2020年1月4到7日極端性雨雪天氣過程分析

張珍，張夢彤，宋自福

（焦作市氣象局，河南 焦作 454003）

1 降水實(shí)況

4到7日焦作市出現(xiàn)一次較強(qiáng)雨雪天氣過程，據(jù)極端氣候事件監(jiān)測顯示，7個(gè)國家氣象觀測站過程降水量在35.9～49mm之間，均突破建站以來1月份總降水量歷史極值。此次雨雪過程具有持續(xù)時(shí)間長、降水相態(tài)復(fù)雜的特點(diǎn)：降水于4日夜里開始自西向東相繼展開，有兩個(gè)集中時(shí)段（圖1），4到5日為中到大雨轉(zhuǎn)雨夾雪，6日夜里到7日為中雨夾雪（或雨轉(zhuǎn)雪或雪），7日下午全市降水逐漸結(jié)束，過程積雪較少（0～2cm）。

2 環(huán)流形勢及影響系統(tǒng)

4到5日（圖2）：500hPa亞歐中高緯呈兩槽一脊型，我國中東部大部處于弱的高壓脊控制下，南支槽位于90°E附近并不斷加強(qiáng)，槽前的寬廣的西南氣流有利于孟加拉灣和南海的暖濕空氣向河南輸送，與北方不穩(wěn)定小槽引導(dǎo)南下的冷空氣交匯，造成了強(qiáng)雨雪天氣。

700hPa前期在四川東部到重慶形成一暖式切變線，其南側(cè)建立了西南風(fēng)急流，4日20時(shí)切變線北抬至甘肅南部到河南中部，西南急流伸至我省，河南西南部、南部開始出現(xiàn)降水，5日08時(shí)切變線發(fā)展北抬至沿黃地區(qū)，西南急流亦加強(qiáng)，焦作處在切變線附近、西南急流出口區(qū)左側(cè)，充沛的水汽輸送及有利的輻合上升運(yùn)動(dòng)使得降水迅速發(fā)展達(dá)到最強(qiáng)階段，切變線、低空急流是強(qiáng)降水的主要影響系統(tǒng)。850hPa暖切變線4日20時(shí)位于長江流域，5日08時(shí)發(fā)展北抬至江淮之間，其北側(cè)有一支風(fēng)速達(dá)10～12m·s-1的東南風(fēng)氣流將東部海上水汽向河南輸送。

6到7日（圖3）：500hPa新地島附近極渦緩慢東移，促使烏拉爾山附近的小脊加強(qiáng)并東移，脊前不穩(wěn)定小槽引導(dǎo)冷空氣補(bǔ)充南下影響河南，6日20時(shí)南支槽東移至陜西南部到四川東部一帶，700hPa隨著北方冷空氣南下，之前的暖切變減弱消失，我市轉(zhuǎn)受冷式切變線控制，850hPa及以下出現(xiàn)較強(qiáng)東北風(fēng)氣流，鄭州站溫度降至-4℃，冷墊條件較增強(qiáng)，有利于降雪發(fā)展。7日08時(shí)500hPa低槽移至110°E附近，700hPa切變線南壓至河南東南部，鄭州站轉(zhuǎn)為偏北風(fēng)控制，水汽條件減弱，降雪逐漸減弱結(jié)束。

3 成因分析

3.1 水汽條件分析

5日08時(shí)，南支槽略有東移，500hPa東移的高原槽與南支槽同位相疊加，中低緯度環(huán)流經(jīng)向度有所增大，河南位于南支槽前強(qiáng)西南氣流中，西南風(fēng)最大值達(dá)30m·s-1，700hPa低空急流中心強(qiáng)度達(dá)24m·s-1，如此強(qiáng)盛的西南氣流，在隆冬季節(jié)是比較少見的，鄭州站偏南風(fēng)加大為14m·s-1，西南急流的加強(qiáng)使得孟加拉灣和南海的水汽被源源不斷地輸送到河南，水汽供應(yīng)充足，如圖4，急流出口正好在我省沿黃地區(qū)，使水汽能夠在這里堆積輻合，另外在850hPa及以下焦作一直處于偏東到東南氣流里，東部海上水汽也通過低層不斷被輸送到降水區(qū)，為強(qiáng)降水的產(chǎn)生提供了又一個(gè)水汽來源。河南上空比濕達(dá)4～6g·kg-1，探空顯示500hPa及以下河南大部地區(qū)處在T-Td=0的水汽飽和區(qū)。

6到7日降水水汽主要由700hPa西南氣流提供（圖略），但急流位置偏南，主要影響黃河以南地區(qū)，鄭州站西南風(fēng)較4到5日減小，850hPa以下為東北風(fēng)水汽向南輸送較弱。相較4到5日降水，雖然低層冷墊條件加強(qiáng)，但暖濕氣流較弱且持續(xù)時(shí)間短，因而降水強(qiáng)度有所減弱。

3.2 動(dòng)力條件分析

4到5日：700hPa暖切變和西南風(fēng)急流發(fā)展不僅為這次強(qiáng)降雨過程提供了充沛的水汽和能量，而且增強(qiáng)了輻合。如圖5日05時(shí)700hPa沿黃地區(qū)有一中心值為-13×10-5s-1的輻合區(qū)，而400hPa豫西北處在中心值為21×10-5s-1的輻散區(qū)內(nèi)，高低層散度差值較大有利于垂直運(yùn)動(dòng)的發(fā)展，相應(yīng)的550hPa附近出現(xiàn)中心值達(dá)-1.7Pa·s-1強(qiáng)上升運(yùn)動(dòng)區(qū)，此時(shí)地面降水也達(dá)到最強(qiáng)。可見，天氣尺度系統(tǒng)發(fā)展及高、低空散度場的有利配合為強(qiáng)降水提供了有利的動(dòng)力條件。

6到7日我市受冷式切變線影響（圖略），切變線兩側(cè)風(fēng)速較小，西南風(fēng)急流南壓至江淮以南地區(qū)。鄭州站為西南風(fēng)3m·s-1，南陽站為西南風(fēng)12m·s-1，阜陽站為西南風(fēng)24m·s-1，我市處在風(fēng)速輻合及切變區(qū)中，有利于上升運(yùn)動(dòng)加強(qiáng)，850hPa及以下出現(xiàn)較強(qiáng)東北風(fēng)，抬升條件增強(qiáng)為降雪發(fā)展提供有利的動(dòng)力條件。

3.3 不穩(wěn)定條件

前期我國中東部大部處于弱的高壓脊控制下，冷空氣勢力較弱，我市氣溫較常年同期偏高，分析4日20時(shí)鄭州站探空資料發(fā)現(xiàn)700～850hPa之間存在一逆溫層，逆溫層下部略暖濕、上部干暖的垂直結(jié)構(gòu)表明該過程中具有一定不穩(wěn)定能量積累（圖6）。并且發(fā)現(xiàn)4日20時(shí)（強(qiáng)降水發(fā)生前），河南上空等露點(diǎn)線密集，焦作位于露點(diǎn)鋒區(qū)密集帶的北側(cè)（不穩(wěn)定能量的爆發(fā)區(qū)），同時(shí)700hPa以下各層有冷空氣入侵，反映在地面圖上河南等壓線變密集，有東路冷空氣擴(kuò)散影響，這種冷空氣入侵有利于促進(jìn)露點(diǎn)鋒區(qū)對流擾動(dòng)的發(fā)展，有利于降水增強(qiáng)。

6 日 20時(shí)鄭州站探空圖（圖略），700hPa為風(fēng)速3m·s-1的弱西南氣流，暖濕氣流輸送弱，850hPa以下為東北風(fēng)，溫度平流以冷平流為主，低層冷濕、中層略暖濕的溫濕垂直結(jié)構(gòu)表明這一階段為穩(wěn)定性降水。

3.4 熱力條件分析

4到7日先后有兩次冷空氣影響我市（圖7），4日下午開始第一股冷空氣（東路）開始擴(kuò)散影響焦作地區(qū)，地面轉(zhuǎn)為偏東、東北風(fēng)（風(fēng)力較大），氣溫驟降。以降水量最大的孟州為例（圖8），在冷空氣影響之前，孟州4日14時(shí)氣溫為9.8℃，至5日14時(shí)降至1.2℃。第一股強(qiáng)冷空氣造成降溫幅度大，是雨雪產(chǎn)生的有利條件。6日白天，焦作地區(qū)短時(shí)轉(zhuǎn)為弱西南風(fēng)，氣溫略有回升，孟州14時(shí)氣溫回升至3.5℃。隨著高空槽東移，第二股冷空氣（中路）活動(dòng)開始，由于太行山地形作用風(fēng)力較弱，氣溫再次下降，孟州7日02時(shí)氣溫降至0.2℃，降水演變?yōu)橐杂陫A雪（雪）為主。底層冷墊加強(qiáng)，是降水相態(tài)轉(zhuǎn)變的主要原因。

分析鄭州站探空資料發(fā)現(xiàn)（圖略），顯示過程開始前4日20時(shí)700hPa溫度為1℃、850hPa2℃、925hPa3℃，故降水開始以雨為主，5日08時(shí)850hPa溫度降為-2℃，925hPa降為-1℃，接近于降雪閾值，低層冷墊形成，我市轉(zhuǎn)為雨和雨夾雪的混合性降水，一直到6日20時(shí)700hPa均為暖平流，850hPa隨著冷平流加強(qiáng)溫度進(jìn)一步下降，降至-4℃，低層冷墊加強(qiáng)，我市降雪開始發(fā)展。

4 極端性簡要分析

對比了4到7日雨雪過程和近些年隆冬季節(jié)（1～2月）焦作發(fā)生的5次大雪、暴雪過程的溫度、水汽和垂直運(yùn)動(dòng)情況，發(fā)現(xiàn)過程中850hPa和地面2m溫度（最有利值）均較這5次過程平均值顯著偏高，因此過程以降雨開始，逐漸轉(zhuǎn)為雨、雨夾雪和雪的混合相態(tài)，積雪較少。從水汽條件來看，對比了700hPa、850hPa水汽通量（最有利值），發(fā)現(xiàn)第一個(gè)集中時(shí)段（4到5日），水汽通量相較于5次過程平均值偏強(qiáng)了約1倍左右，垂直上升運(yùn)動(dòng)也屬于偏強(qiáng)。隨著南支槽東移、冷空氣補(bǔ)充南下，出現(xiàn)第二個(gè)降水集中時(shí)段，有利于累積降水量增大。

5 結(jié)語

綜合上述，南支槽前強(qiáng)盛的西南氣流，與分股南下冷空氣交匯是這次持續(xù)雨雪天氣過程發(fā)生的有利大尺度環(huán)流背景；低空西南風(fēng)急流為強(qiáng)降水提供了充沛的水汽、不穩(wěn)定能量條件；切變線和急流左前方輻合作用及高、低空散度場的有利配合為強(qiáng)降水提供了較好的動(dòng)力條件；低層冷空氣入侵有利于促進(jìn)露點(diǎn)鋒區(qū)擾動(dòng)發(fā)展，垂直上升運(yùn)動(dòng)增強(qiáng)，降水增強(qiáng)。過程持續(xù)時(shí)間長（共3天），出現(xiàn)兩個(gè)較強(qiáng)集中時(shí)段。以上因素綜合作用導(dǎo)致了此次焦作極端性雨雪天氣的發(fā)生。