遼寧東南部一次強(qiáng)降雪天氣的成因分析

李燕，賽瀚，劉曉初，張彩鳳

(大連市氣象臺(tái)，遼寧 大連 116001)

引言

強(qiáng)降雪天氣會(huì)造成惡劣的能見(jiàn)度和積雪，給交通運(yùn)輸、農(nóng)業(yè)及人們?nèi)粘Ｉ畹仍斐蓸O大的影響，是我國(guó)冬季主要災(zāi)害性天氣之一[1-2]。近年來(lái)，很多氣象工作者[3-5]對(duì)強(qiáng)降雪天氣進(jìn)行了大量研究。苗愛(ài)梅等[6]通過(guò)常規(guī)資料和遙感資料(云圖、GPS等)對(duì)暴雪、大暴雪等強(qiáng)降雪天氣的物理機(jī)制進(jìn)行分析研究，發(fā)現(xiàn)特大暴雪時(shí)，200 hPa以下大氣層結(jié)處于不穩(wěn)定狀態(tài)，濕層厚度高達(dá)200 hPa，強(qiáng)降雪時(shí)段400 hPa以下水汽輻合量成倍增長(zhǎng)，促進(jìn)了低層濕空氣的聚合及向上的抬升運(yùn)動(dòng)。趙桂香[7]通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，強(qiáng)降雪區(qū)上空垂直熱力結(jié)構(gòu)為上冷、中暖、下冷，低層冷平流強(qiáng)度為普通暴雪的3倍，對(duì)流層中低層持續(xù)存在對(duì)流性不穩(wěn)定，不穩(wěn)定區(qū)內(nèi)存在空氣輻散，且持續(xù)有暖濕平流輸入。莊曉翠等[8]研究發(fā)現(xiàn)，暖區(qū)強(qiáng)降雪落區(qū)一般位于低空急流出口區(qū)前側(cè)輻合區(qū)和高空急流入口區(qū)右側(cè)輻散區(qū)以及700 hPa、850 hPa輻合線和暖切變線東部、北部及干線東南部，地面輻合線附近減壓升溫的重疊區(qū)域。李國(guó)翠等[9]綜合分析強(qiáng)降雪天氣中GPS可降水量與地面空氣濕度，發(fā)現(xiàn)回流強(qiáng)降雪過(guò)程出現(xiàn)前24 h可降水量存在一個(gè)極大值，而且這個(gè)值越大，對(duì)應(yīng)的過(guò)程降水量就越大。

上述學(xué)者都是對(duì)典型的大范圍強(qiáng)降雪天氣進(jìn)行分析，并指出強(qiáng)降雪天氣過(guò)程都是在一定的環(huán)流背景、影響系統(tǒng)和物理量特征等條件下產(chǎn)生的。但局部地區(qū)或個(gè)別站點(diǎn)的強(qiáng)降雪天氣以及雨雪相態(tài)變化一直都是我們的預(yù)報(bào)難點(diǎn)，因此有必要加強(qiáng)局地強(qiáng)降雪預(yù)報(bào)以及相態(tài)變化預(yù)報(bào)技術(shù)方法研究，建立強(qiáng)降雪天氣預(yù)報(bào)指標(biāo)，為強(qiáng)降雪天氣落區(qū)預(yù)報(bào)提供參考依據(jù)。

2015年2月25日遼寧東南部地區(qū)出現(xiàn)了強(qiáng)降雪天氣，此次強(qiáng)降雪過(guò)程具有尺度小、強(qiáng)度大等特征，最大降雪量為18.3 mm，最大積雪深度為20.4 cm，給交通業(yè)、農(nóng)業(yè)等造成了很大損失。在此次強(qiáng)降雪天氣預(yù)報(bào)中，強(qiáng)降雪范圍小，降水相態(tài)復(fù)雜，預(yù)報(bào)時(shí)降水量級(jí)考慮不足，出現(xiàn)了暴雪漏報(bào)現(xiàn)象。本文利用常規(guī)觀測(cè)資料、NCEP 1°×1° 6 h一次的再分析資料、多普勒雷達(dá)資料等對(duì)產(chǎn)生這次強(qiáng)降雪天氣的環(huán)流形勢(shì)、水汽條件、層結(jié)條件、動(dòng)力條件進(jìn)行分析，探討此次過(guò)程的降水相態(tài)變化以及暴雪天氣的成因，為今后此類強(qiáng)降雪過(guò)程的落區(qū)、相態(tài)轉(zhuǎn)換、量級(jí)預(yù)報(bào)提供參考依據(jù)。

1 降水實(shí)況概述

2015年2月25日，遼寧地區(qū)出現(xiàn)了明顯的降水天氣，局部地區(qū)還出現(xiàn)了暴雪。這次降水過(guò)程從25日04時(shí)開(kāi)始，自遼寧西部、南部向東部、北部發(fā)展；遼寧最南端，即大連的南部(圖1a虛線以南地區(qū))，由于溫度較高，前期是降雨，后期轉(zhuǎn)為雪(圖1b)，而大連北部地區(qū)及以北(圖1a虛線以北地區(qū))溫度較低，降水相態(tài)為雪；此次過(guò)程于23時(shí)結(jié)束。這次降雪過(guò)程中遼寧東南部偏大，暴雪出現(xiàn)在大連東北部和丹東全域，降雪量在10.2～18.3 mm之間，積雪深度為8.5～20.4 cm，最大降雪量以及積雪深度均出現(xiàn)在丹東市區(qū)(圖1a)。對(duì)其逐小時(shí)降雪量進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，08—17時(shí)自南向北依次出現(xiàn)主要降雪時(shí)段，其中皮口在10—11時(shí)出現(xiàn)了4.6 mm的短時(shí)強(qiáng)降雪，而其他5個(gè)站也有連續(xù)多個(gè)時(shí)次出現(xiàn)2～3 mm·h-1的降雪。此次降水過(guò)程主要集中在遼寧東南部地區(qū)，強(qiáng)降水范圍小，其中大連這種小范圍地區(qū)降水量級(jí)差別大，降水相態(tài)復(fù)雜，預(yù)報(bào)難度大，造成影響嚴(yán)重。受此次暴雪影響，大連多處農(nóng)業(yè)大棚、畜牧養(yǎng)殖業(yè)受損，并給春運(yùn)造成嚴(yán)重影響。

圖1 2015年2月25日遼寧地區(qū)降水分布(a；等值線，單位：mm；虛線為雪和雨雪混合的分界線)和降水相態(tài)變化(b)

2 環(huán)流形勢(shì)演變分析

2.1 高空形勢(shì)演變

降雪前(2月24日)，500 hPa烏拉爾山高壓脊加強(qiáng)并向東北伸展，阻塞高壓形勢(shì)建立。脊在向東北伸展過(guò)程中脊前偏北氣流引導(dǎo)西伯利亞冷空氣南下，在貝加爾湖東部48°N附近維持緯向型冷渦，而中低層貝加爾湖東部有東西向橫槽對(duì)應(yīng)，烏拉爾山北部有冷平流，這種形勢(shì)有利于橫槽轉(zhuǎn)豎。24日20時(shí)，500 hPa貝加爾湖東部橫槽加強(qiáng)形成緯向型低渦，河套地區(qū)也有弱槽形成，大連受西—西南流場(chǎng)控制，此時(shí)中低層河套槽加強(qiáng)加深，從山東半島至渤海以及大連地區(qū)有很強(qiáng)的低空急流形成，風(fēng)速可達(dá)14～16 m·s-1，地面位于倒槽頂前部，水汽條件及動(dòng)力條件已初步建立。高空200 hPa上，24日在(28°N，112°E)以東有一支高空急流向東北伸展，并且中心風(fēng)速維持在80 m·s-1，但位置偏南，此時(shí)在35～38°N之間，120°E以西又有一支高空急流建立，并逐漸增強(qiáng)，14時(shí)中心最大風(fēng)速為52 m·s-1，大連位于此急流出口區(qū)左側(cè)輻散區(qū)，高空抽吸作用建立，之后在其西側(cè)不斷有大風(fēng)核向東傳遞。

強(qiáng)降雪自25日08時(shí)開(kāi)始，烏拉爾山北部冷平流加強(qiáng)，向東北伸展的烏拉爾山阻塞暖脊崩潰，脊前東北風(fēng)轉(zhuǎn)為西北風(fēng)，500 hPa貝加爾湖東部橫槽轉(zhuǎn)豎，冷空氣南下，形成東亞大槽，槽前西南氣流加強(qiáng)，強(qiáng)降雪發(fā)生在西南氣流控制的區(qū)域中。700 hPa已由偏西流場(chǎng)轉(zhuǎn)為西南急流，水汽輸送加強(qiáng)。由850 hPa風(fēng)場(chǎng)(圖略)可以看出，在渤海至大連一帶有中尺度低渦環(huán)流形成，配合有南北向切變線；此時(shí)，925 hPa上大連位于東南風(fēng)的大風(fēng)速區(qū)內(nèi)，為降水提供了水汽輸送，強(qiáng)降雪發(fā)生在切變線東側(cè)暖濕區(qū)內(nèi)。對(duì)應(yīng)高空200 hPa急流也明顯加強(qiáng)，中心軸風(fēng)速達(dá)到60 m·s-1，并向東伸展與南支高空急流東段合并。強(qiáng)降雪區(qū)仍位于高空急流出口區(qū)左側(cè)的輻散區(qū)中(圖略)，高空強(qiáng)烈的抽吸作用加強(qiáng)了整層的上升運(yùn)動(dòng)，為強(qiáng)降雪的發(fā)生提供了有力的大尺度環(huán)境場(chǎng)。20時(shí)遼寧東南部已位于急流中心入口區(qū)左后側(cè)，500 hPa、700 hPa、850 hPa三層高空槽(切變線)已東移至丹東東部邊界，暴雪區(qū)位于冷槽內(nèi)，強(qiáng)降雪過(guò)程趨于結(jié)束。

2.2 地面形勢(shì)演變

此次遼寧東南部暴雪天氣過(guò)程是在地面倒槽頂部形成的，降雪前，在遼寧及山東半島以南雖有倒槽長(zhǎng)期維持，但倒槽較弱且位置偏南。25日05時(shí)地面倒槽已經(jīng)在大連西部地區(qū)，由于長(zhǎng)時(shí)間的水汽儲(chǔ)備，以及動(dòng)力條件的完全建立，降水開(kāi)始。08時(shí)倒槽加強(qiáng)并向東北伸展，此時(shí)大連南部、東部位于倒槽頂部，降水呈發(fā)展態(tài)勢(shì)，由于南部地區(qū)前期以雨為主，因此降雪量級(jí)不大，無(wú)明顯積雪，而東部地區(qū)地面倒槽以及降水云團(tuán)長(zhǎng)期維持。由地面風(fēng)場(chǎng)(圖略)可以看出，24日23時(shí)大連東北部地區(qū)為偏南風(fēng)，與丹東境內(nèi)的偏北風(fēng)形成輻合，這主要是因?yàn)榇筮B東北部與丹東地區(qū)位于長(zhǎng)白山余脈南側(cè)，偏南氣流受到山前抬升，在這兩個(gè)地區(qū)形成風(fēng)向輻合，并且一直維持至25日17時(shí)，高空850 hPa以下有一個(gè)急流中心與其對(duì)應(yīng)，因此莊河和普蘭店?yáng)|部(皮口)雪量較大，出現(xiàn)了暴雪天氣。之后輻合維持并不斷向東北移動(dòng)，14時(shí)在渤海海峽東部至黃海西北部有氣旋生成，丹東市區(qū)開(kāi)始出現(xiàn)了4.1 mm·h-1的降雪。17時(shí)倒槽東移到朝鮮半島，遼東半島強(qiáng)降雪基本結(jié)束。由此可見(jiàn)，地面倒槽位置與強(qiáng)降雪有很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，特別是地形抬升形成的輻合是造成強(qiáng)降雪的主要原因之一，這也是遼寧東南部，即大連東北部、丹東東部降水偏多的原因。

3 物理量特征

3.1 水汽條件

由水汽通量(圖略)和水汽通量散度分析可見(jiàn)，24日20時(shí)以前低空西南急流剛建立之前，遼寧東南部的水汽通量小于2 g·cm-1·hPa-1·s-1，水汽條件還沒(méi)有建立。隨著低空急流的持續(xù)及加強(qiáng)，山東半島及渤海海峽的水汽通量大值區(qū)向北伸展，25日08時(shí)大連上空850 hPa以下水汽通量大于2 g·cm-1·hPa-1·s-1，122°E以東水汽通量偏大，大于4 g·cm-1·hPa-1·s-1，此時(shí)40°N附近700 hPa以下水汽通量散度出現(xiàn)了-10×10-7g·hPa-1·cm-2·s-1的輻合中心(圖2)。這個(gè)階段正是急流加強(qiáng)期，也是強(qiáng)降雪開(kāi)始時(shí)；同時(shí)，強(qiáng)輻合中心向東北伸展，與水汽通量大值區(qū)對(duì)應(yīng)，也是122°E以東偏大，因此遼寧東南部出現(xiàn)暴雪和短時(shí)強(qiáng)降雪。25日20時(shí)(圖略)強(qiáng)降雪區(qū)上空水汽通量散度為正，強(qiáng)降雪時(shí)段結(jié)束?？梢?jiàn)強(qiáng)降雪時(shí)段，遼寧東南部對(duì)應(yīng)強(qiáng)的水汽輻合中心，為此次暴雪過(guò)程提供了充足的水汽條件。

圖2 2015年2月25日08時(shí)水汽通量散度(等值線，單位：10-7 g·hPa-1·cm-2·s-1)沿122°E剖面圖

3.2 層結(jié)與不穩(wěn)定能量

由大連站、丹東站的探空曲線(圖略)可以看出，24日08、20時(shí)近地層有非常淺薄的弱逆溫層，這種淺薄的逆溫層有利于其上暖空氣的抬升，為不穩(wěn)定能量的產(chǎn)生提供了動(dòng)力條件。分析溫度平流的高低層差異可以發(fā)現(xiàn)，強(qiáng)降雪區(qū)25日02時(shí)500 hPa以下有10×10-5℃·s-1的暖平流，高空500～300 hPa以上有-40×10-5℃·s-1的強(qiáng)冷平流，這種溫度平流隨高度減小的配置，有利于不穩(wěn)定層結(jié)的產(chǎn)生。此種配置的建立比強(qiáng)降雪開(kāi)始時(shí)間提早6 h。當(dāng)?shù)蛯又粮邔訛橐恢碌睦淦搅鲿r(shí)，強(qiáng)降雪時(shí)段結(jié)束。由此可見(jiàn)此次過(guò)程中，下暖上冷的溫度平流促使了不穩(wěn)定層結(jié)的產(chǎn)生，為強(qiáng)降雪提供了不穩(wěn)定能量。分析假相當(dāng)位溫(θse)的空間分布(圖略)可以看出，24日20時(shí)850 hPa以下有一暖濕舌從山東半島向遼東半島伸展，在貝加爾湖東南有干冷空氣向南滲透。25日02時(shí)暖濕舌繼續(xù)加強(qiáng)發(fā)展，并向遼東半島的東北部(大連東北和丹東一帶)伸展，與上述溫度平流差異造成不穩(wěn)定層結(jié)相對(duì)應(yīng)，此時(shí)貝加爾湖東南側(cè)干冷空氣也加強(qiáng)，并在渤海西岸開(kāi)始形成鋒區(qū)(圖3)。08時(shí)，500 hPa隨著干冷空氣的南壓，強(qiáng)降雪區(qū)上空的θse下降了4 ℃(圖4)，925 hPa向東北伸展的暖濕舌位于遼東半島上空，θse達(dá)到16 ℃以下，強(qiáng)降雪區(qū)在暖濕舌頂部，接近20 ℃(圖4)，而其西北部冷空氣也加強(qiáng)南下，與暖濕舌之間形成強(qiáng)鋒區(qū)，此時(shí)強(qiáng)降雪開(kāi)始，說(shuō)明低空強(qiáng)的西南急流將暖濕水汽輸送到強(qiáng)降雪區(qū)，形成高濕區(qū)，建立了暴雪區(qū)上空的不穩(wěn)定層結(jié)，然后在動(dòng)力抬升后與高空干冷空氣作用，觸發(fā)不穩(wěn)定能量的釋放。隨著暖濕舌的東移以及冷空氣的南下，強(qiáng)降雪區(qū)完全受干冷空氣影響時(shí)，降雪結(jié)束。

圖3 2015年2月25日02時(shí)沿40°N的溫度平流(等值線，單位：10-5℃·s-1)剖面圖

圖4 2015年2月25日08時(shí)假相當(dāng)位溫(等值線，單位：℃；實(shí)線為500 hPa，虛線為925 hPa)

3.3 動(dòng)力條件

3.3.1 渦度平流

正渦度平流輸送有利于垂直上升運(yùn)動(dòng)的維持和加強(qiáng)，并有利于冷槽的移動(dòng)[10]。分析暴雪出現(xiàn)前后，由24日08時(shí)—25日14時(shí)沿40°N渦度平流的垂直剖面(圖5)可以看出：24日08時(shí)，強(qiáng)降雪區(qū)上空為負(fù)渦度平流(圖5a)；20時(shí)，強(qiáng)降雪區(qū)上空300 hPa以下為正渦度平流增強(qiáng)，渦度平流值隨著高度上升而增大，最大中心在122°E處400 hPa附近，為30×10-9s-2(圖5b)，有利于上升運(yùn)動(dòng)的建立，其西側(cè)和東側(cè)為負(fù)渦度平流，因此在強(qiáng)降雪區(qū)建立了向西和向東的垂直環(huán)流圈，有利于強(qiáng)降雪上升運(yùn)動(dòng)加強(qiáng)，此時(shí)高空冷槽東南移加強(qiáng)。25日08時(shí)，強(qiáng)降雪區(qū)上空正渦度平流進(jìn)一步加強(qiáng)為60×10-9～80×10-9s-2，122°～123°E(大連東北部)正渦度平流下傳至700 hPa(圖5c)，其向西、向東的垂直環(huán)流圈維持并加強(qiáng)，有利于上升運(yùn)動(dòng)進(jìn)一步加強(qiáng)，冷槽繼續(xù)加強(qiáng)東移，此時(shí)為大連東北部強(qiáng)降雪開(kāi)始時(shí)段，強(qiáng)降雪區(qū)同時(shí)向東推移；14時(shí)，正渦度平流東移至124°E附近以東區(qū)域(圖5d)，大連東北部地區(qū)強(qiáng)降雪結(jié)束，此時(shí)強(qiáng)降雪位于丹東東部；20時(shí)，正渦度平流移出遼寧東南部地區(qū)，強(qiáng)降雪過(guò)程結(jié)束。通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)，正渦度平流與上升運(yùn)動(dòng)有很好的正相關(guān)，此次強(qiáng)降雪過(guò)程中，正渦度平流的建立比強(qiáng)降雪開(kāi)始時(shí)間提早12 h，因此正渦度平流的建立對(duì)暴雪預(yù)報(bào)有很好的指示作用。

圖5 2015年2月24日08時(shí)—25日14時(shí)沿39°N渦度平流(等值線，單位：10-9 s-2)的垂直剖面(a. 24日08時(shí)，b. 24日20時(shí)，c. 25日08時(shí)，d. 25日14時(shí))

3.3.2 急流輻合

使用緯向風(fēng)分量和經(jīng)向風(fēng)分量可以更清晰地描述高、低空急流[11-12]。通過(guò)分析沿強(qiáng)降雪區(qū)上空123°E經(jīng)向風(fēng)分量發(fā)現(xiàn)：24日20時(shí)(圖略)，40°N附近近地層有非常弱的偏東風(fēng)，其頂層300 hPa有70 m·s-1的西風(fēng)急流；25日08時(shí)(圖6a)，850 hPa以下都為偏東風(fēng)，風(fēng)速為6 m·s-1，其上為西風(fēng)急流，因此強(qiáng)降雪區(qū)域850 hPa附近出現(xiàn)東風(fēng)分量與西風(fēng)分量的輻合帶(圖6a中方框)，此位置也位于長(zhǎng)白山余脈南側(cè)，說(shuō)明地形促進(jìn)低空急流的增強(qiáng)，有利于強(qiáng)降雪的產(chǎn)生。通過(guò)分析沿40°N緯向風(fēng)分量(圖6b)發(fā)現(xiàn)：25日08時(shí)，大連地區(qū)(121°～122°E)自地面至700 hPa都處于低層南風(fēng)急流和高層北風(fēng)急流的輻合帶(圖6b中黑線框處)中，強(qiáng)輻合帶的形成為這次暴雪過(guò)程建立了強(qiáng)烈的上升運(yùn)動(dòng)，與強(qiáng)降水開(kāi)始時(shí)間同步；14時(shí)，無(wú)東風(fēng)分量，而南、北風(fēng)急流輻合帶東移到124°E，大連地區(qū)降雪結(jié)束，丹東地區(qū)降雪還在繼續(xù)；20時(shí)，南、北風(fēng)輻合帶繼續(xù)東移出遼寧，遼寧東南部強(qiáng)降雪結(jié)束。因此高低空南、北風(fēng)輻合帶與強(qiáng)降雪有很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

圖6 2015年2月25日08時(shí)沿123°E經(jīng)向風(fēng)分量(a)和沿40°N緯向風(fēng)分量(b)的垂直剖面圖(等值線，單位：m·s-1)

3.3.3 近地面冷空氣作用

分析強(qiáng)降雪區(qū)近地層形勢(shì)，發(fā)現(xiàn)24日23時(shí)，丹東站及其北部地區(qū)地面都為東北風(fēng)，并一直維持，因此在東北風(fēng)的作用下不斷將北方冷空氣向遼寧東南部輸送。25日05—08時(shí)，大連也由偏東風(fēng)轉(zhuǎn)為東北風(fēng)，冷空氣繼續(xù)南壓，在大連近地面形成冷空氣層。由25日08時(shí)大連探空曲線(圖7)可以看到，在近地面層(900 hPa以下)有淺薄的逆溫層存在，這說(shuō)明在近地面層冷空氣上有暖空氣沿著冷空氣抬升，冷空氣層雖然淺薄，但與“冷墊”的作用相同[13-15]，起到加強(qiáng)上升運(yùn)動(dòng)的作用，抬升的暖濕空氣上升、冷卻、飽和，有利于降雪的增強(qiáng)。

圖7 2015年2月25日08時(shí)大連站t-lnp探空曲線圖

3.3.4 垂直速度

分析降雪過(guò)程時(shí)的垂直速度沿123°E剖面圖(圖8)可以看出，24日20時(shí)，在40°N附近，500 hPa以下有上升運(yùn)動(dòng)區(qū)，中心位于900 hPa附近，其上有下沉運(yùn)動(dòng)區(qū)對(duì)應(yīng)，在上升區(qū)的北側(cè)有明顯的下沉運(yùn)動(dòng)對(duì)應(yīng)，形成次級(jí)環(huán)流，促進(jìn)強(qiáng)降雪區(qū)上升運(yùn)動(dòng)增強(qiáng)(圖8a)，為這次遼寧東南部暴雪提供了強(qiáng)的天氣尺度的上升運(yùn)動(dòng)，從而有利于觸發(fā)潛在不穩(wěn)定能量的釋放，有利于深對(duì)流天氣的發(fā)生和發(fā)展。強(qiáng)上升運(yùn)動(dòng)和次級(jí)環(huán)流的建立比強(qiáng)降雪開(kāi)始時(shí)間提早12 h，因此對(duì)強(qiáng)降雪預(yù)報(bào)也具有指示作用。25日08時(shí)，上升區(qū)繼續(xù)維持在40°N附近，但上升運(yùn)動(dòng)伸展到400 hPa，上升速度由12 Pa·s-1增加到16 Pa·s-1，出現(xiàn)兩個(gè)上升運(yùn)動(dòng)中心，分別位于900 hPa和650 hPa附近(圖8b)，強(qiáng)降雪開(kāi)始。14—20時(shí)，上升運(yùn)動(dòng)區(qū)東移減弱，強(qiáng)降雪區(qū)也逐漸東移減弱。通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)，上升氣流位置與暖濕水汽位置有很好的對(duì)應(yīng)，有利于不穩(wěn)定能量的釋放。

圖8 2015年2月24日20時(shí)(a)、25日08時(shí)(b)垂直速度(等值線，單位：Pa·s-1)沿123°E的垂直剖面圖(↑表示上升運(yùn)動(dòng)區(qū)，↓表示下沉運(yùn)動(dòng)區(qū))

4 相態(tài)分析

4.1 相態(tài)變化概況

2015年2月25日大連地區(qū)降水過(guò)程，相態(tài)比較復(fù)雜，南部地區(qū)由雨轉(zhuǎn)雨夾雪又轉(zhuǎn)雪，北部地區(qū)有雨夾雪轉(zhuǎn)雪，也有雨轉(zhuǎn)雪，同時(shí)也有純雪，如表1所示。

表1 2015年2月25日大連地區(qū)各站降水時(shí)間、相態(tài)、量級(jí)及積雪深度

4.2 溫度垂直結(jié)構(gòu)特征

雨轉(zhuǎn)雪過(guò)程中，地面溫度是一個(gè)關(guān)鍵因素[16]，南部地區(qū)(市區(qū)、旅順、金州、長(zhǎng)海)25日08—09時(shí)低層溫度較高，市區(qū)925 hPa以下不低于1 ℃，冰晶下落融化后形成降雨。之后隨著冷空氣入侵，近地面溫度逐漸下降，地面溫度接近0 ℃，達(dá)到降雪閾值(小于1 ℃)。北部地區(qū)(瓦房店、普蘭店、莊河、皮口)基礎(chǔ)溫度低，降水開(kāi)始時(shí)就達(dá)到了降雪閾值。除了地面溫度以外，溫度的垂直結(jié)構(gòu)也是影響降水相態(tài)的關(guān)鍵因素[16]。由有利于冰晶發(fā)展的垂直溫度條件來(lái)看，當(dāng)環(huán)境溫度在-10 ℃以下時(shí)最有利于冰晶顆粒物的成長(zhǎng)，當(dāng)溫度在-12 ℃以下時(shí)，70%以上的云中都會(huì)含有冰晶等固態(tài)降水顆粒物。

25日08時(shí)，貝加爾湖東部橫槽下擺，冷空氣南下，與河套地區(qū)槽前冷空氣交匯，850 hPa風(fēng)場(chǎng)上，在渤海至大連一帶有小低壓環(huán)流，大連位于濕區(qū)，近地面為偏東風(fēng)，形成近地面冷空氣層，將暖濕空氣抬升，925 hPa至700 hPa為西南風(fēng)，風(fēng)速達(dá)到12 m·s-1，從地面到3 km高度均為濕層，2.5 km以上溫度在-10 ℃以下(圖7)，有利于固態(tài)降水顆粒物成長(zhǎng)。由25日08時(shí)大連站探空資料的特征值(表2)來(lái)看，0 ℃層高度在1 km左右。固態(tài)降水顆粒物下降過(guò)程中，經(jīng)過(guò)淺薄逆溫層(圖7)，開(kāi)始由于高層冷空氣不強(qiáng)，所以融化成雨，隨著冷空氣的加強(qiáng)以及暖層的減弱，很快轉(zhuǎn)為雨夾雪。北部地區(qū)(普蘭店、莊河)由于降水開(kāi)始時(shí)溫度較低(0 ℃左右)，降水相態(tài)為雪。

表2 2015年2月25日08時(shí)大連站探空資料特征值

大連站08:56由雨轉(zhuǎn)為雨夾雪，09:28由雨夾雪轉(zhuǎn)為雪。分析24日20時(shí)、25日08時(shí)、25日20時(shí)850 hPa和地面溫度實(shí)況資料(圖略)，可以看出大連站850 hPa溫度從24日20時(shí)到25日20時(shí)均在-4～-2 ℃之間變化，但是地面溫度08時(shí)開(kāi)始逐漸下降。這說(shuō)明高空冷空氣向中低層浸入，有高空冰晶層中固態(tài)降水粒子下降到低層不飽和層中，會(huì)產(chǎn)生融化、蒸發(fā)等相態(tài)變化，其伴隨的潛熱吸收對(duì)環(huán)境溫度產(chǎn)生影響，淺薄的逆溫層被破壞，溫度下降，隨著雨轉(zhuǎn)雨夾雪轉(zhuǎn)雪，垂直方向上溫度遞減率逐漸增大?？梢?jiàn)，地面降水相態(tài)與整層溫度濕度變化均相關(guān)。

4.3 雷達(dá)回波特征

降雪的雷達(dá)回波一般是大范圍、穩(wěn)定的、強(qiáng)度較弱的回波[17-18]，但具有一定的特征指標(biāo)，對(duì)降雪的探測(cè)和預(yù)報(bào)都具有指導(dǎo)意義[19]。2015年2月25日早晨，大連南部地區(qū)近地面氣溫較高，前期降水性質(zhì)以雨或雨夾雪為主，回波最大強(qiáng)度達(dá)到40～45 dBZ；08—09時(shí)旅順1 h降水量達(dá)到6.4 mm，降水回波在渤海海峽不斷生成，并向東北方向移動(dòng)；09—11時(shí)移至大連北部地區(qū)時(shí)，由于降水性質(zhì)是雪，因此回波強(qiáng)度變小，但東部沿?；夭◤?qiáng)度可達(dá)20～25 dBZ，因此普蘭店、莊河等北部地區(qū)降雪強(qiáng)度達(dá)到2～3 mm·h-1(09—10時(shí))，在降雪強(qiáng)度最大(4.6 mm·h-1)的普蘭店?yáng)|南部(皮口站附近)以及莊河?xùn)|部沿?；夭◤?qiáng)度可達(dá)25～35 dBZ(圖9a)，這個(gè)強(qiáng)度對(duì)北方來(lái)說(shuō)可以產(chǎn)生短時(shí)強(qiáng)降雪[20]。11時(shí)以后，回波逐漸繼續(xù)向東北移動(dòng)，影響丹東一帶，丹東出現(xiàn)短時(shí)強(qiáng)降雪。徑向速度圖(圖9c)上，08:56低空存在最大風(fēng)速達(dá)到10～13 m·s-1的偏南急流。由風(fēng)廓線產(chǎn)品(圖9d)看，自08:50開(kāi)始0.3～0.6 km高度出現(xiàn)弱偏北風(fēng)，與其上的西南風(fēng)在邊界層和對(duì)流層低層形成切變層，即前面所說(shuō)的近地面冷空氣層的建立，將暖濕氣流抬升[21]，有利于降水的產(chǎn)生。降雪區(qū)東北部冷空氣在近地層?xùn)|北風(fēng)的作用下向西南移，加大了近地面冷空氣層的抬升作用，促進(jìn)降雪的加強(qiáng)，降水強(qiáng)度逐漸達(dá)到最大，其后隨著西南氣流的減弱，0.9 km高度轉(zhuǎn)為西北風(fēng)，降水強(qiáng)度逐漸減弱。

圖9 多普勒雷達(dá)回波產(chǎn)品(a. 25日09:44大連雷達(dá)0.5°仰角基本反射率；b. 09:44沿a圖線段的剖面圖；c. 08:56徑向速度圖，白色箭頭表示急流；d. 09:57垂直風(fēng)廓線圖)

通過(guò)探空資料，可以分析出降水相態(tài)。由08時(shí)探空?qǐng)D來(lái)看，地面溫度為3 ℃，850 hPa溫度為-3 ℃，850 hPa -4 ℃是液態(tài)和固態(tài)降水臨界值。靜力學(xué)原理中，兩層等壓面之間的厚度與這兩層之間的平均溫度成正比[21]，即某層的厚度是與這層的平均溫度成一定比例，兩層之間厚度越大，該兩層間的平均溫度就高，也就是說(shuō)，厚度能夠體現(xiàn)對(duì)流層中層的平均溫度狀況[22]。北京地區(qū)降雨的判別標(biāo)準(zhǔn)是H1 000～850>1.3 km，大連地區(qū)與北京地區(qū)緯度相近，25日早晨H1 000～850為1.3 km(表2)，處于降雨臨界值。H1 000～700的雨雪臨界值為2.7 km，25日早晨H1 000～700為2.8 km(表2)，也接近臨界值。因此，此次降水大連本站以及以南為液態(tài)降水，而以北為固態(tài)降水。沿圖9a上大連東部沿海強(qiáng)降雪出現(xiàn)地區(qū)的線段做基本反射率剖面圖(圖9b)，回波整體高度基本在6 km以下，20 dBZ以上的強(qiáng)回波高度僅維持在近地面3 km以下[23]，由于低層水汽條件充沛加上850 hPa與500 hPa溫差較小，有利于強(qiáng)降水的產(chǎn)生，故南部為強(qiáng)降雨，北部為強(qiáng)降雪。

5 結(jié)論與討論

2015年2月25日遼東東南部出現(xiàn)了暴雪天氣，強(qiáng)降雪范圍小，相態(tài)復(fù)雜，影響嚴(yán)重。強(qiáng)降雪(暴雪)是在高空槽和地面倒槽共同配合的天氣系統(tǒng)下發(fā)生的。強(qiáng)降雪發(fā)生在低空切變線東側(cè)暖濕區(qū)對(duì)應(yīng)高空急流出口區(qū)左側(cè)的輻散區(qū)內(nèi)，強(qiáng)降雪時(shí)有強(qiáng)水汽輻合中心，850 hPa有中尺度低渦環(huán)流和切變線。對(duì)此次強(qiáng)降雪過(guò)程進(jìn)行深入分析發(fā)現(xiàn)有一些引發(fā)強(qiáng)降雪天氣以及相態(tài)變化的可用指標(biāo)。

1)此次強(qiáng)降雪過(guò)程前，位于長(zhǎng)白山余脈南側(cè)的大連東北部與丹東地區(qū)，地面偏南氣流受到山前抬升形成風(fēng)向輻合并維持18 h，高空850 hPa以下有一個(gè)急流中心與其對(duì)應(yīng)，說(shuō)明地形抬升形成的輻合是造成強(qiáng)降雪的主要原因之一。

2)此次強(qiáng)降雪過(guò)程前6 h，建立了溫度平流隨高度減小的配置，促使了不穩(wěn)定層結(jié)的產(chǎn)生，與其對(duì)應(yīng)θse的空間分布上有干冷空氣與暖濕空氣在渤海西岸形成鋒區(qū)，為強(qiáng)降雪提供了不穩(wěn)定能量。短時(shí)強(qiáng)降雪開(kāi)始時(shí)，下暖上冷的溫度平流以及鋒區(qū)配置達(dá)到最強(qiáng)，不穩(wěn)定能量也達(dá)到最強(qiáng)，在動(dòng)力抬升下，觸發(fā)不穩(wěn)定能量是產(chǎn)生強(qiáng)降雪的重要原因。

3)此次強(qiáng)降雪過(guò)程，正渦度平流的建立、中低層風(fēng)向輻合帶的建立、近地面冷空氣層的建立以及次級(jí)環(huán)流的產(chǎn)生，都為暴雪天氣提供了強(qiáng)大的上升運(yùn)動(dòng)，有利于觸發(fā)潛在能量的釋放，為強(qiáng)降雪的產(chǎn)生提供了動(dòng)力條件。動(dòng)力條件的建立較強(qiáng)降雪產(chǎn)生時(shí)間提前8～12 h，因此對(duì)短期暴雪預(yù)報(bào)也有很好的指示作用。

4)溫度的垂直結(jié)構(gòu)是影響降水相態(tài)的關(guān)鍵因素。2.5 km以上溫度在-10 ℃以下，有利于固態(tài)降水顆粒物成長(zhǎng)，固態(tài)降水顆粒物下降過(guò)程中，經(jīng)過(guò)淺薄逆溫層，剛開(kāi)始由于高層冷空氣不強(qiáng)，融化成雨，隨著冷空氣的加強(qiáng)以及暖層的減弱，很快轉(zhuǎn)為雨夾雪。當(dāng)大連本站850 hPa溫度以及兩層等壓面之間的厚度處于雨雪轉(zhuǎn)換臨界值(850 hPa溫度-4 ℃，H1 000～850為1.3 km，H1 000～700為2.7 km)時(shí)，大連南部為雨或雨夾雪，北部為雪。雨或雨夾雪時(shí)雷達(dá)回波最大強(qiáng)度達(dá)到40～45 dBZ；強(qiáng)降雪時(shí)回波強(qiáng)度為20～25 dBZ，回波高度基本在6 km以下；最強(qiáng)回波25～35 dBZ維持在3 km以下。垂直風(fēng)廓線產(chǎn)品上0.3～0.6 km高度出現(xiàn)弱偏北風(fēng)，與其上的西南風(fēng)在邊界層和對(duì)流層低層形成切變層。