2021年11月山東一次極端天氣成因分析

摘 要：利用地面自動氣象站觀測資料、美國國家環(huán)境預報中心再分析資料，對2021年11月6—7日發(fā)生在山東省西北部地區(qū)的一次極端天氣成因進行分析。結(jié)果表明：此次極端暴雪天氣具有強度大、范圍廣等特點，其主要受500 hPa冷渦、700 hPa

高空槽、850 hPa切變線，以及低空東南、西南急流等系統(tǒng)影響；此次極端暴雪過程發(fā)生時，山東省西北部地區(qū)水汽來源路徑眾多，其中700 hPa與850 hPa東南與西南暖濕氣流對此次降雪天氣的水汽貢獻最大，為其提供了充沛的水汽條件；低層強烈輻合、高層強烈輻散的結(jié)構(gòu)配置，再加上低層強冷空氣的影響，輻合中心明顯抬升，并與低層切變線相耦合，導致上升運動明顯增強，為其提供了良好的動力抬升條件。

關(guān)鍵詞：極端暴雪；天氣成因；橫槽；高空槽

中圖分類號：P458.121 文獻標志碼：B 文章編號：2095–3305（2024）09–0-03

暴雪是我國冬季發(fā)生頻率較高的氣象災害之一，不僅會直接影響大眾日常出行及工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，嚴重時還會危及人民群眾生命財產(chǎn)安全[1]。基于此，以2021年11月山東省一次極端暴雪天氣為研究對象，選用地面自動站觀測資料、美國國家環(huán)境預報中心再分析資料等，從環(huán)流背景、物理量診斷等角度研究了此次暴雪天氣成因，以期提高此類暴雪天氣的預報準確率，減少其帶來的影響及危害。

1 山東省概況

山東省地處中國華東地區(qū)，境內(nèi)包括山地、丘陵、平原、盆地、湖泊等地貌類型，地勢低平。其屬暖溫帶季風氣候區(qū)，春秋短暫、冬夏較長，具有降水集中、雨熱同季等特點。省內(nèi)冬半年發(fā)生暴雪天氣的頻次不高，年平均出現(xiàn)暴雪不足2.0 d。然而，一旦出現(xiàn)強暴雪，勢必會產(chǎn)生嚴重影響。

2 極端天氣實況

受寒潮天氣影響，2021年11月6日20：00—7日20：00，山東省大部分地區(qū)出現(xiàn)了極端暴雪天氣現(xiàn)象，并伴有雨雪、降溫、大風天氣。據(jù)統(tǒng)計，在此期間，山東省平均降水量為31.9 mm，遠大于歷年11月平均降水量（18.5 mm）。

如圖1a所示，本次強降水量呈現(xiàn)出西北多、東南少的特點。其中，有31個站點降水量超本月歷史極值，占全省站點總數(shù)量的25%。降水量＞50.0 mm的站點有20個，主要集中在魯西北地區(qū)，其中，東營市墾利區(qū)降水量最大，為75.5 mm，聊城市茌平區(qū)小時雨強最大，為17.8 mm/h。相對比而言，魯中東部與半島地區(qū)降水量較小。

如圖1b所示，山東省有47個站點出現(xiàn)暴雪天氣，以魯西北、魯中北部最為集中，其中，濟南、聊城、平原出現(xiàn)特大暴雪。

觀測資料顯示，此次降水過程中山東省氣溫大幅下降，且伴隨有大風天氣。以魯西降水量最大的德州禹城（圖2）為例，其降水主要集中在7日01：00～12：00。

其中，01：00～02：00小時雨強最大（15.9 mm/h），08：00～09：00小時降雪量最大（6.0 mm/h）。11月7日01：00～10：00，德州禹城氣溫大幅下降，由01：00的17.1 ℃下降至10：00的-1.5 ℃，氣溫降幅為18.6 ℃。

此外，結(jié)合極大風速序列圖可見，本次降水發(fā)生時，德州禹城11月7日05：00的風速最大，為17.6 m/s。

3 環(huán)流背景分析

大尺度環(huán)流背景是暴雪天氣過程發(fā)生與發(fā)展的一項重要條件[2]。11月3—5日（暴雪天氣發(fā)生前）500 hPa歐亞大陸維持“兩脊一槽”的環(huán)流形勢，其中，兩脊出現(xiàn)在鄂霍次克海與烏拉爾山，一橫槽出現(xiàn)在兩個暖脊之間的西伯利亞中部，烏拉爾山暖脊前維持東北氣流，在其作用下，大量冷空氣堆積于橫槽后部，溫度槽落后于高度槽，為橫槽的持續(xù)發(fā)展創(chuàng)造了有利條件。

11月6日夜間，橫槽逐漸東移且轉(zhuǎn)豎，在此過程中被切斷為低渦，后與-32 ℃的冷中心相互配合，槽前西南氣流控制與影響魯西北地區(qū)。到11月7日08：00（圖3a），高空槽逐漸向東移動，其強度也有所增加，與此同時，槽前西南氣流持續(xù)發(fā)展，并演變?yōu)槲髂现锌占绷鳎L速＞20 m/s，同時其跨度較大，表明此次降水過程持續(xù)時間長。

結(jié)合700 hPa天氣形勢圖（圖3b）可見，高空槽位于冀魯交界位置處，西南氣流位于槽前且強度持續(xù)增強，其中魯西北上空西南急流強度＞20 m/s，為這一區(qū)域降水提供了充沛的暖濕氣流。

同時，850 hPa（圖3c）低緯度地區(qū)有切變發(fā)展，東南氣流位于其前部且強度顯著增加，再加上700 hPa西南急流的相互配合，為此次極端天氣提供了良好的水汽輸送條件。結(jié)合溫度場，700 hPa以下鋒區(qū)坡度明顯且等溫線密集，由此可見，對流層低層斜壓性顯著增強。而冷暖氣流交匯于山東省西北部，為層結(jié)不穩(wěn)定性增強創(chuàng)造了有利條件。

此外，結(jié)合圖3d可知，冷高壓主體出現(xiàn)在河套西部地區(qū)，其冷中心強度最強為1 040 hPa，其前部等壓線較為密集，致使地面冷鋒過境后出現(xiàn)大風天氣。隨著冷鋒逐漸向南延伸，這一區(qū)域溫度大幅下降，與此同時，降水逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)橛陫A雪或雪，此時鋒后偏北氣流影響與控制降雪區(qū)域。700 hPa及以上維持西南氣流，低層維持偏北風而形成的冷墊，這一上西南下偏北的典型回流形勢為降雪天氣的發(fā)生發(fā)展創(chuàng)造了有利條件。

分析降水中心周邊章丘站的探空圖可知，強降水落區(qū)上空大氣濕層較為深厚，其中，600 hPa以下基本飽和，整層水汽條件良好。850 hPa以下維持西北風，強冷空氣在低層西北氣流引導下逐漸形成冷墊，同時有明顯的逆溫出現(xiàn)在冷墊之上。700 hPa以上維持西南風，其風速＞20 m/s，并且冷空氣墊上還覆蓋有強盛的暖濕氣流，這種上暖下冷的層結(jié)條件為強降水天氣創(chuàng)造了有利條件。此外，0～6 km垂直風切變＞30 m/s，大氣動力不穩(wěn)定較為強烈。

4 物理量診斷

4.1 水汽條件分析

充足的水汽供應是暴雪天氣過程發(fā)生與發(fā)展的一項關(guān)鍵條件[3-6]。11月，山東省氣溫與飽和水汽壓偏低，水汽含量較少。但暴雪天氣要求水汽充沛，因此暴雪天氣發(fā)生時的水汽來源與輸送尤為重要。選用HYSPLIT模式對此次暴雪天氣發(fā)生過程中500、700與850 hPa 3個高度72 h的水汽來源運動軌跡進行追蹤分析。

通過分析得出：中亞地區(qū)是500 hPa水汽的主要來源，持續(xù)東移途徑新疆、黃土高原最終移動至山東省西北部。最初氣團的濕度較高，比濕值為3～5 g/kg，水汽在輸送過程中損耗明顯，當輸送至降水落區(qū)后，其比濕值僅為0.2～0.3 g/kg。由此可見，中亞地區(qū)水汽對此次降雪天氣過程的水汽貢獻較?。痪?00 hPa水汽，其來源主要有2支，即青藏高原與重慶北部，相對而言，源于青藏高原的水汽初始濕度較小，比濕數(shù)值為0.3 g/kg，水汽在輸送中不斷吸收水汽，當輸送至降水落區(qū)時比濕值顯著增加，為4.7 g/kg。而源于重慶北部的水汽初始濕度較高，水汽在輸送中比濕大幅下降，其輸送至降水落區(qū)時比濕值為4.7 g/kg；850 hPa低層水汽來源也包括2部分，其一為東海，其二為朝鮮半島南部。在東南氣流的引導作用下，以上2支水汽均經(jīng)黃海最終輸送至山東省西北部，水汽在輸送中不斷有源于黃海區(qū)域的水汽補充，其輸送至降雨落區(qū)時比濕值較高，為7.1 g/kg。

4.2 動力條件分析

通常情況下，選用散度表征大氣動力過程[7-9]。如圖4所示，降水發(fā)生過程中，36～37°N上空散度呈輻散—輻合交替分布現(xiàn)象，其中，900～700 hPa低空屬于強烈的輻合區(qū)，而900 hPa之下屬于強輻散區(qū)，并于800 hPa周邊出現(xiàn)強輻合中心，其強度為-20×10-5/s。其中，600 hPa之上屬于正散度區(qū)，并于500 hPa周邊出現(xiàn)輻散中心，其數(shù)值為15×10-5/s。這種低層強烈輻合、高層強烈輻散的結(jié)構(gòu)配置為上升運動發(fā)展與降水增強創(chuàng)造了有利條件。

此外，低層強冷空氣明顯，輻合中心明顯抬升，并與低層切變線相耦合，導致輻合上升運動呈增強趨勢，這也是此次降水較強的一項重要原因。

5 結(jié)論

（1）此次極端暴雪天氣具有強度大、范圍廣等特點，其受500 hPa冷渦，700 hPa高空槽，850 hPa切變線，低空東南、西南急流等系統(tǒng)影響。

（2）此次極端暴雪過程發(fā)生時，山東省西北部地區(qū)水汽來源與路徑眾多，其中700 hPa與850 hPa東南與西南暖濕氣流對此次降雪天氣的水汽貢獻最大，為降雪天氣的發(fā)生發(fā)展提供了充沛的水汽條件。

（3）低層強烈輻合、高層強烈輻散的結(jié)構(gòu)配置，再加上低層強冷空氣的影響，輻合中心明顯抬升，并與低層切變線相耦合，導致上升運動明顯增強，為此次降雪天氣提供了良好的動力抬升條件。

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收稿日期：2024-06-11

作者簡介：趙雯（1996—），女，山東臨沂人，助理工程師，研究方向為氣象。#通信作者：劉新磊（1996—），男，內(nèi)蒙古林西人，助理工程師，研究方向為天氣預報預警，E-mail：Fuwei55676@163.com。