王玉亮，胡順起

（1.臨沂市氣象局，山東 臨沂276004；2.喀什地區(qū)氣象局，新疆 喀什844000）

魯南地區(qū)主要包括臨沂、濟寧、菏澤、棗莊、日照5 地級市、43 縣（縣級市、區(qū)），面積5.05×104km2，占山東近三分之一，人口稠密。魯南地區(qū)地貌大勢總體表現(xiàn)為中部高，東西低。東部為起伏緩和的低山丘陵，中部山地突出，西部屬華北大平原的一部分。暴雪是魯南地區(qū)冬半年主要氣象災害之一，它經(jīng)常造成交通運輸中斷，交通事故頻發(fā)，房屋、蔬菜大棚坍塌，直接危害人民生命財產(chǎn)安全，氣象災害防御任務繁重。近些年以來，魯南地區(qū)出現(xiàn)多次暴雪高影響天氣災害[1]。2015 年11 月23—24 日，魯南地區(qū)出現(xiàn)特大暴雪天氣過程，造成巨大經(jīng)濟損失。多個氣象站出現(xiàn)1962 年有氣象記錄以來11 月的最大積雪深度，兗州市積雪深度最大為32.0 cm。

在暴雪研究方法方面，國內(nèi)學者多采用診斷方法[2-5]分析暴雪的流型配置、各種物理量場與暴雪落區(qū)的關(guān)系、動力和熱力結(jié)構(gòu)等。一些暴雪研究在高、低空急流對暴雪的維持和加強機制方面進行了深入分析[6-8]，并獲得不少新的認識。目前對暴雪研究多集中在單個或多個暴雪個例過程分析方面[9-14]，魯南地區(qū)南臨江蘇，暖濕氣流與北方入侵的冷空氣交匯頻繁，暴雪過程在山東雖出現(xiàn)較少，但災害影響和預報難度很大。而針對魯南地區(qū)暴雪研究較少，對環(huán)流形勢和影響系統(tǒng)分析更少。本文結(jié)合歷史資料，系統(tǒng)分析魯南地區(qū)暴雪天氣在不同影響系統(tǒng)下環(huán)流形勢演變及對暴雪落區(qū)、強度的影響，探索切實可行的暴雪預報方法，以期提升魯南地區(qū)暴雪預報水平和防災減災能力。

1 資料和方法

1.1 資料及暴雪定義

利用山東省氣候中心提供的1999—2018 年123 個觀測站地面逐日降水資料、NCEP 資料（水平網(wǎng)格距為1°×1°，時間分辨率為6 h），20：00 BT 至次日20：00 BT 累積降水量作為日降水，規(guī)定全省24 h只要有一個站出現(xiàn)暴雪，就算一個暴雪日；只要有一個暴雪日出現(xiàn)就算一次暴雪過程。若降水過程是純雪，暴雪就是指24 h 降雪量≥10.0 mm，若“雨夾雪”（雨和雪同時下）24 h 的總量值達≥10.0 mm 且雪深南方≥5 cm，北方≥10 cm 時才算暴雪。山東省災害性天氣預報技術(shù)手冊規(guī)定[15]，局地性暴雪：山東省123 個國家氣象觀測站，≤5 個站出現(xiàn)暴雪；區(qū)域性暴雪：山東省123 個國家氣象觀測站，6～29 個站出現(xiàn)暴雪；大范圍暴雪：山東省123 個國家氣象觀測站，≥30 個站出現(xiàn)暴雪。本文局地性、區(qū)域性和大范圍暴雪按以上標準進行統(tǒng)計。

1.2 影響系統(tǒng)的定義

魯南地區(qū)暴雪的影響系統(tǒng)主要有回流形勢、江淮氣旋、切變線和低槽冷鋒。

回流暴雪是指從東北平原南下的冷鋒過境轉(zhuǎn)東—東北風后產(chǎn)生的降水，屬于鋒后降水，對流層低層冷空氣先從東北地區(qū)回流影響降水區(qū)域，形成冷空氣墊，對流層中高層的西南暖濕氣流沿著冷墊爬升，水汽凝結(jié)形成降雪。中緯度地區(qū)700 hPa 有中支槽和南支槽存在，山東處于槽前，受西南風影響。如果中支槽在東移過程中跟南支槽合并發(fā)展，可產(chǎn)生大范圍回流暴雪。根據(jù)500 hPa 環(huán)流形勢將回流暴雪分為高緯低壓帶型和兩槽一脊型。

高緯低壓帶型回流暴雪：（1）低壓帶或低渦位于（50°～65°N，75°～130°E）。（2）烏拉爾山附近（50°～70°N，50°～70°E）有高壓脊。（3）河套地區(qū)附近（35°～41°N）有低壓槽。

冷空氣在低渦附近堆積，烏拉爾山到貝加爾湖以北的中西伯利亞地區(qū)一般為阻塞高壓，鄂霍次克海到西西伯利亞東部總體為一橫槽，高緯度以經(jīng)向環(huán)流形勢為主。中緯度環(huán)流平直，河套地區(qū)附近有中支槽在東移過程中與南支槽合并發(fā)展，魯南地區(qū)處于槽前受西南風影響。隨著阻塞高壓崩潰，橫槽轉(zhuǎn)豎南壓，強冷空氣南下影響魯南地區(qū)，常伴有大幅降溫和暴雪天氣過程。

兩槽一脊型回流暴雪：（1）烏拉爾山附近（50°～70°N，50°～70°E）有低壓槽或低壓；（2）貝加爾湖地區(qū)及以西（50°～65°N，75°～100°E）有高壓脊；（3）貝加爾湖以東（45°～60°N）范圍內(nèi)維持低壓槽或低壓。

河套地區(qū)附近有中支槽（35°～41°N，100°E 附近）在東移過程中與南支槽合并發(fā)展，魯南地區(qū)處于槽前，受西南風影響。隨著地面從渤?；亓骼淇諝獾募訌?，魯南地區(qū)降水逐漸開始。

江淮氣旋暴雪是指產(chǎn)生于長江和淮河之間的氣旋。江淮氣旋暴雪發(fā)生次數(shù)多、范圍廣、強度大，是造成魯南地區(qū)暴雪的主要天氣系統(tǒng)之一。

切變線暴雪產(chǎn)生于魯南地區(qū)，是受切變線影響形成的暴雪。

低槽冷鋒暴雪是魯南地區(qū)頻次最高的影響系統(tǒng)，高空為低壓槽，地面為冷鋒，500 hPa 以下各層低槽幾乎重合。

2 暴雪年平均日數(shù)空間分布

從近20 a（1999—2018 年）暴雪年平均日數(shù)分布來看，山東半島北部（含冷流暴雪）和濰坊的西部山區(qū)暴雪日數(shù)最多，達到了1.0 d。魯西南地區(qū)暴雪出現(xiàn)最少，年平均暴雪日數(shù)一般在0.3～0.4 d；魯東南地區(qū)年平均暴雪日數(shù)一般在0.4～0.6 d（圖1a）。

圖1 山東省123 站暴雪年平均日數(shù)空間分布

對比過去38 a（1971—2008 年）的年平均暴雪日數(shù)分布（圖1b）發(fā)現(xiàn)，魯南地區(qū)年平均暴雪日數(shù)減少明顯。魯西南地區(qū)的年平均暴雪日數(shù)由過去38 a（1971—2008 年）的0.5～0.6 d，減少到近20 a（1999—2018 年）的0.3～0.4 d；魯東南地區(qū)由過去38 a 的0.8～1.0 d，減少到近20 a 的0.4～0.6 d；臨沂市東北部山區(qū)近20 a 年暴雪平均日數(shù)1.0 d 的中心消失。

3 四類暴雪影響系統(tǒng)及暴雪過程統(tǒng)計

3.1 四類暴雪影響系統(tǒng)的時空分布特征

1999—2018 年間，魯南地區(qū)共出現(xiàn)25 次暴雪過程。產(chǎn)生魯南地區(qū)暴雪的主要影響系統(tǒng)可分為4類，按照發(fā)生頻次從多到少依次為：回流形勢、江淮氣旋、切變線和低槽冷鋒（表1）?；亓餍蝿菔钱a(chǎn)生魯南地區(qū)暴雪次數(shù)最多的天氣系統(tǒng)，20 a 間共發(fā)生13次，占總次數(shù)的52.0%，11 月可以產(chǎn)生大范圍回流形勢暴雪。江淮氣旋暴雪6 次，占總次數(shù)的24.0%，多產(chǎn)生大范圍暴雪，降雪持續(xù)時間長，降雪量大，一般雨雪共存，降水相態(tài)復雜。切變線暴雪4 次，占總次數(shù)的16.0%，多產(chǎn)生區(qū)域性暴雪。低槽冷鋒暴雪發(fā)生概率較低，為局地性暴雪。

表1 魯南地區(qū)1999—2018 年4 類影響系統(tǒng)的月分布 次

在25 次暴雪過程中，山東范圍內(nèi)影響魯南地區(qū)的大范圍暴雪過程有9 次，區(qū)域性暴雪8 次，局地性暴雪8 次。產(chǎn)生大范圍暴雪的影響系統(tǒng)或形勢僅有回流形勢和江淮氣旋，以回流形勢最多。區(qū)域性暴雪多由回流形勢產(chǎn)生，其次是江淮氣旋和切變線。

從魯南地區(qū)暴雪發(fā)生的時間來看，11 月至次年3 月，各月均可產(chǎn)生暴雪，但3 月僅發(fā)生過2 次暴雪過程。各月的影響系統(tǒng)有所差異，11 月僅產(chǎn)生回流形勢暴雪。

3.2 四類影響系統(tǒng)的過程統(tǒng)計

針對魯南地區(qū)1999—2018 年回流形勢、江淮氣旋、切變線和低槽冷鋒（表2~4）四類不同影響系統(tǒng)，統(tǒng)計分析了暴雪過程的暴雪站數(shù)、降雪區(qū)域、最大日降雪量、暴雪范圍和環(huán)流分型。影響魯南地區(qū)的回流暴雪次數(shù)多，影響大，大范圍回流暴雪就出現(xiàn)5 次，且主要出現(xiàn)在11 月（表2）；江淮氣旋發(fā)生在12 月至次年2 月，以2 月居多，6 次江淮氣旋暴雪過程中，有4 次發(fā)生在2 月（表3）；切變線暴雪出現(xiàn)4次，魯南地區(qū)切變線暴雪降水量自南向北減少（表4），降雪前2～3 d 有一次較強冷空氣影響山東，導致前期降溫明顯，氣溫較低，由此產(chǎn)生降雪；低槽冷鋒暴雪出現(xiàn)2 次，都發(fā)生在12 月，且都為局地性暴雪。

4 回流暴雪的環(huán)流特征

4.1 魯南地區(qū)回流暴雪天氣模型

表2 魯南地區(qū)1999—2018 年回流暴雪過程統(tǒng)計

表3 魯南地區(qū)1999—2018 年江淮氣旋暴雪過程統(tǒng)計

表4 魯南地區(qū)1999—2018 年切變線和低槽冷鋒暴雪過程統(tǒng)計

回流降水最顯著的環(huán)流特征是：“下東北、上西南”，即700 hPa 以上為西南氣流，925 hPa 以下為東北氣流，850 hPa 為轉(zhuǎn)向?qū)?，有時為東北風（通常為一般性降雪過程）有時為東南風（通常為暴雪過程），以此構(gòu)建魯南地區(qū)回流暴雪天氣模型（圖2）。500 hPa 天氣圖上，亞洲中緯度環(huán)流平直，鋒區(qū)一般分為兩支：北支在40°~45°N 之間，南支在30°N 附近；兩支鋒區(qū)上都有低槽，北支槽振幅小而平淺，南支槽振幅大而深厚。產(chǎn)生暴雪的天氣形勢中，700 hPa 天氣圖上，從長江中游至山東省存在強西南低空急流，風速一般在16 m/s 以上，山東省各探空站比濕為3～5 g/kg；850 hPa 存在弱低壓環(huán)流或偏北風與東南風之間形成的倒槽，山東省中西部為東北風，東部為東南風，有時候東南風可到達魯西北地區(qū)。

4.2 大范圍回流暴雪和局地回流暴雪典型個例

大范圍回流暴雪和區(qū)域型暴雪的天氣形勢高低空配置類似，但與局地回流暴雪的天氣形勢高低空配置有較大差異，主要表現(xiàn)在700 hPa 和850 hPa，因此重點分析大范圍回流暴雪與局地回流暴雪的差異。

4.2.1 大范圍回流暴雪

選取2009 年11 月11—12 日和2015 年11 月23—24 日（圖3）為典型的大范圍回流暴雪天氣過程。大范圍回流暴雪是北支槽、中支槽和南支槽共同作用的結(jié)果，持續(xù)時間長，降雪量大。

圖2 魯南地區(qū)回流暴雪天氣模型

500 hPa 天氣圖上，3 支槽發(fā)展明顯，東移過程中同位相疊加，產(chǎn)生經(jīng)向度大的環(huán)流形勢，如果冷空氣強，在北支槽上可產(chǎn)生低渦。700 hPa 天氣圖上，發(fā)展東移的中支槽與南支槽同位相疊加，使100°E以東的環(huán)流經(jīng)向度加大，山東下游110°～120°E 之間發(fā)展為較強的高壓脊，高壓脊延伸至東北地區(qū)，脊后槽前西南暖濕氣流強烈北上，到達山東全省，西南風速可達16～20 m/s。由于高壓脊的穩(wěn)定存在，使得脊后低槽移動緩慢，槽前低空急流為強降雪提供了充足的水汽，導致降雪持續(xù)時間長，降雪強度大。暴雪大多位于700 hPa 西南急流核的下風方的風速輻合區(qū)內(nèi)，700 hPa 轉(zhuǎn)為西北氣流后，降雪過程結(jié)束。850 hPa 天氣圖上，河套西部、東北地區(qū)（或黃海）各有一個高壓或反氣旋環(huán)流，兩高或反氣旋環(huán)流之間的東北風與東南風形成風向輻合，通常東北風區(qū)域為降雪，東南風較大的區(qū)域為降雨（圖4）。925 hPa 以下為一致的東北風，從高緯度回流的冷空氣墊有利于上升氣流的發(fā)生發(fā)展和維持。

4.2.2 局地性回流暴雪

影響魯南地區(qū)的局地性回流暴雪出現(xiàn)4 次，2001 年12 月4—5 日的降雪過程為局地回流暴雪典型個例，全省只有5 站暴雪，5 日郯城最大降雪量為25.4 mm（圖5）。局地回流暴雪一般發(fā)生在500 hPa 亞洲中緯度環(huán)流平直形勢下，東亞地區(qū)無明顯高壓脊；700 hPa 上中支槽不明顯，或中支槽與南支槽未合并，因此槽前西南低空急流僅影響到山東部分地區(qū)，如魯南或魯西北；相應925 hPa 上山東區(qū)域為小高壓或東北氣流，無東北風與東南風的輻合。

由于此型暴雪在山東省下游地區(qū)無高壓脊發(fā)展，系統(tǒng)移速較快，降雪持續(xù)時間短。在這種形勢配置下，一般降雪范圍小，且只產(chǎn)生局地暴雪。

5 江淮氣旋暴雪的環(huán)流特征

5.1 典型個例

產(chǎn)生魯南地區(qū)暴雪的江淮氣旋多產(chǎn)生大范圍雨雪及大風天氣，有時候伴有凍雨、雷電、冰雹等。2005年2 月14 日暴雪過程（圖6）是典型的江淮氣旋暴雪。其環(huán)流形勢特征是：北支槽和西南渦結(jié)合，冷鋒進入地面倒槽與暖鋒相接產(chǎn)生的氣旋。500 hPa 高原低槽與北支槽合并發(fā)展東移，700 hPa 西南渦與北支槽結(jié)合，地面河西冷鋒進入西南倒槽與暖鋒相接產(chǎn)生氣旋，因高空渦度平流、溫度平流和潛熱釋放對氣旋發(fā)展都有較大貢獻，故氣旋發(fā)展強烈。各層的環(huán)流形勢特點為：①北支槽與南支槽合并。500 hPa上，青藏高原有南支槽，巴爾喀什湖附近有北支槽，二者合并東移。②北支槽與西南渦結(jié)合。700 hPa上，有西南渦與北支槽結(jié)合，槽后冷空氣侵入低渦后部，使得氣旋強烈發(fā)展。③西南低空急流的建立。700、850 hPa 上，西南渦前部的西南風增大形成一支低空急流，這支急流在東移過程中不斷加強北上，其暖濕氣流與西南渦后部入侵的冷空氣匯合，鋒區(qū)加強。④冷鋒進入倒槽后產(chǎn)生地面氣旋。北支槽與西南渦結(jié)合后，地面冷鋒南下進入倒槽后部與暖鋒相接，槽前正渦度平流使地面減壓，氣旋強烈發(fā)展。

5.2 江淮氣旋降雪開始與結(jié)束時的環(huán)流特征

江淮氣旋形成前，魯南地區(qū)先出現(xiàn)地面倒槽，當?shù)孛孓D(zhuǎn)為東北風，低空急流發(fā)展北上，700 hPa 西南急流或850 hPa 東南急流到達魯南時，降水開始。

圖3 2015 年11 月24 日08 時BT 高空和地面環(huán)流形勢

圖4 850 hPa 位勢高度場、溫度場和風場

圖5 2001 年12 月4 日20 時BT 高空和地面環(huán)流形勢

降雪結(jié)束與否取決于高低空系統(tǒng)的配置，通常在500 hPa 槽過境前后，地面由東北風轉(zhuǎn)為西北風，降雪結(jié)束；如果高空槽后傾明顯，在700 hPa 槽過境轉(zhuǎn)西北風后，500 hPa 槽未過境槽前西南氣流很強，則降雪仍可持續(xù)幾個小時，但此時降雪強度會大大減弱；如果500 hPa 槽略有后傾，則700 hPa 槽過境后，降雪很快就結(jié)束。當江淮氣旋東移至126°E 以東（接近朝鮮半島），魯南地區(qū)降雪結(jié)束。

6 切變線暴雪的環(huán)流特征

暖切變線一般出現(xiàn)在850 hPa 上，有的過程700 hPa 也可見到切變線，但比850 hPa 的弱。

2003 年3 月5 日的降雪是典型的暖切變線暴雪過程。500 hPa 上，亞洲中低緯度為緯向環(huán)流，高原槽東移至河套南部地區(qū)，槽較淺，120°E 附近為弱脊控制。

700 hPa 上，切變線南部有西南低空急流，等溫線密集，而河套至華北地區(qū)則等溫線稀疏；暖切變線延伸至魯南。850 hPa 上，切變線南側(cè)有一支來自東海的東南低空急流抵達魯南，急流軸上風速最大達16 m/s；華北冷鋒鋒區(qū)很弱。地面圖上，魯南地區(qū)為東北風。在這種環(huán)流形勢下，東南低空急流輸送的暖濕空氣沿近地面冷墊爬升產(chǎn)生降雪。

圖6 2005 年2 月14 日08 時BT 高空和地面環(huán)流形勢

單純的暖切變線降雪過程，因無北支槽配合，沒有明顯的冷空氣，西南渦東移時地面無氣旋生成，故不伴有大風和明顯降溫。其降雪往往是因為前期先有較強冷空氣入侵降溫。

7 低槽冷鋒暴雪的環(huán)流特征

低槽冷鋒降雪次數(shù)雖多，但是一般降雪量較小，少有暴雪出現(xiàn)。1999—2018 年間，魯南地區(qū)只有2次低槽冷鋒暴雪過程。一次暴雪過程僅有2～3 個站發(fā)生暴雪。降雪量小、局地性是低槽冷鋒暴雪的主要特點。低槽冷鋒暴雪過程中，500 hPa 以下各層低槽都比較明顯，且各層槽幾乎重合。降雪發(fā)生在槽前，槽過則降雪過程結(jié)束。

8 結(jié)論

分析1999—2018 年魯南地區(qū)近20 a 暴雪天氣過程的特征、環(huán)流形勢及影響系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)：

（1）近20 a 魯南地區(qū)暴雪過程明顯減少。魯西南地區(qū)年平均暴雪日數(shù)由過去38 a（1971—2008年）的0.5～0.6 d（楊成芳，2013）減少到近20 a（1999—2018 年）的0.3～0.4 d，魯東南地區(qū)年平均暴雪日由過去38 a 間的0.8～1.0 d（楊成芳，2013），減少到近20 a 的0.4～0.6 d。

（2）1999—2018 年，魯南共出現(xiàn)了25 次暴雪過程。產(chǎn)生魯南暴雪的主要影響系統(tǒng)可分為4 類，按照發(fā)生頻次從多到少依次為：回流形勢、江淮氣旋、切變線和低槽冷鋒。

（3）回流暴雪出現(xiàn)次數(shù)最多，大多為大范圍回流暴雪，常發(fā)生在11 月，災害重、影響大。回流暴雪形勢分為高緯低壓帶型和兩槽一脊型。

（4）江淮氣旋暴雪主要發(fā)生在2 月，是魯南所有降雪影響系統(tǒng)中相態(tài)最復雜的。魯南地區(qū)通?！跋扔旰笱嫌瓯毖?，往往先倒槽降雨，后轉(zhuǎn)為回流形勢降雪。并揭示了江淮氣旋降雪開始與結(jié)束時的環(huán)流特征。

（5）切變線暴雪降水量自南向北減少，以山東省區(qū)域性暴雪為主。

（6）低槽冷鋒暴雪特點是降雪量小、局地性。500 hPa 以下各層低槽都比較明顯，且各層槽幾乎重合。降雪發(fā)生在槽前，槽過則降雪過程結(jié)束。