內蒙古西中部一次春季暴雪特征分析

韓 理

內蒙古自治區氣象臺，內蒙古呼和浩特 010051

國內許多氣象學者對大雪和暴雪進行了深入研究，但對降水相態的研究較少[1-6]。 內蒙古自治區西中部位于內蒙古高原，屬于溫帶大陸性季風氣候區。內蒙古自治區的春季是冬季風轉換為夏季風的過渡性季節，由于冷暖空氣交匯頻繁，天氣變化無常，時冷時熱，所以春季雨雪交替造成大到暴雪過程不少，這一時期也是雪災經常發生的時期。因此在每年的過渡季節，對降水相態的預報顯得非常重要，進一步提高雨雪轉換季節降水的綜合預報水平，提前做好預防災害的準備，更好地為各行業、各部門防災減災提供專業氣象服務是非常必要的。

1 天氣實況

22日08:00～24日08:00，內蒙古自治區自阿拉善盟向東至錫林郭勒盟西部出現了持續性降雨轉雨夾雪或小雪，總降水量較大的站點出現在烏拉特中旗（32.5 mm）及杭錦后旗（22.8 mm），均突破了歷史極值。烏拉特后旗海力素和呼和浩特市降雪量為11 mm，達到暴雪量級。

2 天氣形勢分析

22日08:00～20:00，500 hPa新疆北部冷渦有短波槽從河套西部移向河套東部地區，并且20:00槽后西北氣流風速加大，指示出短波槽會迅速東移。23日08:00，300 hPa高空存在較強的高空急流，其中心軸風速達到66 m/s以上，強降雪區位于高空急流出口區的左側輻散區，高空強烈的抽吸作用加強了整層的上升運動，為強降雪的發生提供了有利的大尺度環境場。500 hPa內蒙古西部的斜壓槽迅速加深東移至河套西部，至20:00形成冷渦，冷平流自西部開始東移控制河套，到24日08:00，冷渦發展到最強盛時期，且東移至河套東部，渦后冷平流控制內蒙古自治區西中部地區。

對應700 hPa和850 hPa在22日08:00～20:00，均有明顯的溫度脊控制，且在黃河以北與陰山以南明顯的暖式切變，700 hPa及850 hPa顯示23日08:00河套仍處于暖脊內，河套以北地區暖切明顯。但850 hPa西部溫度槽開始影響，0℃線壓到西部，并且形成西北風與偏南風的冷式切變，且西北風達到急流量級，預示冷空氣東移迅速。23日20:00，冷切已位于河套東部，850 hPa溫度槽開始移入河套，其后依然維持較強的西北風，冷空氣向東擴散較快，850 hPa的0℃線壓到河套東部。24日08:00，冷空氣（850 hPa 0℃線、西北急流）徹底控制河套地區。

22日08:00～20:00配合在河套西中部地區暖鋒內形成的地面倒槽，且地面輻合線從河套西側沿黃河向北部陰山延伸，呈西南—東北走向，形成以黃河西側到陰山南部為輻合中心的河套地區輻合降水的動力條件。23日08:00，冷鋒已侵入西中部偏北地區，西北部轉為降雪，地面氣溫降到0℃以下。河套仍處于冷風前暖鋒內，沿著黃河西側向北至陰山南麓仍存在輻合線，形成暖切降雨。冷鋒后部溫度轉為0℃以下，降水相態轉為雪。14:00冷鋒位于河套中部，倒槽加強為河套氣旋，17:00冷鋒東移至鄂爾多斯東北部東勝一帶，20:00河套氣旋穩定維持，冷鋒逐漸移出河套，西北部產生副冷鋒。因此冷鋒移速非常快，冷空氣活動明顯，鋒后地面溫度均在0℃以下，降水相態皆轉為雪。且冷鋒移動的方向基本是低層冷槽移動的方向，850 hPa 0℃線的位置基本對應地面冷鋒的位置。

3 物理量分析

3.1 熱力條件

3.1.1 大氣溫度層結利用烏拉特中旗探空站，分析此次降雪溫度層結的演變。在出現降水前，3月22日20:00（圖1a），內蒙古自治區中部中高層大氣干燥，0℃層高度位于1 825 m，高于抬升凝 結 高 度（1 194.8 m）。23日08:00（圖1b），由于對流層中層偏西南風加強，導致增濕明顯，受冷平流影響，0℃層高度下降到1 670 m，高于抬升凝結高度（1 140.3 m）。大氣層結在降雪發生前期和降雪剛開始的時候對流穩定，不存在對流不穩定的條件，說明在這2個時刻，大氣層結是穩定的。同時，在這2個時刻的探空圖的600 hPa至850 hPa層次上，露點溫度與層結溫度都幾乎重合，說明在上述層次上的空氣接近飽和，水汽比較充沛。而08:00的空氣飽和度明顯大于20:00，主要表現在中高層的水汽條件上。23日20:00，對流層中上層750 hPa以上有明顯的干冷空氣入侵，整層大氣溫度都≤-5℃，降水相態以雪為主，同時飽和區頂高降低，抬升凝結高度（1 529.2 m）有所上升，預示著降水減弱。

圖1 烏拉特中旗探空圖（a.22日20:00；b.23日08:00）

3.1.2 能 量 條 件22日02:00（圖2a、圖2b）強降雪開始前，850 hPa在內蒙古西部地區出現Ω型的高能舌，未來12 h強降雪出現在高能軸東側能量梯度大值區；700 hPa西北路冷空氣的南下，開始影響內蒙古西部地區。23日08:00，隨著偏東南暖濕氣流的加強，各層的高能區明顯向西北方向擴展，降雪開始，高能區強度減弱，700 hPa西北路冷空氣的東移，冷空氣強度增強，850 hPa暖平流明顯。到23日14:00，隨著上游冷空氣的繼續東移，暖平流高度下降，高能區仍然東移北上，700 hPa能量鋒區的高能區移到內蒙古中部，西部降雪開始減弱，中部降雪開始加強。23日20:00，內蒙古西部整層轉為冷平流影響，上空能量鋒區不復存在，降雪結束。

圖2 22日02:00 850 hPa假相當位溫場（a）、700 hPa溫度平流（b）

3.2 動力條件

3.2.1 垂直速度23日02:00(圖3a）109°E低層至300 hPa強上升運動區，出現了3個中心，分別位于870 hPa、650 hPa和400 hPa，值 為 -1 Pa/s。23日08:00(圖3b），109°E低層至300 hPa強上升運動區，合并為2個中心，分別位于700 hPa和400 hPa，強度有所增強，在暴雪區兩側的正反2個環流圈，伸展高度到300 hPa附近，呈西北—東南走向的傾斜結構，反環流圈強于正環流圈，這種垂直結構更有利于中低層大范圍抬升運動的加強，導致強降雪增加并持續。23日14:00后，上升運動區強度減弱，位置東移，其兩側的正反環流圈變為反環流圈弱于正環流圈，降水強度開始減弱。

圖3 23日ω沿41°N緯向垂直剖面圖 (a.23日02:00；b.08:00，單位：Pa·s－1)

3.2.2 渦度和散度在降雪發生前23日02:00(圖4a）41°N存在低層正渦度負散度，高層負渦度正散度輻合的有利降 水 配 置。23日08:00(圖4b）41°N附近輻合中心強度明顯增強,低層正渦度負散度向上延伸加強，使得在中高層形成了2個上升運動大值區，并且絕對值大于1 Pa/s。23日14:00后，降水區域低層轉為輻散，高層輻合,上升運動區強度減弱，降水開始減弱。

圖4 23日沿108°E渦度（矢量）和散度（陰影）（a.02:00；b.08:00）

3.3 水汽條件

強降雪發生前，23日02:00（圖5），850 hPa指示出東南風將東海的水汽輸送到內蒙古西部。河套偏西地區存在明顯水汽輻合。23日08:00，隨著系統逐漸東移，河套地區水汽輻合明顯增強；14:00，水汽輻合區繼續東移并北抬，輻合大值區位于烏蘭察布市，內蒙古西部降水開始減弱，中部降水加強。

圖5 23日02:00 850 hPa水汽通量（矢量）和水汽通量散度（陰影）

沿大雪區108°E水汽通量散度垂直剖面可以看出，23日02:00開始降水前，內蒙古西部有2個水汽輻合中心，烏拉特中旗位于南北2個輻合中心之間。23日08:00（圖6），烏拉特中旗南部水汽輻合中心明顯加強，北部水汽輻合中心略有減弱，受低層偏南氣流影響，降水開始加強，降水量超過歷史極值。23日14:00，水汽輻合上升高度下降，強度減弱，預示著降水減弱。

圖6 23日08:00沿 108°E水汽通量散度垂直剖面

3.4 等壓面上的濕位渦分析

大氣運動中動力過程與熱力過程是同等重要的，濕位渦是綜合反映大氣動力學、熱力學性質和水汽作用的物理量[7-8]。王宏等[9]應用濕位渦理論診斷發現，降雪過程的濕位渦正壓場MPV1基本為正值，濕位渦斜壓場（MPV2）為負值。MPV1絕對值大于MPV2的絕對值，說明濕對稱性不穩定。

3.4.1 濕正壓場與暴雪的發展從700 hPa上MPV1分布圖（圖7）上可看出，降水前期23日02:00（圖7a）內蒙古西部存在MPV1為0.6 PVU的正值中心，與700 hPa上高空槽相對應。23日08:00(圖7b)與冷平流相對應的MPV1正值區東移，同時MPV1正值區范圍擴大，中心強度加強。強降水時段，內蒙古西部偏北的MPV1值在0.3～1.8 PVU之間。23日14:00隨著 MPV1正值中心區逐漸移出，該地區降水也隨之減弱。

圖7 23日700 hPa上MPV1分布（a.02:00；b.08:00，單位:PVU）

3.4.2 濕斜壓場與暴雪的發展3月23日02:00(圖8a)，在內蒙古西部存在由東向西伸展的MPV2負值高值區，23日08:00(圖8b)，隨著干冷空氣不斷分裂南下，鋒區逐漸加強，等θse線水平梯度增大。暴雪落區位于MPV2大值中心脊線位置的東側，落區同時位于MPV2負值得到較大增長區域。23日14:00，41°N附近等θse線變得平直稀疏，MPV2負值的絕對值減小，降水也隨之減弱。

圖8 23日700 hPa上MPV2分布（a.02:00；b.08:00，單位:PVU）

4 雷達分析

從地面天氣實況表現看，鄂爾多斯市的降水以雨開始，23日11:00前開始，11:00之前均為雨，14:00轉為雪，且累積雪量達10 mm，達到暴雪標準。選擇過程降水較強時段(3月23日16:21:46)對雷達的基本反射率因子、平均徑向速度、垂直風廓線(VWP)產品進行比較,鄂爾多斯市雷達顯示時間為世界時。

反射率因子回波強度小于35 dBz，呈片狀，比較均勻，回波梯度小；徑向速度上存在 “牛眼”結構，表示中低空存在明顯急流區，零速度線有反“S”型結構，說明存在冷平流，在低空附近有明顯的對向風，可以表明高低空系統所在位置。對照VWP資料，可以分析出觀測時段地面在冷鋒前西南氣流中，高空在低槽前部偏西氣流中整層濕度條件較好，同時很好地對應了徑向速度場分析的結果）。

5 結論

（1）從高低空配置來看，高空是由短波槽加深為冷渦影響降雪地區，中低空有“人”字切變線與高空相配合，地面倒槽產生降水，冷鋒入侵使降雨轉化為降雪，產生了此次降水天氣。

（2）從熱力條件來看，降水相態發生轉換的主要原因是0℃層高度下降，同時低層強冷平流的出現并迅速下傳，對雨轉暴雪天氣的預報具有明顯的指示意義。

（3）從水汽和動力條件來看，水汽輻合加強，預示著降水增強，水汽輻合減弱消失，預示著降水減弱；在高低空急流配合下，存在高層輔散，低層輻合的配置，為此次暴雪提供了有力的動力和充足的水汽。

（4）此次暴雪落區域滿足了MPV1＞0，同時MPV2＜0的條件，并且滿足MPV1＞0和MPV2絕對值得到較大增長的區域，濕對稱性不穩定。

（5）從雷達資料的分析來看，此次暴雪過程的回波為穩定的混合降雪回波，都在35 dBz以下；零速度線較為反“S”型結構，表明存在出冷平流風場，有利于降水的相態轉化。