不同中心位置的山东半岛冷流暴雪天气分析❋

2015-03-18李建华崔宜少杨成芳威海市气象局山东威海6400山东省气象台山东济南5003

中国海洋大学学报（自然科学版） 2015年8期

李建华，崔宜少，杨成芳(. 威海市气象局，山东威海 6400；. 山东省气象台，山东济南 5003)

李建华1，崔宜少1，杨成芳2
(1. 威海市气象局，山东威海 264200；2. 山东省气象台，山东济南 250031)

利用天气图和环渤海地面自动站风场资料，统计分析了2005—2014年山东半岛的14个冷流暴雪过程，总结出暴雪落区的特征：当500hPa影响系统为冷涡时，可以预测烟台、威海可能出现强降雪，冷涡中心偏南时，威海更有可能出现暴雪。当500hPa影响系统为低槽，烟台发生暴雪时，北部有小槽摆下，槽位置偏西；威海发生暴雪时，东部有宽广的东北-西南向横槽南摆，槽位置偏东。低空700hPa荣成站风速小于青岛时，暴雪中心在威海；反之，暴雪中心在烟台。当暴雪中心位于烟台时，地面图上辽东半岛西海岸有一片较规则的东北风区域；当暴雪中心位于威海时，辽东半岛西海岸无东北风或东北风较为凌乱，不连续出现。

冷流暴雪；中心位置；山东半岛；天气形势

“海效应降雪”是指冬季冷空气流经暖海面上产生的降雪，包括海面上和陆上降雪。海效应降雪通常发生在中高纬度沿海特定的区域，如大西洋西岸的加拿大魁北克地区和大西洋东部的英格兰岛、日本海东部的日本西海岸等[1]。与“海效应降雪”相类似的降雪有“湖效应降雪”，著名的有美国五大湖、大盐湖等[2]地区的降雪。中国的“海效应降雪”产生在环渤海地区，以山东半岛最为显著，被当地气象部门称为“冷流降雪”，相应的暴雪称为“冷流暴雪”[3]。每年11月至翌年2月是冷流降雪发生的主要季节(见图1)。冷流降雪作为山东半岛地区一种独特的天气现象，得到越来越多的关注。乔林和林建[4]认为：强降雪是低层饱和湿空气受地形强迫、锋生强迫的抬升作用及湿对称不稳定能量释放的共同作用造成的，而干冷空气的侵入触发了不稳定能量的释放；杨成芳等[5]认为:有利的大气环流形势造成强冷空气频繁，经过渤海暖海面时产生较大海气温差，是降雪持续长、强度大的直接原因；孙兴池等[6]认为：冷流降雪对流不稳定主要发生在700 hPa以下的对流层低层；李刚等[7]认为：500 hPa有槽移过渤海上空，地面有气旋弯曲，主要降雪时段和500 hPa槽过境时间有较好的对应关系。在山东半岛，冷流降雪的次数和降雪量自北向南递减，最大降雪区集中在北部沿海地区，一般出现在烟台和威海地区，空间尺度较小，但是在量级上往往有较大的差别。对当地预报员来说，根据海气温差预报出现冷流降雪相对容易，但是对于冷流暴雪过程，预报出暴雪中心难度较大，目前这方面的研究较少。本文希望通过高低空和地面天气形势分析暴雪落区不同时的天气形势，根据前一日的天气形势预报场对将来的暴雪落区预报提供一些参考。

1 冷流暴雪的空间分布特征

本文统计了1981—2010年近30年的逐日降水资料，发现山东半岛北部12、1月产生的降水性质以雪为主，故定义前一日20时至当日20时(北京时，下同)日降雪量≥10 mm为一个暴雪日。冬季山东半岛暴雪过程主要为冷流和南支槽两种系统形势，冷流暴雪主要发生在山东半岛北部，南支槽暴雪可发生在山东半岛所有区域。从统计结果来看，12月较1月暴雪日数偏多，山东半岛东北部的威海、文登、牟平、烟台、福山、荣成暴雪日数较半岛其他地区偏多，总趋势是北部较南部多，东部较西部多。南部、西部强降雪多发生于冬季南支槽系统，不属于冷流降雪。

图1 近30年山东半岛1、12月暴雪日统计

本文选取出现冷流暴雪日数最多的烟台、福山、牟平、威海、荣成、文登6个观测站作为代表站，统计了2005—2014年近10年的降雪资料，通过天气形势分析排除南支槽、回流暴雪过程，共找出14个冷流暴雪日，分别发生于2005、2008、2010、2012年和2014年的12月(具体降雪量见表1)。其中2005年12月的暴雪日最多，分别为4、6、7、11、12、13和21日，其他分别为2008年12月5日，2010年12月30—31日，2012年12月6日和2014年12月5、16、17日。其中有3日暴雪中心在烟台，7日在威海，4日同时位于烟台和威海。

表1 选取的14次冷流暴雪过程的降雪量Table 1 Snowfall of selected 14 ocean-effect snowstorms /mm

2 高空形势

2.1 500 hPa高度场

500 hPa层的冷涡和高空槽常伴随较强冷空气是发生冷流暴雪的必须条件。横槽常伴随冷涡出现，故归为冷涡系统。

2.1.1 冷涡和横槽冷涡附近的正涡度和冷平流较低槽更强，故容易出现更大面积、强度更强的暴雪。选取了较为典型的受冷涡影响的2005年12月4、21日，2008年12月5日、2010年12月30—31日、2012年12月6日5次暴雪过程。图2是发生暴雪前一日的500hPa形势图。从冷涡中心的位置来看，暴雪位于烟台时，冷涡中心位于125°E附近，45°N～50°N之间；暴雪位于威海时，冷涡中心位于120°E～130°E之间，40°N～45°N之间；暴雪同时出现在烟台、威海时，冷涡中心位于120°E～130°E之间，40°N～50°N之间。暴雪位于威海时冷涡中心更偏南，在经度上没有发现特别明显的区别。冷涡中心与暴雪位置的对比在理论上也能得到很好的解释，冷空气从西北方南下，经过烟台时带来强降雪，继续往东南方向移动至威海上空时冷涡中心更偏南，冷涡中心与山东半岛位置距离更短，大气层结更加不稳定，对低层的辐合上升运动也起到加强作用，对威海出现强降雪更为有利，这也是威海冷流暴雪日数相对烟台更多的一个原因。对于预报来说，近年来数值预报的500 hPa形势已经较为准确，如果海气温差和地面流场均较合适，冷涡的形成可以预计烟台威海都可能出现强降雪，冷涡中心偏南对威海暴雪更为有利，具体的暴雪位置还要考虑本文后面分析的一些指标。

((a1):暴雪位于烟台;(b1)、(b2)、(b3):暴雪位于威海；(a2)、(a3):暴雪同时位于烟台威海。(a1): Snowstorm in Yantai; (b1)、(b2)、(b3): Snowstorm in Weihai; a2、a3: Snowstorm in Yantai and Weihai.)

图2 冷涡的500hPa形势(W：威海位置)

Fig.2 Weather charts at 500hPa (W：Weihai location)

2.1.2 低槽 500hPa低槽系统自身的涡度和上升速度强度较冷涡弱很多，因此判断冷流暴雪的位置增加了很多难度。如2005年12月6、7、11、12和13日的500hPa形势均为高空低槽影响下产生的冷流暴雪，且出现的暴雪点少，预报难度较大。图3分别为发生暴雪前一日的500hPa形势。从槽中心的位置来看，烟台发生暴雪时，在北部有小横槽摆下；威海发生暴雪时，东部有宽广的东北-西南向横槽南摆。同时烟台发生暴雪的低槽位置偏西，图3(a1)、(a2)槽中心位于120°E～130°E之间；威海发生暴雪的低槽位置偏东，图3(b1)、(b2)槽中心位于130°E～140°E之间。图3(c)中烟台威海同时出现暴雪时，同时有东部横槽和北部小槽影响。

2.2 低空风速特征

李宏业等[8]认为：山东半岛的冷流降雪是一种低云降雪，与海气相互作用和低层稳定度直接关联；杨成芳等[5]认为：冷流暴雪与大范围暴雪和夏季暴雨深厚的上升运动相比，冷流暴雪的上升运动明显要浅薄得多，仅局限于对流层的低层，且动力耦合结构位于对流层的中低层，而不是前者的位于对流层的中高层；李建华等[9]认为：冷流过程雷达回波的云顶高度大部分在2km以下，小部分在3km以下，近地面层风场的辐合线是冷流暴雪发生的触发机制，上空的引导气流对辐合线的移动方向有重要作用。925 hPa受边界层影响较大，不适合当作引导层，因此，冷流暴雪的引导气流应在850～700hPa之间。表2罗列了700、850hPa两层山东省荣成、青岛、章丘3个探空站的风速大小，可以看出，在暴雪中心位于威海的个例中，选取的7个个例荣成探空站在700 hPa层的风速小于等于西部2个测站，这样有利于辐合中心东移至东部荣成附近，而在850 hPa层荣成与鲁西的章丘站多数则不满足此规律。从目前的个例统计中，除2014年12月5日的威海暴雪过程中，850 hPa层较700 hPa能更好的诠释暴雪中心的不同位置，其他多数个例700 hPa较850 hPa层、青岛较章丘反应此规律更明显。

当暴雪中心位于烟台时，按照上面的理论，荣成站的风速应大于西部2个测站，结果确实如此。2012年12月6日冷涡影响系统，前一日20时不满足此规律，第二日暴雪当日08时700 hPa重新满足上述规律。烟台威海同一日出现暴雪风速大小得不到有用信息。故得出结论多数情况下，当低空700和850 hPa层(主要参考700 hPa)荣成站风速小于西部测站(尤其是青岛)时，暴雪中心在威海；反之，暴雪中心在烟台。当500 hPa层为冷涡系统正在影响，探空站未完全转为西北风时，可后推12h，采取3个探空站均转为西北风后的时次。故针对冷涡系统，可参考暴雪当日08时的风速大小。

((a1)、(a2)：暴雪位于烟台；(b1)、(b2)：暴雪位于威海；c：暴雪位于烟台、威海。(a1)、(a2): Snowstorm in Yantai; (b1)、(b2): Snowstorm in Weihai; c: Snowstorm in Yantai and Weihai.)

图3 低槽的500hPa形势(W：威海位置)

Fig.3 Weather charts at 500hPa(W：Weihai location)

2.3 地面形势

以上分析了高低空天气形势，下文将利用环渤海自动气象站资料，分析冷流暴雪发生时的地面气压和风场特征，以期找出近地面风场的预报指标。

2.3.1 暴雪位于烟台 2005年和2012年12月6日烟台地区均出现暴雪天气，威海地区没有暴雪。从2个个例的地面图可以看出，华北大部为冷高压控制，山东境内分布有2～3条等压线,河北和山东省主体为北-西北风。从图4(a2)、(b2)放大图可看出，辽宁省东南部的辽东半岛西海岸为东北风，且东北风测站位置成较完整的带状，超过3个站。东北风吹向渤海海峡至山东半岛西北岸时与山东半岛的西北风之间形成风向辐合。辽东半岛西海岸的经度与山东半岛西北部烟台西部地区相当，故东北风到达山东半岛时的位置偏西，辐合线的位置偏西，暴雪发生在烟台。

表2 暴雪个例在700、850 hPa层山东3个探空站的风速对比

Note：①Data；②Snowstorm center；③Wind speed at 700 hPa；④Wind speed at 850 hPa；⑤Result

图4 2005年(a)、2012年(b)12月6日14时地面图

2.3.2 暴雪位于威海从表1中挑选了2005年12月4、12、21和2010年12月31日只有威海出暴雪的4个个例，从图5上可以看出地面仍为冷高压，山东境内有3～6条等压线,等压线较图5密集，相应地山东半岛地面风速较图4强。从放大图5(a2)、(b2)、(c2)、(d2)看出，河北和山东省均为西北风，辽东半岛也为偏北风，也有个别站为东北风，但东北风的测站不连续，辽东半岛多数测站为北风或西北风。同时山东半岛西北海岸龙口、蓬莱、长岛3个观测站风向为西北风或偏西风，这样有利于不稳定能量聚集在辐合线的东端——威海地区。同上图相比，共同点为辽东半岛和山东半岛北海岸为冷高压影响，风向大致为西北风。不同点是当暴雪中心位于烟台时，辽东半岛西海岸有一片较规则的东北风区域，山东半岛西北海岸为北至西北风，风速较小。当暴雪位于威海时，辽东半岛西海岸无东北风或东北风较为凌乱，不连续出现。山东半岛西北海岸为偏西风或西北西风向，地面等压线密集，风速较大，暴雪容易发生在威海。

图5 2005年12月4日(a)、12日(b)、21日(c)08时和2010年12月30日23时(d)地面图

2.3.3 暴雪同时位于烟台、威海从以上分析可以看出，辽东半岛地面风场在山东半岛地面风场辐合线的形成过程中有一定的影响作用。选择了2010年12月29—30日和2008年12月5日烟台、威海先后出现冷流暴雪的过程进行分析，在这2次冷流暴雪过程中，前期辽东半岛及辽宁省的东北部地面风场主要为东北风，山东半岛北海岸为北-西北风(见图6(a),(b),(e))，在辽东半岛和山东半岛之间形成东北-西北风的地面辐合线，对应地面冷流暴雪落区在烟台；后期辽东半岛转为北风或杂乱的风场，对山东半岛地面切变线的贡献变小，山东半岛地面辐合线主要形成原因为海陆之间地形的抬升造成的风场辐合。

图6 2010年12月29—30日、2008年12月5日地面形势演变

3 结论

本文统计了2005—2014年山东半岛的几次典型的冷流暴雪过程，通过暴雪前一日的高低空形势及实况地面风场，总结出一些暴雪中心落区位于烟台还是威海的特征：

(1)当500hPa影响系统为冷涡时，如果海气温差和地面流场均较合适，冷涡的形成可以预计烟台、威海都可能出现强降雪，冷涡中心偏南对威海暴雪更为有利。当500hPa影响系统为低槽，烟台发生暴雪时，北部有小槽摆下，槽位置偏西；威海发生暴雪时，东部有宽广的东北-西南向横槽南摆，槽位置偏东；烟台威海同时出现暴雪时，同时有东部横槽和北部小槽影响。

(2)低空700和850hPa层(主要参考700hPa)荣成站风速小于西部测站(尤其是青岛)时，暴雪中心在威海，反之，暴雪中心在烟台。

(3)当暴雪中心位于烟台时，地面图上，辽东半岛西海岸有一片较规则的东北风区域，山东半岛西北海岸为北至西北风。当暴雪中心位于威海时，辽东半岛西海岸无东北风或东北风较为凌乱，不连续出现。

[1] 迈克尔. 雪暴 [M]. 阿拉贝[英]/著, 戴东新/译. 上海: 上海科学技术文献出版社, 2006： 147-152.

[2] Niziol W， Snyder R， Waldstreicher J S. Winter weather forecasting throughout the eastern United States. Part IV: Lake effect snow [J]. Wea Forecasting， 1995, 10: 61-77.

[3] 杨成芳，陶祖钰，李泽椿．海(湖)效应降雪的研究进展[J]．海洋通报， 2009, 28(4)： 81-88.

[4] 乔林，林建．干冷空气侵入在2005年12月山东半岛持续性降雪中的作用[J]．气象， 2008, 34(7)： 27-33．

[5] 杨成芳，李泽椿，李静，等．山东半岛一次持续性强冷流降雪过程的成因分析[J]．高原气象， 2008, 27(2): 442-449.

[6] 孙兴池，王文毅，闫丽凤，等． 2005年山东半岛特大暴风雪分析[J]．中国海洋大学学报：自然科学版， 2007, 37(6): 879-884.

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[8] 李宏业, 徐旭然. 冷流低云降雪成因的分析[J]. 气象， 1995, 21(12): 21-24.

[9] 李建华, 崔宜少, 单宝臣. 山东半岛低空冷流降雪分析研究[J]. 气象， 2007, 33(5): 49-55.

责任编辑庞旻

Analyses of Ocean-Effect Snowstorms with Different
Center over Shandong Peninsula

LI Jian-Hua1， CUI Yi-Shao1， YANG Cheng-Fang2

(1.Weihai Meteorological Bureau, Weihai 264200, China; 2.Meteorological Station of Shandong, Jinan 250031, China)

To sum up the spatial distribution character of snowstorms, fourteen ocean-effect snowstorm examples were analyzed based on synoptic chart and the data of automatic weather stations around Bohai Sea. The results show that. Cold vortex at 500 hPa isohypsic chart implies that strong snowfall will occur in Yantai and Weihai area, and if its core is south， snowstorm will occur in Weihai more easily. The trough of low pressure in the west at 500 hPa can lead to snowstorm in Yantai. In contrast, the wider zonal trough in the east leads to snowstorm in Weihai. Snowstorm center lies in Weihai when wind speed of Rongcheng in 700 hPa chart is less than Qingdao, or in Yantai. Obvious persistent north-east wind in west seashore of Liaoning peninsula is observed when snowstorm occurs in Yantai, and no or mussy north-east wind means that snowstorm occurs in Weihai.

ocean-effect snowstorm; snowstorm center; shandong penisula; weather situation

国家自然科学基金项目(41175044)；山东省2012年专项(sdyby2012-10)资助

2014-07-09；

2014-11-03

李建华(1980-)，女，高级工程师。E-mail:jianhua80@126.com

P426.63+4

1672-5174(2015)08-010-09

10.16441/j.cnki.hdxb.20140233