2018年1月河南省2次區(qū)域暴雪過程對(duì)比分析

呂哲源 冀翠華

摘要 利用高空地面觀測資料和NCEP 6 h 1次的1°×1°再分析資料，對(duì)2018年1月發(fā)生在河南省的2次區(qū)域暴雪過程進(jìn)行對(duì)比分析。結(jié)果表明：2次暴雪過程背景形勢(shì)場相似，都產(chǎn)生在500? hPa高空槽東移、中層強(qiáng)盛西南氣流形勢(shì)下，配合低層偏東風(fēng)切變線和地面冷空氣的擴(kuò)散作用。中層西南氣流和底層偏東氣流輻合的位置與大暴雪區(qū)域?qū)?yīng)良好。降雪時(shí)整層大氣濕度飽和，中低層具有弱的逆溫層。同時(shí)地形的抬升作用，對(duì)局地特大暴雪的產(chǎn)生有貢獻(xiàn)。2次過程降雪差異產(chǎn)生的主要原因是中層氣流輻合位置不同。降雪過程中600～700 hPa上輻合中心強(qiáng)度越強(qiáng)，對(duì)應(yīng)降雪強(qiáng)度越大。垂直速度場上升運(yùn)動(dòng)區(qū)與主要降雪區(qū)域?qū)?yīng)良好。700 hPa暖平流與925 hPa冷平流疊加區(qū)域即為產(chǎn)生大暴雪落區(qū)。風(fēng)速輻合越大，對(duì)應(yīng)降水越強(qiáng)。

關(guān)鍵詞 區(qū)域暴雪;低空急流;冷暖平流;物理量分析;河南省

中圖分類號(hào) P458文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A

文章編號(hào) 0517-6611（2019）10-0187-04

Abstract The highaltitude and ground observation data and the 1°×1° reanalysis data of NCEP 6h were used to compare and analyze the two regional blizzard processes in Henan Province in January 2018. The results show that the background situation of the two blizzards is similar， and it occurs in the eastward movement of the 500 hPa highaltitude trough， and the middlelevel strong southwest airflow， combined with the diffusion of the lowlevel easterly wind shear line and the ground cold air. The location where the midstream southwest airflow and the bottom eastward airflow are converged corresponds well to the large blizzard area. When the snow falls， the whole atmosphere is saturated with humidity， and the middle and lower layers have a weak inversion layer. At the same time， the uplifting effect of the terrain contributes to the occurrence of the local blizzard. The main reason for the difference in snowfall between the two processes is that the middle airflow convergence position is different. The stronger the intensity of the convergence center at 600-700? hPa during snowfall， the greater the snow intensity. The vertical velocity field rise motion zone corresponds well to the main snowfall zone. The superimposed area of 700 hPa warm advection and 925 hPa cold advection is the area where heavy blizzard falls. The greater the wind speed convergence， the stronger the corresponding precipitation.

Key words Regional blizzard;Lowlevel jet stream;Cold and warm advection;Physical quantity analysis;Henan Province

河南省地處中原，四季分明，屬于大陸性溫帶季風(fēng)氣候。暴雪是河南省冬季常見的一種自然災(zāi)害，常伴隨寒潮、大風(fēng)、低溫和霜凍等災(zāi)害性天氣發(fā)生，不僅給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和交通出行帶來不便，也給人民財(cái)產(chǎn)造成巨大損失。近年來，許多氣象工作者利用各種數(shù)據(jù)對(duì)河南省暴雪天氣的成因進(jìn)行了研究分析，并取得了一定成果[1]。馬振升對(duì)河南區(qū)域暴雪進(jìn)行了天氣特征分型，建立了橫槽型和兩槽一脊型的天氣學(xué)模型[2]。顧佳佳等對(duì)2014年河南省大范圍暴雪過程的環(huán)流特征及持續(xù)原因進(jìn)行了分析，研究發(fā)現(xiàn)：冷暖空氣交匯區(qū)形成的垂直于鋒面的次級(jí)環(huán)流，對(duì)暴雪維持和發(fā)展有重要作用[3]。呂曉娜研究了2015年河南首場區(qū)域暴雪伴高架雷暴過程，指出低空急流為暴雪提供了深厚的冷墊[4]。筆者利用常規(guī)觀測資料和美國NCEP 1°×1°再分析資料等對(duì)2018年1月發(fā)生在河南省的2次區(qū)域暴雪過程進(jìn)行對(duì)比分析，旨在找到同類過程中降水產(chǎn)生差異的原因。

1 降雪實(shí)況

2018年1月3—4日降雪過程（下文簡稱“3日過程”）降水開始于3日06：00，過程初期以雨夾雪為主，14：00轉(zhuǎn)為純雪，至4日20：00過程結(jié)束，主要降雪時(shí)段集中在3日14：00—4日17：00，該次過程河南南部南陽、駐馬店、周口等地均達(dá)到暴雪，信陽特大暴雪，過程最大累計(jì)降雪出現(xiàn)在信陽固始站，為65.7 mm，積雪深度最大達(dá)到23 cm。信陽多地降雪打破1951年有氣象數(shù)據(jù)以來的歷史極值。該次降雪影響范圍廣，強(qiáng)度強(qiáng)，給人民群眾生產(chǎn)生活造成了巨大影響，因?yàn)?zāi)直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)2.19億元。

2018年1月24—25日（下文簡稱“24日過程”）河南省南部西南部出現(xiàn)了大到暴雪，信陽南陽部分站點(diǎn)出現(xiàn)特大暴雪。最大降雪量出現(xiàn)在南陽桐柏，為36 mm。降水集中時(shí)段為24日10：00—25日20：00。此次過程相較3日過程量級(jí)上整體偏弱，黃河以北大部分地區(qū)未出現(xiàn)降雪，但持續(xù)時(shí)間較長，后續(xù)的低溫霜凍等現(xiàn)象對(duì)設(shè)施農(nóng)業(yè)、交通造成了不利影響。

比較2次過程雨量可以看出，2次過程降水都集中在豫中南區(qū)域，總體呈現(xiàn)西南強(qiáng)東北弱的特點(diǎn)，同時(shí)信陽市西部2次都出現(xiàn)了30 mm以上的特大暴雪（圖1）。

2 形勢(shì)場分析

2.1 “3日過程”形勢(shì)

3日過程的主要影響系統(tǒng)有500? hPa西風(fēng)槽、700和850? hPa低空急流以及925? hPa超低空急流。過程開始前，河南上空700? hPa增濕增溫明顯，中低層水汽近于飽和。3日08：00（圖2a）200? hPa中緯度高空存在高空急流，急流軸從青海省南部自西向東延伸至朝鮮半島。500? hPa高空，亞歐大陸中高緯環(huán)流形勢(shì)呈現(xiàn)兩槽一脊型，烏拉爾山地區(qū)高壓脊發(fā)展旺盛，脊前存在低壓中心，位于巴爾喀什湖東側(cè)，低壓中心對(duì)應(yīng)溫度場上為-40 ℃，可見冷空氣在新疆北部堆積深厚。30°～40 °N存在一東西向鋒區(qū)，河南省處于鋒區(qū)后部。同時(shí)孟加拉灣地區(qū)存在一南支槽，河南省處于槽前西南氣流當(dāng)中。700? hPa西南急流發(fā)展旺盛，急流軸沿長江呈東北—西南走向，急流中心位于重慶與湖北交界，中心風(fēng)速達(dá)到20 m/s。850? hPa河南上空維持東風(fēng)急流，0 ℃線位于江淮地區(qū)。同時(shí)925 hPa存在超低空東北風(fēng)急流，急流中心位于南陽信陽一帶。低空西南急流和超低空東北急流的存在使河南省南部大氣層結(jié)變得不穩(wěn)定，地面天氣圖上（圖略），貝加爾湖西側(cè)有中心數(shù)值達(dá)1 070? hPa的強(qiáng)大冷高壓。高壓前部冷空氣已經(jīng)沿華北擴(kuò)散南下。主冷鋒位于長江一帶，副冷鋒位于華北北部，河南省位于主副冷鋒之間，以偏北風(fēng)為主。3日20：00，隨著南支槽東移加深，受槽前西南暖濕氣流影響，河南濕度條件轉(zhuǎn)好，為強(qiáng)降雪提供了充沛的水汽條件。 700? hPa急流中心加強(qiáng)略有東移，河南處于急流出口區(qū)左側(cè)。850? hPa受弱冷空氣擴(kuò)散影響，以偏北風(fēng)為主。地面冷空氣主體已到達(dá)黃淮之間，新一輪由冷高壓分裂而出的冷空氣在內(nèi)蒙古中部堆積。4日08：00，河南省中部存在一暖式切變線，切變線和急流出口區(qū)為降雪提供了好的動(dòng)力抬升條件。4日20：00，急流中心位置南壓，低槽漸弱移出河南，地面受冷高壓控制，降水趨于結(jié)束。

2.2 “24日過程”形勢(shì)

24日過程的主要影響系統(tǒng)為500 hPa西風(fēng)槽、東北冷渦、700 hPa急流和切變線。24日08：00（圖2b）亞歐大陸中高緯地區(qū)為兩槽一脊型，烏拉爾山高壓脊發(fā)展旺盛，與4日過程不同的是，此次過程冷空氣主要集中在東北地區(qū)，冷渦勢(shì)力強(qiáng)大，有一-48 ℃冷中心與之配合，低槽由冷渦伸向朝鮮半島。中低緯有弱的南支槽生成。700? hPa上西南急流位于長江一線，切變線位于淮河，青藏高原前部暖平流明顯，河南省處在槽前暖濕氣流當(dāng)中。850? hPa由東北冷渦分裂南下的冷空氣，經(jīng)由渤海山東半島到河南時(shí)已轉(zhuǎn)為偏東風(fēng)，偏東風(fēng)與偏南氣流形成的暖式切變線位置偏南，位于長江一帶，信陽處在冷暖空氣交匯地帶，24日20：00南支槽繼續(xù)發(fā)展東移，河南處在西南急流出口區(qū)左側(cè)，風(fēng)場自南向北呈氣旋式旋轉(zhuǎn)，海平面氣壓場上，貝加爾湖西側(cè)有中心數(shù)值達(dá)1 065? hPa的強(qiáng)冷高壓。高壓前部主冷鋒已壓至長江一帶，副冷鋒位于華北北部。25日08：00，東北低渦移出大陸，在新疆北部形成一切斷低壓。冷空氣沿華北擴(kuò)散南下，擴(kuò)散過程中受到太行山脈的阻擋，除了沿山脈分布站點(diǎn)風(fēng)向?yàn)槠珫|風(fēng)以外，全省以偏北風(fēng)為主。25日20：00，南支槽強(qiáng)度減弱，過程結(jié)束。

對(duì)比分析2次過程的背景形勢(shì)場可以看出，這2次過程的海平面氣壓場極其類似，都是在貝湖西側(cè)存在一強(qiáng)大冷高壓，主副冷鋒移動(dòng)路徑也基本一致，沿著華北擴(kuò)散南下。但是2次過程產(chǎn)生的降水量卻不相同，考慮主要原因是中層氣流輻合位置不同，3日過程中，西南急流發(fā)展旺盛，0 ℃位置偏北，河南剛好處于低空急流出口區(qū)左側(cè)暖式切變線附近，動(dòng)力水汽條件良好，加之低層冷空氣擴(kuò)散形成的冷墊作用，以及低空的東北風(fēng)急流與伏牛山脈走向呈約90°夾角，地形抬升對(duì)局地特大暴雪的產(chǎn)生有一定貢獻(xiàn)，共同造成了豫南等地特大暴雪的產(chǎn)生[5]。相比較而言，24日過程中低空急流發(fā)展偏弱，0 ℃線位置偏南，導(dǎo)致暖濕空氣與冷空氣的交匯位置也偏南壓。雖然信陽個(gè)別站點(diǎn)也出現(xiàn)了30 mm以上的降雪，但總體強(qiáng)度偏弱。

取3日20：00和24日20：00南陽站（57178）的探空資料（圖3），對(duì)比分析可以看出，2次過程風(fēng)場結(jié)構(gòu)基本類似，即500 hPa以上為統(tǒng)一西南風(fēng)，700 hPa為偏南風(fēng)，700 hPa以下為偏東風(fēng)或東北風(fēng)控制。此種“天南地北”的形勢(shì)場有利于河南大暴雪天氣的產(chǎn)生。溫度層結(jié)上，2次過程底層溫度均低于0 ℃，700與925 hPa存在弱的逆溫層。不同點(diǎn)在于濕度條件上，3日該過程濕層更為深厚，整層大氣基本都處于飽和狀態(tài)，24日過程只有500 hPa以下大氣為水汽飽和[6]。

3 NCEP物理量診斷分析

3.1 水汽通量散度 3日過程中，沿114.4°E做水汽通量散

度垂直剖面可以看出，3日08：00河南上空中層存在水汽輻合，中心位于35°N的600 hPa上。14：00豫南中上層為水汽輻合區(qū)，3日20：00（圖4a），河南省上空925～400 hPa為大片水汽輻合區(qū)，中心位于33°N，中心數(shù)值達(dá)-4 g/（cm2·hPa·s）。925 hPa以下到地面為弱的水汽輻散，考慮為低層冷空氣擴(kuò)散作用形成的冷墊[7]。4日02：00—08：00，輻合中心強(qiáng)度有所加強(qiáng)并向南移動(dòng)1個(gè)緯度，高度略有下降，可以看出由于中層西南暖濕氣流的減弱，底層已無水汽通量的輻合。4日14：00，輻合中心已南移出河南省，對(duì)應(yīng)降水過程趨于結(jié)束。 24日08：00，河南省上空600 hPa以下均存在水汽通量輻合，14：00輻合中心位于信陽地區(qū)上空700 hPa（圖4b），24日20：00—25日02：00，輻合中心南壓減弱。08：00 31°～33°N 700 hPa上空重新出現(xiàn)一輻合中心，但持續(xù)時(shí)間較短（對(duì)應(yīng)新一輪降水開始），14：00已轉(zhuǎn)為弱輻散區(qū)。對(duì)比2次過程，3日過程水汽通量散度輻合強(qiáng)度更強(qiáng)且輻合中心高度更高，對(duì)應(yīng)水汽條件好于24日過程，因而降雪強(qiáng)度較大。