顧佳佳， 單鐵良

(1.漯河市氣象局，河南 漯河 462300； 2.河南省沙潁河流域氣象中心，河南 漯河 462300)

引 言

暴雪是我國北方冬季常見的災(zāi)害性天氣，常伴有冰凍、覆雪等災(zāi)害，對城市交通、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及人民生命財(cái)產(chǎn)造成較大威脅。對于暴雪，氣象工作者從不同方面進(jìn)行了研究，得出一些有意義的結(jié)論[1-11]。張寧等[12]對2010年湖北東部一次暴雪天氣進(jìn)行分析，認(rèn)為500 hPa高空槽東移，低層低渦北上，干濕冷暖交匯的楔型結(jié)構(gòu)邊緣有多個(gè)鋒生環(huán)流導(dǎo)致暴雪發(fā)展。申李文等[13]對2011年山西一次連續(xù)性降雪成因進(jìn)行分析表明，在高低空急流及暖切變共同作用下，強(qiáng)烈的上升運(yùn)動(dòng)和水汽輻合是降雪增強(qiáng)的重要因子。陳紅專等[14]對2011年湖南暴雪成因分析表明，700 hPa西南急流建立與500 hPa正渦度東傳，提供了有利的水汽和動(dòng)力條件，高空急流與鋒面的耦合作用導(dǎo)致暴雪發(fā)生發(fā)展。閆慧等[15]對2013年山西一次存在多種相態(tài)轉(zhuǎn)換的暴雪天氣分析，認(rèn)為低層溫度變化、逆溫層增厚與垂直風(fēng)切變加大是判斷降雪過程相態(tài)變化和降雪強(qiáng)度增強(qiáng)的重要指標(biāo)。

近年來河南暴雪天氣頻繁發(fā)生，造成的損失越來越大，許多專家曾作過研究[16-19]。馬振升[20]基于大量暴雪個(gè)例分析了河南省暴雪時(shí)空分布及其天氣形勢特征, 建立了橫槽型和兩槽一脊型的暴雪天氣學(xué)模型。靳冰凌等[21]對2009年11月河南北部一次暴雪天氣診斷分析，認(rèn)為中高緯上“南槽北脊”環(huán)流形勢，以及低空急流發(fā)展形成了暴雪天氣背景，深厚濕層、持續(xù)水汽輻合及上暖下冷的穩(wěn)定形勢均是暴雪的重要成因。顧佳佳等[22]對2014年河南持續(xù)暴雪成因分析結(jié)果表明，河套低槽東移發(fā)展，配合近地層冷空氣活動(dòng)，兩支干冷下沉氣流在中層形成明顯干層，加強(qiáng)了對流不穩(wěn)定性，從而暴發(fā)強(qiáng)降雪。張彩英[23]基于風(fēng)廓線雷達(dá)對河南平頂山暴雪天氣研究發(fā)現(xiàn)，風(fēng)場資料反映了暴雪過程風(fēng)場“天南地北”的垂直結(jié)構(gòu)，垂直速度、折射率結(jié)構(gòu)常數(shù)等指標(biāo)對降雪起止、強(qiáng)度指示較好。以上研究對提高河南省暴雪天氣預(yù)報(bào)水平均有重要意義。沙潁河流域(33.07°-34.98°N、111.70°-115.63°E)位于河南省中部，跨9地市34縣市，流域面積34440 km2，地理位置特殊，暴雪天氣發(fā)生發(fā)展原因復(fù)雜，因此，針對沙潁河流域暴雪天氣有必要進(jìn)行深化研究。2017年2月21日沙潁河流域出現(xiàn)一次暴雪過程，持續(xù)時(shí)間短，降雪強(qiáng)度大,影響范圍廣,降水相態(tài)復(fù)雜，本次預(yù)報(bào)最大難點(diǎn)在于由于持續(xù)時(shí)間較短而降雪量級(jí)難以把握。本文利用多種常規(guī)和非常規(guī)觀測資料、NCEP 0.25°×0.25°高分辨率逐6 h分析資料,對此次暴雪過程的環(huán)流形勢、成因等進(jìn)行研究，旨在為今后沙潁河流域暴雪預(yù)報(bào)提供一些有價(jià)值的信息。

1 暴雪概況特征

2017年2月21日08-20時(shí)，沙潁河流域出現(xiàn)了一次大范圍雨雪天氣過程(圖1a)，暴雪主要集中在沙潁河中下游，降雪量≥10 mm的站點(diǎn)有16個(gè)國家氣象觀測站(流域共34站)，>16 mm的站點(diǎn)有11個(gè)，最大降雪量出現(xiàn)在太康(20.8 mm)，次大的出現(xiàn)在項(xiàng)城(18.5 mm)。沿暴雪發(fā)展路徑依次在沙潁河上游、中游和下游選取平頂山、漯河、項(xiàng)城3站分析逐時(shí)降水(雪)量(圖1b)。21日08時(shí)沙潁河上游出現(xiàn)降水(雨)，并逐漸增強(qiáng)且向中下游發(fā)展，之后雨雪性質(zhì)開始發(fā)生轉(zhuǎn)變，降水狀態(tài)逐漸轉(zhuǎn)為雪。平頂山地區(qū)13時(shí)后轉(zhuǎn)為雪，到14時(shí)流域全部為雪，20時(shí)流域降雪趨于結(jié)束。降水最強(qiáng)時(shí)段出現(xiàn)在21日14時(shí)前后，平頂山達(dá)2.6 mm·h-1，漯河與項(xiàng)城降雪量分別為8.3 mm·(3h)-1、6.7 mm·(3h)-1。本次沙潁河流域雨雪天氣雖然持續(xù)時(shí)間較短，但影響范圍廣，降雪強(qiáng)度大，且降水相態(tài)復(fù)雜，并伴隨一定強(qiáng)度的冰凍，對交通、農(nóng)業(yè)和日常生產(chǎn)生活造成了較大的影響。

圖1 2017年2月21日08-20時(shí)降雪量(a)及平頂山、漯河、項(xiàng)城逐時(shí)降水(雪)演變(b)單位：mm

2 環(huán)流特征與影響系統(tǒng)

2017年2月20日20時(shí)(圖略),500 hPa歐亞大陸中高緯地區(qū)環(huán)流形勢為“兩槽一脊”型，從貝加爾湖到日本北部為一寬廣的低槽區(qū)，華北地區(qū)為高壓脊控制，河套西北部有低槽活動(dòng)，在四川南部的南支槽穩(wěn)定，南北兩支槽呈階梯狀分布。21日08時(shí)(圖2a)，500 hPa中高緯維持兩槽一脊形勢，河套地區(qū)低槽東移，南支槽北上，兩槽逐漸合并，導(dǎo)致環(huán)流經(jīng)向度加大，槽前西南暖濕氣流強(qiáng)盛。受槽后冷空氣東移影響，沙潁河流域處于顯著的降溫區(qū)中，為降雪提供了適宜的冷源條件；700 hPa河南地區(qū)處于高濕飽和狀態(tài)，700 hPa西南急流、850 hPa偏南急流兩支低空急流在沙潁河流域交匯，不僅為雨雪天氣提供了充足的水汽，也提供了有利的動(dòng)力抬升條件；925 hPa上-4 ℃等溫線南壓至沙潁河南部，偏東風(fēng)與等溫線夾角較大，冷平流明顯，有利于底層冷墊形成，導(dǎo)致中層暖濕氣流抬升，從而發(fā)生雨雪天氣(圖2b)。地面21日08時(shí)(圖略)，我國東北地區(qū)冷高壓不斷擴(kuò)散冷空氣南下，川東地區(qū)有一1007.5 Pa的低壓形成并發(fā)展，其前側(cè)等壓線密集，地面冷鋒顯著。14時(shí)(圖2c)，冷鋒東移南下，地面倒槽不斷向北發(fā)展，其頂部暖濕氣流與東路擴(kuò)散南下的冷空氣在沙潁河流域交匯，氣壓梯度明顯加大，斜壓性加強(qiáng)，暴雪增強(qiáng)；偏北風(fēng)增強(qiáng)，導(dǎo)致底層冷墊加厚，也加速了相態(tài)轉(zhuǎn)變。

由平頂山風(fēng)廓線雷達(dá)逐時(shí)風(fēng)場(圖2d)可知，21日08時(shí)中低空(1500-2500 m)有東南風(fēng)、偏南風(fēng)急流，偏東風(fēng)、東北風(fēng)在1000 m以下，近地面層冷墊較薄，降雨逐漸開始。隨時(shí)間推移，東北風(fēng)逐漸向高層發(fā)展，13時(shí)500-1500 m為偏東北風(fēng)，冷墊明顯增厚，近地面500 m以下偏北風(fēng)逆轉(zhuǎn)為西北風(fēng)，冷平流加強(qiáng)，降水相態(tài)由雨或雨夾雪轉(zhuǎn)雪。同期，低空急流加強(qiáng)，14時(shí)2000-3000 m上西南風(fēng)風(fēng)速增大到最大(24 m/s)；中層暖濕氣流沿底層冷墊爬升，上升運(yùn)動(dòng)增強(qiáng)，降水(雪)強(qiáng)度增大，實(shí)況是平頂山14時(shí)降雪強(qiáng)度最大，達(dá)到2.6 mm·h-1。之后，低空急流逐漸減弱，風(fēng)向逐漸轉(zhuǎn)為西南風(fēng)，降雪強(qiáng)度逐漸減弱；低層冷墊繼續(xù)增厚，15時(shí)0-2000 m為一致的偏北風(fēng)，到20時(shí)0-3000 m為偏北風(fēng)、偏西北風(fēng)，降雪趨于結(jié)束。

此次過程是在500 hPa河套低槽與南支槽東移發(fā)展的有利環(huán)流背景下，中低層槽前強(qiáng)盛的西南急流與底層?xùn)|路強(qiáng)冷空氣結(jié)合，導(dǎo)致強(qiáng)雨雪天氣發(fā)生發(fā)展，屬于河南典型的暴雪天氣形勢。與以往不同的是，風(fēng)場精細(xì)化演變顯示，中低空首先在持續(xù)不斷的偏南暖濕氣流供應(yīng)下，降水相態(tài)為雨；之后隨著低空也轉(zhuǎn)為東北風(fēng)并不斷增強(qiáng)，冷墊持續(xù)增厚，降水相態(tài)在轉(zhuǎn)為雪的同時(shí)強(qiáng)度也迅速發(fā)展；最后中低空冷空氣加強(qiáng)，鋒區(qū)迅速南壓，降雪很快結(jié)束。

圖2 2017年2月21日08時(shí)500 hPa等高線與風(fēng)場(a)和中尺度綜合分析(b)、14時(shí)地面天氣圖(c)與沙潁河上游平頂山風(fēng)廓線08-20時(shí)逐時(shí)風(fēng)場演變(d)(b)中風(fēng)向?yàn)?25 hPa風(fēng)場

3 暴雪成因

3.1 水汽條件

從暴雪中心(33.25°N、114.75°E)水汽通量、水汽通量散度與風(fēng)場的時(shí)間剖面圖(圖3a)可知，受持續(xù)不斷的暖濕氣流影響，暴雪中心在過程期間一直存在較強(qiáng)的水汽輸送和明顯的水汽輻合區(qū)。尤其是在2017年2月21日11-14時(shí)中低空冷墊增厚、全流域降水轉(zhuǎn)為雪之后，中低層上出現(xiàn)水汽通量大值區(qū)，中心為10～12 g·cm-1·hPa-1·s-1，水汽輻合中心出現(xiàn)在600 hPa上，高達(dá)-120×10-8g·cm-2·hPa-1·s-1。這一時(shí)段降雪發(fā)展，項(xiàng)城站14-17時(shí)3 h累積降雪量在8 mm以上。同時(shí)，在21日14時(shí)沿33.25° N的水汽通量、水汽通量散度及風(fēng)場剖面(圖3b)上，沙潁河流域水汽通量高值區(qū)范圍較廣，113°-115°E附近存在水汽通量高值中心，位于800-600 hPa上，量值達(dá)10 g·cm-1·hPa-1·s-1；水汽輻合明顯加強(qiáng)，兩個(gè)輻合中心分別位于113°E和114.5°-115.0°E附近，中心均為-120×10-8g·cm-2·hPa-1·s-1且高度在600 hPa上，對應(yīng)流域中下游強(qiáng)降雪區(qū)。同時(shí)刻沿114.75°E剖面圖(圖3c)上，700 hPa水汽通量高值區(qū)達(dá)12 g·cm-1·hPa-1·s-1，600 hPa水汽輻合中心達(dá)到-120×10-8g·cm-2·hPa-1·s-1，與上述分析一致。綜上所述，暴雪區(qū)水汽一部分由中層槽前西南氣流輸送，一部分來自底層偏東氣流的水汽輸送，分別對應(yīng)700-500 hPa西南急流和900 hPa偏東急流，充分的水汽輸送與較強(qiáng)的水汽輻合有利于沙潁河流域大范圍強(qiáng)雨雪天氣發(fā)展。

圖3 2017年2月21日暴雪中心(33.25°N、114.75°E)的水汽通量值、水汽通量散度與風(fēng)場時(shí)間剖面圖(a)及14時(shí)沿33.25°N(b)和沿114.75°E(c)的水汽通量值、水汽通量散度與風(fēng)場垂直剖面分布等值線為水汽通量，單位：g·cm-1·hPa-1·s-1；色斑為水汽通量散度，單位：10-8 g·cm-2·hPa-1·s-1

3.2 動(dòng)力條件

暴雪天氣發(fā)生在高空正渦度區(qū)、高空輻散與低層輻合疊加區(qū)域。在降水相態(tài)轉(zhuǎn)為雪之后，暴雪發(fā)展最強(qiáng)時(shí)段的21日14時(shí)，500 hPa高空槽發(fā)展，正渦度向東發(fā)展，114°-115°E附近正渦度區(qū)從近地層伸展到300 hPa上，并隨高度向東傾斜，中心增加到20×10-5s-1，高度位于500 hPa上(圖4a)。33.25°-33.50°N范圍內(nèi)500 hPa上出現(xiàn)正渦度區(qū)，中心強(qiáng)度達(dá)15×10-5s-1(圖4b)，正渦度平流使高層輻散,導(dǎo)致低層減壓，進(jìn)一步促進(jìn)中低層輻合加強(qiáng)，形成深厚輻合上升區(qū)。對應(yīng)14時(shí)33.25°N的垂直速度、散度垂直剖面(圖4c)上，114°-115°E附近地區(qū)700-500 hPa出現(xiàn)強(qiáng)輻合中心，強(qiáng)度為-150×10-6s-1，高層300 hPa維持強(qiáng)度達(dá)250×10-6s-1的強(qiáng)輻散中心，中低層輻合、高層輻散結(jié)構(gòu)較為明顯，同時(shí)該結(jié)構(gòu)位置上對應(yīng)一支明顯的上升運(yùn)動(dòng)中心，500 hPa中心強(qiáng)度達(dá)到-2.5 Pa·s-1。在114.75°E經(jīng)向垂直剖面(圖4d)上可以看到，33.25°N附近1000-900 hPa與700-500 hPa上各出現(xiàn)一個(gè)-60×10-6s-1的輻合中心，300-200 hPa上輻散中心較為明顯，強(qiáng)度達(dá)到180×10-6s-1，高層輻散、中低層輻合的配置有利于上升運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈發(fā)展，其中心在-2.0 Pa·s-1以上，暴雪得以發(fā)展和維持。

從假相當(dāng)位溫θse水平分布來看，21日08時(shí)(圖4e)，沙潁河地區(qū)850 hPa上θse等值線密集，北部低能舌南伸,表明冷空氣南下擴(kuò)散，高能舌向沙潁河流域輸送暖濕空氣，冷暖空氣交匯明顯，鋒區(qū)顯著。到14時(shí)(圖略)，850 hPa鋒區(qū)進(jìn)一步南下，等θse線密集帶與低層切變線、暴雪落區(qū)均對應(yīng)較好。沿暴雪中心(33.25°N、114.75°E)的時(shí)間剖面圖(圖4f)上，近地層維持一θse低值區(qū)。到14時(shí)，900 hPa以下θse有所減小，低值區(qū)明顯上凸，表明底層冷空氣加強(qiáng)，冷墊有所增厚。900-700 hPa等θse線垂直梯度明顯并向高空傾斜，說明逐漸增厚的冷墊強(qiáng)迫中低層暖濕氣流抬升，鋒區(qū)加強(qiáng)。同時(shí)500 hPa有高能舌下伸，這與500 hPa南北兩槽合并加強(qiáng)及西南急流強(qiáng)盛有關(guān)，有利于降雪發(fā)展。20時(shí)后等θse線開始發(fā)散，鋒區(qū)減弱，降雪趨于結(jié)束。

圖4 2017年2月21日14時(shí)沿33.25°N(a)、沿114.75°E(b)的渦度垂直剖面及其垂直環(huán)流和沿33.25°N(c)、沿114.75°E(d)的垂直速度(色斑)、散度(等值線)的垂直剖面及08時(shí)850 hPa假相當(dāng)位溫θse與風(fēng)場分布(e)、暴雪中心(33.25°N、114.75°E)08-24時(shí)假相當(dāng)位溫的時(shí)間剖面(f)

3.3 鋒生與次級(jí)環(huán)流

鋒生可導(dǎo)致天氣劇烈變化，其變化用鋒生函數(shù)表示，即如下公式：

(1)

(2)

(3)

(4)

當(dāng)F>0時(shí)為鋒生，當(dāng)F<0時(shí)則為鋒消。式中，F(xiàn)1為變形項(xiàng)，F(xiàn)2為輻合項(xiàng)，F(xiàn)3為垂直項(xiàng)[24]。在大尺度雨雪過程中，變形項(xiàng)F1和輻合項(xiàng)F2對鋒生函數(shù)起主要作用，因此本文主要考慮前兩項(xiàng)之和。強(qiáng)降雪區(qū)從21日08時(shí)起上空900-700 hPa存在明顯的鋒生，直到21日夜間鋒生減弱并趨于零，強(qiáng)鋒生作用維持了本次整個(gè)雨雪過程，最強(qiáng)鋒生出現(xiàn)在21日11-17時(shí)850 hPa附近，對應(yīng)沙潁河流域降雪增強(qiáng)時(shí)段。沿114.75°E的經(jīng)向垂直剖面圖上，21日08時(shí)(圖5a)沙潁河流域低層鋒區(qū)明顯，34.25°N附近鋒區(qū)下側(cè)內(nèi)垂直方向900 hPa上出現(xiàn)一明顯的垂直鋒面的正的次級(jí)環(huán)流，低層為偏東氣流，高層為偏西氣流，鋒區(qū)之上有暖空氣上升，鋒區(qū)之下有冷空氣下沉。此外，圖5(a)還顯示，33.00°-33.25°N與34°N兩個(gè)位置上鋒生中心和次級(jí)環(huán)流的上升支位置對應(yīng)較好，鋒生中心強(qiáng)度為6×10-9K·m-1·s-1。14時(shí)(圖5b) 34.25°N次級(jí)環(huán)流略有北上，33.5°N附近區(qū)域又新生一正次級(jí)環(huán)流，高度也位于900 hPa附近，兩個(gè)次級(jí)環(huán)流的上升支疊加，導(dǎo)致上升運(yùn)動(dòng)增強(qiáng)，降雪隨之增強(qiáng)；33.00°-33.25°N與34°N附近的鋒生中心強(qiáng)度也分別增至10×10-9K·m-1·s-1、8×10-9K·m-1·s-1，并與次級(jí)環(huán)流的上升支對應(yīng)，分別對應(yīng)流域兩個(gè)暴雪中心區(qū)。綜上所述，低層出現(xiàn)垂直鋒面的正次級(jí)環(huán)流，鋒區(qū)以下冷空氣下沉，暖濕氣流沿鋒面抬升，鋒生作用增強(qiáng)；次級(jí)環(huán)流的兩個(gè)上升支疊加，導(dǎo)致上升運(yùn)動(dòng)進(jìn)一步增強(qiáng)，同時(shí)次級(jí)環(huán)流產(chǎn)生的上升運(yùn)動(dòng)與鋒生中心對應(yīng)較好，有利于強(qiáng)降雪發(fā)展維持。

圖5 2017年2月21日08時(shí)(a)、14時(shí)(b)沿114.75°E的鋒生函數(shù)(色斑為正值)、假相當(dāng)位溫θse(等值線)及垂直環(huán)流(u-ω)的垂直剖面(ω?cái)U(kuò)大20倍)鋒生強(qiáng)度單位：10-9K·m-1·s-1，θse單位：℃

3.4 對稱不穩(wěn)定分析

由于冷空氣從底層侵入形成冷墊，700 hPa以上暖濕氣流沿冷墊爬升，鋒區(qū)上形成明顯的“上暖下冷”溫度層結(jié)，鋒區(qū)內(nèi)θse值隨高度增加，這種穩(wěn)定層結(jié)似乎不支持強(qiáng)雨雪天氣形成。由于本次過程是由中高層暖濕氣流沿低層冷墊作傾斜上升運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致，可從對稱不穩(wěn)定上進(jìn)行分析。對稱不穩(wěn)定是指大氣在垂直方向上的對流穩(wěn)定與水平方向上的慣性穩(wěn)定情況下，作傾斜上升運(yùn)動(dòng)仍然可能發(fā)生的一種不穩(wěn)定。Bennetts等[25]將飽和潮濕大氣中的對稱不穩(wěn)定稱為條件性對稱不穩(wěn)定(CSI)，并指出濕位渦MPV小于0是大氣發(fā)生CSI的充要條件，能夠反映CSI的強(qiáng)弱。侯瑞欽[26]、索渺清[27]等發(fā)現(xiàn)負(fù)MPV有利于冬季暴雪的發(fā)展。

圖6為21日08時(shí)、14時(shí)和20時(shí)850 hPa上濕位渦的水平分布。08時(shí)(圖6a)沙潁河流域上游地區(qū)西南部為0～0.5 PVU，其余大部分地區(qū)在-1.0～-0.5 PVU，整個(gè)流域內(nèi)大部分地區(qū)以較弱的負(fù)MPV為主，大氣處于弱對稱不穩(wěn)定條件下，此時(shí)上游地區(qū)降水較弱，平頂山降水量僅僅0.1 mm，下游未出現(xiàn)降水。14時(shí)(圖6b)，隨著低空急流發(fā)展，負(fù)MPV高值區(qū)東移北上，流域中下游地區(qū)位于MPV<-1.0 PVU的區(qū)域，中心強(qiáng)度達(dá)到-2.0 PVU，對稱不穩(wěn)定性增強(qiáng)，降雪得到發(fā)展，漯河單站3 h降雪量達(dá)到8.3 mm。結(jié)合降雪分布(圖1a)可知，MPV負(fù)值區(qū)域與本次強(qiáng)降雪區(qū)具有較好的對應(yīng)關(guān)系。其中MPV<-1.0 PVU區(qū)域?qū)?yīng)了10 mm以上的暴雪區(qū)，MPV<-1.5 PVU區(qū)域主要對應(yīng)14 mm以上的暴雪區(qū)，MPV<-2.0 PVU區(qū)域主要對應(yīng)16 mm以上的強(qiáng)降雪中心。到20時(shí)(圖6c)，流域地區(qū)MPV為0，大氣層結(jié)對稱穩(wěn)定，降雪過程結(jié)束。此次過程，從08-14時(shí)負(fù)MPV明顯增加，CSI增強(qiáng)；在CSI作用下，上升運(yùn)動(dòng)顯著增強(qiáng)，降雪也隨之明顯增強(qiáng)。張芳華等[28]在一次冬季降水中的條件對稱不穩(wěn)定分析中也印證了這一點(diǎn)，因此負(fù)MPV和CSI增強(qiáng)是本次暴雪發(fā)展的重要原因。

圖6 2017年2月21日08時(shí)(a)、14時(shí)(b)、20時(shí)(c)850 hPa濕位渦分布濕位渦單位：PVU，1PVU=10-8m2·s-1·K·kg；黑色加粗邊界為沙潁河流域，雙虛線為鋒區(qū)

4 雷達(dá)回波特征

2017年2月21日11:07 2.4°仰角反射率(圖7a)上，整個(gè)區(qū)域上呈現(xiàn)明顯的圓弧狀亮帶回波，這主要是高層冰晶物下落到0 ℃層附近開始融化，其表面水膜導(dǎo)致后向散射增強(qiáng)，形成0 ℃層亮帶。沙潁河流域上游寶豐、葉縣、平頂山等地出現(xiàn)大片層狀云降水回波，回波結(jié)構(gòu)連續(xù)均勻，中心強(qiáng)度為30～45 dBZ，相態(tài)為雨或雨夾雪，1 h降水量達(dá)到1.2 mm。隨后強(qiáng)回波區(qū)東移，逐漸影響流域中下游地區(qū)，到13：45(圖7b)，亮帶回波逐漸消失，這是因?yàn)槔淇諝饧訌?qiáng)，導(dǎo)致中低層溫度下降，整層變?yōu)槔鋵?，冰晶或雪花對反射率因子貢獻(xiàn)較小造成的。同時(shí)回波結(jié)構(gòu)表現(xiàn)為絮狀的降雪回波，說明降水相態(tài)已經(jīng)轉(zhuǎn)雪。流域上游回波減弱到30 dBZ以下，中下游地區(qū)回波不斷發(fā)展，強(qiáng)度顯著增強(qiáng)，局地達(dá)到45～50 dBZ，對應(yīng)實(shí)況降雪強(qiáng)度明顯增強(qiáng)。15：41(圖7c)，回波結(jié)構(gòu)松散，強(qiáng)度明顯減弱，中上游回波為零星狀且分布散亂，30 dBZ以上強(qiáng)回波區(qū)也主要位于下游地區(qū)，對應(yīng)反射率剖面上，回波頂主要在6 km以下。11：07(圖7d)，最大強(qiáng)度為30～40 dBZ的回波維持在3 km附近，且分布連續(xù)完整，對應(yīng)0 ℃亮帶位置，也說明此時(shí)相態(tài)為雨或雨夾雪。13：45(圖7e)，強(qiáng)回波發(fā)展明顯，最大強(qiáng)度達(dá)40 dBZ以上，3 km附近強(qiáng)回波向下延伸至地面，降雪強(qiáng)度明顯增強(qiáng)。15：41(圖7f)，3 km以下回波明顯減弱，最強(qiáng)回波在高度上不連續(xù)，降雪逐漸減弱。

雷達(dá)回波演變對本次降水(雪)的變化有較好的指示意義。強(qiáng)降雪回波強(qiáng)度主要為30～45 dBZ，回波高度在6 km以下，反映了穩(wěn)定性降雪特征；0 ℃層亮帶變化則說明雨或雨夾雪轉(zhuǎn)雪，反映了降水相態(tài)多變。

圖7 2017年2月21日11：07(a、d)、13：45(b、e)、15：41(c、f) 駐馬店雷達(dá)2.4°仰角基本反射率及對應(yīng)時(shí)次的反射率垂直剖面單位：dBZ，圖a、b、c中黑線為剖面位置

5 結(jié)論和討論

(1)500 hPa上河套低槽與低緯南支槽合并發(fā)展，槽前強(qiáng)盛的西南急流與東路不斷擴(kuò)散南下的底層強(qiáng)冷空氣結(jié)合，形成流域強(qiáng)雨雪天氣，這是河南典型暴雪天氣形勢。不同點(diǎn)在于，風(fēng)場精細(xì)化演變顯示，中低空首先在持續(xù)不斷的偏南暖濕氣流供應(yīng)下，降水相態(tài)為雨；之后隨著低空也轉(zhuǎn)為東北風(fēng)并不斷增強(qiáng)，冷墊持續(xù)增厚，降水相態(tài)在轉(zhuǎn)為雪的同時(shí)強(qiáng)度也迅速發(fā)展；最后中低空冷空氣加強(qiáng)，鋒區(qū)迅速南壓，降雪很快結(jié)束。

(2)中高空西南急流和低空偏東急流兩條通道帶來充分的水汽，及在暴雪區(qū)較強(qiáng)的輻合是有利的水汽條件。在較強(qiáng)正渦度區(qū)，中低層冷空氣不斷侵入，既使中低空降溫，降水相態(tài)轉(zhuǎn)為雪，也使中層暖濕氣流被迫抬升，有利于中低層輻合增強(qiáng)，同時(shí)高層強(qiáng)輻散疊加在此區(qū)域，進(jìn)一步促進(jìn)低層輻合加強(qiáng)，形成深厚上升區(qū)，降雪發(fā)展。

(3)次級(jí)環(huán)流上升運(yùn)動(dòng)與鋒生中心、強(qiáng)降雪三者對應(yīng)較好。強(qiáng)降雪期間低層出現(xiàn)垂直鋒面的正次級(jí)環(huán)流，冷空氣下沉，暖濕氣流上升，鋒生作用增強(qiáng)；次級(jí)環(huán)流的兩個(gè)上升支疊加，導(dǎo)致上升運(yùn)動(dòng)進(jìn)一步增強(qiáng)，降雪發(fā)展。CSI與鋒面附近的降雪發(fā)展密切相關(guān),負(fù)MPV明顯增加，CSI增強(qiáng)，上升運(yùn)動(dòng)隨之顯著增強(qiáng)，降雪增大。條件對稱不穩(wěn)定分析中也印證了這一點(diǎn)，因此負(fù)MPV和CSI增強(qiáng)是本次暴雪發(fā)展的重要原因。

(4)雷達(dá)回波演變特征反映了降水(雪)加強(qiáng)、維持、減弱、消散及降水相態(tài)的變化。強(qiáng)降雪回波強(qiáng)度多為30～45 dBZ，回波高度在6 km以下，反映了穩(wěn)定性降雪特征。0 ℃亮帶的變化，反映雨雪轉(zhuǎn)換特征。

這次過程具有持續(xù)時(shí)間較短，存在相態(tài)轉(zhuǎn)換，降雪量級(jí)難以把握的特點(diǎn)。在預(yù)報(bào)中針對此類過程，首先要把握降水相態(tài)的轉(zhuǎn)變，著重分析中低空冷空氣的演變，即冷墊厚度的變化趨勢；其次要把握水汽和動(dòng)力條件的演變，即在相態(tài)轉(zhuǎn)變之后，水汽和動(dòng)力條件是否維持較強(qiáng)或有加強(qiáng)的趨勢；再者要考慮暖濕氣流沿冷墊爬升造成的條件對稱不穩(wěn)定的作用。在監(jiān)測預(yù)警中，一是要通過雷達(dá)回波強(qiáng)度和0 ℃層亮帶的演變，估計(jì)相態(tài)的轉(zhuǎn)變和降水的強(qiáng)度；二是利用風(fēng)廓線雷達(dá)中低空風(fēng)向的變化和風(fēng)速的大小，估計(jì)相態(tài)的轉(zhuǎn)變和降水的強(qiáng)度。