李 琛，董疆南，馬鴻青

保定市氣象局，河北保定 071000

華北地區(qū)暴雪災(zāi)害主要發(fā)生在初冬、初春的過渡季節(jié)[1]。河北省過渡季節(jié)較大范圍的降水天氣近30%與回流有關(guān)，華北回流是指冷空氣從東北平原南下，經(jīng)過渤海以偏東路徑侵入華北平原[2]。由于氣溫變化明顯，降水相態(tài)容易出現(xiàn)轉(zhuǎn)變，嚴(yán)重影響交通運輸以及工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，造成大量經(jīng)濟及財產(chǎn)損失，給正常人民群眾的生產(chǎn)、生活帶來巨大的負(fù)面影響[3-4]。近年來，許多氣象專家對華北暴雪發(fā)生、發(fā)展的物理機制及回流冷空氣性質(zhì)等方面開展了大量工作。時青格等[5]對2009年11月10—12日河北省一次暴雪天氣進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)中低層存在較強的垂直上升運動，暖空氣被冷空氣抬升是暴雪發(fā)生的動力機制。張守保等[6]對華北回流天氣的特征進(jìn)行了分析，結(jié)果表明：華北回流性質(zhì)是干冷的，回流降水過程的水汽伴隨中層的西南氣流來自南方，并且在強降水時段出現(xiàn)前常伴有區(qū)域性的冷平流層。另外，降水相態(tài)也是預(yù)報的重點之一，張迎新等[7-8]通過分析多次雨雪轉(zhuǎn)換過程總結(jié)出雨雪轉(zhuǎn)換指標(biāo)。

選取了2021年11月6—7日河北省保定市出現(xiàn)的一次雨雪天氣過程，從環(huán)流形勢、降水相態(tài)轉(zhuǎn)換、物理量場等多角度深入分析，探討了此次雨雪過程的成因。

1 雨雪天氣實況

2021年11月6—7日，保定迎來一次雨雪天氣，6日白天降水以雨為主，受冷空氣的影響，淶源在6日17:00～18:00發(fā)生雨轉(zhuǎn)雪，涿州、阜平、高碑店在6日21:00左右陸續(xù)轉(zhuǎn)雪。至7日01:00左右，全市降水相態(tài)基本為純雪。此次過程降水分布不均，全市大部分地區(qū)的過程降水量為中到大雨轉(zhuǎn)大雪，淶源為大暴雪，全市平均降水量33.8 mm，望都最大，為51.6 mm。全市均有積雪，最大積雪深度10 cm。

2 環(huán)流背景分析

2.1 500 hPa環(huán)流形勢

11月6日08:00，亞歐大陸上空500 hPa呈兩槽一脊形勢，我國內(nèi)蒙古西部至青海有一高空槽，溫度槽落后于高度槽，槽后有明顯冷平流。隨著系統(tǒng)東移，槽不斷加深，6日20:00東移至甘肅東部、內(nèi)蒙古中西部一帶，并且切斷出閉合溫度中心，中心值-32℃，溫度槽仍落后于高度槽，此時河北位于槽前，西南氣流發(fā)展旺盛。7日08:00高空槽繼續(xù)加強東移至陜西一帶，切斷出閉合低壓中心，中心值548 dagpm，保定位于低渦東側(cè)，西南氣流旺盛，受其影響，保定地區(qū)出現(xiàn)了大范圍雨雪天氣。7日20:00，500 hPa高空槽移至我省中部地區(qū)，保定地區(qū)逐漸轉(zhuǎn)為西北氣流控制，降水基本結(jié)束（圖1a）。

2.2 700 hPa環(huán)流形勢

6日08:00，700 hPa有一低槽在蒙古地區(qū)并逐漸南壓，西部地區(qū)存在一冷中心，等溫度線與等位勢高度線交角接近垂直，冷平流較強。6日20:00，低槽轉(zhuǎn)為南北向從內(nèi)蒙古延伸至我省，東南側(cè)有西南急流輸送水汽，此時保定受偏南氣流控制。6日夜間，700 hPa槽東移至河北中部，冷中心東移至河套地區(qū)，等溫線較密集（圖1b）。

2.3 850 hPa環(huán)流形勢

6日08:00，850 hPa河北處在大陸高壓和海上高壓之間，河北北部也有東北—西南向切變線配合，保定主要受偏南氣流控制，鋒區(qū)明顯，等溫線密集，風(fēng)向和等溫線近乎垂直，冷平流較強。6日夜間，850 hPa切變線移至河北南部，鋒區(qū)南壓，冷平流明顯，保定逐漸轉(zhuǎn)為偏北氣流控制，使得中層暖濕空氣在冷墊上爬升，為典型的華北回流形勢，隨著850 hPa溫度降至-4℃以下，保定地區(qū)轉(zhuǎn)雪（圖1c）。

2.4 地面形勢

6日08:00，高壓位于蒙古國境內(nèi)，冷鋒自東北向南移動。隨著蒙古冷高壓不斷發(fā)展加強，6日20:00，冷高壓中心強度達(dá)1 052.5 hPa。夜間，冷高壓進(jìn)一步加強至1 055 hPa，保定處于鋒后，降溫明顯，偏東路徑冷空氣自北向南影響保定地區(qū)，為雨轉(zhuǎn)雪提供良好的層結(jié)條件，保定自北向南逐漸轉(zhuǎn)為降雪天氣（圖1d）。

圖1 2021年11月6日08:00 位勢高度場（實線，單位：dagpm）、溫度場（虛線，單位：℃）、 風(fēng)場（風(fēng)羽，單位：m/s）

3 降水相態(tài)轉(zhuǎn)換成因分析——溫度平流

受切變線和地面冷鋒前暖區(qū)影響，6日14:00保定地區(qū)上空仍為暖平流，白天降水以雨為主（圖2a）。隨著鋒區(qū)南壓，冷空氣入侵，保定西北部地區(qū)850 hPa溫度開始明顯下降，淶源在6日17:00～18:00降至-4℃以下并發(fā)生雨轉(zhuǎn)雪。6日20:00前后，850 hPa保定北部鋒區(qū)附近存在東南氣流和東北氣流的明顯輻合，冷空氣在東北部交匯，并且有一部分從保定北部南下，低層逐漸轉(zhuǎn)為偏北風(fēng)，中層暖濕空氣在低層冷墊上爬升，造成涿州和高陽先于平原其他地區(qū)出現(xiàn)相態(tài)轉(zhuǎn)換，開始形成大范圍的雨雪天氣（圖2b）。

圖2 6日14:00（a）、20:00（b）850 hPa風(fēng)場—溫度平流

利用ERA5資料分析溫度平流（圖3），從經(jīng)向溫度平流來看，北部一股冷空氣東移南下，對應(yīng)地面冷鋒，與溫度場的冷中心也正好對應(yīng)，溫度明顯下降，6日22:00向東北方向伸出一暖舌，為西南—東北向暖舌，使得中部地區(qū)溫度較高，轉(zhuǎn)雪時間相對較慢。另外，低層暖舌的存在為大(暴)雪的形成提供了較好的熱力條件。

圖3 6日22:00沿115°E的溫度平流垂直剖面圖

4 物理量診斷分析

4.1 水汽條件

4.1.1 比濕由于前期受地面輻合的影響，有連續(xù)的大霧天氣，近地層濕度較大，保定地區(qū)的水汽含量比較豐富。加之來自海面上的東南氣流輸送水汽，6日14:00即降水開始時850 hPa比濕達(dá)到6～7 g/kg，低層水汽充足（圖4a）。到20:00，700 hPa西 南 急流建立，比濕維持在4～6 g/kg，南部仍然在7 g/kg左右（圖4b），這也有利于19:00～20:00南部的強降水發(fā)生，充足的水汽為雨雪天氣的維持提供了條件。

圖4 6日14:00（a）、20:00（b）850 hPa風(fēng)場—比濕場

4.1.2 水汽通量及水汽通量散度降水開始時，850 hPa有一水汽通量散度大值區(qū)，低層存在著較好的水汽輸送。隨著各站轉(zhuǎn)為降雪并且強度減弱后，低層水汽條件變差，850 hPa上的水汽通量散度大值區(qū)向東南方向移動。但從700 hPa來看，受西南急流影響，6日20:00在700 hPa仍有一大值中心。與700 hPa水汽通量散度配合來看，有一負(fù)值區(qū)位于保定北部，說明700 hPa水汽輻合條件良好，形成了東北—西南向的水汽通道。隨著切變線向東南移動，7日白天，負(fù)值中心和水汽通量大值區(qū)均自西北向東南移出保定地區(qū)，降水逐漸減弱（圖5）。

圖5 6日20:00 700 hPa風(fēng)場—水汽通量（a）、風(fēng)場—水汽通量散度（b）

4.2 動力條件

4.2.1 散度從散度來看（圖6），850hPa以下為散度負(fù)值區(qū)域，即保定地區(qū)低層存在明顯的輻合上升運動，而200 hPa上則一直維持正散度，對應(yīng)輻散，在這種低層輻合、高層輻散的形勢下，使得上升運動發(fā)展劇烈，更加有利于強降水的發(fā)生。

4.2.2 渦度從 渦 度 來 看（圖6），6日 08:00，保定大部分地區(qū)處于負(fù)渦度區(qū)，為弱的下沉氣流。6日14:00，700～900 hPa出現(xiàn)正渦度區(qū)，對應(yīng)6日白天的降水。6日20:00以后，正渦度發(fā)展加強，對應(yīng)低渦東移，并且隨著低層的東北風(fēng)逐漸加強，暖濕空氣在冷墊上的爬升高度逐漸上升，在散度—渦度疊加圖上，可以看出負(fù)散度中心明顯升高，對應(yīng)的降水相態(tài)開始發(fā)生轉(zhuǎn)換。到7日08:00，900 hPa以上正渦度中心迅速加強，對應(yīng)7日白天段的降雪。

5 結(jié)論

（1）本次過程是由高空槽、700 hPa低槽、低空急流、低層低渦切變線，以及地面冷鋒共同影響而造成的，并且后期轉(zhuǎn)為回流形勢影響。

（2）冷空氣自西向東、自北向南移動，同時受850 hPa暖舌的影響，使得此次過程中部地區(qū)降溫時間晚于東部和西部，轉(zhuǎn)雪時間相對較慢。

（3）低層切變線兩側(cè)變溫幅度較大，有強的冷暖空氣交匯，并且低層輻合、高層輻散的形勢使得上升運動發(fā)展劇烈，有利于強降水的發(fā)生。

（4）700 hPa急流和850 hPa以下回流產(chǎn)生的偏東南氣流為該次暴雪天氣過程提供了必要的水汽條件，配合良好的動力條件，有利于此次雨雪過程的發(fā)生。

圖6 保定地區(qū)散度（線條）和渦度（填色）隨時間變化特征