九江市柴桑區(qū)一次雨雪冰凍天氣過程分析

何靈芬 徐琳安

（江西省九江市柴桑區(qū)氣象局，江西 九江 332100）

引言

九江市位于江西省最北面，地處中亞熱帶向北亞熱帶過渡的濕潤(rùn)季風(fēng)氣候，冬季冷空氣影響頻繁，冬季受寒潮災(zāi)害性天氣影響多。根據(jù)不同的影響大氣環(huán)流機(jī)制，寒潮天氣過程的雨雪降水相態(tài)和量級(jí)截然不同。對(duì)于此類降水相態(tài)預(yù)報(bào),也有很多經(jīng)驗(yàn)，朱乾根等根據(jù)不同的地理環(huán)境、地形地貌和氣候條件分析表明，我國(guó)雨凇最多的地區(qū)是貴州省，其次是江西省、湖南省等地。江西的國(guó)家首席預(yù)報(bào)員許愛華等專家研究表明，在江西凍雨頻發(fā)地帶以鄱陽湖以南沿?fù)岷恿饔蛑邻M中一帶為主。曾明劍等研究認(rèn)為, 700hpa逆溫區(qū)大于0℃的暖層有利于出現(xiàn)凍雨，凍雨高空大氣結(jié)構(gòu)為冰晶層、中空融化層、低空凍結(jié)層的溫度垂直結(jié)構(gòu)，這都給預(yù)報(bào)員分析凍雨相態(tài)的預(yù)報(bào)提供有效的經(jīng)驗(yàn)。關(guān)于降雪地理分界線，孫燕等認(rèn)為華東地區(qū)的雨、雪地理分界線在北緯29°、東經(jīng)120°附近。陳紅專等在分析暴雪天氣成因指出中低層700hpa的西南急流為暴雪的產(chǎn)生提供了充足的水汽條件，也為暴雪產(chǎn)生提供了足夠的動(dòng)力條件。鄭婧等研究認(rèn)為，降雪量的大小與西南暖濕氣流的強(qiáng)度有關(guān)，中低層接近或低于0℃的氣層越厚，對(duì)出現(xiàn)暴雪更有利。九江市柴桑區(qū)（29.37°N、115.54°E）地理位置處在雨、雪地理分界線附近，又是凍雨多發(fā)的地帶，這造就了本地冬季降水相態(tài)比較復(fù)雜多變，對(duì)降雨的相態(tài)的預(yù)報(bào)增加難度。本文利用地面觀測(cè)氣象資料和華東區(qū)域模式資料，從天氣實(shí)況、環(huán)流形勢(shì)、垂直熱力結(jié)等方面對(duì)這次發(fā)生在九江地區(qū)雨雪凍雨天氣過程進(jìn)行分析,為今后降水相態(tài)的預(yù)報(bào)提供參考依據(jù)。

1.實(shí)況分析

2018年1月25-28日九江市出現(xiàn)凍雨、暴雪、低溫、大風(fēng)天氣過程，25-28日降水相態(tài)過程主要分為3個(gè)階段。第一階段為凍雨，第二個(gè)階段為混合降水過程，第三個(gè)階段轉(zhuǎn)純雪的過程。第一階段從24日夜間開始到25日白天，受強(qiáng)冷空氣和西南氣流影響，九江市柴桑區(qū)出現(xiàn)凍雨，凍雨的成因主要是24日夜間開始 700-850hPa西南風(fēng)急流的建立帶來暖濕氣流有利中低層逆溫層結(jié)的形成，形成凍雨的關(guān)鍵原因；第二個(gè)階段是凍雨和濕雪同時(shí)下降的過程主要是25日白天，因中低層西南急流減弱，九江市中低層逆溫層結(jié)被破壞，出現(xiàn)混合降水。25日夜間開始由混合降水轉(zhuǎn)換純雪的過程，25日20時(shí)大風(fēng)速區(qū)逐漸南移，范圍開始也減小，切變線南壓，溫度鋒區(qū)也南移，此時(shí)九江由凍雨開始轉(zhuǎn)為降雪；第三階段從26日開始降純雪，主要出現(xiàn)強(qiáng)的降雪時(shí)段為27日白天，27日白天中低層西南急流又出現(xiàn)脈動(dòng)，九江北部中低層溫度在0到-2度附近，九江市降水相態(tài)出現(xiàn)差異，柴桑區(qū)以純雪為主，降雪量達(dá)到16.9，達(dá)到暴雪的量級(jí)。28日西南氣流維持有所減弱，降雪量有所下降。

表1 2018年1月24—28日九江市柴桑區(qū)雨雪冰凍轉(zhuǎn)換過程

1月25日20時(shí)～28日20時(shí),全市出現(xiàn)中雪、局部大到暴雪，九江北部積雪較厚，南部和西部、東部積雪較淺，以柴桑區(qū)10cm雪深為最大，廬山風(fēng)景區(qū)8cm次之；電纜積冰呈現(xiàn)南薄北厚，西薄東厚，以彭澤縣為最厚55mm，廬山風(fēng)景區(qū)52 mm次之;此次過程并出現(xiàn)了偏北陣風(fēng)最大8級(jí)，最低氣溫零下2℃（廬山風(fēng)景區(qū)零下9℃）。其中25日白天全市出現(xiàn)了小雨、凍雨，26日小到中雪（含凍雨）、廬山風(fēng)景區(qū)大雪，27日中雪（含凍雨）、部分暴雪，28日中雪、局部大到暴雪。由于27日柴桑區(qū)降純雪量為16.9mm，雪深為全市最大，29日天氣開始轉(zhuǎn)晴，天氣晴朗4天后積雪在2月3日消失。

2.天氣環(huán)流背景特征分析

2.1 高空環(huán)流形勢(shì)

如圖1，1月24日500hpa高緯度地區(qū)為兩槽一脊形勢(shì)，24日8時(shí)500hpa高空?qǐng)D分析貝加爾湖冷空中心強(qiáng)盛，冷空氣源地偏北，歐亞的中高緯度地區(qū)貝加爾湖以西附近出現(xiàn)阻塞高壓，橫槽位于我國(guó)內(nèi)蒙古北部地區(qū)，從歐洲—大西洋來的強(qiáng)烈暖西風(fēng)氣流，分為南北兩支，北支北上高緯度地區(qū)極區(qū)下，從東面南下，引導(dǎo)強(qiáng)冷空氣主體南下進(jìn)入我國(guó)，南支則為中層和低層地提供暖濕氣流，在低緯度地區(qū)有較密集鋒區(qū)，和南下的地面冷空氣在江淮和長(zhǎng)江中下游地區(qū)交匯，九江市處在冷暖空氣交匯帶的南緣，南支槽穩(wěn)定在90°E附近，九江市 25-28日500 hpa九江地區(qū)高空一直處于西風(fēng)急流中， 25日晚上西南風(fēng)氣流短波槽東移影響九江市，26日轉(zhuǎn)為平直的西風(fēng)，27日又轉(zhuǎn)為西南風(fēng)，又有短波槽活動(dòng)影響九江市，兩次的短波槽東移攜帶冷空氣南下，促使九江地區(qū)由凍雨向純雪的轉(zhuǎn)變。

圖1 2018年1月24日08時(shí)（a）、1月25日08時(shí)（b）、1月26日20時(shí)（c）、1月28日02時(shí)（d）500hpa風(fēng)場(chǎng)分布

如圖2，25-28日700hpa西南氣流強(qiáng)盛，西南急流的大風(fēng)速軸區(qū)先開始東移并減弱，然后又再增強(qiáng)東移后減弱消失。25日08時(shí)九江地區(qū)處于西南急流軸上，西南風(fēng)達(dá)到22m/s，26日08時(shí)西南氣流有所減弱，27日又形成西南急流軸，西南風(fēng)達(dá)到30 m/s，28日西南氣流維持有所減弱，25-28日九江柴桑區(qū)700hpa維持16m/s以上的西南急流，有急流軸的脈動(dòng)。 850hpa東北西南向的切變線位于湘鄂贛三省交界處，位置比較偏北， 25-26日九江市柴桑區(qū)850hpa由西南風(fēng)轉(zhuǎn)為偏東風(fēng)，風(fēng)力減弱，27日風(fēng)力加大又轉(zhuǎn)為西南風(fēng)，28日轉(zhuǎn)為偏北風(fēng)。700hPa西南風(fēng)急流處使大氣不斷地輻合上升，同時(shí)西南急流的建立帶來暖濕氣流有利中低層逆溫層結(jié)的形成，使得700hPa周圍附近的大氣溫度上升形成融化層，是產(chǎn)生凍雨的關(guān)鍵原因，而中底層的切變線輻合是此次暴雪冰凍天氣的動(dòng)力條件之一。

圖2 2018年1月25-28日08時(shí)700 hpa風(fēng)場(chǎng)和相對(duì)濕度場(chǎng)

2.2 地面冷高壓勢(shì)力強(qiáng)

1月25日08時(shí)在貝加爾湖西冷高壓強(qiáng)度為1048hPa，九江地區(qū)冷高為1023 hPa ，27日08時(shí)已加強(qiáng)到1055hPa，九江地區(qū)為1027 hPa。地面倒槽引導(dǎo)冷空氣南下，導(dǎo)致我國(guó)大部降雪降溫。1月23日柴桑區(qū)國(guó)家站平均氣溫7.0℃，降至平均氣溫-1.5 ℃，25-28日受較強(qiáng)冷空氣南下影響，氣溫迅速下降，過程降溫幅度達(dá)8℃，自24日22時(shí)-28日地面氣溫維持在0℃以下，為凍雨和暴雪天氣的發(fā)生創(chuàng)造了有利的地面氣溫條件。

3.物理量分析

3.1 水汽分析

暴雪過程需要有充足的水汽供應(yīng)來維持，因而水汽條件以及與大尺度環(huán)流相聯(lián)系的水汽輸送對(duì)降水的作用十分顯著，來自南海上空的水汽對(duì)這次過程造成了影響。25-28日暴雪前期的過程中西南氣流強(qiáng)盛，給九江地區(qū)充足的水汽供應(yīng)，高空水汽通道較強(qiáng)，水汽更充沛，當(dāng)較強(qiáng)的冷空氣與暖濕氣流相遇，造成九江地區(qū)27日的暴雪天氣。27日8時(shí)我市高低空的水汽開始增多，分析27日8時(shí)水汽通量散度分布圖可知： 500-700hPa相對(duì)濕度大值區(qū)在長(zhǎng)江中下游地區(qū)；水汽通量大值區(qū)在贛北地區(qū)；水汽通量散度中心位置在贛北，700hpa水汽通量散度達(dá)到-10g/cm*hPa*s；700hPa相對(duì)濕度大值區(qū)與850hPa層相對(duì)濕度大值區(qū)重合；水汽通量大值區(qū)在贛北地區(qū)。分析可知，九江地區(qū)整層濕度較大，且處在水汽通量散度大值區(qū)，表征有較強(qiáng)的水汽輸送和水汽輻合，有利于強(qiáng)降雪天氣的維持和發(fā)展。降雪量的強(qiáng)度與中低層的西南暖濕氣流的強(qiáng)度密切相關(guān)，中低層低于0℃的大氣層結(jié)越厚，降雪量就越大。

3.2 散度場(chǎng)分析

如圖3，分析24-29日高層以輻散為主，24日-25日和27-28日中底層兩次強(qiáng)輻合，27日白天為最強(qiáng)時(shí)段，700-800hpa達(dá)到-12×10-6 s-1輻合，300-400hpa達(dá)到16×10-6 s-1輻散，輻散區(qū)正好位于高空西風(fēng)急流的右側(cè)。強(qiáng)降水時(shí)段過程中低層輻合中心和高層輻散中心相對(duì)應(yīng)，當(dāng)?shù)孛娲嬖诶鋲|，中低層暖濕氣流在冷墊上有利于做上升運(yùn)動(dòng)，中低層就容易出現(xiàn)強(qiáng)輻合，導(dǎo)致中低層形成逆溫層，這種輻合輻散場(chǎng)的垂直配置有利于該區(qū)域產(chǎn)生較強(qiáng)降雪，由于結(jié)構(gòu)非常穩(wěn)定，故有利于產(chǎn)生持續(xù)性的降水。

圖3 2018年1月24日至29日（114o-118oE，27o-30oN）平均散度的高度（單位：10-6 S-1）

4.大氣溫度垂直結(jié)構(gòu)分布分析

凍雨的大氣層結(jié)為：高空強(qiáng)冷空氣導(dǎo)致周圍大氣氣溫足夠冷，使水汽形成冰晶，而中低層南風(fēng)急流的建立帶來暖濕氣流，有利中低層逆溫層結(jié)形成，逆溫層結(jié)大氣溫度大于0℃的暖層有利于高空形成中空融化層，導(dǎo)致出現(xiàn)過冷水滴，地面冷空氣導(dǎo)致干球溫度和地面溫度低于0℃有利于低空凍結(jié)層，高空大氣結(jié)構(gòu)為冰晶層、中空融化層、低空凍結(jié)層的為凍雨的溫度垂直結(jié)構(gòu)。雪主要是由云中冰和水在溫度適宜從而使云中的冰晶不斷凝華增大，大氣溫度垂直結(jié)構(gòu)都要求為負(fù)溫度，才能形成雪花。降雪量的形成和發(fā)展主要都是發(fā)生在500hPa以下的中低層，中層強(qiáng)烈冷平流足夠的冷有利水汽凝華形成雪花。鄭婧等研究指出當(dāng)出現(xiàn)1000hPa溫度〈1℃，925～850hPa溫度≤-2℃，700hPa溫度≤0℃時(shí)的指標(biāo)時(shí)，可以作為江西預(yù)報(bào)大雪的參考依據(jù)，因此0℃層的高度以及500hPa以下中低層大氣層的溫度層結(jié)分布都對(duì)固態(tài)降水的相態(tài)的形成有著重要影響。為了解此次雨雪冰凍期間九江北部地區(qū)大氣溫度垂直結(jié)構(gòu)，利用華東區(qū)域模式內(nèi)插的到九江北部高空各層溫度如表2。

表2 25日08時(shí)-28日8時(shí)九江市柴桑區(qū)（29．37oN、115．54oE）各層溫度（單位：℃）

從表2可以看出，25日500 hPa 溫度為-4℃，水汽凝結(jié)形成冰晶或雪花，700-850 hPa 在0℃-2℃，逆溫層厚度達(dá)到1-2km，冰晶或雪花融化成液態(tài)水,925 hPa及到地面氣溫下降到0度以下，形成過冷水滴，滿足凍雨高空冰晶層、中空融化層、低空凍結(jié)層的溫度垂直結(jié)構(gòu)。26日九江北部高低空各層氣溫都在零度以下更有利于將純雪，和實(shí)際九江地區(qū)由凍雨轉(zhuǎn)純雪相符。27日500 hPa氣溫下降急速，氣溫較低為-12℃，有利水汽瞬速凝華形成雪花,700 hPa氣溫有所上升，750hPa以下氣溫都為負(fù)，由于700hPa也出現(xiàn)逆溫層，剛好0℃附近，但暖層不夠深厚，中低溫度較低0℃有利于出現(xiàn)純雪的形成。28日九江北部自500hPa以下氣溫均為負(fù)溫度層，更有利將純雪與實(shí)際相符。

結(jié)論

（1）在高空槽、中低層西南氣流和地面強(qiáng)冷空氣影響的大氣環(huán)流下，700hpa附近是否有大于0℃的1-2km的逆溫層形成，是形成凍雨的關(guān)鍵，而純雪過程整個(gè)大氣層和地面溫度均在0℃ 以下。

（2）凍雨和暴雪中低層都存在強(qiáng)盛的西南氣流， 凍雨因西南氣流使得700-850hPa中層出現(xiàn)逆溫層，逆溫層的厚度一般要求達(dá)到1-2km左右，而暴雪因?yàn)橹械讓拥奈髂蠚饬鬏椇仙仙\(yùn)動(dòng)，中低層形成強(qiáng)烈逆溫層，帶來強(qiáng)盛充足的水汽，是降雪的有利形勢(shì)。

（3）降雪量的強(qiáng)度與中低層的西南暖濕氣流的強(qiáng)度密切相關(guān)，中低層低于0℃的大氣層結(jié)越厚，降雪量就越大。

（4）降雪量與水汽輸送和輻合有關(guān)，這次過程水汽很厚，27日08時(shí)700 hpa水汽通量散度-10g/cm*hPa*s，有利于暴雪的出現(xiàn)。