湘潭暴雪天氣的氣候特征及其成因分析

游梟雄 戴勁 劉二影

摘 要：利用NCEP2.5°×2.5°再分析資料和常規氣象觀測資料，對1980—2010年湘潭市近31a的暴雪天氣氣候特征及其成因進行分析，得出，湘潭全市暴雪出現的時間為12月—次年的3月，其中以1月為最多，暴雪出現的年際變化具有階段性；暴雪出現期間，500hPa主要的環流形勢有：緯向多波型、烏拉爾山阻高型、中亞阻塞型和二槽一脊型，其特點為南、北二支鋒區存在；降雪區域與切變線的位置有較好的對應，主要位于冷式切變線以南1～3個緯距內，或暖式切變附近；暴雪期間為低層輻合高層輻散的形勢造成上升運動強烈發展，對強降雪的形成極為有利。

關鍵詞：暴雪；環流特征；影響系統；熱力結構特征

中圖分類號：S16 文獻標識碼：A

DOI：10.19754/j.nyyjs.20190530053

引言

暴雪作為湘潭的災害天氣之一，給湘潭市的工農業生產和人民生活造成嚴重影響。許多專家學者做過此類研究[1-11]。劉玉蓮等[1-2]研究指出，氣候變暖之后全國大部分地區年強降雪量增多，強度增強。朱紅等[3]指出在降雪預報中，南方降水的性質（降雨或降雪）和量級（積雪深度） 受到溫度條件的極大影響，因此，必須著重對下墊面溫度條件進行分析。由于湘潭地處湖南的中部衡山山脈的小丘陵地帶，降雪時常伴有雨和冰粒，降水相態復雜，給預報帶來了很大的難度。本文對1980—2010年湘潭市暴雪天氣過程的環流形勢、中低層天氣尺度系統以及鋒區熱力結構特征進行統計分析，研究暴雪的時空分布規律，對暴雪預報準確率的提高具有重要意義。

1 資料與標準

1.1 使用資料

地面觀測資料為湘潭市各氣象站點（即：湘潭、湘鄉、韶山）1980—2010年的歷史記錄，包括經質量控制的日最低氣溫、日最高氣溫、日降雨（雪）量。環流場資料采用NCEP逐日再分析資料，水平分辨率為2.5°×2.5°，時間區間為1980年1月1日—2010年12月31日。

1.2 暴雪的標準

南方的暴雪與北方的暴雪不同，降水相態的復雜變化導致降水量和積雪深度線性相關較差，所以，必須同時考慮積雪深度，本文沿用湖南省暴雪預報業務標準，即24h的降雪量（融化成水）≥10mm，且積雪深度≥5cm作為1個暴雪日。

2 湘潭暴雪的氣候特征

通過對1980—2010年31a的冬季暴雪氣候特征進行分析得出：湘潭市冬季暴雪具有明顯的年際、月際變化。

2.1 暴雪年際分布

通過普查1980—2010年的歷史資料，湘潭市共出現了17次全市性的暴雪天氣過程；而從暴雪的年際分布情況看，湘潭市暴雪日的年際分布不均（圖1），有階段性特征，平均2a 1次，最多的1989年、2003年出現了3次，1983、1984、1990、1994—1999、2004—2007年各出現1次，其余年份未出現暴雪。

2.2 暴雪月變化特征

從表1可以看出，湘潭全市暴雪出現的時間為12月—次年的3月份，主要集中在1月和2月，其中以1月為最多，發生了11次，占總數的58%，其次為2月，發生了4次，占總數的20%。

3 影響湘潭暴雪的天氣形勢特征

3.1 環流特征分析

對19個暴雪樣本的500hPa平均環流場（圖2a）分析，3個明顯的大槽分別位于亞洲東岸、北美東部以及歐洲東部，與之對應的有3個平均脊，湘潭的暴雪過程是在阻塞形勢和亞洲中高緯度地區為緯向環流形勢下形成和維持的。主要的500hPa環流形勢有：緯向多波型、烏拉爾山阻高型、中亞阻塞型和二槽一脊型。特點是有二支鋒區存在，一支為北支鋒區，即N40°～50°緯向分布的中緯度鋒區，為江南提供了冷空氣來源；另一支為孟加拉灣至長江流域的南支鋒區。此外，500hPa鋒區落后地面鋒面較遠，尤其是孟加拉灣低槽明顯加深，副高北擴或穩定控制我國東部沿海。

從500hPa環流場的距平來看，極渦偏心于西半球，中心區位勢高度較歷年平均明顯偏低（圖2b），烏拉爾山地區阻塞高壓的強度較歷年明顯偏強，與鄂海低壓相持，形成強氣壓梯度，是高緯度地區冷空氣南下的一個重要因素。

3.2 中低層天氣尺度系統特征

有研究[4-10]指出，大雪以上量級降雪多數與中低空急流有密切的聯系，即冷鋒與高空槽、中低層切變配合而產生大雪乃至暴雪。在湘潭冬季暴雪期間，850hPa切變線一般位于N27°～30°，降雪區域與切變線的位置有較好的對應，主要位于冷式切變線以南1～3個緯距內，或是暖式切變附近。在冬季暴雪過程中，西南急流強盛，最大風速達16m/s以上，來自孟加拉灣或是南海北部的水汽通過強盛的西南氣流向北輸送，為本地提供了充足的水汽。

3.3 地面冷空氣

一次暴雪過程往往伴隨著強冷空氣的大舉南侵，在海平面氣壓場上（圖3），地面冷空氣從東路或北路入侵長江流域后，地面冷鋒逐漸轉為靜止鋒，冷高壓長軸由東-西向轉西北-東南向或南北向伸向黃淮一帶，或呈南北向伸向勃海一帶，高壓中心強度主要在1036～1065hPa之間，以出現高壓中心為1046～1050hPa為最多。并且地面冷鋒從N40°以北越過E120°南侵時，高原或西南地區常出現大范圍的負變壓，西南地區有倒槽發展，另外不斷有弱冷空氣分股南下補充影響。

4 暴雪的物理量特征

4.1 熱力結構特征

從31a的暴雪過程的垂直溫度結構平均分布（圖4a）可以看出，中低層存在明顯的逆溫層，且具有典型的冬季鋒面特征，在湘潭上空，逆溫層高度平均為925～700hPa，整層溫度均在0℃以下，而冬半年的平均垂直溫度結構（圖4b）不存在逆溫現象。逆溫層的出現主要源于低層暖濕氣流沿地面層冷空氣墊爬升，中低層出現強烈幅合上升運動而形成，且整層溫度均在0℃以下，這種形勢有利于強降雪的發生。