張 杰,王玉榮,張 艷,鄒大偉,賈漢奎

(泰安市氣象局,山東泰安 271000)

泰安秋季強(qiáng)降雪形成機(jī)制分析

張 杰,王玉榮,張 艷,鄒大偉,賈漢奎

(泰安市氣象局,山東泰安 271000)

利用地面觀測(cè)資料和MICAPS資料,分析了泰安3次秋季強(qiáng)降雪產(chǎn)生的天氣形勢(shì)、物理量及其演變特征,同時(shí)對(duì)歐洲中心數(shù)值預(yù)報(bào)的溫度預(yù)報(bào)進(jìn)行了檢驗(yàn)。結(jié)果表明：泰安秋季強(qiáng)降雪發(fā)生的天氣形勢(shì)均為回流形勢(shì)；雨雪轉(zhuǎn)化時(shí)850hPa均有東南氣流建立,當(dāng)850hPa東南氣流轉(zhuǎn)為北西北氣流、925hPa東北氣流轉(zhuǎn)為西北氣流控制時(shí),降雪趨于結(jié)束；強(qiáng)降雪發(fā)生時(shí)850～400hPa均有較強(qiáng)的上升運(yùn)動(dòng),水汽輻合中心在800～850hPa；雨雪相變基本發(fā)生在08時(shí)和20時(shí)前后,歐洲中心數(shù)值預(yù)報(bào)850hPa溫度預(yù)報(bào)≤-2℃可作為泰安秋季雨(雨夾雪)轉(zhuǎn)為雪的溫度指標(biāo)。

秋季強(qiáng)降雪；環(huán)流形勢(shì)；物理量；雨雪相變；泰安

夏季強(qiáng)對(duì)流性天氣具有突發(fā)性強(qiáng)、強(qiáng)度大、影響顯著等特點(diǎn),氣象工作者對(duì)其研究較多。對(duì)于暴雪,國(guó)內(nèi)大多研究是針對(duì)隆冬季節(jié)的暴雪[1-6],而對(duì)秋季暴雪的研究相對(duì)較少。1997—2011年,泰安秋季出現(xiàn)了3次強(qiáng)降雪過程,對(duì)交通、農(nóng)業(yè)設(shè)施產(chǎn)生了嚴(yán)重影響,由于缺乏對(duì)秋季強(qiáng)降雪預(yù)報(bào)指標(biāo)尤其是雨轉(zhuǎn)雪溫度指標(biāo)的研究,造成了強(qiáng)降雪預(yù)報(bào)的失誤,本文對(duì)3次強(qiáng)降雪過程進(jìn)行深入分析,探討其物理機(jī)制,統(tǒng)計(jì)其預(yù)報(bào)指標(biāo),為秋季強(qiáng)降雪預(yù)報(bào)服務(wù)提供科學(xué)依據(jù)。

1 資料及處理方法

利用泰安市5個(gè)地面氣象觀測(cè)站1997—2011年9—11月的氣象觀測(cè)資料篩選強(qiáng)降雪過程。規(guī)定天氣現(xiàn)象降水記錄為雨夾雪、雨轉(zhuǎn)雪、先雨后雪為雨雪相變天氣,當(dāng)1站出現(xiàn)雨雪相變天氣時(shí)記一站次雨雪相變天氣過程。規(guī)定只要1站出現(xiàn)20—20時(shí)降雪(或雨夾雪)量≥10mm即為一強(qiáng)降雪日,跨越20時(shí)的同一次強(qiáng)降雪過程記為一次強(qiáng)降雪天氣過程。利用氣象觀測(cè)資料和MICAPS資料對(duì)篩選出的3次強(qiáng)降雪天氣過程物理機(jī)制進(jìn)行分析。

2 強(qiáng)降雪形成機(jī)制分析

2.1 強(qiáng)降雪特點(diǎn)

3次強(qiáng)降雪天氣過程分別出現(xiàn)在2004年11月24—25日(以下簡(jiǎn)稱“11·24”)、2009年11月11—12日(以下簡(jiǎn)稱“11·11”)、2011年11月29—30日(以下簡(jiǎn)稱“11·29”)。在3次強(qiáng)降雪天氣過程中(表1),日最大降水(雨夾雪)量為26.5mm,日純雪量最大為15.5mm,最大積雪深度為7cm。3次強(qiáng)降雪過程都是先降雨,后轉(zhuǎn)雨夾雪,再轉(zhuǎn)雪,均存在雨雪轉(zhuǎn)換。

2.2 環(huán)流形勢(shì)分析

“11·24”強(qiáng)降雪天氣過程中500hPa歐亞維持兩槽一脊型,脊前貝加爾湖到內(nèi)蒙一帶為一低槽,槽后有冷空氣南下影響我國(guó),泰安處于槽前西南氣流中。700hPa影響系統(tǒng)與500hPa相同,也為槽前西南氣流。850hPa上,24日20時(shí)泰安受高壓脊前偏北氣流影響；25日08時(shí)在泰安上空出現(xiàn)東北風(fēng)與東南風(fēng)的風(fēng)向切變,此階段降水強(qiáng)度最大且雨夾雪轉(zhuǎn)為雪。24日20時(shí)925hPa和地面圖上,泰安維持強(qiáng)勁的東北風(fēng)。25日20時(shí),700hPa處于槽線附近,隨著回流形勢(shì)的減弱,降水迅速減弱、停止。

表1 泰安市3次強(qiáng)降雪過程概況

“11·11”強(qiáng)降雪過程中,500hPa中高緯度環(huán)流呈兩脊一槽形勢(shì),烏拉爾山以西為一高壓脊,中國(guó)東部沿海為另一高壓脊,兩脊間為寬廣槽區(qū),泰安處于槽前西南氣流里。700hPa西南風(fēng)較大,最大風(fēng)速為17m/s,西南急流建立,泰安處于急流軸右側(cè)。850hPa上,12日08時(shí)東南急流建立；11日20時(shí)泰安市位于東南風(fēng)與東北風(fēng)輻合區(qū),東南急流為此次降水過程提供了一支水汽輸送通道；12日20時(shí)當(dāng)泰安為西北氣流控制時(shí),降水趨于結(jié)束。地面上冷高壓在貝加爾湖南側(cè),分裂冷空氣從東北地區(qū)向南滲透,11月8日開始影響泰安,泰安站為東北風(fēng)控制。

“11·29”強(qiáng)降雪時(shí)500hPa歐亞中高緯度為兩槽一脊型,兩槽分別位于新疆中部和河套東部,脊位于95°E附近,泰安處于槽前西南氣流中,西南風(fēng)較大。700hPa上河套東部槽呈東北—西南走向,槽前存在西南急流,槽后西北風(fēng)較大,泰安位于槽前且存在風(fēng)速的氣旋式輻合。850hPa及地面盛行東北氣流。

從以上分析可以看出,3次強(qiáng)降雪的環(huán)流形勢(shì)存在共同特征：700hPa以上為西南氣流, 925hPa及地面圖上,河套西北部有冷高壓向東南移動(dòng),925hPa為東北氣流,地面維持強(qiáng)勁的東北風(fēng),天氣形勢(shì)均為回流形勢(shì)。雨雪轉(zhuǎn)化時(shí), 850hPa都有東南氣流建立,當(dāng)850hPa東南氣流轉(zhuǎn)為北西北氣流、925hPa東北氣流轉(zhuǎn)為西北氣流控制時(shí),降雪趨于結(jié)束。

2.3 動(dòng)力條件和水汽條件分析

2.3.1 垂直速度 大氣中水汽凝結(jié)和降水過程與上升運(yùn)動(dòng)有密切關(guān)系,垂直運(yùn)動(dòng)造成的水汽、熱量、動(dòng)量、渦度等物理量的垂直輸送對(duì)天氣系統(tǒng)的發(fā)展有很大的影響[7]。3次強(qiáng)降雪過程中850～400hPa均有較強(qiáng)的上升運(yùn)動(dòng)(圖1),“11 ·24”強(qiáng)降雪過程,上升速度中心在750hPa附近,最大上升速度為-0.6×10-3hPa/s,“11· 11”強(qiáng)降雪過程,上升速度中心在450hPa附近,最大上升速度為-0.9×10-3hPa/s,“11· 29”強(qiáng)降雪過程,上升速度中心在700hPa附近,最大上升速度為-0.8×10-3hPa/s,強(qiáng)烈的上升運(yùn)動(dòng)有利于水汽凝結(jié)。

圖1 泰安3次強(qiáng)降雪過程沿36°N、117°E垂直速度時(shí)間剖面圖(單位為10-3hPa/s)(a2004-11-23T08—25T20；b2009-11-10T20—13T08；c2011-11-27T08—30T08)

2.3.2 水汽通量散度 “11·24”強(qiáng)降雪過程, 24日20時(shí)—25日08時(shí),950～600hPa為水汽通量散度負(fù)值區(qū),24日夜間水汽輻合中心處于850hPa附近,中心值為-15×10-7g/(hPa· cm2·s)；“11·11”強(qiáng)降雪過程,濕層比較深厚,12日08時(shí)水汽通量散度負(fù)值區(qū)達(dá)到450hPa附近,水汽輻合中心位于800hPa附近,最大值為-15×10-7g/(hPa·cm2·s)?！?1· 29”強(qiáng)降雪過程,29日后半段至夜間,750hPa以下中低層存在明顯的水汽輻合,29日夜間水汽輻合中心在850hPa附近,最大值為-32× 10-7g/(hPa·cm2·s)。由此可見3次強(qiáng)降雪過程中,中低層都存在較強(qiáng)的水汽輻合,輻合中心位于800～850hPa,水汽輻合時(shí)段與強(qiáng)降雪時(shí)段吻合(圖2)。

圖2 泰安3次強(qiáng)降雪過程沿36°N、117°E水汽通量散度時(shí)間剖面圖(單位為10-7g/(hPa·cm2·s)；a2004-11-23T08—26T08；b2009-11-10T20—13T08；c2011-11-27T20—30T08))

3 強(qiáng)降雪過程雨雪轉(zhuǎn)化各層溫度特征

雨雪相態(tài)變化與溫度層結(jié)性質(zhì)關(guān)系密切[7],雨雪轉(zhuǎn)化時(shí)各層的溫度特征值對(duì)秋季強(qiáng)降雪預(yù)報(bào)是十分有用的溫度指標(biāo)?？紤]到降水的相態(tài)轉(zhuǎn)變主要由于低層大氣的持續(xù)降溫造成[8],所以對(duì)3次強(qiáng)降雪天氣過程700hPa以下低層及地面溫度統(tǒng)計(jì)分析。

對(duì)1997—2011年15a泰安秋季16次降雪過程進(jìn)行統(tǒng)計(jì),發(fā)現(xiàn)其中有12次降雪過程存在雨雪轉(zhuǎn)換,雨雪相變基本發(fā)生在08時(shí)和20時(shí)前后,這可能是因?yàn)檫@兩個(gè)時(shí)段地面氣溫較低的原因。統(tǒng)計(jì)時(shí),若雨雪相變發(fā)生在傍晚到夜間,則使用20時(shí)的探空資料；若雨雪相變出現(xiàn)在早晨前后,則使用08時(shí)的探空資料。3次強(qiáng)降雪過程雨雪轉(zhuǎn)換溫度臨界值,700hPa分別為-8、-3、-4℃,850hPa分別為-4、-5、-2℃,925hPa分別為-3、-4、-2℃, 1000hPa分別為0、0、1℃,地面分別為0.4、3.4、0.5℃。由此可以看出,700hPa溫度差異較大,不宜作為雨雪相變的溫度指標(biāo)；地面溫度變化取決于前期氣溫,如果前期氣溫較高,即使冷空氣勢(shì)力較強(qiáng),在雨轉(zhuǎn)為雪 (或雨夾雪)時(shí)地面溫度不會(huì)很快降低,對(duì)雨雪相變沒有明顯指示意義,這與文獻(xiàn)[9]的結(jié)論基本一致,因此地面溫度也不適于作為雨雪相變的溫度指標(biāo)；850～1000hPa各層雨雪相變臨界溫度變幅不大,可作為雨雪相變的溫度特征值指標(biāo)。

4 歐洲中心溫度預(yù)報(bào)及雨雪轉(zhuǎn)換指標(biāo)檢驗(yàn)

歐洲中心數(shù)值預(yù)報(bào)850hPa溫度預(yù)報(bào)是預(yù)報(bào)員日常預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)中的重要參考,它不但是強(qiáng)冷空氣影響時(shí)過程降溫的主要依據(jù),也是冬半年降雪預(yù)報(bào)溫度的重要參考。山東省氣象臺(tái)以歐洲中心850hPa溫度預(yù)報(bào)≤-4℃作為冬半年雨雪轉(zhuǎn)換的溫度指標(biāo)[10]。這3次強(qiáng)降雪過程中, “11· 24”過程,24日20時(shí)雨雪轉(zhuǎn)換時(shí)歐洲中心850 hPa溫度預(yù)報(bào)為-3℃,實(shí)況為-4℃；“11· 11”過程,12日08時(shí)雨雪轉(zhuǎn)換時(shí)歐洲中心850 hPa溫度預(yù)報(bào)為-5℃,實(shí)況為-5℃；“11· 29”過程,29日20時(shí)雨雪轉(zhuǎn)換時(shí)歐洲中心850hPa溫度預(yù)報(bào)為-2℃,實(shí)況溫度為-2℃。由此可以看出,歐洲中心850hPa的溫度預(yù)報(bào)與實(shí)況基本吻合,在實(shí)際預(yù)報(bào)中具有較強(qiáng)的參考性,但3次強(qiáng)降雪過程中雨(雨夾雪)轉(zhuǎn)為雪時(shí)850hPa溫度均≤-2℃,明顯高于山東省氣象臺(tái)冬半年雨雪轉(zhuǎn)換的溫度指標(biāo),說明雨雪轉(zhuǎn)化時(shí)的溫度秋季明顯高于冬季,對(duì)當(dāng)?shù)赜暄┺D(zhuǎn)化溫度指標(biāo)是很好的補(bǔ)充。由于個(gè)例太少,指標(biāo)還有待于進(jìn)一步驗(yàn)證。

5 小結(jié)

(1)泰安秋季強(qiáng)降雪發(fā)生的天氣形勢(shì)均為回流形勢(shì)；700hPa以上為西南氣流；925hPa及地面圖上,在河套西北部有冷高壓向東南移動(dòng), 925hPa為東北氣流,地面維持強(qiáng)勁的東北風(fēng)。

(2)強(qiáng)降雪過程都存在雨雪轉(zhuǎn)換,雨雪轉(zhuǎn)化時(shí),850hPa均有東南氣流建立,當(dāng)850hPa東南氣流轉(zhuǎn)為西北氣流、925hPa東北氣流轉(zhuǎn)為西北氣流控制時(shí),降雪趨于結(jié)束。

(3)強(qiáng)降雪發(fā)生時(shí)850～400hPa均有較強(qiáng)的上升運(yùn)動(dòng),水汽輻合中心在800～850hPa之間,水汽輻合時(shí)段與強(qiáng)降雪時(shí)段比較吻合。

(4)雨雪相變基本發(fā)生在08時(shí)和20時(shí)前后,歐洲中心850hPa溫度預(yù)報(bào)≤-2℃可作為泰安秋季雨 (雨夾雪)轉(zhuǎn)為雪的溫度指標(biāo)。

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：A

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1006-4354(2015)04-0013-04

2014-09-05

張杰(1963—),女,山東萊蕪人,本科,高工,主要從事短期天氣預(yù)報(bào)。

2012年山東省氣象局預(yù)報(bào)員專項(xiàng)(sdyby2012-09)