周 琴，謝啟玉，李姝彬

西寧市氣象臺，青海西寧 810006

近幾年青海東部城市群冬季降雪天氣過程呈現(xiàn)出降水量弱、突發(fā)性強、影響大、難預報等特征，導致空漏報的情況逐漸增多，尤其在漏報的情況下這種“突發(fā)”性小量級降雪天氣引發(fā)的道路結冰問題易對城市群的公路交通運輸和設施農(nóng)業(yè)等方面造成較大影響，雪后降溫也加重了城市的供暖負荷[1-3]。因此，城市降雪天氣受到政府、公眾和媒體的深度關注。隨著數(shù)值模式的不斷發(fā)展，其已成為天氣預報不可或缺的重要依據(jù)，而預報員對數(shù)值模式的依賴性越來越大，由于太過看重數(shù)值模式預報結果，又缺乏對模式的檢驗修正能力，導致模式對中小尺度天氣和地形影響下的降水的預報能力較差[4]。

目前，針對青海降雪天氣過程有較多研究，其中也得到了一些預報指標，但對易造成空漏報弱降雪天氣過程個例研究少[5-6]。弱降水過程沒有統(tǒng)一界定標準，由于本研究中77%的站點降水量在0.5 mm及以下，故稱為弱降雪過程。為了應對在實際工作中出現(xiàn)的一些空漏報問題，利用MICAPS常規(guī)觀測資料（包括國家觀測站、區(qū)域站分鐘級數(shù)據(jù)）和ERA5再分析資料（空間分辨率為0.25°×0.25°），從發(fā)展機理、邊界層水汽、地形影響等方面詳細地研究了此次弱降雪過程，為準確預報冬季青海東部城市群降雪過程提供參考。

1 降雪實況

2020年12月1日上午，青海省東部城市群迎來了一場“意料之外”的降雪天氣過程。對于此次降雪天氣，11月30日西寧市氣象臺的預報包括青海省氣象臺指導預報西寧、海東、海北門源等地無降水。此外，ECMWF數(shù)值模式預報高空500 hPa受偏西氣流控制，從模式整體分析500 hPa整層濕度條件較差，由于受到這種不利于降水產(chǎn)生的錯誤指示干擾，導致此次降雪漏報。根據(jù)實況監(jiān)測，07:00左右河谷地區(qū)突然開始飄雪，降雪時段在08:00～12:00，區(qū)域站（有效）累計降水量在0.1～3.1 mm，其中09:00～10:00降雪站數(shù)達到最多。從降水量分布圖可以看出，降雪沿著地形的分布特征明顯，其中東部河谷一帶降水基本在0.3 mm以下，而沿著達坂山附近的降雪時間長、降雪量相對較大，門源部分區(qū)域站小時降雪量在1 mm以上。按照地面冷空氣及地形影響可以將降水成因分為2類：一是從民和—樂都—平安—西寧一帶的湟水河河谷地形降雪，二是從互助西北部—大通—門源一線達板山地形降雪（圖1）。

圖1 2020年12月1日08:00～12:00青海東部城市群累計降水量分布圖

2 背景環(huán)境特征

11月30日20:00青海省北部受弱脊控制（500 hPa），北疆地區(qū)有一低渦分裂短波槽東移（槽的經(jīng)向度較小），配合-38℃的冷中心，東部河谷一帶為輻散場，溫度露點差大于10℃，降雪前期實況水汽條件相對較差。12月1日08:00西寧站以東高空風沿河谷輻散，以西都蘭站與西寧站間有弱西北風和西南風的輻合，此時西寧站溫度露點差下降至4℃，增濕明顯，與上下游站點之間形成明顯的濕度差，而降雪集中出現(xiàn)在輻合前的濕舌區(qū)內(nèi)。700 hPa西寧站為東南風，青海東部暖平流明顯，西寧站溫度露點差0.7℃，水汽飽和度高且與周圍大于2℃的站點形成明顯的濕度差，因此從700～500 hPa以西寧站為中心的東部地區(qū)局地濕度條件好。從上述分析來看，降雪所需要的中低空水汽條件并不是完全無跡可尋。另外，冬季探空逆溫層對降雪有一定指示意義，從12月1日08:00西寧探空圖可以看出低空逆溫層強度強，每4 hPa升溫2.6℃，阻礙了熱量和水汽的垂直交換，導致低層更加暖濕，高層相對干冷，不穩(wěn)定能量累積，一旦冷空氣進入，逆溫層被沖破就易出現(xiàn)降水（圖2b）。

從降雪中尺度特征分析來看，12月1日08:00在500 hPa處有一條貫穿青海省的中空急流，降水區(qū)位于急流出口區(qū)的左側，說明有輻合上升運動；高空冷平流弱，降水區(qū)24 h變溫小于-2℃，無顯著降溫區(qū)；從各層濕舌區(qū)來看，降雪主要是產(chǎn)生在500 hPa、700 hPa、地面顯著濕區(qū)的重合區(qū)域內(nèi)（圖2a）。地面冷鋒08:00已經(jīng)影響至河谷，并沿著湟水河谷可以分析到多條地面輻合線，有利于降水的產(chǎn)生。

圖2 12月1日08:00 500 hPa高空填圖疊加中尺度分析（a）、西寧站探空圖（b）

3 地面鋒生及地形影響

3.1 地面冷鋒

從海平面氣壓場可以看出，青海省東南部受氣旋控制，北部巴爾喀什湖以西冷高壓不斷分裂冷空氣南下，青海東北部冷高壓強度達到1 030 hPa。冷鋒沿著河西走廊一路東移南下，12月1日05:00，冷空氣東灌進入湟水河谷的速度變慢，鋒后24 h變壓值變化較小，西寧最大24 h正變壓為0.1 hPa，正變壓伴隨的降溫并不明顯，這也是當天早上東部地區(qū)溫度沒有如期降下去的主要原因，但弱冷空氣還是沿著河谷西進影響到西寧（未到湟源），冷空氣前沿到達時立馬產(chǎn)生降水，只是這種影響的局地性十分明顯：疊加矢量地形后分析08:00地面圖可以看出，沿著河谷地形分析出一條零變壓線（黑線），河谷內(nèi)凡正變壓影響處均產(chǎn)生了降水，配合地面比濕均大于2 g/kg，冷空氣雖弱但局地影響突出（圖3）。11:00河谷內(nèi)西寧地區(qū)24 h最大變壓增大至0.5 hPa，海東境內(nèi)則達2.0 hPa，對應海東降水量也相對較大，之后冷空氣強度沒有進一步加大，降水趨于結束。降雪過程中門源始終由負變壓控制，而實況門源產(chǎn)生降水后，其降水量快速增加，所以門源降雪冷空氣貢獻小，可重點分析其地形的影響。

圖3 地面冷鋒移動路徑圖、08:00地面＞2 g/kg比濕

3.2 地面濕度及風場

冬季降水時青海省東部湟水河谷地內(nèi)地面比濕一般情況下能達到2 g/kg以上，因此可重點分析地面露點溫度差?？梢钥闯鰪?2月1日05:00～08:00是逐漸增濕的過程，由北向南推進，建立了有利的水汽輸送通道，每個時次各固定區(qū)域站點增濕將近1～2℃，到08:00，實況降雪區(qū)域內(nèi)最小T-Td（溫度露點差，下同）為2.5℃，最大T-Td為5.6℃（圖4）。另外，可以發(fā)現(xiàn)地面冷空氣經(jīng)過河西走廊東灌進入河谷時移動路徑上的武威到烏鞘嶺始終是一個濕度中心（T-Td的低值區(qū)），偏東風作為一支濕平流，對降水區(qū)的增濕貢獻明顯。

圖4 12月1日08:00地面自動站風場、露點溫度差（白色，單位：℃）及門源地區(qū)“山脈壁角效應”示意圖

從風場分析發(fā)現(xiàn)，直至12月1日02:00地面沿著河谷（樂都—西寧）是偏東風，河谷內(nèi)無風向交匯，T-Td＞5℃；到05:00西寧、海東境內(nèi)多個站點由偏東風開始轉(zhuǎn)為偏西風和偏北風，從樂都—西寧、大通—西寧、湟中—西寧形成氣旋式輻合流場；08:00，降水已經(jīng)開始，自動站風向均順轉(zhuǎn)45°～90°，大通局地、西寧（市區(qū)）、平安—樂都形成多個輻合流場并維持，平安和樂都風向形成西西北風和東東南風的180°對吹，到11:00除了互助為偏北風外，其他站風向轉(zhuǎn)回東南風，T-Td＜3℃；11:45河谷基本吹東南風，輻合僅大通和門源地區(qū)存在，其降水持續(xù)，配合T-Td＜3℃。

3.3 地形影響

圖1中南、北2個降雪中心，受地形影響的風場輻合抬升作用產(chǎn)生明顯。由于冷空氣勢力太弱，沒能翻越祁連山進入門源，降雪過程中門源站由負變壓控制（大通也較弱），但沿達板山附近降水量明顯要偏大。過程中地面吹偏東風，11:00前，門源地區(qū)以東南氣流經(jīng)大通河流入盆地后受盆地西部山脈阻擋，受地形升高抬升產(chǎn)生降水為主。11:00后由于“壁角效應”產(chǎn)生降水并且維持，關振中[7]提出門源降水與地形關系密切，流經(jīng)門源的大通河帶來局地水汽（地面T-Td在2～5℃可以看出），門源地區(qū)西部是大通山余脈，地勢西高東低，達板山、大通山、冷龍嶺形成門源小盆地，東南氣流受西部山脈阻擋，一部分被抬升，一部分沿山脈向南擴散，氣流表現(xiàn)為氣旋性彎曲，產(chǎn)生正渦度，加強上升氣流，對本地降水的發(fā)生發(fā)展產(chǎn)生增幅作用，而地形的固定存在和局地水汽的維持使得達板山附近降水相對較大且持續(xù)較長時間。循化的降雪中心可以看到其境內(nèi)沿著河谷四周風場形成氣旋式的輻合，且降雪期間輻合始終維持，地面的這種持續(xù)輻合抬升作用造成較大的地形降水。

4 水汽與動力條件

由12月1日09:00上升運動的分布和水汽輻合來看，500 hPa上在整個青海省東部可以看到明顯的上升運動，并存在一強一弱的負速度中心，中心強度最大達到-0.5 Pa/s，雖基本無水汽通量輻合的區(qū)域，但從以往降雪的實況分析中，中層的動力條件對降雪的產(chǎn)生起到很顯著的作用（圖5a）。09:00 700 hPa上整個東部地區(qū)有多個水汽通量的輻合中心，并呈西北—東南向沿著湟水河谷分布明顯，在海東的化隆、民和輻合中心強度達-0.9×10-7g/(cm2·hPa·s)以上，且從圖中代表氣流輻合的黑色實線可以看出，09:00～11:00輻合也是自西向東移動，加之從河谷東灌進來的弱冷空氣受地形影響下產(chǎn)生了降水（圖5b）。

圖5 12月1日09:00水汽通量（綠色箭頭，單位：g/(cm2·hPa·s)）、水汽通量散度（陰影，單位：10-8 g/(cm2·hPa·s)）和垂直速度（等值線，單位：Pa/s）

5 模式預報能力檢驗

對比分析檢驗了ECMWF、CMAGFS、CMA-9 km三家數(shù)值模式格點降水預報，ECMWF對此次降雪過程具有一定的可預報性，臨近12 h時效內(nèi)ECMWF預報準確率明顯變好，大小預報在0.1～0.5 mm之間，這種情況下預報員根據(jù)以往經(jīng)驗進行模式降水消空時需注意12～24 h時效內(nèi)消空量要控制在0.1～0.2 mm之間，消太多容易造成局地降水天氣的漏報，另外，更需關注臨近時次模式預報調(diào)整變化。CMA-9km模式降水預報參考性在于其降雪量預報比較接近實況，預報穩(wěn)定性較好，但其落區(qū)預報不如ECMWF。CMA-GFS沒有預報出此次降雪過程。因此對于此次小雪過程模式并無完全可預報性，只是預報員不能太過關注形勢場，應加強模式各類資料的應用。

6 結論

（1）此次過程是一次由地面冷鋒過境，低層充沛水汽條件配合中層弱垂直運動，在受地形影響的風場輻合抬升作用下產(chǎn)生的一次弱降雪。

（2）地形影響配合地面弱冷氣和低露點溫度差能很好地解釋從樂都—平安—西寧沿著河谷一帶的降水。對于門源地區(qū)無冷空氣影響情況下出現(xiàn)的降雪天氣是由于門源特殊的地理位置受地形山脈作用（地形抬升+壁角效應）明顯，也配合有較好的濕度條件，從而使得降雪維持。

（3）對于弱降雪過程，預報著眼點應在于預報員對模式產(chǎn)品的綜合分析，尋找共同特征和預報趨勢，做預報時不要太過確信對手頭資料的判斷，不宜輕易下結論。按照預報員的常規(guī)預報思路，十分容易漏報此類天氣過程，因此對這類“似有非有”過程應多花時間去分析模式和實況加密資料，提高預報準確率。弱冷空氣影響下預報時降水的不確定性大，更應加強地面局地水汽的分析，總結指標，及時做好此類天氣過程中決策服務而彌補預報的不足。通過對2020年這次降雪過程漏報分析，有利于今后冬春季弱降雪的預報，減少此類降雪天氣的漏報對城市交通出運行造成的不利影響。