一次冬季暴雨轉(zhuǎn)雪天氣診斷分析

李歡歡，袁 春，黃紹文

(新余市氣象局，338025，江西,新余)

一次冬季暴雨轉(zhuǎn)雪天氣診斷分析

李歡歡，袁 春，黃紹文

(新余市氣象局，338025，江西,新余)

利用NCEP1°×1°資料和常規(guī)天氣觀測資料，對2010年12月15日新余市一次寒潮過程中暴雨轉(zhuǎn)雪天氣的環(huán)流背景、影響系統(tǒng)及其成因進(jìn)行了分析。結(jié)果表明：1)500 hPa橫槽轉(zhuǎn)豎，低層及地面的冷高壓南移，使得冷空氣侵入江南地區(qū)，是造成此次江南地區(qū)降溫的主要原因；2)華南準(zhǔn)靜止鋒的長期維持且坡度小、濕層和輻合區(qū)較薄且輻合強(qiáng)度較弱，導(dǎo)致本次降水的強(qiáng)度不大，但較長的持續(xù)時間使降水達(dá)到暴雨量級；3)寒潮帶來的降溫形成了降雪有利的溫度條件，當(dāng)測站上空整層溫度均在0 ℃以下，925 hPa溫度≤-3 ℃，地面氣溫≤1 ℃時，降水將從雨轉(zhuǎn)變?yōu)檠?/p>

暴雨轉(zhuǎn)雪；華南準(zhǔn)靜止鋒；相態(tài)轉(zhuǎn)變

0 引言

寒潮是我國冬半年嚴(yán)重的災(zāi)害性天氣過程，往往帶來大風(fēng)、強(qiáng)降溫、降水和沙塵暴等天氣。對于寒潮天氣過程，近年來有不少學(xué)者從不同角度進(jìn)行了研究[1-5]。而對于隆冬的雨雪冰凍天氣，陶祖鈺[6]等分析了2008年初我國冰雪災(zāi)害與華南準(zhǔn)靜止鋒的關(guān)系，許愛華[7]等通過對2005年3月一次寒潮天氣過程的低層大氣溫度結(jié)構(gòu)特征的分析，認(rèn)為925 hPa以下低層大氣溫度是降水相態(tài)變化關(guān)鍵。白惠星[8]等研究了北疆地區(qū)一次雨轉(zhuǎn)雪過程，認(rèn)為橫槽轉(zhuǎn)豎過程中，所攜帶的強(qiáng)烈冷平流造成了雨轉(zhuǎn)雪的發(fā)生，降水時溫度的迅速下降并維持較低是產(chǎn)生雨轉(zhuǎn)雪天氣的基本條件。許彤[9]等對仙桃機(jī)場2次雷雨轉(zhuǎn)雨夾雪的天氣進(jìn)行了分析，認(rèn)為850 hPa溫度場0 ℃線經(jīng)過本場可作為降水性質(zhì)發(fā)生變化的一個判定依據(jù)。

2010年12月14-16日，一次寒潮天氣襲擊我國大部地區(qū)，給我國江南地區(qū)帶了大面積暴雨(雪)和強(qiáng)降溫天氣(圖1)，根據(jù)新余地面氣象觀測站記錄，14日16:08出現(xiàn)小雨，15日01:00時雨勢開始加強(qiáng)，其后逐小時降水均穩(wěn)定在2～4 mm，15:08轉(zhuǎn)為降雪，15日夜間降雪結(jié)束，總降水達(dá)到54.3 mm，且經(jīng)歷了雨-雪的相態(tài)轉(zhuǎn)化，降水量之大在新余冬季降水中比較罕見。

本文利用NCEP1°×1°資料、常規(guī)天氣觀測資料和探空資料，對本次寒潮天氣背景下的暴雨轉(zhuǎn)雪天氣過程，從環(huán)流形勢和物理量場尋找其成因，力求為本地冬季雨轉(zhuǎn)雪天氣過程的預(yù)報(bào)和服務(wù)提供參考依據(jù)。

圖1 2010年12月15日08:00時(a)及16日08:00時(b)24 h降水量

1 天氣形勢及環(huán)流背景

1.1高低空形勢

2010年12月14日08:00時500 hPa中緯度為兩槽一脊的形勢，在烏拉爾山以西及貝加爾湖以東的西伯利亞東部均為低槽，在烏拉爾山東部的西西伯利亞地區(qū)受高壓脊控制，貝加爾湖以東的低槽為一東西走向的橫槽，槽后有冷平流堆積，印度東部地區(qū)不斷有南支槽生成并東移，槽前的西南氣流有利于引導(dǎo)孟加拉灣的水汽向我國輸送。14日20時橫槽開始轉(zhuǎn)豎并開始東移，15日08:00時低槽移動到華北地區(qū)，南支槽東移至四川—云南一帶。16日08:00時槽東移至湖南，20:00時槽繼續(xù)東移出海，新余市上空轉(zhuǎn)為西北氣流。在700 hPa上，14日08:00時至15日20:00時江南地區(qū)維持強(qiáng)的西南急流，急流最大風(fēng)速達(dá)到30 m/s，15日08:00時在長江流域中下游有一切變，切變南部有較強(qiáng)的風(fēng)速輻合，15日20:00時，切變移動至湖南江西交界一帶，西南急流有所減弱，到16日08:00時，江南大部已轉(zhuǎn)為西北氣流，水汽通道中斷。14日08:00時850 hPa及925 hPa貝加爾湖以西為一高壓，高壓東部偏北氣流引導(dǎo)冷空氣不斷南下，影響我國北方地區(qū)，15日08:00時，高壓南移至新疆、青海一帶，其東側(cè)冷空氣隨之長驅(qū)直入，影響范圍擴(kuò)展至江南地區(qū)(圖略)。

1.2地面形勢

分析地面實(shí)況可以看出，在寒潮天氣醞釀到爆發(fā)的過程中，地面冷高壓有一個明顯的加強(qiáng)南下過程。12月10-13日，貝加爾湖西北方向維持一個冷高壓，且不斷堆積、加強(qiáng)，13日20:00時，冷高壓開始南移，其強(qiáng)度有所加強(qiáng)，至14日20:00時冷高壓中心值達(dá)到1 067.8 hPa，其東側(cè)的經(jīng)向氣流使強(qiáng)冷空氣從西伯利亞南下侵入我國，與盤踞在我國南方地區(qū)的暖濕氣團(tuán)交匯，造成大范圍的降溫降水天氣(圖略)。華南準(zhǔn)靜止鋒位于南海北部，對比925 hPa、850 hPa、700 hPa和500 hPa各層等壓面的鋒區(qū)可見鋒面向北的偏移非常大，從沿114°E經(jīng)向垂直剖面圖(圖略)上可以看出，在地面上準(zhǔn)靜止鋒位于21°N附近，而到了500 hPa上位于30°N附近，鋒面坡度小，鋒面的降水帶寬，且脫離了地面鋒線。

2 暴雨(雪)成因分析

2.1水汽條件

從圖2(a)700 hPa水汽通量散度場可以看出，此次降水過程的主要水汽是由700 hPa高度附近的西南急流攜帶，從孟加拉灣附近經(jīng)由青藏高原南側(cè)向東輸送至江南地區(qū)，通過分析15日逐6 h的水汽通量場(圖略)可知，500～750 hPa之間贛北以南地區(qū)存在較大的水汽通量，各層最大值均在10 g/cm·hPa·s以上；在15日08:00時，450～600 hPa水汽通量的大值區(qū)覆蓋整個江西，最大值達(dá)到18 g/cm·hPa·s以上，而600 hPa以下至750 hPa水汽通量進(jìn)一步增大，贛中出現(xiàn)了20 g/cm·hPa·s的大值區(qū)。800 hPa以下水汽通量均小于4 g/cm·hPa·s，低層水汽通量遠(yuǎn)小于中層。圖2(b)600 hPa水汽通量散度場可以看出，新余市上空存在-6×10-8g/cm2·hPa·s的水汽通量輻合區(qū)，水汽通量的輻合強(qiáng)度并不大，但在15日02:00-20:00時500～700 hPa之間均維持-2×10-8g/cm2·hPa·s以上的水汽通量散度，濕層的厚度較薄，且輻合強(qiáng)度較弱，但維持時間長，可能是本次降水長時間維持在2～4 mm/h強(qiáng)度的原因之一。

圖2 2010年12月14日20:00時700 hPa水汽通量(a)和15日14:00時600 hPa水汽通量散度(b)

2.2動力條件

2.2.1 散度場特征 對逐6 h 200～1 000 hPa散度場分析發(fā)現(xiàn)，600 hPa的輻合和400 hPa輻散是暴雨(雪)形成的有利動力條件，15日02:00時，550～750 hPa在贛中贛北為輻合區(qū)；14:00時，輻合有所加強(qiáng)，600 hPa輻合中心位于江西西部，強(qiáng)度為-10×10-5s-1，15日20:00時至16日02:00時輻合逐漸減弱，降水亦逐漸減弱停止。

經(jīng)對沿28°N散度緯向垂直剖面分析發(fā)現(xiàn)，14日20:00時至15日20:00時，由于輻散區(qū)位于500 hPa以上，輻合區(qū)僅為500 hPa以下至750 hPa，輻合區(qū)厚度較小，使得降水的強(qiáng)度不大。降水區(qū)域上空始終維持高層輻散、中層輻合的結(jié)構(gòu)，這種高低空配置有利于上升運(yùn)動的發(fā)展，造成持續(xù)性降水，使降水達(dá)到暴雨(雪)量級。

2.2.2 垂直運(yùn)動特征 從沿28°N緯向垂直速度(圖3(a))和沿115°E經(jīng)向垂直速度(圖3(b))剖面圖上分析表明，在14日20:00時垂直速度經(jīng)向剖面圖上，降水區(qū)上空垂直速度為-1.2 Pa/s,其后垂直運(yùn)動?xùn)|移加強(qiáng)，15日02:00時增大到-2.0 Pa/s，上升運(yùn)動從近地面層伸展到200 hPa，最大上升運(yùn)動中心位于550 hPa，強(qiáng)上升運(yùn)動區(qū)恰好位于新余市上空，使新余市降水得到加強(qiáng)。15日20:00時至16日02:00時上升運(yùn)動中心繼續(xù)移動，垂直運(yùn)動上升區(qū)移出新余，降水逐漸停止。

3 低層氣溫持續(xù)下降對降水相態(tài)影響分析

表1給出了南昌(58606)、長沙(57679)、新余(57796)3站的逐3 h天氣現(xiàn)象和地面氣溫，可以看出，位置略偏北的南昌和偏西的長沙雨轉(zhuǎn)雪的時間要早于新余，15日11:00時南昌為降雪，而長沙為雨夾雪，15日14:00時長沙轉(zhuǎn)為降雪，新余出現(xiàn)雨夾雪天氣，至15:00時之后新余轉(zhuǎn)為降雪。從表1還可以看出，降雪發(fā)生時，地面氣溫在1 ℃以下；雨夾雪時，地面氣溫在1～2 ℃之間。

圖3 2010年12月15日02時沿28°N緯向(a)和沿115°E經(jīng)向(b)垂直速度剖面圖

表1南昌、長沙、新余15日08:00-20:00時天氣現(xiàn)象及地面氣溫

站名08：00時11：00時14：00時17：00時20：00時南昌雨(2℃)雪(1℃)雪(0℃)雪(0℃)雪(0℃)長沙雨(2℃)雨夾雪(2℃)雪(1℃)雪(1℃)雪(1℃)新余雨(4℃)雨(3℃)雨夾雪(1℃)雪(0℃)雪(0℃)

圖4給出了長沙(28.2°N，113.1°E)、南昌(28.6°N，115.9°E)和新余(27.8°N，114.9°E)溫度場從14日08:00時至16日08:00時的高度-時間剖面圖，從圖4中可以看出，14日08:00時至15日02:00時，0 ℃層位于650 hPa以上，氣溫變化很小，750～950 hPa之間有逆溫層存在，各層氣溫持續(xù)下降。15日，逆溫層最低溫度逐漸降到0 ℃以下，當(dāng)1 000 hPa以上的氣溫都在0 ℃以下，925溫度在-3 ℃以下時，降水相態(tài)從雨夾雪轉(zhuǎn)為雪。

圖4 2010年12月14日08:00時至16日02:00時溫度場高度時間剖面(單位：℃)

4 小結(jié)

1)500 hPa橫槽轉(zhuǎn)豎，低層及地面的冷高壓南移使得冷空氣侵入江南地區(qū)，是造成此次江南地區(qū)降溫的主要原因。

2)本次過程中華南準(zhǔn)靜止鋒的維持且坡度小，而通過水汽和動力診斷分析發(fā)現(xiàn)，在500～750 hPa之間存在較強(qiáng)的水汽通量，水汽主要來源于孟加拉灣，在贛中地區(qū)有較長時間的水汽輻合，而在750 hPa以下水汽輸送較小。動力輻合區(qū)僅為500～750 hPa，輻合區(qū)厚度及輻合強(qiáng)度較小。濕層和輻合區(qū)較薄且輻合強(qiáng)度較弱導(dǎo)致本次降水的強(qiáng)度不大，但較長的持續(xù)時間使降水達(dá)到暴雨(雪)量級。

3)寒潮帶來的降溫形成了降雪有利的溫度條件，當(dāng)測站上空1 000 hPa以上溫度均在0 ℃以下，925 hPa溫度≤-3 ℃、地面氣溫≤1 ℃時，降水將從雨轉(zhuǎn)變?yōu)檠?/p>

[1] 李秀蓮.首都機(jī)場寒潮強(qiáng)風(fēng)極值出現(xiàn)條件的分析[J].氣象,2002,28(11):42-45.

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ADiagnosticAnalysisofaHeavyRainTurningSnowinWinter

LI Huanhuan,YUAN Chun,HUANG Shaowen

(Xinyu Meteorological Bureau,338025,Xinyu,Jiangxi,PRC)

Using the observation data,the NCEP analysis data,diagnostic analyses are made on the causes,circulation background and weather system for a rare cold wave in Xinyu City on December 15,2010.The result show that:The turning of the high-altitude transverse trough(becoming vertical) guided the north cold air to move southwards invade the area south of the Yangtze River,this is the mainly reason of temperature drop;A long-standing Quasi-stationary Front in South China has a small frontal slope,the thin wet layer and convergence zone and weak convergence intensity leads to the weak precipitation intensity,but a long precipitation time caused heavy rain(snow);Cold wave brings the cooling forming temperature conditions are favorable snowfall,when the whole temperature over Xinyu Observation station under 0 ℃,925 hPa temperature below-3 ℃,the ground temperature below1 ℃,precipitation from rain to snow.

heavy rain turning snow;quasi-stationary front in South China;phase transition

2014-09-05;

2014-10-09

李歡歡(1984-)，男，江西新余人，工程師，主要從事天氣預(yù)報(bào)技術(shù)和方法研究。

2012年江西省氣象局預(yù)報(bào)員專項(xiàng)“新余市寒潮天氣預(yù)報(bào)方法研究”(贛氣發(fā)[2012]124號)。

10.13990/j.issn1001-3679.2014.06.015

P458.1+21.1

A

1001-3679(2014)06-0811-04