贛北雨雪天氣過(guò)程分析

黃龍飛，馬中元，陳鮑發(fā)，鄭卡妮，張曉芳

(1.江西省氣象科學(xué)研究所，南昌 330046；2.景德鎮(zhèn)市氣象局，景德鎮(zhèn) 333000；3.樂(lè)平市氣象局，樂(lè)平 333300；4.婺源縣氣象局，婺源 333200)

0 引言

雨雪寒潮天氣是江西冬季常見(jiàn)的氣象災(zāi)害之一，尤其是當(dāng)雨雪天氣持續(xù)發(fā)生并產(chǎn)生冰凍災(zāi)害時(shí)，對(duì)人民的生活和生產(chǎn)有較大影響。雨雪天氣需要合適的溫度與降水條件密切配合，雨雪來(lái)臨前，經(jīng)常出現(xiàn)“鋒前回暖”，即溫度回升的過(guò)程；因此，溫度層結(jié)和降水條件是雨雪天氣預(yù)報(bào)的重點(diǎn)。

國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)南方雨雪天氣研究頗多。漆梁波[1]等研究表明，中國(guó)東部地區(qū)出現(xiàn)降雪需要滿足T925、T1000、T700分別低于-2 ℃、0 ℃、0 ℃。鄭婧[2，3]等對(duì)江西大雪天氣的時(shí)空變化和影響系統(tǒng)進(jìn)行了分析，指出大雪期間，阻塞高壓、中低緯鋒區(qū)異常強(qiáng)盛；80%的大雪天氣存在阻塞高壓，以貝加爾湖阻塞高壓最多；70%受南支槽影響；700 hPa切變線是對(duì)流層中低層的主要影響系統(tǒng)，其南側(cè)西南急流最大風(fēng)速達(dá)16 m/s以上，雪區(qū)位于冷式切變線以南1～3個(gè)緯距內(nèi)或暖式切變附近。金米娜[4]等對(duì)2008年初2次大雪過(guò)程進(jìn)行了對(duì)比分析，表明高層干冷空氣向南、向下侵入，導(dǎo)致對(duì)流層低層850 hPa偏北氣流加強(qiáng)和維持，加大了中低層垂直風(fēng)切變，使上升運(yùn)動(dòng)加強(qiáng)，降雪強(qiáng)度增大。馬中元[5]等對(duì)江西近50 a出現(xiàn)的18次持續(xù)3 d 10站次以上凍雨天氣過(guò)程的形成特征進(jìn)行分析，表明地面冷高壓、阻塞高壓、副熱帶高壓、南支槽、850hPa切變線、地面輻合線(準(zhǔn)靜止鋒)、溫度鋒區(qū)、700 hPa急流與濕舌等是強(qiáng)凍雨天氣的主要影響系統(tǒng)；強(qiáng)凍雨天氣過(guò)程存在逆溫層特征，逆溫層高度在850～700 hPa間，平均逆溫差為1～5 ℃，最大10 ℃。陳鮑發(fā)[6]等對(duì)江西2014年、2016年和2018年3次暴雪天氣過(guò)程進(jìn)行對(duì)比分析，結(jié)果表明雪回波一般在5～20 dBz，暴雪回波強(qiáng)度在30 dBz左右；降雨回波強(qiáng)度為20～40 dBz；雨夾雪回波中，最強(qiáng)雨回波可以發(fā)展到40 dBz以上，呈團(tuán)絮狀回波結(jié)構(gòu)；暴雪反射率因子垂直結(jié)構(gòu)上回波伸展高度在5～7 km，2～3 km附近有20～30 dBz的較強(qiáng)回波帶。此外，黃水林[7]、郭巧紅[8]、東高紅[9]等也對(duì)多個(gè)暴雪或冰凍個(gè)例進(jìn)行了總結(jié)分析。陳鮑發(fā)[10]等還基于天氣雷達(dá)風(fēng)暴識(shí)別跟蹤信息STI對(duì)強(qiáng)天氣監(jiān)測(cè)預(yù)警能力進(jìn)行了分析，結(jié)果顯示組合STI產(chǎn)品彌補(bǔ)了單部雷達(dá)的不足，對(duì)于判斷未來(lái)1 h回波的移動(dòng)方向、移動(dòng)速度有明顯的指示意義；而密集指向區(qū)對(duì)應(yīng)于回波未來(lái)位置的確定效果更好。這些成果為研究雨雪天氣過(guò)程提供了有力的依據(jù)。

文章利用常規(guī)MICAPS資料、區(qū)域自動(dòng)站數(shù)據(jù)和雷達(dá)回波拼圖產(chǎn)品等資料，對(duì)2020-12-13—2020-12-14贛北地區(qū)1次雨雪天氣過(guò)程進(jìn)行分析，試圖總結(jié)出江西北部雨雪天氣的天氣形勢(shì)配置、雨雪和大風(fēng)分布特征、雷達(dá)拼圖回波特征等結(jié)果，為今后做好江西雨雪天氣的監(jiān)測(cè)預(yù)警工作提供參考依據(jù)。

1 資料來(lái)源和天氣實(shí)況

1.1 資料來(lái)源

地面實(shí)況資料來(lái)源于CMISS數(shù)據(jù)庫(kù)；天氣形勢(shì)資料來(lái)源于MICAPS系統(tǒng)；雷達(dá)拼圖資料來(lái)源于江西WebGIS雷達(dá)拼圖應(yīng)用平臺(tái)(http：//10.116.32.81/)，該平臺(tái)集合江西及周邊24部S波段雷達(dá)數(shù)據(jù)，空間分辨率達(dá)1 km×1 km，時(shí)間分辨率10 min，產(chǎn)品包括組合反射率CR、 STI等產(chǎn)品，顯示范圍為：110°E；33°N～121°E；22°N(1100 km×1100 km)。該范圍對(duì)監(jiān)測(cè)江西大范圍的雨雪天氣十分有利。

1.2 天氣實(shí)況

2020-12-13下午，冷空氣侵入江西，氣溫自北向南快速下降，九江地區(qū)首先出現(xiàn)斷崖式降溫，地處贛東北的景德鎮(zhèn)和上饒降溫幅度稍緩，總體來(lái)說(shuō)贛北地區(qū)24 h降溫幅度達(dá)8～10 ℃，14日最低氣溫均降至0 ℃附近。

13日夜間，九江地區(qū)首先出現(xiàn)雨夾雪和小雪(廬山)，贛北其他地區(qū)為小雨；14日14：00，降雪區(qū)域向東移動(dòng)，景德鎮(zhèn)、上饒開(kāi)始出現(xiàn)小雪或雨夾雪，20：00后降雪結(jié)束。除廬山外，其余地區(qū)基本無(wú)積雪。

此次寒潮過(guò)程還伴有大風(fēng)天氣，據(jù)自動(dòng)氣象站監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，大風(fēng)主要出現(xiàn)在贛江河谷及環(huán)鄱陽(yáng)湖一帶。13日20：00，多達(dá)33站出現(xiàn)8級(jí)以上大風(fēng)，最大風(fēng)速達(dá)26.2 m/s。大風(fēng)持續(xù)時(shí)間也較長(zhǎng)，13日下午至夜間，自動(dòng)氣象站均有8級(jí)以上大風(fēng)記錄出現(xiàn)。

2 天氣形勢(shì)分析

2.1 高空形勢(shì)演變

2020-12-04T20：00，寒潮初始階段中高緯呈倒Ω流型，烏拉爾山地區(qū)已有暖脊建立，此時(shí)西歐又有暖脊東移與之結(jié)合加強(qiáng)形成阻塞高壓，并穩(wěn)定維持；5—7日，500 hPa極渦從極地移至60°N左右，最終在俄羅斯東北部游走；8日20:00，極渦西側(cè)橫槽旋轉(zhuǎn)南下，并伴有-44 ℃冷中心與之配合，11日08：00，在中國(guó)東北上空形成東北冷渦，冷中心略有增強(qiáng)，達(dá)到-46 ℃，后側(cè)有橫槽生成并南移，且同樣伴有-48 ℃冷中心；12日08：00，冷中心到達(dá)貝湖以南，此時(shí)烏拉爾山阻塞高壓前部出現(xiàn)暖平流，預(yù)示阻塞高壓即將減弱，脊前正北氣流轉(zhuǎn)為一致西北風(fēng)，南移橫槽逐漸與東北冷渦南側(cè)低槽合并，低槽加深，槽后西北氣流引導(dǎo)冷空氣南下，侵入中國(guó)；15日，東北冷渦東移出海，極渦回歸到70°N以北，此次寒潮過(guò)程結(jié)束。

12月11—14日，中緯度地區(qū)以緯向環(huán)流為主，南支槽不明顯，但高原東側(cè)不斷有短波低槽快速東移，造成江南地區(qū)多陰雨天氣；14日08：00，850 hPa以下已轉(zhuǎn)為偏北氣流控制，0 ℃線到達(dá)江西中南部，南昌站氣溫降至-2 ℃，700 hPa切變壓至沿江一帶，江西上空急流普遍達(dá)到20 m/s左右，暖濕空氣沿冷墊爬升，造成江西中北部出現(xiàn)雨雪天氣；15日08：00，切變移過(guò)，降水停止。

2.2 地面天氣圖

12日08：00，地面冷高壓位于蒙古境內(nèi)，中心強(qiáng)度達(dá)到1，057.5 hPa，冷鋒前沿侵入中國(guó)，位于內(nèi)蒙古北部。

13日08：00(圖1a)，高壓中心位置穩(wěn)定，強(qiáng)度達(dá)到1，062.5 hPa，冷空氣擴(kuò)散南下，冷鋒前部到達(dá)長(zhǎng)江中下游地區(qū)；14：00開(kāi)始，冷空氣進(jìn)入江西，江西自北向南逐漸轉(zhuǎn)雨，氣溫持續(xù)下降。地面等壓線密集，達(dá)8～9根/10個(gè)緯距，表明鋒區(qū)強(qiáng)度強(qiáng)，氣壓梯度力大，從而造成湖面、山谷多地出現(xiàn)8級(jí)以上大風(fēng)天氣。

13日20：00(圖1b)，廬山、修水出現(xiàn)雪和雨夾雪；14日08：00(圖1c)，位于蒙古的冷高壓中心向南分裂出多個(gè)冷高壓中心，此時(shí)江西西北部氣溫降至2 ℃，出現(xiàn)純雪，但南昌以南地區(qū)仍在4 ℃左右；14：00—17：00，分裂而來(lái)的冷高壓中心南下至山東南部，江南鋒區(qū)快速向南推進(jìn)，贛東北氣溫降至2 ℃左右，并開(kāi)始出現(xiàn)雨夾雪或小雪，江西中南部氣溫仍在3～4 ℃左右，降水以小雨為主；14日20：00(圖1d)，江西被冷高壓控制，雨雪天氣結(jié)束。

圖1 地面天氣圖：(a)2020-12-13T08：00；(b)2020-12-13T20：00；(c)2020-12-14T08：00；(d)2020-12-14T20：00

2.3 溫度層結(jié)演變

2020-12-13T08：00(圖2a)，南昌探空在500 hPa附近出現(xiàn)弱逆溫或等溫層；13日20：00(圖2b)，冷鋒到達(dá)贛南，江西處于鋒區(qū)中。從南昌探空隨時(shí)間變化看出，逆溫層出現(xiàn)在850～700 hPa附近，逆溫強(qiáng)度達(dá)5.1 ℃；700 hPa以上為一致的西西南急流，850 hPa以下為強(qiáng)東北風(fēng)急流，低層與高層風(fēng)向幾乎對(duì)向，表明低層冷平流十分強(qiáng)勁。從氣溫分布看出700 hPa以下大部分在0 ℃以上，此時(shí)層結(jié)條件不利于降雪產(chǎn)生。

14日08：00(圖2c)，隨著冷空氣主體分裂南下，0 ℃線高度從13日20：00的1.2 km降至0.18 km，低層氣溫明顯下降。此時(shí)逆溫層強(qiáng)度明顯減弱，溫度僅為2 ℃左右；近地面氣溫降為1 ℃；1000～700 hPa均在0 ℃以下，850 hPa、925 hPa、1000 hPa分別降至-1.9 ℃、-1.4 ℃、-1.2 ℃，達(dá)到贛北出現(xiàn)純雪的溫度閾值標(biāo)準(zhǔn)。這與張曉芳[11]等研究結(jié)論基本一致。14日20：00(圖2d)，冷空氣進(jìn)一步南下，贛北處于高壓底部，原本500 hPa以下濕度飽和的層結(jié)被破壞，850 hPa以下濕度轉(zhuǎn)干，降水條件消失。

圖2 南昌(58606)探空T-lnP圖(a)2020-12-13T08：00；(b)2020-12-13T20：00；(c)2020-12-14T08：00；(d)2020-12-14T20：00

3 雷達(dá)回波特征

3.1 單部雷達(dá)回波特征

2020-12-14T14：59，景德鎮(zhèn)雷達(dá)觀測(cè)到贛北純雪回波，呈絲縷狀結(jié)構(gòu)，強(qiáng)度普遍在5～15 dBz左右，局部點(diǎn)可達(dá)20～25 dBz(此時(shí)贛北為小雪天氣)；而在上饒南部為小雨或雨夾雪回波，回波呈塊狀，最大回波強(qiáng)度達(dá)25～30 dBz。

2020-12-14T14：58，撫州雷達(dá)觀測(cè)到的贛北純雪回波也表現(xiàn)為絲縷狀結(jié)構(gòu)，但探測(cè)范圍大大縮小。撫州附近則為絮狀小雨回波，強(qiáng)度在20～30 dBz左右，局部可達(dá)30～35 dBz。受到單部雷達(dá)探測(cè)范圍限制，景德鎮(zhèn)雷達(dá)對(duì)撫州附近的降水回波探測(cè)失效；而撫州雷達(dá)對(duì)贛北降雪回波探測(cè)不佳，導(dǎo)致回波范圍與強(qiáng)度有明顯誤差。

3.2 雨雪回波垂直結(jié)構(gòu)

13日20：00，贛北已處于鋒區(qū)之中，850 hPa溫度已降至0 ℃左右，但由于700 hPa以下僅有1.5～1.8 km位于0 ℃以下，其余高度均在0 ℃以上，地面氣溫高達(dá)8 ℃；因此，回波表現(xiàn)為絮狀回波團(tuán)結(jié)構(gòu)，CR回波強(qiáng)度在30～35 dBz，以降水為主，地面還沒(méi)有出現(xiàn)降雪。從雷達(dá)剖面圖發(fā)現(xiàn)，降水回波最大高度在6～8 km，25～35 dBz降水回波位于4 km以下，降水回波垂直結(jié)構(gòu)表現(xiàn)為柱狀弱對(duì)流泡結(jié)構(gòu)。

14日15：00，江西北部為純雪，中部為小雨。雷達(dá)拼圖上表現(xiàn)為北部雪回波，南面雨回波，在同一個(gè)屏幕上可以看到雨雪回波共存圖像。雪回波為片狀絲縷結(jié)構(gòu)，雨回波為絮狀混合型結(jié)構(gòu)。從剖面圖可以看出，降雪回波強(qiáng)度在5～20 dBz，回波呈片狀絲縷結(jié)構(gòu)，無(wú)明顯對(duì)流；降水回波強(qiáng)度在30 dBz左右，回波呈柱狀弱對(duì)流泡結(jié)構(gòu)。

3.3 雨雪回波STI特征

風(fēng)暴跟蹤信息STI可以較好地反映降水回波移動(dòng)趨勢(shì)和速度，在此次雨雪過(guò)程中，雷達(dá)拼圖CR產(chǎn)品、STI產(chǎn)品能較好地反映回波移動(dòng)方向和速度，為判斷雨雪天氣的演變和持續(xù)時(shí)間提供可靠依據(jù)。

2020-12-13T17：00，江西北部存有以大片層狀云為主的混合型降水回波，層狀云回波強(qiáng)度在20 dBz以下，分布在湖北東部和安徽南部；贛北是混合型絮狀回波，回波強(qiáng)度在35 dBz以下，以小雨天氣為主；江西中部是絮狀回波結(jié)構(gòu)的混合型降水回波，中心回波強(qiáng)度達(dá)到35 dBz。由于回波強(qiáng)度達(dá)到35 dBz，風(fēng)暴跟蹤信息STI 開(kāi)始出現(xiàn)，并指向東北方向，與500 hPa引導(dǎo)氣流方向一致。

20：00，南北回波合并在一起，范圍擴(kuò)大，強(qiáng)度增強(qiáng)，最強(qiáng)降水回波達(dá)到35～40 dBz；江西以北仍以層狀云回波為主，贛中、贛北被混合型絮狀回波團(tuán)所覆蓋。由于回波增強(qiáng)，STI開(kāi)始增多，回波平均移動(dòng)方向和速度與17：00數(shù)據(jù)一致，仍以東北方向?yàn)橹鳎苿?dòng)速度較快。

2020-12-14T11：00，回波團(tuán)范圍有所減小，但上饒地區(qū)的回波增強(qiáng)到35～45 dBz，地面雨量加大；撫州地區(qū)降水保持與前期相近的強(qiáng)度；景德鎮(zhèn)等地出現(xiàn)雨夾雪回波。STI 平均移動(dòng)方向沒(méi)有變化，朝80°方向移動(dòng)；平均移動(dòng)速度有所減慢，但仍然維持在80 km/h。由于雨雪回波團(tuán)范圍縮小，九江及贛北以西地區(qū)降雪有所減弱或停止。

15：00，降水回波移至上饒南部和撫州地區(qū)，強(qiáng)度明顯減弱，上饒回波仍然有少量STI 指向，表明整個(gè)回波系統(tǒng)在持續(xù)減弱。

4 結(jié)束語(yǔ)

文章利用常規(guī)MICAPS資料、區(qū)域自動(dòng)氣象站數(shù)據(jù)和雷達(dá)回波拼圖產(chǎn)品對(duì)2020-12-13—2020-12-14贛北地區(qū)1次雨雪天氣過(guò)程進(jìn)行了總結(jié)分析，結(jié)論如下：

1)受冷空氣影響，江西24 h降溫幅度達(dá)8～10 ℃，贛北最低氣溫均降至0 ℃附近，達(dá)到寒潮標(biāo)準(zhǔn)；多地伴有8級(jí)以上大風(fēng)，最大風(fēng)力達(dá)9～10級(jí)；九江、景德鎮(zhèn)、上饒先后出現(xiàn)降雪，但雪量不大。

2)極渦和橫槽南移，槽后西北氣流引導(dǎo)冷空氣大舉南下，侵入中國(guó)造成明顯寒潮天氣。由于南北氣壓差大，地面等壓線密集，造成江西出現(xiàn)大范圍的冷空氣大風(fēng)。降雪需要合適的溫度層結(jié)和濕度條件，隨著冷空氣主體分裂南下，700 hPa以下高度溫度均在0 ℃以下，達(dá)到出現(xiàn)純雪的溫度閾值標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致贛北多地出現(xiàn)小雪天氣。

3)單部雷達(dá)顯示贛東北的降雪回波呈絲縷狀結(jié)構(gòu)，贛中撫州的小雨回波呈絮狀結(jié)構(gòu)，雨雪回波有明顯區(qū)別。由于單部雷達(dá)探測(cè)距離受限，使得較大尺度雨雪回波結(jié)構(gòu)探測(cè)不完整。雷達(dá)拼圖能夠探測(cè)到贛中、贛北較大范圍雨雪回波的全貌，片狀結(jié)構(gòu)的降雪回波的強(qiáng)度明顯弱于絮狀結(jié)構(gòu)的降雨回波，在垂直剖面圖上，降雨回波呈柱狀弱對(duì)流泡結(jié)構(gòu)，降雪回波呈片狀絲縷結(jié)構(gòu)。

4)在雷達(dá)拼圖上疊加風(fēng)暴跟蹤信息STI 產(chǎn)品，能直觀反映≥35 dBz回波系統(tǒng)的移動(dòng)方向與移動(dòng)速度和STI平均移向與移速，為判斷降水的落區(qū)與持續(xù)時(shí)間提供了可靠依據(jù)和參考。

江西雨雪天氣的預(yù)報(bào)難點(diǎn)是雨雪天氣出現(xiàn)和結(jié)束的時(shí)間、地點(diǎn)和強(qiáng)度。對(duì)于3 h內(nèi)的短時(shí)預(yù)警預(yù)報(bào)來(lái)說(shuō)，了解大尺度環(huán)境條件，把握雷達(dá)拼圖特征，是開(kāi)展好江西雨雪天氣預(yù)報(bào)的重要環(huán)節(jié)。