔ)溫度低;降水開始后，回流東北風(fēng)提供了冷墊，使得低層溫度下降，之后又有鋒前近地面弱冷空氣向南滲透，所以溫度有明顯的下降，出現(xiàn)雨向雪的轉(zhuǎn)換。

（3）兩次過程中壩下低層的溫度始終沒有降下來，所以沒能實(shí)現(xiàn)雨轉(zhuǎn)雪，原因有：壩下基礎(chǔ)溫度高;回流冷空氣對(duì)壩下低層降溫貢獻(xiàn)小;暖空氣勢(shì)力較強(qiáng)，鋒面南壓緩慢;較大降水過程釋放潛熱加熱周圍大氣。

（4）對(duì)于兩次過程，預(yù)報(bào)的是全區(qū)范圍的雨轉(zhuǎn)雪過程，但與實(shí)況偏差較大，通過對(duì)兩次過程中相關(guān)要素分析，對(duì)本地壩上的雨雪轉(zhuǎn)換指標(biāo)進(jìn)行了細(xì)化，即850 hPa溫度在2℃附近并逐漸下降，氣溫在2℃以下，將有可能出現(xiàn)雨轉(zhuǎn)雨夾雪，當(dāng)850 hPa溫度在-1℃左右，氣溫在0℃，降水將會(huì)變?yōu)榧冄?。由于兩次過程中壩下地區(qū)沒有出現(xiàn)降水相態(tài)的轉(zhuǎn)變，所以還不能總結(jié)出壩下雨雪轉(zhuǎn)換的指標(biāo)，在今后的工作中，需要總結(jié)更多的相態(tài)轉(zhuǎn)換個(gè)例，通過對(duì)比分析，完善本地降水相態(tài)轉(zhuǎn)換的預(yù)報(bào)體系。

參考文獻(xiàn)

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責(zé)任編輯：黃艷飛