2018年1月江蘇兩次暴雪天氣對比分析

吳 瓊，夏 露，白 楊，張麗婷，汪嬋娟

(揚(yáng)州市氣象局，江蘇揚(yáng)州 225000)

暴雪是江蘇冬季常見的災(zāi)害性天氣之一，由降雪導(dǎo)致的低溫凍害、大風(fēng)、地面積雪和道路結(jié)冰往往對交通和生活的影響巨大；因此專家和學(xué)者們對暴雪從環(huán)流形勢、動力過程、水汽條件、熱力條件及數(shù)值模擬等方面進(jìn)行了大量研究[1-6]。王清川等[7]分析了河北廊坊市初冬雨轉(zhuǎn)暴雪天氣過程中雷達(dá)資料的特征，得出0 ℃層亮帶高度迅速下降后1～2 h內(nèi)可以推斷降水相態(tài)由雨轉(zhuǎn)為雪。張迎新等[8]初步分析了華北回流暴雪的結(jié)構(gòu)特征，發(fā)現(xiàn)降雪強(qiáng)度與高空風(fēng)速有很好的對應(yīng)關(guān)系。趙俊榮等[9]對新疆北部暖區(qū)強(qiáng)降雪過程中尺度云團(tuán)演變特征進(jìn)行了分析，同時也對天山暴雪成因及多普勒雷達(dá)中尺度特征進(jìn)行了研究。為了提高各地暴雪預(yù)報的準(zhǔn)確率，氣象工作者針對各地暴雪天氣過程進(jìn)行了天氣學(xué)分型，建立相應(yīng)的預(yù)報模型。馬振升等[10]根據(jù)環(huán)流形勢將河南省暴雪分為兩槽一脊和橫槽兩種類型；侯淑梅等[11]根據(jù)高空和地面影響天氣系統(tǒng)，將山東極端強(qiáng)降水過程劃分為5類天氣概念模型。

以往對暴雪的研究多為個例分析，而對不同過程進(jìn)行對比分析更有利于認(rèn)識不同類型暴雪的發(fā)生發(fā)展機(jī)制。2018年1月3—5日(下稱月初過程)和24—28日(下稱月末過程)江蘇發(fā)生了兩次區(qū)域性暴雪天氣，兩次過程有所差異，本文將從降雪特征、環(huán)流形勢演變及物理量特征等方面對兩次暴雪天氣進(jìn)行對比分析，尋找這種天氣的預(yù)報規(guī)律，為提高暴雪天氣的預(yù)報預(yù)警能力提供參考。

1 實(shí)況

2018年1月2日夜間至4日夜間，江蘇沿長江及其以北地區(qū)出現(xiàn)大到暴雪、局部大暴雪(圖略)天氣。北部地區(qū)降雪過程為純雪，淮河以南是雨轉(zhuǎn)雪過程，轉(zhuǎn)換時間在3日晚上。5日早晨沿長江及其以北的大部分地區(qū)有5 cm以上積雪，其中沿長江一線和沿淮河的西部地區(qū)積雪有15 cm以上，最大浦口站為29 cm。

2018年1月24日下午至26日上午，江蘇省位于長江淮河之間的西部地區(qū)及沿長江地區(qū)和蘇南地區(qū)出現(xiàn)暴雪、局部大暴雪天氣。26日08時大部分地區(qū)積雪深度在5 cm以上，最大浦口站為19 cm。26日白天降雪間歇，26日夜間至28日，沿長江地區(qū)和蘇南地區(qū)再次出現(xiàn)暴雪、局部大暴雪的天氣，28日08時淮河以南大部分地區(qū)有5 cm以上積雪，其中沿長江和蘇南中西部地區(qū)超過15 cm，部分地區(qū)在20 cm以上。24日12時至28日14時，江蘇省沿長江地區(qū)和蘇南地區(qū)的累積降雪量在25 mm以上，其中蘇南西南部部分地區(qū)超過40 mm。

從降雪強(qiáng)度和落區(qū)來看，兩次降水中心均在沿長江地區(qū)和蘇南地區(qū)，最大的積雪中心，月初過程在江蘇西部，月末過程強(qiáng)降雪落區(qū)更偏南，降雪強(qiáng)度也偏弱。從氣溫來看月末過程氣溫更低，是純雪過程，積雪效率更高，月初過程在沿長江及以南的地區(qū)為雨轉(zhuǎn)雪過程。從持續(xù)時間來看，月末的過程持續(xù)時間更長。

2 天氣形勢分析

從500 hPa天氣圖上的環(huán)流形勢來看，兩次過程均為“西阻型”，巴爾喀什湖至里海之間有阻塞高壓(45oN以北，60oE附近)發(fā)展，且在降雪過程中持續(xù)存在，巴爾喀什湖一穩(wěn)定橫槽不斷引導(dǎo)冷空氣從西路南下。阻塞高壓前為寬廣的低壓帶區(qū)，不斷有冷渦發(fā)展活動。在青藏高原東部不斷有低槽活動，引導(dǎo)暖濕氣流北抬。冷暖氣流在沿長江一帶交匯，有利于降雪。

月初過程中副高整體偏強(qiáng)，副熱帶高壓588 dagpm線位于南海東北部，且范圍持續(xù)擴(kuò)大，引導(dǎo)孟加拉灣和南海西南暖濕氣流不斷沿高壓外圍往中緯度地區(qū)輸送，東北冷渦偏弱(3日20時中心值為532 dagpm)，冷渦底部的槽以北縮東移為主，長江中下游受西南氣流控制。月末過程副熱帶高壓整體偏弱，584 dagpm等值線的北界位于20°N以南，東北冷渦強(qiáng)大(24日08時中心值504 dagpm)且穩(wěn)定維持在125°E、53°N附近，冷空氣在冷渦西側(cè)橫槽堆積，分裂南下的冷渦槽后西北氣流控制長江中下游地區(qū)。

從700 hPa天氣圖來看，月初過程西南急流和濕度大值區(qū)穩(wěn)定存在，長江地區(qū)處于西南急流出口區(qū)的左側(cè)(圖1a)，急流最大風(fēng)速達(dá)到28 m/s。前期暖式切變維持在淮河流域，4日逐漸轉(zhuǎn)為冷切變，雪區(qū)南擴(kuò)，5日08時700 hPa長江地區(qū)轉(zhuǎn)為西北風(fēng)，降雪漸止。月末過程中西南急流也一直存在，位置較月初過程偏南(圖1b)，急流核最大風(fēng)速也達(dá)到28 m/s，其中26日白天短暫轉(zhuǎn)為西北氣流的時段也和降雪的間歇時段對應(yīng)。

從850 hPa天氣圖來看，月初過程中，暖切維持在沿長江地區(qū)和江蘇南部，5日08時以后轉(zhuǎn)為偏北風(fēng)控制。4日有低渦沿長江東移， 4日沿長江和蘇南地區(qū)降水量的增強(qiáng)。-4 ℃等溫線南壓緩慢，在沿長江一帶維持，該地區(qū)降雪時常較長，形成較深的積雪。月末過程前期為偏東急流，但低層切變比月初過程弱，降水量整體弱于月初過程。全省氣溫基本在-4～12 ℃范圍內(nèi)，為純雪過程。

從地面氣壓場分析來看，月初過程主要是中路冷空氣不斷擴(kuò)散南下。月末主要是中路偏東冷空氣，冷空氣強(qiáng)度大，速度快，在降雪前形成較為深厚的冷墊。

3 診斷分析

3.1 水汽條件

一個地區(qū)要發(fā)生強(qiáng)降水，除了考慮有暢通的水汽通道源源不斷為系統(tǒng)提供充足的水汽，還必須考慮各個方向輸送來的水汽能否在此集中起來[12-13]，因此通過對兩次暴雪過程的水汽通量和水汽通量散度進(jìn)行診斷，分析過程水汽條件。

月初過程的水汽來源更豐富，低空西南急流帶來的暖濕氣流，并在江蘇沿長江地區(qū)產(chǎn)生水汽通量輻合。4日20時850 hPa有低渦東移出海，打通了東海至江蘇的水汽通道，由東海輸送來的水汽也為強(qiáng)降水發(fā)生發(fā)展提供了更多的水汽。月末過程水汽通道較為單一，水汽輻合主要是由西南急流輸送，且水汽輸送的位置比月初過程偏南(圖略)，與降雪的落區(qū)相對應(yīng)。

3.2 熱力條件

利用ERA Interim Daily的0.5°×0.5°再分析資料制作降雪中心風(fēng)場、氣溫和相對濕度的垂直剖面圖(圖2)，可以看出：3日傍晚后溫度廓線-4 ℃等值線向低層延伸，實(shí)況出現(xiàn)雨轉(zhuǎn)雪；月末過程近地面溫度較低，850 hPa氣溫低于-4 ℃，實(shí)況為出現(xiàn)了純降雪。

兩次過程均存在逆溫，月初主要是850 hPa東南氣流和700 hPa西南暖濕氣流共同影響(圖2a)，當(dāng)850 hPa和700 hPa轉(zhuǎn)為西北氣流后，切斷水汽輸送，大氣相對濕度迅速減小，降雪漸止。月末過程是850 hPa及以下層結(jié)的干冷空氣楔入暖濕氣流，暖濕氣流在冷空氣墊上爬升，形成逆溫(圖2b)。

在冷暖空氣交匯的過程中，會形成明顯的鋒生作用。繪制假相當(dāng)位溫和鋒生函數(shù)的剖面圖，可以看出：暴雪發(fā)生期間，θse等值線存在明顯的密集帶(圖3a)，能量鋒區(qū)隨著高度向北傾斜，等值線密集帶對應(yīng)低層鋒區(qū)位置。兩次過程中，鋒區(qū)上部是假相當(dāng)位溫的高值區(qū)，對應(yīng)由南向北伸展的暖濕氣流，與形勢場分析的中低空西南急流相對應(yīng)。鋒區(qū)下部卻有明顯的不同，月末過程有明顯的假相當(dāng)位溫低值區(qū)(圖3b)，說明在暴雪前低空就已經(jīng)有明顯的冷空氣入侵，形成了冷墊。與形勢場分析結(jié)論一致。

陰影區(qū)對應(yīng)鋒生函數(shù)，可以看出在鋒面上有多個鋒生正值區(qū)分布，月初過程中，鋒面向北向上延伸，嵌有更多鋒生正值中心，考慮是與次級環(huán)流所對應(yīng)。

3.3 動力條件

從渦度和散度沿119°E的剖面上可以看到，與鋒區(qū)對應(yīng)有一條從地面延伸到100 hPa的隨高度向北傾斜的正渦度柱，深厚正渦度柱的形成有利于暴雪的加強(qiáng)和維持。對比兩次降雪過程強(qiáng)降雪時段的正渦度柱的分布(圖4a)，可以看出月初過程的大值帶分布范圍和中心值均高于月末過程；從散度的垂直分布來看，暴雪區(qū)整體呈低層輻合高層輻散的配置，隨高度略向北傾斜，月末過程的數(shù)值略小于月初過程(圖4b)。月初暴雪過程的動力條件更佳。

強(qiáng)的上升運(yùn)動將低層的水汽和能量源源不斷輸送到高空為暴雪的維持提供條件。垂直螺旋度表征大氣在垂直方向上的旋轉(zhuǎn)上升和運(yùn)動特征，是反映天氣系統(tǒng)的維持和發(fā)展?fàn)顩r及天氣現(xiàn)象劇烈程度的一個參數(shù)。

由強(qiáng)降雪時刻沿暴雪中心做螺旋度的經(jīng)向垂直剖面可以看出，強(qiáng)降雪出現(xiàn)時，兩次過程垂直螺旋度均呈下正上負(fù)的分布(圖4c)，強(qiáng)降雪落區(qū)位于正負(fù)中心疊加區(qū)域的附近。兩次過程的不同之處在于月初過程的垂直螺旋度正負(fù)中心對數(shù)值更大，位置也更高(圖4d)。結(jié)果說明月初過程輻合上升運(yùn)動出現(xiàn)的高度更高，上升運(yùn)動強(qiáng)度更強(qiáng)，大氣不穩(wěn)定層結(jié)更深厚，這也與前面的分析相符。

冷暖空氣交匯對鋒生起重要作用。從700 hPa鋒生函數(shù)分布圖來看，月初過程江淮之間為大段連續(xù)的鋒生正值區(qū)(圖5a，見第26頁)，數(shù)值可達(dá)9×10-11K/(m·s)，月末過程鋒生正值中心偏南(圖5b，見第26頁)，沿長江及以南大部分地區(qū)為6×10-11K/(m·s)，僅在江蘇南部達(dá)到9×10-11K/(m·s)。可見月初過程的大尺度鋒生作用更強(qiáng)，更有利于上升運(yùn)動加強(qiáng)。

鋒生還是引發(fā)次級環(huán)流的一個重要因素。在強(qiáng)降雪時次的鋒生函數(shù)和垂直速度的垂直剖面圖上可見，4日14時，在上升運(yùn)動中心北側(cè)，有下沉氣流與之形成次級環(huán)流，鋒生區(qū)位置和次級環(huán)流位置對應(yīng)較好，且鋒生正值區(qū)向上伸展至550 hPa附近(圖5c，見第26頁)。27日14時，在上升運(yùn)動北側(cè)也可分析出弱的次級環(huán)流，但整體強(qiáng)度偏弱；因此雖然有鋒生正值區(qū)對應(yīng)，但強(qiáng)度偏弱，伸展高度偏低(圖5d，見第26頁)。

次級環(huán)流的形成原因，一方面考慮是高低空急流耦合作用的產(chǎn)物，另一方面是不斷有干冷空氣卷進(jìn)南方暖濕氣流中，在交匯的楔形結(jié)構(gòu)邊緣產(chǎn)生鋒生次級環(huán)流。

3.4 雷達(dá)回波分析

比較強(qiáng)降雪時段雷達(dá)0.5°仰角和2.4°仰角反射率因子、回波頂高和徑向速度圖(圖6，見第26、27頁)可以看出，月初過程回波反射率因子較強(qiáng)，以穩(wěn)定層狀云降水為主， 同時也夾雜有大于35 dBz的弱對流性回波(圖6a)；月末過程為均勻的穩(wěn)定層狀云降雪(圖6e)，降雪強(qiáng)度弱于月初過程，持續(xù)時間長。兩次過程回波頂高均在6～8 km左右(圖6c、圖6g)。

抬高仰角至2.4°，均可以看到零度層亮帶(圖6b、圖6f)。速度場上月初過程零風(fēng)速等值線隨高度順轉(zhuǎn)，有深厚的暖平流存在。正負(fù)速度對形成了“牛眼”結(jié)構(gòu)(圖6d)，說明低層存在明顯東北風(fēng)急流，“牛眼”狀正負(fù)速度中心值較大，說明急流強(qiáng)度較強(qiáng)，輻合抬升作用明顯，之后牛眼結(jié)構(gòu)變形，降水減弱，速度值大小與降雪量存在一定的正比關(guān)系。月末過程也有弱“牛眼”速度對，但是風(fēng)速強(qiáng)度弱于月初過程(圖6h)。

4 結(jié)論

(1)兩次過程均為“西阻型”，多冷渦活動。月初過程副高較強(qiáng)，中低空西南急流強(qiáng)盛，南部地區(qū)先雨后雪，小時降雪量較大；月末過程冷渦較強(qiáng)，低層有深厚冷墊，為純雪過程，小時降雪量均勻。

(2)兩次過程均存在西南急流的水汽輸送，月初過程后期還有來自東海的水汽輸送。

(3)兩次過程均存在逆溫。月初過程地面高于0 ℃，為雨轉(zhuǎn)雪過程；月末過程低層氣溫低，能量鋒區(qū)下部有冷墊存在，暖空氣在其上爬升。

(4)兩次暴雪過程存在深厚正渦度柱，低層輻合高層輻散，垂直螺旋度呈下正上負(fù)分布，且存在次級環(huán)流增強(qiáng)上升運(yùn)動，有明顯鋒生大值區(qū)與之配合。月初暴雪過程各項(xiàng)動力條件指標(biāo)均優(yōu)于月末過程。

(5)月初過程以層狀云降雪為主，夾雜一定弱對流回波，月末過程以層狀穩(wěn)定降雪為主；兩次過程速度圖中均存在牛眼結(jié)構(gòu)，與低空急流對應(yīng)，其中月初過程速度值更大。