一次雨轉(zhuǎn)雪天氣過程形勢及物理量診斷分析

劉翔

摘要 利用常規(guī)觀測資料、micaps資料以及NCEP/NCAR再分析資料，對2020年12月29日一次寒潮天氣下的雨轉(zhuǎn)雪過程進(jìn)行診斷分析。結(jié)果表明：本次降雪過程是500 hPa橫槽轉(zhuǎn)豎引導(dǎo)冷空氣南下，700 hPa和850 hPa切變，配合700 hPa西南暖濕急流共同作用引起的;降雨時(shí)，低層有強(qiáng)上升運(yùn)動(dòng)區(qū)，對應(yīng)水汽輻合，當(dāng)出現(xiàn)降雪后，強(qiáng)上升運(yùn)動(dòng)區(qū)移至700 hPa～400 hPa附近，中高層也轉(zhuǎn)為水汽輻合層。

關(guān)鍵詞 橫槽;上升;水汽輻合

中圖分類號(hào)：P458.2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：2095–3305（2021）03–0075–03

寒潮天氣過程是一種大規(guī)模的強(qiáng)冷空氣活動(dòng)過程，是冬半年影響江蘇省的重要災(zāi)害性天氣之一，除了造成劇烈的降溫外，還常伴有大風(fēng)、降雪等災(zāi)害性天氣[1-2]。隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，大雪對交通和生活的影響越來越明顯[3]。因此，在一次寒潮天氣背景下，對雨雪相態(tài)的轉(zhuǎn)換以及降雪強(qiáng)度進(jìn)行預(yù)報(bào)，對防災(zāi)減災(zāi)工作具有重要意義。

1 天氣過程實(shí)況

受冷空氣影響，2020年12月29日—31日泰州市出現(xiàn)一次寒潮、降雪天氣過程。29日上午開始降溫，31日早晨達(dá)到此次降溫過程的最低值，最低氣溫在-7℃～-12℃，48 h降溫幅度在-9℃～-12℃，達(dá)到寒潮標(biāo)準(zhǔn)。另外，冷空氣影響期間，泰州市風(fēng)力普遍增大，大部分地區(qū)風(fēng)力達(dá)到了7～8級(jí)，其中包括區(qū)域站在內(nèi)有26個(gè)站日極大風(fēng)達(dá)到8級(jí)，溱湖以及泰州大橋（交通站）的日極大風(fēng)力達(dá)到9級(jí)，分別為22.3、22.2 m/s。12月29日06：00以后，泰州市開始出現(xiàn)小雨天氣，到13：35分以后，自北向南由興化開始出現(xiàn)雨夾雪天氣，13：59分海陵區(qū)轉(zhuǎn)為純雪天氣過程，至15：58分全市大部分地區(qū)都轉(zhuǎn)為純雪天氣。12月29日20：00以后降雪基本結(jié)束，全市出現(xiàn)中到大雪的天氣。

2 寒潮爆發(fā)前天氣形勢

分析寒潮爆發(fā)前500 hPa高度場和溫度場合成圖（圖1）可以看出，12月26日20：00在烏拉爾山的西側(cè)有暖脊存在，北極有暖高壓，同時(shí)，在貝加爾湖以及鄂霍次克海附近存在兩個(gè)低渦。由于溫度脊落后于高度脊，烏拉爾山暖脊沿著徑向發(fā)展加強(qiáng)，脊前的偏北氣流加強(qiáng)，使得冷空氣進(jìn)一步在西伯利亞堆積，形成一個(gè)-46℃的冷中心。27日20：00貝加爾湖與鄂霍次克海附近的兩個(gè)低渦融合，在一線形成了東西向橫槽，烏拉爾山附近的暖脊進(jìn)一步增強(qiáng)與北極暖高壓融合，不斷引導(dǎo)冷空氣在貝加爾湖附近的橫槽堆積并進(jìn)一步向南移動(dòng)，冷高壓中心移至貝加爾湖西側(cè)。至28日20：00地面冷高壓主體進(jìn)一步增強(qiáng)移至蒙古境內(nèi)，烏拉爾山高壓脊也不斷東伸加強(qiáng)，弱的暖平流逐漸移到脊前，橫槽后部出現(xiàn)暖平流，槽前出現(xiàn)冷平流，此時(shí)橫槽也已經(jīng)壓到了蒙古境內(nèi)，在橫槽的前部有小槽東傳，預(yù)示著橫槽轉(zhuǎn)豎向南加深[4]。同時(shí)，副熱帶高壓不斷增強(qiáng)，基本西伸打通。從12月29日08：00—31日08：00 500 hPa橫槽迅速轉(zhuǎn)豎，冷空氣經(jīng)過蒙古到達(dá)我國河套地區(qū)附近南下，直達(dá)長江中下游地區(qū)，同時(shí)副高進(jìn)一步增強(qiáng)北抬，控制了海南、廣東和廣西的南部，南支槽東移，引導(dǎo)暖濕氣流向東北方向移動(dòng)。

3 降雪分析

3.1 環(huán)流背景

降水發(fā)生前，28日20：00 500 hPa亞歐大陸為兩槽一脊，在貝加爾湖東側(cè)橫槽開始轉(zhuǎn)豎并分裂小槽引導(dǎo)地面冷空氣南下，同時(shí)，在四川甘肅附近的南支槽東移發(fā)展帶來暖濕氣流。到了29日08：00（圖2）500 hPa橫槽南甩與南支槽合并，冷暖空氣交匯，泰州市位于槽前的西南氣流中，700 hPa上四川盆地到黃淮一線有切變存在，泰州市處于切變南側(cè)西南氣流中，有水汽輸送，850 hPa受切變北側(cè)東北氣流控制，地面位于冷鋒前部低壓倒槽內(nèi)，提供了一定的動(dòng)力條件，此時(shí)泰州市以小雨為主。到了14：00（圖3），700 hPa建立了明顯的西南暖濕急流達(dá)到18 m/s，為降雪的發(fā)生提供了有利的水汽條件，而850 hPa東北氣流不斷增強(qiáng)，-4℃線已經(jīng)移至泰州市上空，這種上暖下冷的逆溫層結(jié)構(gòu)為降雪提供了有利層結(jié)條件，同時(shí)泰州市地面位于冷鋒后部，低層925 hPa附盛行東北冷氣流，利于冷空氣堆積，為降雪提供了冷墊，700 hPa西南暖濕氣流沿著冷墊爬升，產(chǎn)生較強(qiáng)的上升運(yùn)動(dòng)，泰州市開始有降雪的產(chǎn)生，到20：00 前是泰州市降雪的集中時(shí)段。20：00以后，隨著700 hPa轉(zhuǎn)為西北氣流控制，水汽減弱，降雪漸止。

3.2 物理量場分析

3.2.1 水汽條件 從圖4a水汽通量的演變可知，前期近地面層受高壓底前部偏東轉(zhuǎn)東北氣流影響，從08：00～14：00泰州市925 hPa以下有水汽通量大值帶，為降雨提供了水汽條件，同時(shí)隨著西南急流開始建立，700 hPa到500 hPa之間逐步開始形成水汽通量的大值區(qū)。在14：00到20：00隨著近地面層迅速轉(zhuǎn)為偏北氣流影響，925 hPa以下水汽通量減小，700 hPa以上隨著西南急流建立，水汽輸送帶逐漸向上層伸展，水汽通量大值帶向上傾斜，在600 hPa到500 hPa有水汽通量大值中心7.2 g /（s·cm2·hPa）。在其引導(dǎo)下，將水汽帶到泰州市上空，為降雪提供了有利水汽條件，此時(shí)，泰州市上空也已經(jīng)由雨轉(zhuǎn)化為雪，到了20：00以后隨著中低層轉(zhuǎn)變?yōu)槲鞅睔饬鳎斔脱杆贉p小，降雪漸止。

輸送水汽能否聚集形成降水，需進(jìn)一步分析雨轉(zhuǎn)雪過程中高低層水汽通量散度特征（圖4b）。08：00～12：00泰州市850 hPa以下有較強(qiáng)水汽的輻合存在，最大輻合中心出現(xiàn)在08：00達(dá)到-9×10-7 g /（s·cm2·hPa），同時(shí)，在850 hPa以上到500 hPa有水汽輻散，這種低層水汽輻合高層水汽輻散有利于產(chǎn)生降水，此時(shí)對應(yīng)泰州市以較明顯液態(tài)降水為主[5]。從12：00～14：00泰州市近地面層轉(zhuǎn)為水汽的輻散區(qū)，一直伸展到了700 hPa附近，整層以一致的偏北冷氣流為主，在700 hPa到500 hPa之間為水汽輻合區(qū)，泰州市降雨逐漸減弱。14：00～20：00近地面層輻散進(jìn)一步增強(qiáng)，在925 hPa附近形成一個(gè)輻散中心達(dá)到11×10-7 g /（s·cm2·hPa），同時(shí)水汽輻合層逐漸向上傾斜，在700 hPa形成水汽輻合中心，達(dá)到-2×10-7 g /（s·cm2·hPa），利于水汽聚集，基本上與西南急流相配合，泰州市雨已經(jīng)轉(zhuǎn)雪，到20：00之前也是降雪比較集中的時(shí)段。20：00以后，隨著西北氣流南下，整層轉(zhuǎn)為水汽的輻散區(qū)，降雪漸止。

3.2.2 動(dòng)力條件 垂直運(yùn)動(dòng)造成的水汽、熱量、動(dòng)量、渦度等物理量的垂直輸送對天氣系統(tǒng)的發(fā)展有很大影響[6]。由垂直速度圖（圖5a）可知，08：00隨著高空槽南壓以及切變線移至泰州市附近，泰州市上空有較強(qiáng)的動(dòng)力抬升作用，可以看到從地面到500 hPa以垂直上升運(yùn)動(dòng)為主，垂直上升速度在850 hPa附近達(dá)到最大，中心值為-0.4 Pa/s，此時(shí)對應(yīng)泰州市以降雨為主，到了14：00，西南暖濕空氣沿著冷墊爬升，低層垂直上升速度逐漸減小，700 hPa以上上升速度逐漸增強(qiáng)并伸展至250 hPa附近，在600～500 hPa附近形成一個(gè)大的上升中心達(dá)到-0.35 Pa/s，強(qiáng)烈的上升運(yùn)動(dòng)利于水汽的上升凝結(jié)，此時(shí)泰州市逐漸轉(zhuǎn)為固態(tài)降水即雪，到20：00前以降雪為主，在20：00后隨著垂直上升運(yùn)動(dòng)減弱轉(zhuǎn)為下沉運(yùn)動(dòng)，降雪漸止。

從散度垂直剖面圖（圖5b）可以看出，29日08：00泰州市上空850 hPa以下為輻合區(qū)，其輻合中心達(dá)到-2×10-5 s-1，內(nèi)部有上升運(yùn)動(dòng)，850 hPa以上到250 hPa為輻散區(qū)，泰州市主要以降雨為主，到了14：00近地面到500 hPa為弱的輻合區(qū)，輻合中心為-0.8×10-5 s-1，500 hPa到200 hPa為輻散區(qū)，其中在300 hPa中心有輻散中心達(dá)到2.4×10-5 s-1，這種低層輻合，高層輻散的結(jié)構(gòu)有利于上升運(yùn)動(dòng)的發(fā)展，利于低層水汽的聚合抬升，此時(shí)也是泰州市雨轉(zhuǎn)雪的過程，在14：00～20：00之間，可以看到近地面層出現(xiàn)了輻散中心，低層為弱輻合區(qū)，中高層又是一個(gè)輻合區(qū)，整個(gè)散度場分布比較凌亂，造成此次泰州市降雪并不是特別強(qiáng)[7]。

3.2.3 溫度層結(jié) 研究指出，在雨轉(zhuǎn)為雪時(shí)，高空冰晶層（-10℃）高度會(huì)逐漸下降[8]。同時(shí)，降雪的有利條件是850 hPa氣溫≤-4℃，700 hPa氣溫≤0℃，且中層有逆溫層存在，逆溫層溫度在0℃以下[9]。通過29日08：00、14：00以及20：00溫度層結(jié)曲線可以看出，08：00 -10℃冰晶層在580 hPa左右，0℃線位于800 hPa以上，從地面到500 hPa溫度垂直遞減率變化不大，泰州市以降雨為主，到了14：00冰晶層已經(jīng)降至610 hPa左右，925 hPa到700 hPa溫度垂直遞減率減小，尤其是850 hPa到700 hPa溫度基本形成一個(gè)等溫層，主要是由于西南暖濕氣流建立，鋒區(qū)移動(dòng)，850 hPa以下偏北冷氣流加強(qiáng)，對應(yīng)各層溫度：850 hPa氣溫在-4℃左右，700 hPa氣溫≤0℃，但逆溫層還沒建立，此時(shí)也是泰州市雨轉(zhuǎn)雪的降水相態(tài)轉(zhuǎn)化過程，到了20：00冰晶層已經(jīng)降至650 hPa，可以看到在850 hPa到700 hPa之間泰州市上空有逆溫層存在，溫度在-5℃～-10℃，這主要是850 hPa偏北冷氣流進(jìn)一步增強(qiáng)南下，同時(shí)，925 hPa到地面維持在0℃以下，近地面層有明顯冷墊存在，對應(yīng)著到20：00前泰州市是一個(gè)較明顯的降雪過程（圖6）。

4 結(jié)論與討論

在寒潮天氣背景下，本次降雪過程是500 hPa橫槽轉(zhuǎn)豎引導(dǎo)冷空氣南下，925 hPa以下形成冷墊，700 hPa和850 hPa切變，配合700 hPa西南急流為降雪的發(fā)生提供了有利的動(dòng)力條件和水汽條件，700 hPa暖濕氣流和850 hPa東北冷氣流增強(qiáng)，為降雪提供了逆溫層結(jié)條件。

在雨轉(zhuǎn)雪的過程中，中低層以垂直上升運(yùn)動(dòng)為主。但在液態(tài)降水時(shí)，強(qiáng)上升運(yùn)動(dòng)區(qū)出現(xiàn)在低層850 hPa附近，對應(yīng)著水汽輻合，而中高層水汽輻散有利于產(chǎn)生降雨的發(fā)生，當(dāng)出現(xiàn)降雪后，低層垂直上升運(yùn)動(dòng)減弱，水汽輻合減弱轉(zhuǎn)為水汽輻散，700 hPa到400 hPa形成大的上升運(yùn)動(dòng)區(qū)，上升運(yùn)動(dòng)高度區(qū)也有所提高，中高層也轉(zhuǎn)為水汽輻合層。

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責(zé)任編輯：黃艷飛