2023年春季烏蘭察布市一次罕見暴雪天氣過程分析

中圖分類號：P458.1 文獻標志碼：B 文章編號：2095-3305(2025)05-0121-03

暴雪是我國北方地區(qū)常見的災(zāi)害性天氣之一，容易影響交通、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、能源供應(yīng)及人們生活，并造成一定的財產(chǎn)損失。多位學(xué)者通過分析暴雪系統(tǒng)的發(fā)生發(fā)展、相互作用過程發(fā)現(xiàn)，鋒面、低空西南急流，以及700，850hPa 切變線的配置是發(fā)生暴雪天氣的有利條件?；亓鞅┭┦侨A北地區(qū)的主要降雪天氣系統(tǒng)之一，其主要特征為低層偏東風(fēng)或東北風(fēng)，形成冷墊，當(dāng)中高層暖濕氣流沿著低層的冷墊爬至某一高度時，水汽凝結(jié)，從而引發(fā)降雪天氣[1-4]。趙桂香等[5]認為在回流形勢的影響下，強降雪垂直熱力結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出上冷、中暖、下冷的特征，且低層冷空氣強度比普通暴雪大，通常低層有東北或偏東氣流，近地層形成“濕冷墊”。顧佳佳等研究指出，低層?xùn)|北路徑冷空氣進入河南地區(qū)形成冷墊，偏南暖濕氣流抬升，形成了明顯的鋒生和次級環(huán)流，有利于暴雪天氣過程的發(fā)生發(fā)展。

上述大部分研究結(jié)合多種資料，從不同層面對冬季暴雪進行了分析，但是針對春季暴雪事件的研究相對較少。因此，利用地面自動氣象觀測站逐時資料、ECMWF再分析資料、雷達資料等對2023年4月2—4日烏蘭察布市出現(xiàn)的罕見暴雪過程進行分析，旨在從此次回流暴雪天氣過程中總結(jié)一些明顯的特征，為今后此類暴雪天氣短期預(yù)報工作提供思路。

1天氣實況

2023年4月2一4日，烏蘭察布市出現(xiàn)強降水天氣過程，大部地區(qū)出現(xiàn)暴雪或大暴雪，最大降水量出現(xiàn)在涼城縣涼城滑雪場終點 (81.3mm) )，最大積雪深度出現(xiàn)在察右中旗和察右后旗 (23cm )。此次降水過程以穩(wěn)定性降水為主，主要降水過程出現(xiàn)在4月2—3日，烏蘭察布市28個氣象監(jiān)測站中，累計降水量為50.0～99.9mm 有9個站， 25.0～49.9mm 有15個站， 10.0～ 24.9mm 有2個站， 0.1～9.9mm 有2個站。降水相態(tài)轉(zhuǎn)換復(fù)雜，全市從4月2日11：00\\~22：00自西北向東南方向呈現(xiàn)雨雪相態(tài)轉(zhuǎn)換的趨勢。

2降水成因

2.1環(huán)流形勢和主要影響系統(tǒng)分析

4月2日08：00，500hPa歐亞環(huán)流為兩槽一脊型（圖1a），高空槽加深成渦并向東移動，東部高壓脊穩(wěn)定少動； 700～850hPa 上，受高空槽前正渦度平流的影響，在 700～850hPa 切變線在4月2日08：00加強成為低渦，而低渦暖濕切變線南側(cè)的西南暖濕氣流強盛，在北進過程中會因熱力作用而爬升，產(chǎn)生熱力上升運動，4月3日20：00東南風(fēng)急流，回流輸送暖濕空氣，一直持續(xù)到4日。4月2日08：00(圖1b）地面冷高壓沿著冷鋒逐步南下，烏蘭察布市處于地面倒槽的頂部，地面冷暖空氣交匯，有助于上升運動的生成和發(fā)展。4月3日11：00地面冷高壓逐步進入烏蘭察布市，其位置在冷高壓的東南部，低層是偏東風(fēng)或東北風(fēng)，形成了冷墊， 700hPa 及以上高度有暖濕氣流維持并在冷墊上爬升。

這次暴雪過程的主要影響系統(tǒng)如下： 500hPa 向東移動的高空槽前西南暖濕空氣； 700hPa 風(fēng)速達 16～ 19m/s ，低空西南急流是關(guān)鍵系統(tǒng)，為強降水提供充足的水汽和不穩(wěn)定能量，有利于天氣尺度的抬升和發(fā)展；在暴雪天氣過程中的切變線主要起到動力輻合的作用；4月2日22：00至4日從 850hPa 到地面是東北氣流，低層形成冷墊， 700hPa 及以上的西南暖濕空氣在低層冷墊爬至某一高度時，水汽發(fā)生凝結(jié)現(xiàn)象，從而產(chǎn)生回流性質(zhì)的降水。

2.2 物理量分析

2.2.1 水汽條件

強降水的形成離不開充足的水汽供應(yīng)，水汽含量直接影響降水區(qū)域和降水量的大小，在偏南氣流的作用下濕層深厚，地面到 500hPa 為飽和區(qū)， 850hPa 比濕達到 6～7g/kg ；雨夾雪和強降雪時段 850hPa 水汽通量均有?-8×10^-5g/(s?cm²?hPa) 的強中心，4月2日02：00最大強度達 -20×10^-5g/(s?cm²?hPa) ，整層水汽通量偏強，水汽在強降水區(qū)域有明顯的輻合(圖略)。比濕大值區(qū)存在低層水汽通量散度輻合中心，是導(dǎo)致烏蘭察布市出現(xiàn)暴雪天氣的重要原因之一。

2.2.2上升運動與冷暖平流

高層輻散、低層流場輻合是形成水汽匯合及上升運動的重要條件，同時動力抬升作用也是暴雪天氣產(chǎn)生的必要條件之一。 200～500hPa 散度值為正， 300hPa 附近為輻散中心，高低空動力耦合形成對流層低層輻合和高層輻散的深厚垂直上升運動區(qū)，是烏蘭察布市出現(xiàn)暴雪的關(guān)鍵原因之一。4月2日14：00集寧垂直上升速度中心達到為 -0.5×10²hPa/s 700hPa 及以上表現(xiàn)出一致的西南風(fēng)和偏西風(fēng)；4月2日22：00以后 850hPa 以下為東北風(fēng)和偏北風(fēng)， 700hPa 偏南風(fēng)風(fēng)速為 16-19m/s 850hPa 東北風(fēng)風(fēng)速為 16m/s ，垂直風(fēng)切變非常強。由此可見，在此次強降水過程中，高層處于輻散狀態(tài)，而低層表現(xiàn)為輻合，結(jié)合明顯的上升運動，垂直風(fēng)切變增強，有利于水汽匯聚輸送及上升運動發(fā)生。

3雷達分析

綜合回波圖(圖略)，在2023年4月2一4日強降水期間，烏蘭察布市大片的片狀回波從西南向東北方向移動，回波主體的強度為 15～30dBz ，最強回波強度達45dBz ，回波頂高 3～7km4 月2日12：00前后烏蘭察布市的西部和南部形成團狀回波，在中部和南部發(fā)展并向東北方向移動，這些回波中夾雜著小尺度對流單體，所經(jīng)之處引發(fā)強降水天氣。

通過分析烏蘭察布市天氣雷達資料發(fā)現(xiàn)，在從液態(tài)水向固態(tài)水轉(zhuǎn)換前后出現(xiàn)了明顯的 0% 層亮帶。4月2日11：00反射率因子突然增加，在 3.4^° 仰角形成0 C 層亮帶，此時烏蘭察布市西北部地區(qū)由降雨轉(zhuǎn)為降雪；4月2日14：00(圖2a）烏蘭察布市北部和中部地區(qū)轉(zhuǎn)為降雪，22：00烏蘭察布市均轉(zhuǎn)為雪；4月3日00:00（圖2b）后 0°C 層亮帶消失，烏蘭察布市自西北向東南完成了從降雨轉(zhuǎn)為雨夾雪再轉(zhuǎn)為降雪的過程零速度線的變化可用于分析冷平流或暖平流，以及風(fēng)向的輻合或輻散的演變情況。

從 1.5^° 仰角基本速度圖(圖略)可見，4月2日08：00—3日08：00基本是暖平流，2日14：00風(fēng)向輻合逐漸加強，從17：00\\~20：00風(fēng)向輻合迅速加強，20：00（圖3)風(fēng)速輻合達到最強，零速度線及其附近的一對“牛眼”出現(xiàn)速度模糊，為 19m/s 以上的低空急流。4月3日20：00后降水仍持續(xù)，但風(fēng)向轉(zhuǎn)為東南風(fēng)，有 16m/s 以上的急流；4日14：00以后降水逐漸趨于結(jié)束。

在強降水期間，從集寧雷達站上空風(fēng)廓線 (圖略)可以看出，高空風(fēng)變化有較強的風(fēng)垂直切變，在相態(tài)轉(zhuǎn)為雪之前，從低層到高層為偏南風(fēng)轉(zhuǎn)西南風(fēng)，4月2日14:00急流加強；2日17:00\\~20：00，低層 2.4km 以下有較強的東北風(fēng)， 3km 以上的中高層為較強的西南風(fēng)，暖濕氣流在冷墊上爬升，此時烏蘭察布市大部地區(qū)相態(tài)轉(zhuǎn)為雪；3日20：00，低層為偏東風(fēng)，中層為東南風(fēng)，高層為西南風(fēng)，中高層暖濕氣流途經(jīng)冷墊時氣流抬升；暴雪后期，中層轉(zhuǎn)為東北風(fēng)，干冷空氣入侵，降雪減弱并逐漸結(jié)束。

綜上， 0°C 層亮帶的出現(xiàn)與降水由雨轉(zhuǎn)雪相態(tài)轉(zhuǎn)換相對應(yīng)，且雷達徑向速度回波與風(fēng)廓線顯示，此次暴雪天氣過程的回流特征是暖濕空氣在低層冷墊上面爬升，低層?xùn)|北冷氣流和中高層暖濕急流增強，從而形成此次強降雪天氣過程。

4模式預(yù)報偏差檢驗

從ECMWF細網(wǎng)格（以下簡稱EC）CMA-GFS、模式降水量預(yù)報來看，關(guān)于4月2日夜間強對流天氣，各個模式(圖略) 96h 預(yù)報中 25mm 以上的降水量級均未報出，量級預(yù)報偏小， 25mm 以下的降水量級落區(qū)和強度與實況較為一致。從CMA-GFS和EC模式預(yù)報時間序列(圖略)來看，隨著預(yù)報時效的臨近，4月2日的降水量級逐漸增大，臨近 24h 預(yù)報中CMA-GFS與實況更吻合，3日EC模式對暴雪落區(qū)的預(yù)報較為準確。在暴雪范圍預(yù)報效果方面，EC優(yōu)于CMA-GFS，EC報出南部地區(qū)暴雪，但暴雪落區(qū)范圍偏小。

將模式與實況進行對比，預(yù)報場切變線位置偏北，導(dǎo)致預(yù)報大值中心偏北。隨著預(yù)報臨近急流逐漸調(diào)強，切變線逐漸南調(diào)。大尺度模式在預(yù)報低空急流方面存在一些偏差，如急流的位置，需要進一步總結(jié)各模式預(yù)報偏差規(guī)律。

5結(jié)論

(1)在降雪前期， 500hPa 高空槽、 700～850hPa 的低渦、低空急流和 850hPa 東北風(fēng)或偏東風(fēng)急流、地面冷高壓和倒槽的配合，為此次暴雪過程的發(fā)生發(fā)展提供了較好的動力條件。

(2)此次降雪過程的水汽充沛。 850hPa 比濕達到6g/kg 850hPa 的水汽通量散度存在較大的負值區(qū)，達 -20×10^-5g/(s?cm²?hPa) ，有利于水汽聚集并輻合上升，產(chǎn)生強降水。

(3)高低空動力耦合形成對流層低層輻合和高層輻散的深厚垂直上升運動區(qū)，是此次暴雪天氣過程產(chǎn)生的關(guān)鍵原因之一，使得垂直速度增強為 -0.5× 10²hPa/s ，低層輻合、高層輻散產(chǎn)生抽吸作用。

(44月2一4日降水回波由西北向東南方向移動，以 35dBz 以下的層狀云降水為主，且存在明顯的雨雪相態(tài)轉(zhuǎn)換，14：00后回波面積擴大，從徑向速度圖和綜合廓線圖可以看出，暖濕氣流在冷墊上爬升，也是引發(fā)此次罕見暴雪天氣過程的原因之一。

(5)大尺度模式在預(yù)報強降水落區(qū)時，可能出現(xiàn)形勢場與降水落區(qū)預(yù)報不匹配的情況，預(yù)報員需在模式預(yù)報的基礎(chǔ)上進行人工修正，同時進一步總結(jié)和歸納預(yù)報經(jīng)驗。

參考文獻

[1]張桂蓮，霍志麗，王學(xué)強.冷墊背景下凍雨和極端大暴雪成因機制分析[J].高原氣象，2023，42(3)：725-733.

[2]張桂蓮，劉瀾波，孟雪峰，等.冷墊背景下回流暴雪成因與雷達回波特征分析[J].干旱氣象，2022，40(3)：500-506

[3]周晉紅，馬鴻青，孫少雄，等.山西一次低空偏東風(fēng)暴雪天氣結(jié)構(gòu)特征分析[J].高原氣象，2014，33(5)：1305-1314.

[4]黃曉璐，林弘杰，李一平，等.2020年初內(nèi)蒙古一次暴雪天氣過程的成因分析[J].沙漠與綠洲氣象，2021，15(6)：18-25.

[5] 趙桂香，杜莉，范衛(wèi)東，等.山西省大雪天氣的分析預(yù)報[J]高原氣象，2011，30(3)：727-738

[6]顧佳佳，單鐵良.2017年沙穎河流域一次暴雪天氣成因分析[J].氣象與環(huán)境科學(xué)，2022，45(5):23-31.