豫南一次罕見(jiàn)極端特大暴雪過(guò)程診斷分析

摘 要：【目的】研究2018年1月4日豫南罕見(jiàn)極端特大暴雪成因?！痉椒ā坷贸Ｒ?guī)觀測(cè)、多普勒雷達(dá)產(chǎn)品、FY-2F長(zhǎng)波輻射和NCEP等多種氣象資料，運(yùn)用天氣學(xué)診斷方法分析?！窘Y(jié)果】結(jié)果表明：此次特大暴雪是在高空低槽東移的回流形勢(shì)下，由700 hPa較強(qiáng)西南急流、850 hPa東南風(fēng)急流、中低層切變線及較強(qiáng)東北風(fēng)共同作用下的異常暴雪天氣?！窘Y(jié)論】低層西南急流和東南風(fēng)急流把水汽輸送到豫南地區(qū)，濕層深厚，并在暴雪區(qū)上方產(chǎn)生強(qiáng)的水汽輻合中心，為特大暴雪提供了有利的水汽條件；高低空急流耦合“抽吸作用”“天南地北”的風(fēng)場(chǎng)配置、暖濕氣流沿冷空氣爬升的上升運(yùn)動(dòng)，均有利于極端暴雪的發(fā)生發(fā)展；豫南長(zhǎng)時(shí)間處在中低層兩切變線之間和水汽輻合上升區(qū)，強(qiáng)冷空氣降溫使得雨快速轉(zhuǎn)雪，降雪持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)且強(qiáng)度大，是強(qiáng)降雪主要集中在豫南的重要原因；假相當(dāng)位溫高能舌下伸和鋒區(qū)密集帶對(duì)強(qiáng)降雪的開(kāi)始和落區(qū)有很好的指示意義；OLR特征分析表明，OLR 3 h平均低值中心與3 h最大降雪中心明顯的負(fù)相關(guān)關(guān)系。

關(guān)鍵詞：豫南；極端特大暴雪；OLR；診斷分析

中圖分類號(hào)：P458.1" " "文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " 文章編號(hào)：1003-5168（2024）13-0097-05

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2024.13.020

Analysis of a Rare Extreme Snowstorms in Southern Henan

WU Xue 1，2

（1.Xinyang Tea Meteorological Key Laboratory， Xinyang 464000， China;

2.Xinyang Meteorological Bureau， Xinyang" 464000，China）

Abstract： [Purposes] This paper aims to study the causes of a rare extreme snowstorm in southern Henan on January 4， 2018.[Methods] Using various meteorological data such as conventional observations，" Doppler radar products， FY-2F longwave radiation， and NCEP， the analysis was made by weather diagnostic methods.[Findings] The results indicate that this severe snowstorm was caused by the combined action of a strong southwest jet at 700 hPa， a southeast wind jet at 850 hPa， a shear line in the middle and lower layers， and a strong northeast wind under the reflux situation of a high-altitude trough moving eastward.[Conclusions] The low-level southwest jet and southeast wind jet transport water vapor to the southern region of Henan， with a deep wet layer and a strong water vapor convergence center above the blizzard area， providing favorable water vapor conditions for severe blizzards; the coupling effect of high and low altitude jet streams， the wind field configuration of \"south and north\"， and the upward movement of warm and humid airflow climbing along cold air are all conducive to the occurrence and development of extreme snowstorms; the southern part of Henan Province has been located between the two shear lines in the middle and lower layers for a long time， as well as in the rising zone of water vapor convergence. The cooling of strong cold air causes rain to quickly turn into snow， and the snowfall lasts for a long time and is of high intensity， which is an important reason for the concentration of heavy snowfall in southern Henan; the 1 phase temperature， high-energy tongue extension， and dense front zone have good indicative significance for the start and fall of heavy snowfall; OLR feature analysis shows a significant negative correlation between the average low value center of OLR at 3 hours and the maximum snowfall center at 3 hours.

Keywords： Southern Henan; rare extreme snowstorms; OLR; diagnostic analysis

0 引言

暴雪是我國(guó)冬季常見(jiàn)的災(zāi)害性天氣，不僅會(huì)對(duì)電力、交通運(yùn)輸造成影響，還會(huì)給人民生活和生命財(cái)產(chǎn)造成影響。因暴雪具有明顯區(qū)域性特征，東北、華北和青藏高原等地區(qū)研究暴雪天氣技術(shù)比較成熟，華中地區(qū)暴雪發(fā)生發(fā)展機(jī)制仍有待深入研究。趙俊榮等［1］分析了新疆致災(zāi)大暴雪多尺度系統(tǒng)配置和落區(qū)，結(jié)果表明強(qiáng)降雪時(shí)中高層輻散明顯大于中低層輻合，上升運(yùn)動(dòng)深厚且強(qiáng)盛；侯瑞欽等［2］對(duì)河北省2009年的一次特大暴雪成因進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間的冷鋒系統(tǒng)作用使得上升運(yùn)動(dòng)增強(qiáng)，中層強(qiáng)輻合和正渦度耦合為強(qiáng)降雪提供了充足的動(dòng)力條件。顧佳佳等［3］在分析了2014年河南省持續(xù)性暴雪天氣后指出，冷暖空氣交匯處的鋒生使得形成了垂直于鋒面的次級(jí)環(huán)流，導(dǎo)致上升運(yùn)動(dòng)的進(jìn)一步增強(qiáng)，對(duì)暴雪維持和發(fā)展具有重要作用。本研究利用常規(guī)觀測(cè)、數(shù)值預(yù)報(bào)、多普勒雷達(dá)產(chǎn)品、FY-2F長(zhǎng)波輻射和NCEP等多種氣象資料，對(duì)2018年1月4日豫南罕見(jiàn)極端特大暴雪過(guò)程的形成原因進(jìn)行診斷分析，凝練出同類過(guò)程的預(yù)報(bào)著眼點(diǎn)，為今后此類極端暴雪預(yù)報(bào)和防災(zāi)減災(zāi)提供參考依據(jù)。

1 降雪概況

2018年1月3—4日河南出現(xiàn)大范圍雨雪降溫天氣，其中豫南信陽(yáng)有特大暴雪，強(qiáng)降雪時(shí)段為3日14時(shí)至4日17時(shí)，維持時(shí)間超過(guò)24 h，3—4日累計(jì)降雪量達(dá)35～61.7 mm。本次過(guò)程屬于一次極端降雪事件，4日信陽(yáng)降雪量為22.9（新縣）～43.1 mm（羅山），達(dá)到特大暴雪量級(jí)，9個(gè)國(guó)家站中有7個(gè)站超過(guò)30 mm，雪深26～32 cm。此次降雪具有范圍廣、強(qiáng)度大、降雪持續(xù)久且時(shí)間集中的特征。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，自1961年以來(lái)，除信陽(yáng)站和淮濱站位降雪居歷史第二外，其余7個(gè)國(guó)家站均超越歷史極值。

選取此次降雪量最大的站點(diǎn)羅山站，分析逐3 h加密觀測(cè)雪量，3日08時(shí)至4日23時(shí)羅山站逐3 h降雪量如圖1所示。由圖1可知，強(qiáng)降雪時(shí)段內(nèi)3 h雪量最大可達(dá)8.5 mm，4.6～8.5 mm的3 h降雪維持時(shí)間長(zhǎng)達(dá)27 h，降雪強(qiáng)度大且維持時(shí)間久，屬歷史罕見(jiàn)。

2 影響系統(tǒng)配置及演變

此次極端暴雪是在非常有利的天氣系統(tǒng)配置下發(fā)生的。3日20時(shí)，200 hPa副熱帶西風(fēng)急流維持在40°E 附近，河南省處在高空急流軸右側(cè)的輻散場(chǎng)中；500 hPa豫南處在槽前30m/s的西南風(fēng)引導(dǎo)氣流中，溫度場(chǎng)明顯落后于高度場(chǎng)預(yù)示槽將加深發(fā)展；700 hPa豫北有橫向切變線，豫南處在西南急流出口區(qū)左前方的輻合上升區(qū)中；850 hPa豫南處在橫向切變線北側(cè)8 m/s的偏東風(fēng)中；925 hPa從內(nèi)蒙古和東北三省維持強(qiáng)度高達(dá)16 m/s的東北風(fēng)，形成低層的回流形勢(shì)，輸送干冷空氣形成冷墊，且中低層均處在飽和濕區(qū)中，江漢到華南地區(qū)有溫度暖脊。

發(fā)展到4日08時(shí)，高空急流軸南壓至35 °E 以南，氣旋性曲率明顯加強(qiáng)，急流軸右側(cè)豫南上空輻散場(chǎng)加強(qiáng)，有利于促進(jìn)垂直上升運(yùn)動(dòng)和降水的發(fā)展持續(xù)；低槽加深緩慢東移，槽前的西南風(fēng)加強(qiáng)至34 m/s；700 hPa切變線南壓至豫中南部，此時(shí)形成“人字形”切變線，豫南緊鄰切變線右側(cè)，西南急流延伸擴(kuò)大范圍寬廣，豫南仍處在急流出口區(qū)的左前方的輻合上升區(qū)中；850 hPa切變線北抬至江漢地區(qū)，豫南處在12 m/s的東南風(fēng)急流中，為暴雪區(qū)提供了充足的水汽條件；925 hPa東北風(fēng)維持14～16 m/s，持續(xù)的冷墊作用，且中低層濕區(qū)范圍擴(kuò)大，溫度脊維持。

由以上分析可知，豫南處在低槽槽前、高空急流軸右側(cè)和西南急流軸出口區(qū)左前方，低層輻合高層輻散的配置有利于上升運(yùn)動(dòng)；中低層兩切變線之間，有利于強(qiáng)烈的輻合上升運(yùn)動(dòng)，形勢(shì)配置非常好；濕區(qū)寬廣，西南急流東南風(fēng)急流提供充足的水汽條件；溫度槽、豫南弱溫度脊和東北風(fēng)冷墊使得冷暖空氣在豫南交匯。此形勢(shì)直到4日20時(shí)才移出豫南至下游地區(qū)。

3 持續(xù)暴雪成因分析

3.1 強(qiáng)冷空氣維持和降雪相態(tài)轉(zhuǎn)換

4日08時(shí)，貝加爾湖附近冷高壓中心強(qiáng)度高達(dá)1 070 hPa，沿東北路擴(kuò)散，冷鋒南下冷空氣不斷補(bǔ)充影響江淮地區(qū)，維持時(shí)間長(zhǎng)久，從2日開(kāi)始持續(xù)到5日以后。850 hPa風(fēng)場(chǎng)溫度場(chǎng)，強(qiáng)度為12 m/s的東南風(fēng)急流和溫度線夾角近90°，暖平流強(qiáng)盛，低層暖濕氣流提供充足的水汽。925 hPa強(qiáng)度為14 m/s的東北風(fēng)維持，形成明顯的冷墊形勢(shì)。由此說(shuō)明，在豫南上空冷暖交匯，有利于特大暴雪的發(fā)生發(fā)展。

在相態(tài)轉(zhuǎn)換上，3日08時(shí)850 hPa -4 ℃線就已經(jīng)壓至豫南北部淮河沿線，比預(yù)報(bào)偏早6～9個(gè)小時(shí)。南陽(yáng)探空?qǐng)D上除近地面在0 ℃以上，其余各層次均在0 ℃以下，自北向南相態(tài)逐漸轉(zhuǎn)成雪。經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析，當(dāng)?shù)孛鏈囟仍?℃以上時(shí)，相態(tài)全部為雨，0～1 ℃時(shí)雨轉(zhuǎn)雨夾雪或純雪，0 ℃及以下時(shí)，降水相態(tài)全部轉(zhuǎn)成純雪。在3日08時(shí)及此后兩個(gè)時(shí)次的南陽(yáng)探空站圖上，溫濕線近乎重合，飽和濕度延伸到300 hPa，說(shuō)明低層水汽充足，且風(fēng)隨高度順轉(zhuǎn)，表明中低層存在強(qiáng)盛暖平流，此狀態(tài)持續(xù)到4日20時(shí)，與強(qiáng)降雪結(jié)束時(shí)間一致。

3.2 水汽和動(dòng)力條件

暴雪的發(fā)生發(fā)展需要充足的水汽供應(yīng)和垂直上升速度條件［4］。在相對(duì)濕度沿32°N時(shí)間剖面上，濕層深厚，直至4日20時(shí)，自西北向東南自高層到地面水汽條件逐漸減弱，對(duì)應(yīng)降雪逐漸減弱結(jié)束。從羅山水汽通量散度時(shí)間剖面（如圖2所示）?？梢钥闯觯?00～800" hPa上有弱的水汽輻散下沉，對(duì)應(yīng)干冷的東北風(fēng)冷墊，水汽通量散度輻合上升最強(qiáng)烈在700 hPa層次上，維持時(shí)間長(zhǎng)達(dá)36 h，表明特大暴雪有持續(xù)的水汽供應(yīng)。垂直速度沿32°N時(shí)間剖面，信陽(yáng)上空有強(qiáng)烈上升運(yùn)動(dòng)，維持時(shí)間久，在4日08時(shí)強(qiáng)度最大，且“天南地北”的風(fēng)場(chǎng)配置使得暖濕氣流在冷墊上爬升。羅山站垂直速度時(shí)間剖面圖上，垂直速度最大值延伸至500 hPa位置，表明本次特大暴雪有很好的動(dòng)力條件。

3.3 熱力條件

假相當(dāng)位溫[θ]se沿32°N剖面圖上（如圖3所示），強(qiáng)降雪開(kāi)始前的14時(shí)，鋒區(qū)由850～700 hPa的厚度迅速增大至900～600 hPa的厚度，對(duì)強(qiáng)降雪的開(kāi)始有很好的指示意義。700 hPa與850 hPa 3日20時(shí)的平面圖上，鋒區(qū)明顯存在，豫南強(qiáng)降雪落區(qū)平行于鋒區(qū)密集帶，且鋒區(qū)維持時(shí)間位置與強(qiáng)降雪時(shí)段和向南擴(kuò)展有很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。在羅山站[θ]se時(shí)間剖面圖上，[θ]se隨高度增加，說(shuō)明大氣層結(jié)穩(wěn)定，3日11時(shí)后900 hPa以下維持一低值區(qū)，700～900 hPa梯度明顯，形成明顯的鋒區(qū)，17時(shí)500 hPa有高能舌下伸，與低槽、暖濕氣流加強(qiáng)有關(guān)，降雪增強(qiáng)，4日20時(shí)之后鋒區(qū)發(fā)散，降雪結(jié)束。

4 雷達(dá)回波特征

在反射率圖上，系統(tǒng)穩(wěn)定性層狀云降水回波，強(qiáng)度在35 dBz以下，自西南向東北移動(dòng)，長(zhǎng)時(shí)間維持。在速度圖上，零速度線呈現(xiàn)正S型順轉(zhuǎn)，有暖平流存在，明顯的強(qiáng)正負(fù)速度對(duì)“牛眼”特征，可以看出，低層?xùn)|北急流，中層西南急流，低層冷墊迫使中層暖濕氣流抬升。在風(fēng)廓圖上，典型的“天南地北”風(fēng)場(chǎng)形勢(shì)，同樣可以看出暖濕氣流在冷墊上爬升，有利于降雪的維持和發(fā)展。

5 冷云團(tuán)演變和衛(wèi)星OLR特征分析

冷云團(tuán)是由高空槽云系在高層冷平流、低層暖平流形成不穩(wěn)定條件下發(fā)生和發(fā)展的。紅外云圖上，3日08時(shí)上游四川盆地寬度為300 km的帶狀云系，與3日中午前后河南本地由中尺度生成發(fā)展的帶狀云系，在低槽引導(dǎo)下緩慢東移，于3日夜間合并發(fā)展到最為旺盛階段，帶狀云系寬度達(dá)到上千公里，持續(xù)影響豫南地區(qū)。水汽圖上，豫南地區(qū)對(duì)流層中上部處在明顯的濕區(qū)和上升運(yùn)動(dòng)區(qū)中，維持一天以上，4日14時(shí)之后被下沉干區(qū)控制，降雪明顯減弱趨于結(jié)束。

FY-2F衛(wèi)星產(chǎn)品長(zhǎng)波輻射資料（OLR）是衛(wèi)星觀測(cè)到的地表熱輻射能量密度，能很好地反映降水天氣事件，尤其是長(zhǎng)時(shí)間降水的極端天氣事件［5-7］。在OLR平均等值線色斑填圖上， 4日02時(shí)強(qiáng)降雪對(duì)應(yīng)OLR低值區(qū)域，而4日20時(shí)降雪減弱結(jié)束，對(duì)應(yīng)OLR較大值區(qū)域，低值表明云系越高，降水越強(qiáng)。選取3日14時(shí)至4日20時(shí)，地面加密站降雪量情況對(duì)應(yīng)逐3 h的OLR平均值的演變（如圖4所示）可以看出，降雪量和OLR值存在明顯的負(fù)相關(guān)關(guān)系，經(jīng)過(guò)計(jì)算其相關(guān)系數(shù)高達(dá)-0.808，且強(qiáng)降雪出現(xiàn)時(shí)，OLR值lt;150 w·m-2。綜合分析表明，OLR長(zhǎng)波輻射資料對(duì)評(píng)估暴雪災(zāi)害影響范圍起到重要的指示作用。

6 結(jié)論

① 此次極端特大暴雪過(guò)程發(fā)生在高空低槽東移的回流形勢(shì)下，700 hPa強(qiáng)西南低空急流、850 hPa東南低空急流、中低層切變線及強(qiáng)東北風(fēng)共同作用，造成了異常強(qiáng)暴雪天氣。

②低層西南急流和東南風(fēng)急流把水汽輸送到豫南地區(qū)，濕層深厚，并在暴雪區(qū)上方產(chǎn)生強(qiáng)的水汽輻合中心，為本次特大暴雪提供了有利的水汽條件。

③ 高低空急流耦合抽吸作用，“天南地北”的風(fēng)場(chǎng)配置，暖濕氣流沿冷空氣爬升，上升運(yùn)動(dòng)有利于暴雪發(fā)生發(fā)展。

④ 豫南長(zhǎng)時(shí)間處在中低層切變線兩切之間，且低空西南急流、東南風(fēng)急流與近地層?xùn)|北風(fēng)在豫南上空輻合，是強(qiáng)降雪主要集中在該地區(qū)的重要原因。

⑤強(qiáng)冷空氣降溫使得雨快速轉(zhuǎn)雪，降雪持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，降雪強(qiáng)度大，導(dǎo)致極端特大暴雪的發(fā)生。當(dāng)T850≤-4 ℃，地面2 m氣溫接近0 ℃ 時(shí)相態(tài)轉(zhuǎn)雪。

⑥假相當(dāng)位溫高能舌下伸和鋒區(qū)密集帶對(duì)強(qiáng)降雪的開(kāi)始和落區(qū)有很好的指示意義。

⑦OLR特征分析表明，OLR 3 h平均低值中心與3 h最大降雪中心存在明顯的負(fù)相關(guān)關(guān)系。

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