涇源縣一次暴雪天氣過(guò)程的成因分析

馬 霞，王鮮麗，田倍齊

1.中國(guó)氣象局旱區(qū)特色農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警與風(fēng)險(xiǎn)管理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，寧夏銀川 750002；2.涇源縣氣象局，寧夏涇源 756400；3.西吉縣氣象局，寧夏西吉 756200；4.隆德縣氣象局，寧夏隆德 756300

涇源縣位于六盤(pán)山東麓，隸屬寧夏回族自治區(qū)固原市，六盤(pán)山縱貫縣境西部，崆峒山雄踞東北，涇源縣氣候呈春寒、夏涼、秋短、冬長(zhǎng)的特點(diǎn)。暴雪是涇源縣主要?dú)庀鬄?zāi)害之一。

涇源縣暴雪多發(fā)生在冬春、秋冬冷暖交替季節(jié)，暴雪會(huì)給人民群眾生活、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、交通等多方面帶來(lái)影響。氣象工作者對(duì)暴雪天氣過(guò)程進(jìn)行了分析研究，得出一些研究成果[1-7]。

涇源縣對(duì)暴雪的研究較少，將利用常規(guī)氣象觀測(cè)資料、NCEP再分析資料、雷達(dá)資料等，對(duì)寧夏涇源一次暴雪天氣過(guò)程進(jìn)行分析。此次暴雪過(guò)程是涇源縣氣象觀測(cè)站日降水量建站以來(lái)冬季日降水量極值，因此，有必要對(duì)此次暴雪過(guò)程的成因進(jìn)行分析探討，以期提高縣局氣象工作者對(duì)暴雪天氣的預(yù)報(bào)能力。

1 天氣實(shí)況

2023 年2 月7 日20:00—2 月8 日20:00，涇源縣出現(xiàn)暴雪天氣過(guò)程，累計(jì)降雪量為9.8～16.5 mm，除大灣鄉(xiāng)武坪村降雪量9.8 mm為大雪量級(jí)外，涇源縣區(qū)域內(nèi)其余自動(dòng)站24 h降雪量都達(dá)到暴雪量級(jí)，其中，最大降雪量出現(xiàn)在涇源縣香水鎮(zhèn)城區(qū)，為16.5 mm。各鄉(xiāng)鎮(zhèn)降雪量如下：香水鎮(zhèn)16.5 mm，六盤(pán)山鎮(zhèn)15.6 mm，大灣鄉(xiāng)14.2 mm，涇河源鎮(zhèn)11.2 mm，新民鄉(xiāng)14.4 mm。分析各鄉(xiāng)鎮(zhèn)區(qū)域站逐小時(shí)降水量數(shù)據(jù)時(shí)序變化圖(圖1)可知，1 h降水量極值出現(xiàn)在六盤(pán)山鎮(zhèn)8日15:00，為2.1 mm，此次暴雪過(guò)程主要降雪時(shí)段集中在2月8日01:00～16:00，涇源縣降雪量值較均勻，此次降雪過(guò)程自西向東、自南向北移動(dòng)，最大積雪深度達(dá)到21 cm，是涇源縣氣象觀測(cè)站日降水量自創(chuàng)建站以來(lái)冬季日降水量極值。

圖1 2023年2月7日20:00—2月8日20:00逐小時(shí)數(shù)據(jù)降水量數(shù)據(jù)時(shí)序圖

2 環(huán)流形勢(shì)

2.1 500 hPa環(huán)流形勢(shì)

分析前期降水大氣環(huán)流形勢(shì)(圖略)發(fā)現(xiàn)，2月7日08:00，歐亞中高緯是“兩槽一脊”型環(huán)流形勢(shì)，外興安嶺冷渦槽和黑海冷渦槽，西西伯利亞至阿爾泰山脈高壓脊，位于咸海里海的冷槽底部有冷空氣不斷擴(kuò)散東移，溫度槽明顯落后高度槽，高原槽東移發(fā)展，至7日20:00，涇源受槽前西南氣流的影響，提供了充足的水汽輸送，夜間開(kāi)始降水，至8日08:00，涇源縣仍受槽底偏南氣流影響，至8日20:00，小槽東移過(guò)境，涇源縣受槽后西北氣流的影響，降雪結(jié)束。

2.2 700 hPa和850 hPa環(huán)流形勢(shì)

7月20日700 hPa圖(圖略)上，青海—四川有一低壓系統(tǒng)東移，涇源地區(qū)受低壓前東南氣流的影響，至8日08:00 700 hPa上，涇源地區(qū)受低壓前東南偏南低空急流影響，急流風(fēng)速大于12 m/s，提供了充足的水汽輸送，對(duì)應(yīng)時(shí)段850 hPa上，涇源仍受偏東風(fēng)氣流的影響，氣流到?jīng)茉淳硟?nèi)受六盤(pán)山地形強(qiáng)迫抬升，增強(qiáng)上升運(yùn)動(dòng)，利于大降水產(chǎn)生，直至8日20:00，700 hPa上涇源地區(qū)受切變線后西北氣流影響，降水趨于結(jié)束。

2.3 地面形勢(shì)

分析降雪前期地面形勢(shì)圖(圖略)可知，四川至甘肅有地面倒槽形成，7日夜間至8日14:00，涇源受地面倒槽偏南氣流的影響。降雪前期7日08:00，貝加爾湖以西存在冷高壓，冷高壓中心強(qiáng)度達(dá)1 052.5 hPa，降雪期間冷高壓穩(wěn)定維持，7日20:00—8日08:00，涇源地區(qū)受地面倒槽偏東氣流的影響，8日08:00貝加爾湖以西冷高壓分裂南下至蒙古、內(nèi)蒙古東部地區(qū)，且有冷空氣擴(kuò)散南下影響華北地區(qū)。在此形勢(shì)下，涇源縣受高壓與倒槽之間東南風(fēng)的影響造成回流天氣，至涇源境內(nèi)受到六盤(pán)山地形的抬升作用，使得近地面水汽的輻合和上升運(yùn)動(dòng)的產(chǎn)生，引發(fā)強(qiáng)降水。

3 物理量分析

3.1 相對(duì)濕度

分析此次過(guò)程前后700 hPa相對(duì)濕度圖(圖2)，7日20:00降雪發(fā)生前，涇源從南到北整體相對(duì)濕度較好，7日夜間至8日08:00，相對(duì)濕度明顯增加，整個(gè)固原相對(duì)濕度在90%以上，至8日20:00，大部分地區(qū)相對(duì)濕度都在90%以下，涇源縣降水趨于結(jié)束，至9日08:00，相對(duì)濕度低于50%，無(wú)降水。

圖2 2023年2月7—9日700 hPa相對(duì)濕度

3.2 比濕

分析此次過(guò)程前后700 hPa比濕圖(圖3)，7日20:00—8日08:00，涇源地區(qū)整體比濕較好，均在3 g/kg以上，水汽條件充足，至8月20:00，比濕下降，降水趨于結(jié)束，至9日08:00，比濕值偏低，降水結(jié)束。

圖3 2023年2月7日和9日700 hPa比濕

3.3 動(dòng)力條件

3.3.1 垂直速度分析沿35.5°N的經(jīng)度—?dú)鈮捍怪彼俣绕拭鎴D可知(圖略)，7日20:00—8日08:00，夜間涇源地區(qū)整層垂直速度為負(fù)值，上升運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈，為降水提供動(dòng)力條件。至8日20:00，涇源近地面低層垂直速度為負(fù)，中高層為正值，涇源降水趨于結(jié)束，至9日08:00，整層垂直速度為正值，降水結(jié)束。

3.3.2 散度分析沿106.25°E的緯度—?dú)鈮荷⒍绕拭鎴D可知(圖4)，7日20:00，涇源地區(qū)近地面散度為正，中低層散度為負(fù)，500～400 hPa之間散度為正，低層輻合、高層輻散有利于大降水的產(chǎn)生；至8日08:00，也是近地面散度為正，中低層散度為負(fù)，中高層散度為正，低層輻合高層輻散，降水持續(xù)。至8日20:00，涇源地區(qū)中低層散度為正，高層為負(fù)，層結(jié)不利于降水持續(xù)，降水趨于結(jié)束，至9日08:00，降水整體結(jié)束。

圖4 2023年2月7日和9日散度

3.4 熱力條件

分析榆中7日20:00探空?qǐng)D(圖5a)發(fā)現(xiàn)，地面相對(duì)濕度差，低層到高層濕度層結(jié)厚，水汽條件充足，地面溫度在0 ℃以上，0 ℃層在700 hPa附近，夜間產(chǎn)生降水，降水相態(tài)以雨或雨夾雪為主。

圖5 T-lnP 圖

至8日08:00探空?qǐng)D分析，榆中站(圖5b)和崆峒站(圖5c)從低層到高層濕層深厚，榆中和崆峒站地面溫度均在0 ℃以下，降水相態(tài)以雪為主，崆峒站800 hPa左右有淺薄逆溫層，表明以穩(wěn)定性降水為主，低層至高層風(fēng)向由東南風(fēng)轉(zhuǎn)為南風(fēng)，風(fēng)向隨高度順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，有暖平流，此時(shí)更利于降雪強(qiáng)度增大。

4 雷達(dá)特征分析

4.1 組合反射率

從雷達(dá)組合反射率上來(lái)看(圖略)，整個(gè)降水回波呈現(xiàn)典型層狀云降水回波，回波強(qiáng)度分布較均勻。反射率因子空間梯度小，整個(gè)降雪期間回波強(qiáng)度在15～35 dBz之間。

降水是從8日凌晨開(kāi)始的，涇源西南方向不斷有降水回波生成，并向東北方向移動(dòng)，降水盛期主要是8日11:00～16:00時(shí)段，降水回波在涇源停留時(shí)間久、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)。

4.2 徑向速度

分析此次暴雪過(guò)程徑向速度圖可知(圖6)，2月8日01:00開(kāi)始出現(xiàn)降水，分析1.5°仰角徑向速度圖發(fā)現(xiàn)，01:00～06:00橫向“S”形零速度線，低層吹東南風(fēng)，實(shí)際風(fēng)隨高度順轉(zhuǎn)，有暖平流，境內(nèi)受六盤(pán)山地形阻擋抬升，輻合上升，產(chǎn)生降水；06:00～11:00，零速度線逐漸平直，速度等值線較均勻，整層吹偏南風(fēng)，氣流相對(duì)較均勻，風(fēng)速大于12 m/s的低空急流，輸送充沛的水汽，降水持續(xù)；在09:00～13:00徑向速度圖上，正負(fù)速度區(qū)出現(xiàn)逆風(fēng)區(qū)，風(fēng)速達(dá)到15 m/s以上；11:00～15:00，風(fēng)向逐漸轉(zhuǎn)變，從偏南風(fēng)轉(zhuǎn)為西南風(fēng)，至16:00轉(zhuǎn)為偏西氣流，過(guò)程趨于結(jié)束。

圖6 徑向速度圖

5 結(jié)論

(1)此次暴雪過(guò)程的影響系統(tǒng)是500 hPa高空短波槽東移和700 hPa低空急流，地面倒槽和降雪期間冷高壓的穩(wěn)定維持，還有六盤(pán)山地形的抬升作用，共同導(dǎo)致涇源出現(xiàn)暴雪天氣。

(2)此次過(guò)程相對(duì)濕度和比濕條件有利于暴雪的發(fā)生與發(fā)展，提供了充足的水汽條件；低層輻合、高層輻散，以及強(qiáng)烈的上升運(yùn)動(dòng)，為暴雪提供了很好的動(dòng)力條件。

(3)此次暴雪過(guò)程層結(jié)穩(wěn)定，從低層到高層為暖平流，水汽充沛，濕層深厚，為暴雪的發(fā)展提供了必要的熱力條件。

(4)從組合反射率因子來(lái)看，整個(gè)降水回波呈現(xiàn)典型的層狀云降水回波，回波強(qiáng)度分布較為均勻，反射率因子空間梯度小，整個(gè)降雪期間回波強(qiáng)度在15～35 dBz之間，降雪強(qiáng)度均勻，降雪持續(xù)時(shí)間久。

(5)從徑向速度圖來(lái)看，過(guò)程期間穩(wěn)定的低空急流、充沛的水汽、六盤(pán)山地形的阻擋抬升，增強(qiáng)了上升運(yùn)動(dòng)，有利于暴雪的發(fā)生。