一次復(fù)雜雨雪天氣過程的特征分析

中圖分類號：P458.1 文獻標志碼：B 文章編號：2095-3305(2025)05-0112-03

內(nèi)蒙古自治區(qū)東西經(jīng)度跨度廣，災(zāi)害性天氣多發(fā)，冬春季、秋冬季季節(jié)轉(zhuǎn)換時期含有相態(tài)轉(zhuǎn)換的降水預(yù)報始終為氣象預(yù)報的難點，針對此類天氣，很多氣象工作者做了大量研究。萬瑜等[研究表明：天山北坡區(qū)域性暴雪發(fā)生時，冷暖空氣持續(xù)對峙，鋒區(qū)強度強，為暴雪的形成提供了穩(wěn)定的天氣尺度條件；奚世軍等[2發(fā)現(xiàn)中高緯度地區(qū)在中層槽的引導(dǎo)下冷空氣南下，中低緯度地區(qū)在南支槽的引導(dǎo)下西南氣流東移，致使冷空氣與暖濕氣流交匯，降水相態(tài)發(fā)生變化；楊旗等3研究發(fā)現(xiàn)橫貫云貴高原和南嶺地區(qū)的準靜止鋒導(dǎo)致的鋒前“冷一暖一冷”的溫度垂直結(jié)構(gòu)有利于多相態(tài)降水的形成；鈴偉妙等4發(fā)現(xiàn)暖濕氣流在“冷墊”上爬升以及西側(cè)太行山地形抬升造成強降雪；徐娟娟等[5研究表明中層冷空氣的侵入是2018年1月陜西區(qū)域性暴雪發(fā)生的主要觸發(fā)機制，高層輻散與低層輻合的有利配置導(dǎo)致的強上升運動和中低層深厚正渦度的發(fā)展和維持是暴雪形成的動力機制；谷秀杰等[發(fā)現(xiàn)使用單一特性層溫度來判識降水相態(tài)依據(jù)不足，應(yīng)根據(jù)整層大氣層結(jié)溫度來預(yù)判可能出現(xiàn)的降水相態(tài)。

近幾年，內(nèi)蒙古強降雪天氣多發(fā)，尤其是東南部地區(qū)，降雪強度大，連續(xù)2年突破歷史極值，對日常生活、農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)、交通運輸?shù)仍斐傻挠绊懺絹碓酱?。因此，深入分析?nèi)蒙古地區(qū)暴雪成因，對防災(zāi)減災(zāi)有重要意義。內(nèi)蒙古自治區(qū)2024年4月27一29日強雨雪過程，持續(xù)時間長、累計降水量大、相態(tài)轉(zhuǎn)換復(fù)雜、致災(zāi)性強，同時伴隨雷暴天氣，且多家數(shù)值模式對 50mm 以上降水均存在漏報，故以此次過程為例，利用國家氣象站資料、ERA5等數(shù)據(jù)資料，通過天氣學(xué)分析方法，對此次過程天氣成因及相態(tài)演變、強對流活動進行診斷分析，為內(nèi)蒙古地區(qū)此類降水的精細化預(yù)報提供一定參考。

1資料來源

研究所用資料的時間段均為2024年4月27日一29日，主要包括氣象大數(shù)據(jù)云平臺“天擎”系統(tǒng)提供的內(nèi)蒙古自治區(qū)國家氣象觀測站逐時降水量、積雪深度、氣溫、天氣現(xiàn)象等觀測數(shù)據(jù)；歐洲中期天氣預(yù)報中心提供的ERA5數(shù)據(jù)，水平分辨率為 0.25^°×0.25^° ，時間分辨率為 ，包括不同高度層位勢高度場、溫度場、經(jīng)向風場、緯向風場等，用于診斷分析動力、水汽、不穩(wěn)定等條件；雷達數(shù)據(jù)和探空資料。

2 天氣實況

根據(jù)圖1可以看出，2024年4月27日—30日，內(nèi)蒙古自治區(qū)出現(xiàn) 0.1～57.6mm 的降水，強降水主要集中在錫林郭勒盟、赤峰市、烏蘭察布市，并伴有雨雪相態(tài)轉(zhuǎn)換，2024年4月27日17：00回波開始逐步影響內(nèi)蒙古自治區(qū)中部偏南地區(qū)，到28日00：00時回波加強，降水強度增強，出現(xiàn)雷電。共3個旗縣的6個站出現(xiàn) 50.0mm 以上的降水，83個站出現(xiàn) 25.0～49.9mm 的降水；164個站出現(xiàn) 10.0～24.9mm 的降水，其中錫林郭勒盟太仆寺旗、正藍旗、正鑲白旗、多倫縣28日日降水量突破建站以來4月歷史極值。最大積雪深度：錫林郭勒盟多倫縣 18cm 、赤峰市松山區(qū)崗子 15cm 、正藍旗8cm 。綜上可以看出，此次降水過程具有持續(xù)時間長、累計降水量大、積雪深度大、相態(tài)轉(zhuǎn)換復(fù)雜等特點。

2024年4月27日一30日，內(nèi)蒙古自治區(qū)大部分地區(qū)出現(xiàn)6級以上大風，范圍在 11.0-32.9m/s ；最大風速出現(xiàn)在烏蘭察布市四子王旗，為12級；西部部分地區(qū)和中部偏西地區(qū)出現(xiàn)浮塵揚沙天氣，其中17站為揚沙、11站為浮塵。2024年4月29日08：00，阿拉善盟北部、錫林郭勒盟、赤峰市、興安盟、呼倫貝爾市地表溫度降至0℃以下，出現(xiàn)強降溫天氣，部分地區(qū)發(fā)生輕霜凍或霜凍氣象災(zāi)害。

3結(jié)果與分析

3.1 環(huán)流形勢

從 500hPa 高空形勢上看，2024年4月27日08：00新疆北部地區(qū)有高空槽存在，溫度場落后于高度場，使高空槽在東移過程中加強發(fā)展成為冷渦，前方分裂出多個短波槽東移南下，移至內(nèi)蒙古河套地區(qū)高空槽呈疏散型，至2024年4月28日20：00高空槽維持在內(nèi)蒙古自治區(qū)西部地區(qū)，以東地區(qū)受高空槽前西南氣流影響， 700hPa 西南急流最大風速增至 12m/s (圖2)，向內(nèi)蒙古中東部地區(qū)輸送暖濕氣流，在內(nèi)蒙古中東部地區(qū)存在明顯風速輻合，配合低空低渦形成，大量暖濕空氣在低空急流左前側(cè)強輻合區(qū)內(nèi)上升，暖區(qū)內(nèi)降水量明顯加大； 850hPa 內(nèi)蒙古西部偏東和中部偏西地區(qū)受暖脊控制，降水開始時受 4^°C 線控制，故降水相態(tài)以雨為主，中部偏東和東南部地區(qū)受冷槽控制，且配合東北風輸送冷空氣，在低層形成“冷墊”，強迫抬升暖濕空氣，溫度逐漸下降，故出現(xiàn)雨轉(zhuǎn)雨夾雪轉(zhuǎn)雪的相態(tài)轉(zhuǎn)換，赤峰云區(qū)大氣可降水量增至 40mm 以上，降水強度逐漸加大，相態(tài)始終以雪形式出現(xiàn)，后期并未再次轉(zhuǎn)換為雨夾雪或雨。

根據(jù)地面海平面氣壓場演變分析可知，2024年4月27日08：00地面低壓系統(tǒng)在高空正渦度平流和低層暖平流的減壓作用下加強發(fā)展，影響內(nèi)蒙古西部偏南地區(qū)，之后發(fā)展加強東移，17：00地面低壓中心達到 997.5hPa ，之后低壓中心繼續(xù)東移北伸，高低層形勢配置有利于加強上升運動，動力條件充沛。內(nèi)蒙古東部地區(qū)位于地面冷高壓前沿與倒槽頂部鋒區(qū)內(nèi)，伴有鋒生活動，始終受偏北風影響，地面“冷墊”效果明顯，暖濕空氣被低層冷空氣強迫抬升至高空，上升運動顯著，形成典型的東北地區(qū)的回流降雪天氣形勢，極易出現(xiàn)大雪或暴雪天氣，降雪隨冷高壓繼續(xù)南下而逐漸結(jié)束，后期轉(zhuǎn)為強降溫天氣。

3.2 層結(jié)條件

4月27日17：00開始，內(nèi)蒙古中部偏南地區(qū)開始出現(xiàn)降水，隨后雷達回波強度加大，在28日00：00出現(xiàn)雷電，最大回波強度超過 45dBz ，通過分析27日08：00呼和浩特站溫度對數(shù)壓力圖可知(圖略)，低層存在明顯暖平流，高層有冷平流，上冷下暖的層結(jié)分布利于不穩(wěn)定潛勢建立，訂正后的對流有效位能增加至 484.3J/kg ，至2024年4月27日20：00，低層存在明顯“喇叭口”結(jié)構(gòu)，說明低層較干，而中層及高層有明顯濕層，溫度直減率大，這種層結(jié)分布有利于雷暴大風天氣出現(xiàn)，28日08：00，低層至高層空氣均呈飽和狀態(tài)，濕層深厚，降水逐漸穩(wěn)定，對流活動逐漸消散。

3.3 水汽條件

充沛的水汽條件是形成強降水天氣的三要素之一。通過分析此次降水天氣過程期間比濕與水汽通量散度圖可知(圖略)， 700hPa 內(nèi)蒙古地區(qū)最大比濕超過 4g/kg 達到該區(qū)域春季強降水天氣標準，相對濕度均在 80% 以上，絕對濕度與相對濕度條件均有利于強降水天氣發(fā)生，水汽通量最大強度達 10g/(cm?hPa?s) 以上，有較強水汽輸送，并形成明顯的水汽輻合，大量的水汽輸送和高效率的水汽輻合為強降水的發(fā)生提供了充足的水汽條件，水汽通量大值區(qū)與強降水區(qū)配合較好。 925hPa 偏東風帶來的濕冷氣流，強迫暖濕氣流抬升，從而促進水汽在垂直方向的積聚輻合，對流層中低層水汽輻合的維持有利于降水長時間維持。從地面降水類型識別上來看，反射率回波隨高度下降而增大，中心強度可以達到 35dBz 以上，說明雨強較大，而回波頂高在 10km 左右， 4km 以下始終存在云層，說明降水的水汽條件充沛。從雷電1h估測累計降水產(chǎn)品圖分析來看，2024年4月27日22：00至28日04：00有明顯降水大值中心，說明此時間段為降水主體時段。

3.4 模式檢驗

針對此次復(fù)雜降水相態(tài)的預(yù)報，對EC細網(wǎng)格、CMA-GFS等多家數(shù)值預(yù)報模式2024年4月27日08：00預(yù)報產(chǎn)品進行檢驗，結(jié)果表明：對高低層形勢預(yù)報而言，EC并未預(yù)報出高空冷渦形成，對高空槽預(yù)報位置偏西，移速偏慢，對高空短波槽預(yù)報徑向度偏弱，預(yù)報與實況對比有一定差異；中低層 700hPa 和 850hPa 隨預(yù)報時效臨近，風速逐漸向大調(diào)整，達到急流強度，風向預(yù)報相對準確，2024年4月27日 以下北風風力預(yù)報明顯偏弱， 850hPa 西南急流偏弱2m/s ，2024年4月28日08：00東北風風速預(yù)報準確，預(yù)報場切變線位置偏北，導(dǎo)致預(yù)報大值中心偏北，隨預(yù)報臨近急流逐漸變強，切變線逐漸南調(diào)，總體預(yù)報穩(wěn)定性高，與實況較為一致；CMA-GFS對西部高空槽預(yù)報偏弱，短波槽預(yù)報偏弱，對風速預(yù)報偏弱 4m/s 臨近時效風向預(yù)報調(diào)整較大，預(yù)報穩(wěn)定性稍差于其余數(shù)值預(yù)報模式。

針對降水量預(yù)報而言，CMA-GFS對 25mm 以上大量級降水存在明顯漏報的情況，對赤峰地區(qū)降水預(yù)報效果較差，對 50mm 以上降水落區(qū)位置預(yù)報存在偏差；EC對 25mm 以上降水位置、落區(qū)預(yù)報與實況較為一致，但對 50mm 以上強降水位置預(yù)報偏西。CMA-TRAMS對 25mm 以上降水范圍預(yù)報偏大，對 50mm 以上降水范圍、量級預(yù)報均偏大，且存在大面積空報；CMA-SH9對 25mm 以上降水范圍預(yù)報偏小，對赤峰市西南部 25mm 以上降水漏報， 50mm 以上降水位置偏北。綜上，EC對降水范圍、強度預(yù)報優(yōu)于其他模式。

3.5對農(nóng)牧業(yè)等的影響

受全球氣候變化影響，內(nèi)蒙古自治區(qū)的極端氣候事件呈現(xiàn)多發(fā)、頻發(fā)的趨勢，氣象災(zāi)害造成的影響不斷升級，強雨雪天氣是初冬或早春比較常見的一種災(zāi)害性天氣，具有相態(tài)轉(zhuǎn)換復(fù)雜、預(yù)報難度大的特點，雨雪易造成設(shè)施農(nóng)業(yè)大棚和牲畜棚圈垮塌，需及時清除積雪，加強棚內(nèi)溫度調(diào)控，做好牲畜飼草料儲備供應(yīng)，強雨雪天氣同時也存在有利的方面，雨雪天氣過程有利于牧草、樹木快速返青，有效降低森林草原火險等級，抑制沙塵天氣；有利于提升土壤熵情，大部地區(qū)情將有明顯改善，旱情得到有效緩解。此次強雨雪天氣對人們?nèi)粘Ｉ睢⒔煌ǔ鲂?、農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)均有一定影響，建議人們密切關(guān)注發(fā)布的預(yù)報預(yù)警信息，及時調(diào)整出行安排，采取有效措施進行防護。同時，此次降水天氣過程對土壤增、春耕春播、牧草返青等方面有積極作用，可利用天氣條件適時開展春耕春播工作。

強雨雪天氣過后，受較強冷空氣影響，全區(qū)氣溫明顯下降，公眾需注意適時增添衣物，預(yù)防感冒、呼吸道和心腦血管等疾病，預(yù)計內(nèi)蒙古中東部部分地區(qū)將出現(xiàn)輕霜凍或霜凍天氣，設(shè)施農(nóng)業(yè)和畜牧業(yè)需做好棚舍加固和保溫措施，及時清除棚頂積雪，避免出現(xiàn)垮棚和影響采光。降水、降溫、大風天氣對交通運輸和電力輸送有不利影響，需采取防范措施。

4結(jié)論

(1)此次雨雪天氣過程具有雨雪相態(tài)轉(zhuǎn)換復(fù)雜、降水強度強、持續(xù)時間長、影響范圍廣、伴有雷電等強對流活動、伴隨寒潮和持續(xù)性大風等天氣的特點。

(2)高空槽配合低層低渦、切變線、地面倒槽、鋒區(qū)的共同影響，為此次雨雪過程提供了有利的環(huán)流背景和上升運動條件。

(3) 700hPa 西南風急流輸送暖濕空氣，水汽通量散度從低層至高層為強輻合，絕對濕度也達到暴雪的標準，充沛的水汽和強烈輻合上升運動有利于強降水天氣的發(fā)生。強降雪區(qū)域伴有鋒生活動，說明鋒生是暴雪增強的直接原因。

(4)近地面層偏東風帶來的濕冷空氣起到了“冷墊”的作用，迫使中高層偏南暖濕氣流沿“冷墊”抬升，加強的垂直風切變有利于降水強度增大，同時形成明顯鋒區(qū)，降水強度進一步增大。

(5)此次雨雪天氣過程對土壤增、春耕春播等方面有積極作用，但強降水、大風、降溫、霜凍對交通出行、農(nóng)牧業(yè)等方面有不利影響，需提前做好防范措施。

5結(jié)束語

從環(huán)流形勢、層結(jié)條件、水汽條件、模式檢驗等方面，分析了內(nèi)蒙古此次復(fù)雜雨雪天氣的成因及預(yù)報偏差，具有雨雪相態(tài)轉(zhuǎn)換的天氣通常與天氣系統(tǒng)、溫度層結(jié)、地面溫度、非絕熱過程和溫度平流等因素有關(guān)，但因內(nèi)蒙古地域遼闊，東西跨度大，地形復(fù)雜，各地區(qū)氣溫存在明顯差異，同一次降水天氣過程中，雨、雨夾雪、雪相態(tài)經(jīng)常同時出現(xiàn)，復(fù)雜雨雪相態(tài)轉(zhuǎn)換下的天氣過程預(yù)報難度大，各地區(qū)相態(tài)轉(zhuǎn)換時間段較難把握，需對多年以來此類天氣進行歸納總結(jié)，得出本地區(qū)各物理量參數(shù)預(yù)報指標，在未來短期短臨預(yù)報中對數(shù)值模式進行訂正，提供一定參考依據(jù)。

參考文獻

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