范蘭艷等

摘要 對2012年11月10—11日朝陽縣暴雪天氣的大尺度天氣系統(tǒng)、常規(guī)物理量、衛(wèi)星雷達(dá)圖進(jìn)行診斷分析，得出此次暴雪天氣是在有力的大尺度環(huán)流形勢下發(fā)生的，低層輻合、高層輻散以及強上升運動為暴雪提供了良好的動力條件，同時能量鋒區(qū)以及水汽的輻合與輸送是暴雪產(chǎn)生的主要原因。

關(guān)鍵詞 暴雪；環(huán)流形勢；物理量診斷；過程分析；遼寧朝陽；2012年

中圖分類號 P458.1+21 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 1007-5739（2015）01-0216-04

Abstract The large scale synoptic system，conventional physical quantity and satellite radar chart of the blizzard weather happened during Nov 10 to 11，2012 in Chaoyang County were analyzed.It is summarized that the above blizzard was happened under the large scale of circulation situation.Furthermore，the low-level convergence，upper-level divergence and strong ascending motion offered excellent dynamic condition for blizzard.Meanwhile，an important cause of blizzard was came from the energy frontal zone and water vapor transport and convergence.

Key words blizzard；scale system；physical quantity diagnosis；process analysis；Chaoyang Liaoning；2012

我國北方地區(qū)常出現(xiàn)暴雪天氣，給工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人民生活帶來了嚴(yán)重影響。為了有效預(yù)報和及時應(yīng)對這種災(zāi)害性天氣，許多研究者開展了相關(guān)研究[1-3]，主要針對暴雪天氣特征和維持機(jī)制、發(fā)生過程、物理量場等方面進(jìn)行分析與診斷。2012年11月朝陽縣發(fā)生了歷史罕見的暴雪，此次降雪為“先雨后雪”，全縣28個鄉(xiāng)鎮(zhèn)遭災(zāi)損失慘重。經(jīng)初步統(tǒng)計，截至11月 12日10：00全縣298個行政村，4.5萬戶，15.3萬人遭災(zāi)。道路阻斷，通訊光纜、電力設(shè)施損毀嚴(yán)重。民房倒塌，破損房間123間，畜牧小區(qū)受災(zāi)29處，蔬菜保護(hù)地受災(zāi)3 766.67 hm2，絕收230 hm2，大棚損毀841棟，全縣直接經(jīng)濟(jì)損失5 100萬元。因此，有必要利用常規(guī)資料、加密氣象自動站資料、多普勒雷達(dá)、衛(wèi)星云圖等資料對此次暴雪過程的成因進(jìn)行分析，從暴雪的氣候形勢場環(huán)流特征、物理量場進(jìn)行診斷，對天氣尺度場、各種數(shù)值預(yù)報因子等進(jìn)行總結(jié)。

1 天氣概況

受貝加爾湖南下冷空氣和東南沿海暖濕空氣的共同作用，2012年11月10日16：00至11日20：00，朝陽縣自西南向東北先后出現(xiàn)一次由雨夾雪轉(zhuǎn)大暴雪的天氣過程。這次天氣過程具有降雪強度大、范圍廣、時間集中的特點，由于前期近地層溫度較高，開始下雨，后來轉(zhuǎn)為雪，地面有積雪，各鄉(xiāng)鎮(zhèn)都達(dá)到暴雪標(biāo)準(zhǔn)，積雪深度及降水量見表1。本次降雪量最大的波羅赤鎮(zhèn)為44.5 mm，降雪量最小的大廟鄉(xiāng)為13.1 mm。部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)降水量和積雪深度達(dá)到有氣象記錄以來的歷史同期最大值。

2 環(huán)流背景分析

2012年11月10—11日的暴雪過程是在有利的大尺度環(huán)流形勢下發(fā)生的。高低空系統(tǒng)配合，系統(tǒng)移動緩慢，降水持續(xù)時間長、強度大，是這次暴雪形成主要原因。

2.1 高空形勢分析

在500 hPa高度上（圖1a），形勢場為兩脊一槽的經(jīng)向型環(huán)流，高壓脊位于烏拉爾山以東地區(qū)和東北地區(qū)上空，貝加爾湖為廣闊的槽區(qū)，冷空氣在貝加爾湖以西堆積，溫度槽落后于高度槽。渦前暖空氣北抬，北部冷空氣南壓，2個系統(tǒng)之間等溫線密集，對應(yīng)地面形成一個鋒區(qū)，走向為東北—西南。

700 hPa上，11月10日8：00貝加爾湖到我國東北地區(qū)為切斷低壓控制，低壓中心強度為540 dagpm，位于貝加爾湖和內(nèi)蒙古之間的位置，弱的高壓脊控制日本海以東與西西伯利亞平原，遼寧省處于暖區(qū)之中，低渦在東移的過程中不斷加強，有西西伯利亞脊前的西北氣流下滑冷空氣補充。到11日8：00（圖1b），經(jīng)向環(huán)流加強，低壓中心移至河北省接近遼寧省的位置，中心強度加強到532 dagpm。

2.2 地面形勢分析

2012年11月10日8：00，從貝加爾湖到河套地區(qū)大片區(qū)域處于高壓控制區(qū)，蒙古低壓略南下位于貝加爾湖東南、內(nèi)蒙古中東部，中心為1 022.5 hPa。10日20：00（圖2）蒙古低壓移至東海上空，與850 hPa高度槽相對應(yīng)，中心強度加強為1 012.5 hPa，朝陽縣位于地面低壓倒槽的頂部[4-5]。

3 物理量診斷分析

對流層中低層輻合、高層輻散及充沛水汽在有利的大氣環(huán)流下抬升是產(chǎn)生暴雪天氣過程的主要原因。

3.1 動力條件

3.1.1 渦度分析。低層渦度和高層渦度差值大，有利于降雪的維持和發(fā)展。由圖3可知，850 hPa渦度場上，低層正渦度區(qū)隨著低渦移動并加強，方向為西南—東北，11月10日20：00，正渦度中心位于東海上空，最大正渦度值為9×10-5 s-1，到11日8：00，中心移至遼西沿海一帶，中心強度維持不變，到11日20：00，正渦度中心向東北方向移動，至遼中地區(qū)，強度增大到10×10-5 s-1。在暴雪期間，朝陽縣上空持續(xù)存在著正的渦度帶。

3.1.2 散度分析。高層輻散，低層輻合，有利于垂直運動的發(fā)展，差值越大，越有利于強降雪的維持與發(fā)展。在此次暴雪過程中，朝陽縣上空的散度場具有低層輻合，高層輻散的形勢。在850 hPa高度上（圖4a），散度值持續(xù)為負(fù)，其值為 -10×10-5 s-1，表征著低層有弱的的輻合；200 hPa高度上（圖4b），散度值持續(xù)為正，其值為20×10-5 s-1，表征高空有強的輻散。暴雪區(qū)上空通過低層的輻合與高層的輻散抽吸形成了上升運動的動力結(jié)構(gòu)[6]。

3.1.3 垂直速度分析。上升運動會引起水汽、熱量、動量等交互與輸送，強而持續(xù)的上升運動是暴雪形成的一項重要條件。850 hPa垂直速度場分析表明，在暴雪發(fā)生期間，在朝陽縣上空存在強的上升運動。11月10日20：00到11日8：00，上升運動最強，這也是強降雪發(fā)生的時段。上升運動區(qū)位置的變化與暴雪過程的演變相一致。

3.2 熱力條件

假相當(dāng)位溫場。分析850 hPa假相當(dāng)位溫場（圖5），通過與實況的對比發(fā)現(xiàn)，此次過程中，低層高溫高濕的不穩(wěn)定能量與中層向下滲透的冷空氣導(dǎo)致中低層位勢不穩(wěn)定的建立，暴雪落區(qū)與假相當(dāng)位溫線密集帶有很好的對應(yīng)關(guān)系，從而為此次強降水過程提供了熱力條件。

從2012年11月10日20：00開始，北緯30°～40° 850 hPa假相當(dāng)位溫為8～28 ℃，沿經(jīng)向分布。渤海有高能舌向東北伸展，貝加爾湖附近有低能區(qū)東移南下，在兩者的共同作用下，11日8：00在北緯40°，東經(jīng)120°附近，高能舌北側(cè)形成能量鋒區(qū)。能量鋒區(qū)與地面鋒區(qū)平行，高能舌與地面冷風(fēng)平行，暴風(fēng)雪位于能量鋒區(qū)內(nèi)。

3.3 水汽條件

良好的水汽條件是大型降水必備的條件之一。

3.3.1 高低空急流分析。從2012年11月10日8：00起，在500 hPa高度上（圖6a），在北緯40°～50°處有中心風(fēng)速50 m/s以上的平行西風(fēng)。急流的左側(cè)風(fēng)速具有氣旋式切變，利于后期低渦東移加強，以及低渦輻合發(fā)展。

低空槽前西南風(fēng)急流帶來大量水汽，成為水汽的主要來源，從2012年11月10日8：00起，700 hPa（圖6b）上形成一條南北向急流帶，在渤海穿過遼寧西部直到黑龍江西部。由于急流經(jīng)過渤海，為暴雪落區(qū)輸送了大量的水汽。同時，由于暖脊在東北東部到日本海一帶基本呈西北—東南走向，急流軸與暖脊大約斜交45°，形成了強暖平流的輸送。暖濕氣流在向北前進(jìn)中，由于熱力作用必將出現(xiàn)爬升，產(chǎn)生熱力上升運動。配合高空急流，形成暴雪天氣過程。

3.3.2 水汽通量散度分析。在強降水過程中需要源源不斷的水汽供應(yīng)，對流層低層水汽在大氣水汽中占有重要位置，水汽通量輻合對低層抬升和被抬升空氣的濕度有一定影響。在2012年11月10—11日期間（圖7），朝陽暴雪區(qū)上空一直存在著水汽通量散度的負(fù)值區(qū)，強度維持在-10×10-7 g/（s·cm·hPa）左右。這說明朝陽市上空對流層中低層存在水汽通量的輻合有利于強降水的產(chǎn)生，降雪減弱后水汽通量散度值由負(fù)轉(zhuǎn)為正。

3.3.3 濕度分析。由于大氣中90%水汽都集中在500 hPa以下的低層，而比濕是表明大氣中實際水汽含量的物理量，因此分析11月10日20：00 850 hPa的比濕場可以看出，由于海面溫度偏高，從南到北，海面上有一比濕的大值區(qū)，伸向到我國東北地區(qū)，最大降雪區(qū)與濕區(qū)前部梯度有很好的對應(yīng)，比濕大值區(qū)在我國近海海面上維持了大約1 d的時間，西南急流將大量的暖濕水汽輸送到東北地區(qū)。隨著冷空氣的東移，比濕大值區(qū)也向偏東方向移動，在朝陽地區(qū)的比濕大于10 g/kg，表明低層水汽充足。

綜上分析，此次降水過程降水帶分布和移動、降水強弱都與比濕場相吻合。持續(xù)的水汽通量輻合和低空急流帶來的暖濕氣流有利于水汽堆積與輸送。

4 衛(wèi)星云圖分析

受東移冷鋒云系的影響，此次遼寧強降雪過程開始時間是2012年11月10日16：00。在當(dāng)日20：30紅外云圖（圖8）上，內(nèi)蒙東北部有北支高空槽云系，遼寧西北部到朝鮮半島為南支高空槽前云系。云系北側(cè)有明顯的反氣旋，云系尾部即暖濕輸送帶為一條西北—東南向的云帶，從云系頭部向的東南伸出，尾端位于遼西地區(qū)與南支槽相交，輸送帶將水汽從東南地區(qū)向西北輸送，在云系頭部輻合形成寬廣的頭部云團(tuán)。高空槽云系之間有明顯的暗縫分隔，在11日4：00—8：00存在一段降水停止期，到11日8：00云系尾部的少量云團(tuán)繼續(xù)影響朝陽地區(qū)，出現(xiàn)弱于前段的降水。

5 雷達(dá)回波分析

根據(jù)對雷達(dá)反射率因子PPI圖的分析，2012年11月10日16：00，朝陽市西部、北部地區(qū)開始產(chǎn)生降水，10日20：00影響全區(qū)，西南部地區(qū)反射率較強，最大反射率為45 dBZ，到11日14：00，回波移到中北部，西南降水先后停止，回波穩(wěn)定而且移動緩慢，持續(xù)時間長。此次朝陽地區(qū)降雪具有如下特點：降雪率大于3 mm/h時段反射率因子普遍在30～40 dBZ；降雪在2～3 mm/h時反射率因子普遍為25～30 dBZ之間；降雪率在1～2mm/h時反射率因子普遍為20～25 dBZ；降雪低于1 mm/h時反射率因子普遍在20 dBZ以下。

從相對徑向速度分析，最大速度為-25～25 m/s，零速度帶成“S”型，環(huán)境風(fēng)向隨高度順轉(zhuǎn)，有暖平流。其旋轉(zhuǎn)曲率較大，說明高空有較強的垂直風(fēng)切變，為低層水氣提供了有利的動力抬升作用，使強降水時段內(nèi)整層水氣得到了補充。通過對多普勒雷達(dá)回波頂高產(chǎn)品的分析可知，此次暴雪過程中，影響朝陽縣的大部分降雪回波頂高4～5 km，回波頂最高為6.3 km，說明降水云系統(tǒng)深厚且穩(wěn)定。

6 數(shù)值預(yù)報產(chǎn)品檢驗

6.1 T639產(chǎn)品

根據(jù)T639數(shù)值模式2012年11月9日20：00 24 h預(yù)報，降水開始時間在10日20：00之前，降水主要時段在11日8：00之后，降水量在25～30 mm之間。預(yù)報降水開始時間和量級基本準(zhǔn)確，主要降水時段預(yù)報偏晚。實際情況降水主要集中于10日20：00至11日8：00，在11日8：00到11日20：00，降水仍在持續(xù)，但降水減弱。

6.2 日本降水預(yù)報

日本數(shù)值模式2012年11月9日20：00降水預(yù)報反映降水開始時間在10日20：00之后，降水時段主要在11日8：00之后，降水量在15～20 mm之間。預(yù)報降水開始時段較準(zhǔn)確，主要降水時段偏晚，降水量偏低。

綜上，T639、日本降水預(yù)報此次過程均在不同方面存在一定誤差，但又都有可取之處，仍具有參考價值。2種模式降水中心預(yù)報相對準(zhǔn)確，T639降水量級預(yù)報準(zhǔn)確，日本降水開始時間預(yù)報準(zhǔn)確。

7 預(yù)報技術(shù)著眼點與難點

暴雪只有在特定的環(huán)流背景下才能夠出現(xiàn)。500 hPa出現(xiàn)兩脊一槽型的環(huán)流形勢是產(chǎn)生暴雪的必要條件。分析降雪的影響系統(tǒng)，包括大尺度環(huán)流形勢、高低空急流、地面冷鋒、地面倒槽等天氣尺度系統(tǒng)；分析由基本觀測要素計算出的相關(guān)物理量場，如渦度、散度、水汽通量散度、溫度場等；分析其他相關(guān)資料，如衛(wèi)星云圖資料的亮溫、水汽圖像、雷達(dá)資料、地面自動站資料等；分析數(shù)值預(yù)報產(chǎn)品，包括分析數(shù)值預(yù)報場的形勢演變，降雪實況與數(shù)值預(yù)報分析場的配置關(guān)系，比較主觀分析場與數(shù)值預(yù)報分析場的差別，分析降雪實況與物理量的配置關(guān)系，檢驗數(shù)值預(yù)報場，以數(shù)值預(yù)報環(huán)流形勢為基礎(chǔ)進(jìn)行檢驗、訂正，確定訂正后的預(yù)報場和主要影響系統(tǒng)，分析并檢驗物理量場，以確定降雪落區(qū)，分析影響區(qū)域的地形地貌特點以確定降水量級，最后得出降雪的落區(qū)預(yù)報結(jié)果。

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