牛宏宇，周翠芳*，薛佩珍，李 榮

（1.中國氣象局旱區(qū)特色農業(yè)氣象災害監(jiān)測預警與風險管理重點實驗室，寧夏銀川 750002；2.寧夏氣象防災減災重點實驗室，寧夏 銀川 750002；3.寧夏石嘴山市氣象局，寧夏 石嘴山 753000）

大到暴雪天氣過程是石嘴山市冬季的主要災害性天氣之一，該類天氣過程通常會導致大氣能見度降低、道路結冰、明顯降溫等，給交通運輸、電力運輸、農業(yè)生產和群眾生活造成較大的影響和危害。目前許多的氣象工作者和相關的學者都針對西北地區(qū)的暴雪從不同角度進行了一定的研究。其中，倪麗霞等[1]對2012 年4 月11 日出現(xiàn)在寧夏境內的大到暴雪過程進行分析，進一步證實了風的垂直切變是降水維持的一個重要特征；周翠芳[2]、賈宏元等[3—4]分析表明，寧夏大到暴雪與700 hPa 天氣系統(tǒng)密切相關；賈宏元等[4]發(fā)現(xiàn)，暴雪過程也存在高低空急流，其相互耦合，可引起較強的上升運動。

寧夏大到暴雪多出現(xiàn)在秋冬和冬春冷暖季節(jié)交替時期，年均降雪頻次自南向北逐漸減少[1]，石嘴山市位于寧夏最北端，降雪頻次較少，相關方面積累經驗較少，所以對石嘴山市大到暴雪天氣過程進行及時的總結和分析很有必要。本文主要利用常規(guī)氣象觀測資料和NCEP 1°×1°再分析資料，對石嘴山市2019 年10 月14 日入秋以來首場降雪過程的環(huán)流背景和主要影響系統(tǒng)及降雪過程發(fā)生前后其影響區(qū)域的動力、熱力、水汽等物理演變特征進行診斷分析，旨在進一步提高對本地該類天氣過程的認識和對該類天氣過程預報的準確性、及時性，為天氣預報、預警及氣象服務決策提供一定的參考依據。

1 天氣實況

2019 年10 月14 日白天，石嘴山市出現(xiàn)了入秋以來的首場降雪，初雪日期較常年偏早31 d，全市共6 個國家氣象觀測站12 h 降水量均超過3 mm。其中，3 個國家氣象觀測站12 h 降水量超過6 mm（12 h 降水量：大雪≥3 mm；暴雪≥6 mm），全市普降大到暴雪，沿山降水量級較大。該次降雪過程持續(xù)時間較短，降雪時段主要集中在午后到傍晚時段。其中，最大累計降水量和最大小時降水量均出現(xiàn)在石炭井（沿山），分別為8.3 mm 和4.5 mm/h（圖1 和表1）。

表1 2019 年10 月14 日11：00—19：00 各站累積降水量

圖1 2019 年10 月14 日11：00—19：00 逐時降水量

該次降雪過程在一定程度上有利于凈化空氣、降低森林草原火險等級、增加土壤墑情等，但陰雪寡照天氣不利于設施作物進行光合作用，易引發(fā)作物喜濕病害的發(fā)生發(fā)展；同時，10 月14 和10 月15 日清晨最低氣溫均在零下，出現(xiàn)霜凍天氣。氣象服務專家深入大武口區(qū)賀東莊園進行調查，發(fā)現(xiàn)該次降雪、降溫天氣造成了該莊園未采摘的釀酒葡萄果粒萎縮、部分脫落，影響其耐貯性，對產量和后期采摘造成了影響，還造成葡萄樹體營養(yǎng)回流不充分，影響第2 年生長發(fā)育并降低冬季抗寒性。受降雪和低溫天氣影響，全市出現(xiàn)道路積雪或結冰，對交通影響較大，造成了部分道路交通阻塞，一定程度上影響了群眾的正常出行，石嘴山市氣象臺于10 月14 日16：32發(fā)布了道路結冰黃色預警信號。

2 環(huán)流背景和主要影響系統(tǒng)

2.1 200 hPa 高空急流分析

大到暴雪是在有利的天氣尺度環(huán)流下，由高低空系統(tǒng)及多股氣流合理配置、共同作用而形成的[5]。由2019 年10 月14 日08：00 的200 hPa 形勢場（圖2）來看，對流層高層有明顯的西風急流，石嘴山市位于高空急流軸的右側。從風場上看最大風速為44 m/s，高層表現(xiàn)為輻散區(qū)。

圖2 2019 年10 月14 日08：00 200 hPa 高空形勢圖

2.2 500 hPa 環(huán)流形勢及影響系統(tǒng)分析

2019 年10 月14 日08：00 500 hPa 高空形勢圖（圖3）上，歐亞中高緯為寬廣的“兩槽一脊”型，咸海附近、鄂霍次克海到我國東北地區(qū)為明顯槽區(qū)，青藏高原到西伯利亞為高壓脊區(qū)。石嘴山市位于東亞大槽的后部，受西北氣流控制，并配合一明顯的溫度槽，不斷有冷空氣堆積，并沿西北氣流擴散南下。同時，石嘴山市西側有一短波槽，自西向東移動，槽前為強勁的西南風，降雪期間，西南風最大風速為22 m/s，恰好位于石嘴山市，為較強的急流，為該次大到暴雪天氣過程提供了對流層中層弱的輻合區(qū)和水汽的輸送（圖4a）。短波槽自西向東移動，移動速度較快，槽線移出石嘴山市后，降雪結束，轉為較為平直的偏西氣流，水汽條件也迅速轉差（圖4b）。

圖3 2019 年10 月14 日08：00 500 hPa 高空形勢圖

圖4 2019 年10 月14 日14：00 和20：00 500 hPa高空形勢圖

2.3 700 hPa 和850 hPa 環(huán)流形勢及影響系統(tǒng)分析

低渦在夏季降水中有重要作用，冬季也同樣存在。700 hPa 低渦造成對流層中低層強的輻合場，高層輻散抽吸與低層輻合上升，可引起較強的上升運動，為強降雪提供動力抬升條件[5]。從該次降雪過程中的14：00 700 hPa 高空形勢圖（圖5a）來看，石嘴山市西北方向有一明顯的低渦系統(tǒng)，沿石嘴山市北部自西向東移動，低渦系統(tǒng)移動速度很快，是該次降雪過程持續(xù)時間較短的原因之一。20：00 該低渦中心位于石嘴山市的東北方向（圖5b），此時降雪過程已經結束。除了700 hPa 低渦系統(tǒng)，中低緯度有持續(xù)的偏南風，局地有西南急流建立，連續(xù)4 個站偏南暖濕氣流風速超過12 m/s，是該次降雪過程的主要水汽輸送來源。降雪期間，850 hPa 石嘴山市主要受高壓后部偏東風影響，局地為東北風，提供一定的弱冷空氣，東南方向有一定的偏東或東南風，夾雜東部沿海的水汽，與700 hPa 偏南氣流一起作為水汽輸送通道（圖略）。

圖5 2019 年10 月14 日14：00 和20：00 700 hPa高空形勢圖

2.4 地面形勢及影響系統(tǒng)分析

從降雪期間的地面形勢圖（圖6）來看，貝加爾湖以西存在廣闊而穩(wěn)定的冷高壓，橫跨內蒙古—華北—東北地區(qū)，石嘴山市位于華北冷高壓的底部，中心強度1 040 hPa，較同期偏強，而往年10 月中旬控制石嘴山的等壓線穩(wěn)定維持在1 025 hPa，核心氣壓很高，表明地面堆積的冷空氣很多，對該次降雪過程異常偏早產生重要的影響。同時，受高壓后部回流天氣影響，阻擋了水汽的東移，東北方向的冷空氣也阻擋了暖濕空氣的東移，為暖濕空氣起冷墊作用。石嘴山市的西南方向有地面倒槽，在降雪期間穩(wěn)定維持，與華北冷高壓造成地面回流并提供了一定的水汽條件，且石嘴山市處于明顯鋒區(qū)中，激發(fā)了一定的不穩(wěn)定能量，造成上升運動，冷暖空氣交匯停滯在該區(qū)域，有利于該次降雪過程的形成。

圖6 2019 年10 月14 日14：00 地面形勢圖

3 物理量分析

3.1 水汽條件分析

強降雪的發(fā)生同暴雨一樣需要充足的水汽條件，而該次降雪過程的水汽來源主要依靠低層850 hPa 偏東或東南風、700 hPa 偏南暖濕氣流和高空500 hPa 槽前強勁的西南急流的水汽輸送。由相對濕度的垂直剖面圖（圖7a）可知，降雪期間從低層到高層的相對濕度均在90%以上，濕層較為深厚，為該次降雪過程提供了充沛的水汽。隨著降雪趨于結束，中高層水汽條件逐漸轉差，相對濕度變化較為明顯。氣象上將溫度露點差小于4 ℃的區(qū)域認定為濕區(qū)，且溫度露點差越小，表示濕度越大，當溫度露點差接近于0 ℃，表示空氣達到近似飽和的狀態(tài)。由10 月14 日14：00 的溫度露點差的等值線陰影圖（圖7b）可知，降雪期間全市溫度露點差的值在1～2 ℃，大部在1 ℃以下，水汽條件接近飽和，空氣濕度大，石嘴山市西部的水汽條件更好，沿山為高濕區(qū)，對應降雪量級也較大。

圖7 石嘴山市2019 年10 月14 日02：00—15 日08：00 相對濕度剖面圖和14 日14：00 溫度露點差等值線陰影圖

3.2 動力條件分析

在降雪時間段內，低層有2 個明顯的輻合中心，分別位于750 hPa 和600 hPa 左右，對應中心值為-6×10-5s-1。高層500～200 hPa 為輻散區(qū)，輻散中心在400 hPa 左右，對應中心值為8×10-5s-1，高層輻散，低層輻合，且輻散明顯大于輻合，高層有較強的抽吸作用，有利于上升運動的發(fā)展（圖8a）。這種低層輻合高層輻散的形勢持續(xù)到20：00。14：00 前后低層輻合和高層輻散表現(xiàn)最為明顯，但隨著降雪過程趨于結束，低層輻合和高層輻散均逐漸減弱。

大氣中的降水過程與垂直速度也有著密切關系，有利于水汽、動量和熱量等的垂直輸送，也是診斷大到暴雪天氣的重要參量。由垂直速度的剖面圖（圖8b）可知，降雪時段的上升速度比較垂直，從低層到高層均表現(xiàn)為上升氣流，與散度場的配置較為吻合，在700 hPa 左右表現(xiàn)最為強烈，有一明顯的垂直速度中心，值為-0.4 hPa/s，石嘴山市上空有較強的上升運動，強降雪一般出現(xiàn)在強垂直上升運動中心附近。同時，強的上升運動有利于水汽的抬升，使得低層的水汽向高層輸送，水汽冷卻凝結，有利于降雪的產生。

圖8 石嘴山市2019 年10 月14 日02：00—15 日08：00 散度和垂直速度剖面圖

3.3 熱力條件分析

假相當位溫場又稱為能量場，可以反映大氣的潛熱和顯熱等熱力結構。由降雪前后假相當位溫隨時間的變化來看，低層存在一明顯的假相當位溫等值線密集區(qū)，為一能量鋒區(qū)，且降雪期間不穩(wěn)定能量增大。隨著降雪的結束，700 hPa 到400 hPa 每一層次的假相當位溫都在逐漸下降，600 hPa 變化較為明顯，14：00 假相當位溫為316 K，20：00 為310 K，說明隨著降雪的開始和結束，不穩(wěn)定能量存在一個積聚到逐漸釋放的過程（圖9a）。

由圖9b 可知，850 hPa 和500 hPa 假相當位溫普遍維持在64 K 到78 K，數值大于0，故大氣處于不穩(wěn)定狀態(tài)，提供了有利的熱力條件，有利于降雪天氣的產生，而大值區(qū)恰好處于賀蘭山沿山，有較強的不穩(wěn)定能量，對應降雪量級也較大。

圖9 石嘴山市2019 年10 月14 日02：00—15 日08：00 假相當位溫剖面圖和14 日14：00 假相當位溫圖

4 結論

（1）石嘴山市2019 年秋季首場大到暴雪天氣對全市交通運輸和設施農業(yè)生產、釀酒葡萄采摘等農業(yè)活動帶來不利影響。影響該次降雪過程的主要天氣系統(tǒng)有200 hPa 急流、500 hPa 高空槽、700 hPa低渦、地面冷高壓、地面倒槽、地面鋒區(qū)等。其中，500 hPa 高空槽和700 hPa 低渦系統(tǒng)沿石嘴山市北部自西向東移動，移動速度較快，是該次降雪過程時間較短的主要原因，且影響石嘴山市的華北冷高壓中心強度較往年偏強，冷空氣活動加強，對該次降雪過程異常偏早起到重要影響。

（2）低層850 hPa 偏東或東南風、700 hPa 偏南暖濕氣流和500 hPa 槽前強勁的西南急流為該次降雪過程輸送了充足的水汽，使降雪期間從低層到高層的相對濕度均在90%以上，濕層較為深厚，為該次降雪過程提供了充沛的水汽。

（3）該次降雪天氣的物理特征：全市溫度露點差在1～2 ℃，大部在1 ℃以下，水汽條件接近飽和；低層輻合中心值在-6×10-5s-1，高層輻散中心值在8×10-5s-1，且輻散大于輻合，有較強的上升運動；850 hPa 和500 hPa 假相當位溫之差維持在64～78 K，大氣處于不穩(wěn)定狀態(tài)。這些特征為該次降雪天氣提供了充分的水汽、動力、熱力條件，也為今后類似天氣預報提供參考。