一次极端春季暴雪过程风场结构特征的演变分析

宿秋兰， 梁海霞

(山东省东营市气象局，山东东营 257091)



一次极端春季暴雪过程风场结构特征的演变分析

宿秋兰， 梁海霞

(山东省东营市气象局，山东东营 257091)

利用常规观测资料及风廓线雷达资料分析了2013年4月19日山东境内一次极端春季暴雪过程。结果表明，此次过程是一次明显的回流形势，低层冷垫形成以后，中高层的暖湿空气在冷垫上爬升是此次过程产生的有利环流背景；850 hPa高度附近的准静止垂直切变是一个关键系统，它自产生到结束长达近9 h;当垂直切变的高度维持在1.5 km，上下的风向为西北风与偏南风的切变时，降水性质为雨或雨夹雪；当垂直切变的高度猛然下压至1.2 km，上下的风向变为西北风与偏东风的切变时，降水性质为纯雪。切变线消失之后，600 m以下的中小尺度系统又对降雪起到了持续触发作用。4月中旬地面温度偏高，结合此次过程可知，当地面温度和1 000 hPa降至2 ℃以下、925 hPa温度降至-1 ℃以下时，才会出现降雪。

春季暴雪；风场结构；特征；演变

2013年4月19日华北大部出现了一场降雪过程，山东省是这次降雪的主灾区。根据1951年以来的气象观测数据统计，山东省的降雪终期多在3月中旬[1],而此次降雪出现在4月中旬，在“谷雨”节气的前一天。进入4月份以来，虽然不断有小股冷空气影响，但山东省总体趋势气温是回升的，在4月13日，山东除半岛外大部站点最高气温超过了30 ℃，而此次降雪出乎人们的意料，降雪量大(图1)，鲁中以北的站点24 h雪量均达到了暴雪，且普遍有积雪，其中积雪最深的站点位于德州市宁津县，积雪深度达11 cm。降雪过后的第2天早晨，降雪区日最低气温在0 ℃左右，气温明显下降。突然到来的暴雪，加上低温冻害，给当地的工农业生产带来了严重的灾害。这次降雪也刷新了有气象观测资料以来4月份终雪日、降雪量和积雪深度的记录，属于一次极端天气过程。

针对暴雪有许多学者对其进行了研究[2-6]，如施晓晖等对2008年雪灾过程进行了研究，指出灾害发生期间构成了“冷垫”上空的“暖盖”及“南槽北脊”反位相环流汇合锋区的垂直环流结构[2]；杨贵铭等研究了2008年低温雨雪冰冻天气过程的锋区特征，指出准静止锋稳定少动是重要原因之一[3]；陈爱玉等则主要就春季暴雪的回流形势进行了分析，指出暴雪产生在对流不稳定层结中，低空急流促使对流层低层暖湿气流辐合上升，触发对流不稳定能量释放[6-9]。以上的这些研究大多从大的环流背景、影响系统、动力条件、热力条件等方面入手，得出了许多有意义的结论。但针对春季暴雪垂直风场结构特征研究的较少。由于2013年4月19日的暴雪是一次极端事件，为了弄清其产生的机理，笔者运用风廓线资料对其垂直风场进行分析，寻找预报的指示信号，为避免再次漏报此类天气提供预报依据。

1 天气实况及影响系统

这是一次典型回流形势的降雪。2013年4月19日08：00(图2)，500 hPa槽线位于中纬度105°E附近，槽前有明显的暖脊配合，盛行西南气流，来自孟加拉湾和南海的暖湿空气不断向北输送，在700 hPa则发展为一支强劲的西南低空急流，在西南风的范围内形成T-Td≤3 ℃的大片湿区；而850 hPa以下各层，山东境内为最大风速≥12 m/s的东北风，这支东北风自18日20：00就已经出现，长达12 h的冷空气输送，使得山东境内形成了一个厚度在2 000 m左右的冷垫，当700 hPa以上各层的暖湿空气向东移动的过程中，暖湿空气沿冷垫爬升，水汽凝结形成降水。此次降水先由鲁西北开始，以雨和冰粒为主，随后转为雨夹雪，最后转为雪。以东营为例，19日13:15开始下雨，15:11转为雨夹雪，16:27转为雪，此后降水性质一直是雪，直到降水过程结束。

2 风场演变特征

常规高空、地面资料时空分辨率较低，很难分析出系统的逐时演变。采用风廓线雷达就可以精细地分析风场信息，来确定系统的发展、移动，从而弥补常规资料的缺憾。从风廓线雷达数据可知，4月18日22:00开始东营上空2 km以下转为东北风，且风力逐渐加大，最大风速层出现在900 m的高度上，风速达10 m/s；2.0～2.5 km高度上风随高度顺转，风向由偏东转为偏南，说明这个层次上有暖平流，但厚度较薄；2.5～3.5 km则为西南风，3.5～5.0 km为偏西或西北风，这种下冷、中暖、上冷的结构配置一直维持到19日07:00左右。结合温度的垂直分布可知，19日08：00 925 hPa温度已达0 ℃，1 000 hPa温度为5 ℃,地面温度为7 ℃。

19日07：00始(图3)，4 km以上(接近于500 hPa)高度处于槽前西南气流控制；3 km高度(700 hPa)左右则处于刚过境小槽后部的西北气流控制，原来2.5～3.5 km高度上的暖平流从这一时刻起消失，转为冷平流，而在1.0～1.7 km高度层内出现了另一个暖层，这样在1.7 km(850 hPa)高度上下出现了一个偏南风与西北风的垂直切变；而低层冷垫的厚度由于高空风场的变化，厚度明显变薄，由距地2 km逐渐降至距地1 km。这种高空风场的结构一直持续到12:30。12:30开始(图3)，3.0 km附近高度上(700 hPa)转入一个小槽的槽前，致使高空西南风的厚度由原来4 km以上扩展至2.7 km以上，说明中、高层的暖湿空气在加强；同时850 hPa附近的切变线依然存在，只是高度在缓慢下降，同时上、下两侧的风速均在减弱，逐级演变为一个准静止的垂直切变。1 h之后，即13:15降水开始，降水性质为雨。这种高空风场的配置持续到16:27。从低层温度的变化来看，自降水开始到16:27地面温度一直在下降，16：00温度为3 ℃，1 000 hPa温度一直维持在5 ℃，925 hPa温度由0 ℃下降至-1 ℃，850 hPa温度由-5 ℃降至-6 ℃，这期间降水性质由雨转为雨夹雪。雨夹雪出现的时间是925 hPa与850 hPa温度下降1 h之后。16:27高空500 hPa转入槽后(图4)，即1.7～5.0 km的层次均转为西北风，说明高空冷空气在加强，受其影响，1.5 km处的垂直切变猛然下压至1.2 km的高度上，上下两侧的风向也由原来的西北风与偏南风的切变转为西北风与偏东风的切变，此时地面温度下降至2 ℃，1 000 hPa的温度也快速下降至2 ℃，925 hPa的温度下降至-2 ℃，降水性质转为纯雪。可见降水有雨转为雪时，低层垂直切变的性质和高度均有明显变化。1.2 km处的垂直切变维持到18:30，随后切变消失，2 km至地面转为东北风。

随着低层垂直切变的消失，降雪开始有所减弱，但随后在近地层600 m以下出现了2个中小尺度系统，一个是生命史在19日18:30～20:30的中尺度低压，一个是生命史在19日20:30～22:00的中小尺度高压。受其影响，雪一直在下。只是受前者影响时，雪下得密实，受后者影响时雪明显减弱，直至22:00东营上空的云变薄，降水结束。

3 小结

(1)此次罕见的春季暴雪过程是一次典型的回流形势下的降雪过程，850 hPa以下持续维持东北风，先形成冷垫，700 hPa以上暖湿气流沿冷垫爬升，是此次强降雪天气形成的大环流背景。

(2)此次过程500 hPa槽很宽且明显落后于700 hPa的槽，使得高空有持续的西南气流存在，19日12:30中层700 hPa也处于槽前，中、上层的暖湿层加厚，降水开始。

(3)850 hPa高度附近存在的垂直切变是此次降水过程的关键系统，它持续了近9 h，其高度随着高空冷空气的强度增强逐渐下压。由雨到雨夹雪的过程中，高度大致维持在1.5 km高度上，当其高度下压至1.2 km高度上时，切变线上下的风向也随之发生转变，降水性质转为纯雪。

(4)此次过程中雨转雪时近地面的温度场配置是地面与1 000 hPa温度降至2 ℃以下，925 hPa温度在-1 ℃以下后，降水性质为雪，而传统中以850 hPa -4 ℃线来判断降水性质是雨还是雪的指标在此次过程中指示不明显。

[1] 曹钢锋，张善君，朱官忠，等.山东天气分析与预报[M]. 北京：气象出版社，1988：212-214.

[2] 施晓辉，徐祥德，程兴宏.2008年雪灾过程高原上游关键区水汽输送机制及其前兆性“强信号”特征[J].气象学报，2009,67(3)：478-483.

[3] 杨贵铭，毛冬艳，孔期.“低温雨雪冰冻”天气过程锋区特征分析[J].气象学报，2009,67(4)：652-665.

[4] 孙仲毅，王军，靳冰凌，等.河南省北部一次暴雪天气过程诊断分析[J].高原气象，2010,29(5)：1338-1344.

[5] 盛春岩，杨晓霞.一次罕见的山东暴雪天气的对称不稳定分析[J].气象，2002,28(3)：33-37.

[6] 陈爱玉，李存龙，陈新春，等.春、冬季暴雪成因对比分析[J].气象，2005,31(11)：37-39.

[7] 张迎新，侯瑞钦，张守保.回流暴雪过程的诊断分析和数值试验[J].气象，2007,33(9):25-32.

[8] 杨晓霞，吴炜，万明波，等.山东省两次暴雪天气的对比分析[J].气象，2012,38(7)：868-876.

[9] 周雪松，谈哲敏.华北回流暴雪发展机理个例研究[J].气象，2008,34(1)：18-26.

Analysis on Evolution Characteristic of Wind Field Structure of an Extreme Spring Blizzard Process

SU Qiu-lan, LIANG Hai-xia

(Dongying Meteorological Office of Shandong Province, Dongying, Shandong 257091)

Using conventional observation data and the wind profile radar data, an extreme spring blizzard process was analyzed in Shandong Province on Apr. 19, 2013. The results showed that the process is an obvious backflow situation. First of all, low-level cold pad has formed, and climbing of the high-level of moist air in the cooling mat is the favorable circulation background of the process. 850 hPa quasi static vertical shear is a key system, its history is nearly nine hours. When the height of the vertical shear is 1.5 km, up and down wind direction is the northwest wind and south wind, precipitation properties is rain or sleet. When the height of vertical shear down to the height of 1.2 km suddenly, up and down the wind direction change into the northwest and east wind, precipitation properties is pure snow. After shear line disappears, the meso-andmicro-scalesystems under 600 m plays a triggering role. Precipitation properties is snow when temperature of surface and 1 000 hPa is below 2 ℃ and below 1 ℃ of 925 hPa in the process.

Spring blizzard; Wind field structure; Characteristics; Evolution

山东省气象局重点科研课题(2013sdqxz02)。

宿秋兰(1974- )，女，山东东营人，助理工程师，从事气象科技服务工作。

2014-11-25

S 161.6

A

0517-6611(2015)02-212-03