一次冷流降雪條件診斷和偏差分析

孫嘉駿 于芳健 郭佰匯 張治

作者簡(jiǎn)介：孫嘉駿（1989-），男，山東省魚(yú)臺(tái)縣，本科，工程師，研究方向：天氣預(yù)報(bào)。

摘 要： 利用micpas高空、地面觀測(cè)資料結(jié)合FNL再分析資料，分析2020年2月14日發(fā)朝陽(yáng)地區(qū)一次降雪天氣預(yù)報(bào)與實(shí)況產(chǎn)生偏差原因，對(duì)造成此次降雪偏弱的降雪氣象條件進(jìn)行診斷。結(jié)果表明：此次降雪是受蒙古冷高壓東移，中低層暖濕空氣沿低層冷墊爬升所致。低層冷墊較干，雪花凝結(jié)條件不利，偏南風(fēng)急流空?qǐng)?bào)和動(dòng)力抬升條件較差造成水汽水平和垂直輸送偏弱是導(dǎo)致此次降雪預(yù)報(bào)偏大的主要原因。

關(guān)鍵詞： 區(qū)域性暴雨;江淮氣旋;高低空急流

【中圖分類號(hào)】P426 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【DOI】10.12215/j.issn.1674-3733.2020.36.261

1 天氣實(shí)況

2月14日7時(shí)至16日8時(shí)，朝陽(yáng)大部分地區(qū)降小到中雪，局部大雪，最大降雪量在喀左縣中三家鄉(xiāng)（人工觀測(cè)）8.0mm。本次降雪于2019年2月14日夜間開(kāi)始，16日白天結(jié)束，降雪集中在中、西部地區(qū)。雖然降雪持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，但小時(shí)降雪量較小普遍在1mm以下，因此整個(gè)過(guò)程累積量不大。

2 天氣形勢(shì)分析

2月12～14日500hPa歐亞中高緯地區(qū)始終維持“兩槽一脊”形勢(shì)，影響這次降雪的低槽位于貝加爾湖以東。14日08時(shí)，低槽不斷加深逐漸形成閉合低渦、槽后高壓脊逐漸加強(qiáng)形成閉合高壓中心。槽后偏北氣流引導(dǎo)極地冷空氣注入槽區(qū)，低槽東移影響遼寧過(guò)程中仍不斷發(fā)展。同時(shí)西南渦北部倒槽逐漸向東北方延伸，朝陽(yáng)地區(qū)處于倒槽頂部，但距離風(fēng)場(chǎng)輻合區(qū)仍有一定距離。

14日8時(shí)（圖1），700hPa、850hPa低渦位于太行山以西，低渦前側(cè)西南急流建立，但隨著系統(tǒng)東移低渦強(qiáng)度減弱，急流風(fēng)速也迅速減小。低空急流能為強(qiáng)降水形成建立水汽輸送通道，急流風(fēng)速減弱造成降雪水汽供應(yīng)不足。

14日8時(shí)，朝陽(yáng)地區(qū)處于地面倒槽頂部，但距離水汽和能量輻合區(qū)距離較遠(yuǎn)，不利于降水形成。此外朝陽(yáng)地區(qū)處于蒙古冷高壓前側(cè)，受偏東風(fēng)影響，近低層形成冷墊，低空偏南氣流沿冷墊爬升產(chǎn)生強(qiáng)迫抬升作用形成降雪[1]。可見(jiàn)東移高空低槽和低空低渦、切變線是此次降雪產(chǎn)生的天氣系統(tǒng)，此外近地層冷墊抬升作用也是這次降雪產(chǎn)生的動(dòng)力條件之一。

3 預(yù)報(bào)偏差分析

2月13日下午預(yù)報(bào)全區(qū)暴雪，過(guò)程累計(jì)降雪量10-15mm，降雪時(shí)段為1402-1523。相比實(shí)況降雪預(yù)報(bào)開(kāi)始時(shí)間偏造，雪量偏大1-2個(gè)量級(jí)。

利用FNL再分析資料對(duì)EC12日20時(shí)起報(bào)的低空形勢(shì)場(chǎng)做對(duì)比檢驗(yàn)。結(jié)果顯示EC模式850hPa在朝陽(yáng)北部地區(qū)報(bào)出一條東西走向切變，這條切變線明顯空?qǐng)?bào)。而低渦前側(cè)暖切變，在切變曲率和風(fēng)速切變方面預(yù)報(bào)也明顯偏強(qiáng)。

700hPa低渦預(yù)報(bào)偏東，渦前急流風(fēng)速預(yù)報(bào)偏大，切變線預(yù)報(bào)同850hPa同樣有預(yù)報(bào)偏強(qiáng)，導(dǎo)致在預(yù)報(bào)過(guò)程中對(duì)這次降雪低空天氣系統(tǒng)產(chǎn)生錯(cuò)誤預(yù)估，使預(yù)報(bào)偏離實(shí)況較大。

從這次降雪天氣垂直剖面檢驗(yàn)看。EC預(yù)報(bào)中低層風(fēng)速切變較大，說(shuō)明對(duì)低層冷空氣預(yù)報(bào)強(qiáng)度較大[2]，導(dǎo)致較大垂直風(fēng)切變，而垂直速度也報(bào)到0.5Pa/s。相比FNL資料0.2-0.3Pa/s垂直速度預(yù)報(bào)偏大，西南風(fēng)風(fēng)速預(yù)報(bào)偏大。從濕度條件看，EC有較厚濕層，從900hPa到500hPa都在90%以上，而再分析資料只有700hPa-900hPa達(dá)90%以上。從高濕條件持續(xù)時(shí)間看，EC超過(guò)24小時(shí)，而FNL資料只有在14日白天濕度層結(jié)才處于較有利條件。此外從雪花凝結(jié)有利環(huán)境條件-18℃至-9℃層看，EC預(yù)報(bào)濕度在90%以上，而FNL只有60%-80%，而凝結(jié)層濕度條件又對(duì)雪花數(shù)密度和體積有著很大影響。EC模式對(duì)動(dòng)力、水汽、雪花凝結(jié)條件都產(chǎn)生偏高預(yù)報(bào)，導(dǎo)致降雪量過(guò)高估計(jì)。

從14日08時(shí)至15日08時(shí)850hPa、700hPa水汽通量散度場(chǎng)看，水汽輻合中心較偏南，位于渤海一帶，而隨著東北氣流不斷南壓，冷墊厚度不斷增加，水汽輻合中心也逐漸南壓遠(yuǎn)離朝陽(yáng)地區(qū)，導(dǎo)致降水后期水汽水平輸送供應(yīng)能力不足，這也與形勢(shì)場(chǎng)上低渦東移過(guò)程中西南氣流風(fēng)速減弱有一定對(duì)應(yīng)。

垂直方向上，降水前期低層可見(jiàn)明顯逆溫層。而降水早期由于冷墊剛開(kāi)始建立，低層水汽輻合區(qū)仍位于朝陽(yáng)南部，因此低層水汽含量充沛。但隨著系統(tǒng)發(fā)展，低渦切變線減弱，動(dòng)力抬升條件也較差，導(dǎo)致垂直動(dòng)力條件不足以沖破逆溫層結(jié)[3]，進(jìn)而低層水汽無(wú)法垂直輸送。隨著冷墊逐漸南壓，湍流交換作用再加上水汽輸送通道缺失，降雪后期低層水汽條件也開(kāi)始轉(zhuǎn)差[4]。因此水汽條件水平和垂直方向上的輸送都有一定抑制，因而導(dǎo)致這次降雪未達(dá)到最初預(yù)估。

4 結(jié)論

降雪成因：500hPa高空槽東移加強(qiáng)形成低渦，地面蒙古冷高壓穩(wěn)定少動(dòng)，近地層?xùn)|北氣流在朝陽(yáng)地區(qū)形成冷墊，850hPa、700hPa低渦前側(cè)暖濕氣流沿冷墊爬升，配合低空切變線抬升和700hPa西南急流能量激發(fā)作用產(chǎn)生這次降雪天氣過(guò)程。

模式預(yù)報(bào)對(duì)于動(dòng)力抬升和水汽條件預(yù)報(bào)偏東偏強(qiáng)，北側(cè)橫切變的空?qǐng)?bào)造成預(yù)報(bào)降水出現(xiàn)時(shí)間提前于實(shí)況，同時(shí)對(duì)過(guò)程總量預(yù)報(bào)也造成偏差。降雪期間，冷墊較干，且中低層水汽輸送能力一般。逆溫層存在、低層動(dòng)力抬升不足使低層水汽無(wú)法對(duì)降雪產(chǎn)生增幅。-18--9℃層飽和程度不夠，對(duì)雪花密度和大小均有影響。以上因素共同造成這次降雪過(guò)程預(yù)報(bào)與實(shí)況產(chǎn)生偏差。

參考文獻(xiàn)

[1] 朱乾根，林錦瑞，壽紹文，等.天氣學(xué)原理和方法[M].北京：氣象出版社，2000.

[2] 孫欣，陳力強(qiáng).響天氣預(yù)報(bào)技術(shù)[M].沈陽(yáng)：遼寧科學(xué)技術(shù)出版社，2016.

[3] 孫殿光，黃本峰，薛龔波，等.山東半島三次冷流暴雪氣流結(jié)構(gòu)差異性分析[J].高原氣象，2016（3）.

[4] 丁一匯，等.高等天氣學(xué)（第二版）[M].北京：氣象出版社，2016.