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        懷化市2015年首場(chǎng)低溫陰雨冰凍天氣分析

        2015-08-20 10:30:02彭艷青鞠亮亮羅文英湖南省懷化市氣象局湖南懷化48000湖南省新晃縣氣象局湖南新晃4900
        安徽農(nóng)業(yè)科學(xué) 2015年16期
        關(guān)鍵詞:凍雨相態(tài)渦度

        彭艷青,鞠亮亮,羅文英(.湖南省懷化市氣象局,湖南懷化 48000;.湖南省新晃縣氣象局,湖南新晃 4900)

        低溫雨雪冰凍災(zāi)害是我國(guó)南方冬季的主要災(zāi)害之一。近年來,國(guó)內(nèi)外相關(guān)專家對(duì)這方面已進(jìn)行過許多研究[1-5],特別是2008年初我國(guó)南方地區(qū)出現(xiàn)大范圍持續(xù)低溫雨雪冰凍天氣之后,許多氣象工作者從各個(gè)方面對(duì)冰雪災(zāi)害做了大量研究工作,并取得了很多重要的成果[5-8]。如葉成志等研究指出700 hPa風(fēng)向風(fēng)速、地面日平均溫度、冷墊厚度及逆溫強(qiáng)度對(duì)冰凍強(qiáng)度預(yù)報(bào)有很好的指示意義,且強(qiáng)冰凍的預(yù)報(bào)著眼點(diǎn)為700 hPa附近的劇烈增溫、增濕及850 hPa以下的強(qiáng)降溫[6];楊貴名等分析指出長(zhǎng)時(shí)間凍雨的主要原因之一為冷暖氣團(tuán)長(zhǎng)期對(duì)峙并形成明顯的逆溫,逆溫層穩(wěn)定且融化層較厚[7];丁一匯等認(rèn)為2008年初我國(guó)南方的冰雪災(zāi)害是全球性氣候異常的表現(xiàn)之一,歐亞大氣環(huán)流持續(xù)異常是造成這次冰雪災(zāi)害的直接原因[8]。2015年1月底及2月初發(fā)生在懷化市的低溫陰雨冰凍天氣過程,雖然強(qiáng)度較弱,但存在多種降水相態(tài)轉(zhuǎn)換與并存的特點(diǎn),這給天氣預(yù)報(bào)預(yù)警帶來了一定的難度。筆者在此利用6 h一次的NCEP 1°×1°再分析資料和常規(guī)觀測(cè)資料,對(duì)此次低溫陰雨冰凍天氣過程的環(huán)流形勢(shì)和物理量進(jìn)行了分析,并對(duì)多種氣象因素與不同相態(tài)降水之間的關(guān)系進(jìn)行了探討,有助于提升當(dāng)?shù)氐蜏赜暄┍鶅鎏鞖獾念A(yù)報(bào)預(yù)警服務(wù)水平。

        1 過程概況

        2015年1月27日~2月2日受不斷南下的冷空氣影響,懷化市出現(xiàn)了較大范圍的低溫陰雨冰凍天氣,全市11個(gè)臺(tái)站中有7個(gè)站出現(xiàn)了雨夾雪、10個(gè)站出現(xiàn)了凍雨,最大電線結(jié)冰直徑為30 mm,雖然此次過程凍雨范圍較廣,但冰凍持續(xù)時(shí)間短,最長(zhǎng)單站持續(xù)日數(shù)為1 d。此次過程期間各種相態(tài)降水轉(zhuǎn)換較為頻繁,27日晚上~28日隨著冷空氣南下,出現(xiàn)了小雨天氣;之后隨著冷空氣的進(jìn)一步南下,在28日夜間開始出現(xiàn)凍雨天氣,除了南部的通道外,其余臺(tái)站均出現(xiàn)了凍雨天氣,29日一直維持著10站的凍雨天氣;30日起,冷空氣勢(shì)力有所減弱,又轉(zhuǎn)為小雨天氣;到2月1日夜間,部分臺(tái)站出現(xiàn)了雨夾雪天氣,但持續(xù)時(shí)間短,并沒有出現(xiàn)純雪;2日開始又轉(zhuǎn)為降雨天氣,之后隨著冷空氣的減弱消失及高空槽的過境,降水減弱并趨于結(jié)束。此次過程是懷化市2015年首場(chǎng)低溫陰雨冰凍天氣過程,給全市農(nóng)業(yè)、交通及人民群眾的生活造成了一定的影響,但總體來說影響不大。

        2 大尺度環(huán)流背景

        分析整個(gè)過程期間(1月27日~2月2日)500 hPa平均位勢(shì)高度場(chǎng)(圖1)可以看出,亞歐大陸中高緯為倒“Ω”流型,烏拉爾山地區(qū)為一高壓脊,下游的高壓脊位于太平洋中部,2個(gè)高壓脊發(fā)展均不強(qiáng),沒有形成阻塞高壓形勢(shì),因而2個(gè)脊無法長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定維持,所以這次過程冷空氣南下時(shí)勢(shì)力較弱;此外這次過程中南支槽并不活躍,中低緯地區(qū)以平直波動(dòng)氣流為主,有利于將水汽源源不斷地輸送至懷化地區(qū),但不利于大量水汽的輸送,因此這次過程降水持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng),但量級(jí)不大。

        從地面圖上看,自25日晚上起,冷空氣就開始南下侵入我國(guó),26日晚上開始影響懷化市,到28日晚上,懷化地區(qū)氣溫開始降至0℃左右,48 h氣溫降幅在8℃左右,過程期間,冷高壓主體并未明顯東移和南壓,一直穩(wěn)定在蒙古-西伯利亞地區(qū),只是不斷有冷空氣從高壓主體中分裂滲透南下,因而導(dǎo)致了懷化地區(qū)持續(xù)的低溫天氣。

        3 物理量診斷分析

        3.1 水汽條件 分析過程期間懷化區(qū)域(109°~111°E)平均700 hPa風(fēng)速的時(shí)間經(jīng)向剖面(圖2a)可知,27日懷化區(qū)域的西南風(fēng)急流已經(jīng)建立并逐漸加強(qiáng),于28日達(dá)26 m/s的西南急流中心,與28日晚上大范圍的凍雨相對(duì)應(yīng)。西南急流一直持續(xù)到2月2日20:00后,為該區(qū)域帶來了源源不斷的水汽供應(yīng),使得這次過程得以持續(xù)。同時(shí)從懷化北中部區(qū)域(109°~111°E、27°~29°N)平均水汽通量的時(shí)間 - 高度演變(圖2b)來看,整個(gè)過程期間該區(qū)域上空一直存在水汽通量大值中心,且水汽的輸送中心主要位于700~850 hPa,在28~29日期間中心值達(dá)10 g/(cm· hPa·s)以上,與700 hPa西南急流大值中心相對(duì)應(yīng),說明水汽通量輸送的加強(qiáng)與該時(shí)期中低層西南急流的加強(qiáng)有密切關(guān)系;進(jìn)一步分析該區(qū)域平均水汽通量散度的時(shí)間-高度演變(圖2c)可以發(fā)現(xiàn),該區(qū)域在整個(gè)過程期間均有明顯的水汽輻合,強(qiáng)輻合中心位于700~925 hPa,28~29日為強(qiáng)水汽輻合時(shí)段,中心值高達(dá)12×10-6g/(cm2·hPa·s)以上,與28日晚上的凍雨時(shí)段相對(duì)應(yīng)。

        3.2 動(dòng)力條件 分析懷化北中部區(qū)域(109°~111°E、27°~29°N)平均渦度的時(shí)間-高度剖面圖(圖3a)可以發(fā)現(xiàn),在29日晚上之前,該區(qū)域上空中低層850~500 hPa維持正渦度,中高層500 hPa以上為負(fù)渦度,形成中下層正渦度、高層負(fù)渦度的空間配置形勢(shì),有利于降水的形成和發(fā)展,對(duì)應(yīng)著該時(shí)段持續(xù)的陰雨天氣;29日晚~30日925 hPa層及以下有弱的負(fù)渦度區(qū),對(duì)應(yīng)著該時(shí)段短暫的降水間歇;1月31日~2月1日正渦度區(qū)有所減弱,1日之后,正渦度區(qū)同時(shí)向上和向下發(fā)展,最高伸展至300 hPa以上,而高層的負(fù)渦度有所減弱。分析該區(qū)域垂直速度的時(shí)間-高度剖面圖(圖3b)可以發(fā)現(xiàn),該區(qū)域整個(gè)過程期間500 hPa以下均有明顯的上升運(yùn)動(dòng)區(qū),強(qiáng)上升運(yùn)動(dòng)中心區(qū)位于925~700 hPa,由此可見,低層正渦度和高層負(fù)渦度的形勢(shì)有利于低層輻合高層輻散和垂直運(yùn)動(dòng)的發(fā)展,利于降水的持續(xù)和發(fā)展。

        3.3 層結(jié)條件 從懷化北中部區(qū)域(109°~111°E、27°~29°N)平均溫度的時(shí)間-高度剖面(圖4)可以看出,28日之前和2月2日之后,600 hPa以下均高于0℃,為明顯暖層,不利于固態(tài)降水的發(fā)生;1月28日~2月2日期間,700 hPa附近為大于0℃的暖層,而1 000~850 hPa為低于0℃的冷層,具備了產(chǎn)生凍雨的條件,但1 000 hPa附近的近地面溫度僅28日晚上~29日期間低于0℃,與該時(shí)段的凍雨天氣相對(duì)應(yīng),其他時(shí)次雖然也在0℃附近,但均高于0℃,從而導(dǎo)致了各種相態(tài)降水轉(zhuǎn)換以及冰凍無法長(zhǎng)時(shí)間維持。

        4 多種氣象要素與不同相態(tài)降水的關(guān)系

        這次過程以降雨為主,伴有凍雨及雨夾雪等天氣,為做出更準(zhǔn)確的預(yù)報(bào),有必要對(duì)各種相態(tài)降水的特征進(jìn)行分析,以出現(xiàn)各種天氣現(xiàn)象較全的懷化站為例。根據(jù)地面觀測(cè)資料發(fā)現(xiàn),此次過程中,氣溫<0℃時(shí)并沒有出現(xiàn)純雪,而氣溫>0℃時(shí)也出現(xiàn)了凍雨和雨夾雪。從1月28日~2月2日的探空?qǐng)D可知,懷化站一直均存在逆溫層,但融化層較弱,云頂伸展較低,且近地面氣溫在0℃左右,冷墊結(jié)構(gòu)不明顯,所以并未出現(xiàn)純雪,且凍雨維持時(shí)間不長(zhǎng)。

        針對(duì)冰凍,有許多專家指出其形成和增長(zhǎng)與降水、氣溫有重要關(guān)系,為了驗(yàn)證此次過程是否也有類似情況,故選取了懷化站的日雨量、日平均氣溫、日最低氣溫等要素。在此次過程中,懷化站是28日夜間出現(xiàn)冰凍并發(fā)展,到29日電線積冰達(dá)3 mm,29日晚上減弱消失;分析降水量變化可知,其與冰凍的生成并無明顯線性關(guān)系,但出現(xiàn)冰凍的前提一定要有降水量。從圖5不難看出,日最低氣溫與日平均氣溫的變化趨勢(shì)較為一致,但29日的日平均氣溫為0℃,結(jié)果出現(xiàn)了凍雨,而當(dāng)日平均氣溫高于0℃時(shí),即使有日最低氣溫低于0℃的時(shí)候也并未出現(xiàn)冰凍,可見,日平均氣溫與冰凍的發(fā)展之間的反相關(guān)關(guān)系比日最低氣溫更明顯,在一定的降水條件下,日平均氣溫是影響冰凍生成發(fā)展與維持的重要因子,只有日平均氣溫≤0℃時(shí),才有利于冰凍的生成發(fā)展和維持。

        5 小結(jié)

        (1)懷化這次低溫陰雨冰凍過程總的來說強(qiáng)度不大,其強(qiáng)度偏弱的主要原因?yàn)橹懈呔暩邏杭箾]有強(qiáng)烈發(fā)展,到達(dá)懷化地區(qū)的冷空氣勢(shì)力偏弱,同時(shí)低緯南支槽并不活躍,以平直氣流為主。

        (2)但這次過程持續(xù)時(shí)間并不短,因?yàn)?00 hPa西南急流的建立和加強(qiáng)為懷化地區(qū)帶來源源不斷的水汽供應(yīng),同時(shí)該地區(qū)上空維持低層正渦度和高層負(fù)渦度的形勢(shì),利于低層輻合高層輻散及垂直運(yùn)動(dòng)的發(fā)展,從而有利于陰雨天氣的持續(xù)和發(fā)展。

        (3)雖然此次過程出現(xiàn)了利于凍雨產(chǎn)生的逆溫層,但1 000 hPa溫度除了28日夜間到29日低于0℃外,其他時(shí)次均略高于0℃,因而導(dǎo)致了各種相態(tài)降水轉(zhuǎn)換較為頻繁以及冰凍無法長(zhǎng)時(shí)間維持,可見降水相態(tài)變化與溫度的層結(jié)特征密切相關(guān)。

        (4)在一定的降水條件下,日平均氣溫是影響冰凍生成發(fā)展與維持的重要因子,只有日平均氣溫≤0℃時(shí),才有利于冰凍的生成發(fā)展和維持。

        [1]王東海,柳崇減,劉英,等.2008年1月中國(guó)南方低溫雨雪冰凍天氣特征及其天氣動(dòng)力學(xué)成因的初步分析[J].氣象學(xué)報(bào),2008,66(3):405-422.

        [2]陳紅專,湯劍平,王愛珍.2008年1月持續(xù)雨雪冰凍期2次暴雪過程分析——以湖南省為例[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),2008,36(29):12799 -12802.

        [3]呂勝輝,王積國(guó),邱菊.天津機(jī)場(chǎng)地區(qū)凍雨天氣分析[J].氣象科技,2004,32(6):456 -460.

        [4]王曉蘭,李象玉,黎祖賢,等.2005年湖南省特大冰凍災(zāi)害天氣分析[J].氣象,2006,32(2):87 -91.

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        [6]葉成志,吳賢云,黃小玉.湖南省歷史上罕見的一次低溫雨雪冰凍災(zāi)害天氣分析[J].氣象學(xué)報(bào),2009,67(3):488 -500.

        [7]楊貴名,孔期,毛冬艷,等.2008年初“低溫雨雪冰凍”災(zāi)害天氣的持續(xù)性原因分析[J].氣象學(xué)報(bào),2008,66(5):836 -849.

        [8]丁一匯,王遵婭,宋玉芳,等.中國(guó)南方2008年1月罕見低溫雨雪冰凍災(zāi)害發(fā)生的原因及其與氣候變暖的關(guān)系[J].氣象學(xué)報(bào),2008,66(5):808-826.

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