两次罕见强降雪天气过程的物理量场对比分析

2017-05-30王宇亮李红梅靳英燕高洁

科技风 2017年22期

王宇亮李红梅靳英燕高洁

DOI：10.19392/j.cnki.16717341.201722080

摘要：利用常规气象观测资料和NCEP/NCAR再分析资料（2.5°×2.5°），对比分析了陕西地区2006年1月35日和2009年11月1012日发生的罕见暴雪天气过程的物理量场特征。结果表明：

冷性阶梯槽及西南涡加深是主要天气形势，后部西北路冷空气的补充加强，为其产生提供触发机制；散度诊断表明，多重辐散辐合结构有利于抽吸运动，使上升运动加强，强烈的上升气流运动为强降雪的产生提供动力条件；双辐合辐散结构的水汽通量散度配置为强降雪的出现提供有力水汽输送条件，对降雪强度分析具有指示作用。

关键词：强降雪；诊断分析；双辐合辐散；物理量对比

2006年1月35日和2009年11月10日12日，陕西省分别出现了罕见的大范围降雪降温灾害性天气过程。其中，2006年1月4日08时至5日08时关中出现暴雪，长安站降雪量级为15.7mm，2009年11日08时至12日08时，陕北和关中出现暴雪，三原站达到23.5mm[1]。强降雪给航空运输、城市交通产生严重影响，2006年的强降雪使西安市发生较大交通事故21起，2009年的暴雪使西安咸阳国际机场两次关闭，有超过7000名旅客被迫滞留机场，八十多个航班延误或取消。

关于强降雪，胡中明[2]、赵桂香[3]、王文[4]等对东北华北等地区条件性对称不稳定的暴雪触发机制、涡度变率强度的先兆意义等进行了相关研究。但是陕西的强降雪因出现频次低而研究较少，本文利用常规气象观测资料和NCEP/NCAR再分析资料（2.5°×2.5°），通过对2006年和2009年发生在陕西区域罕见的两次强降雪进行物理量动力学诊断分析，为强降雪天气过程提供预警和分析动力学物理量指标，以期提高精准预报水平和服务质量。

1 天气尺度背景对比分析

2006年1月3日20时500hPa环流表明（图略），贝加尔湖以西有横槽存在，横槽底部分裂的小槽引导弱冷空气向东南方向移动。700850hPa关中地区是东部的暖湿气流、来自东北方向的冷湿气流和自西北向东南移动弱冷空气的交汇带。2009年11月11日500hPa平均环流形势显示贝加尔湖以西至新疆高空冷性槽东移，同时河套及陕南西部南支暖槽发展，形成较明显“阶梯槽”结构[5]，且有冷空气注入，为快速东移创造条件。850hPa东北回灌冷空气与西北冷性空气在河套形成锢囚锋，与西南暖湿气流在关中上空交汇，造成大到暴雪。可以看到，两次强降雪的冷空气影响路径相似，均形成阶梯槽，区别在于2009年冷空相对较强且其后有不断注入，在地面形成明显的锢囚锋。

2 物理量场对比分析

2.1 散度场对比分析

2006年1月3日20时，强降雪区上空（109°E附近）700hPa以下为辐合区，最强辐合在850hPa，中心值约2×105s1，500300hPa为辐散区，中心值约为4×105s1，4日08时（图1a），在强降雪区上方600hPa高度以下及300150hPa为辐合区且辐合强度增强，700900hPa高度层有辐合中心，其值约为2×105s1，300150hPa的辐合中心最大值1×105s1，600300hPa及150100hPa为辐散区，中心最大值约为2×105s1，可以发现其垂直方向结构上表现出辐合辐散再辐合再辐散的双层散度结构。

2009年11月11日12时沿108°E的散度物理量垂直结构图（图1b），自地表至925hPa高度陕西为相对较弱的正散度区，表明有冷性空气先从东北回流至关中，形成弱反气旋结构。925400hPa为强负散度区，其中心位于600hPa，值约为17.9×106s1；400hPa上方转为正散度区，辐散较明显。形成“近地面弱性辐散—中层辐合—高层强性辐散”结构。

对比两次过程的散度物理量垂直剖面图，可以看到均形成了多重辐散辐合的垂直结构，这样的环流配置有利于抽吸运动，使得上升运动不断加强。

2.2 垂直速度

垂直速度促使实现大气能量转换，同时促进水汽凝结。强降雪与气流上升密切关联，垂直交换可以引起水汽、动量、热量等输送，对转折性天气的发生和发展有较大影响[6]。

2006年1月3日20时，强降雪区上空上升运行主要发生300hPa以下，最大速度位于600500hPa之间，为3×103hPa/s，4日08时（图2a），强降雪区上空整层均为上升运动，最大值位于600500hPa，量值增大到4.5×103hPa/s。2009年11月11日12时（图2b）垂直速度在陕西上空自地面至高空均为负值，其中850hPa以上上升運动强烈，在400hPa达到峰值，约为8.1×103hPa/s。

可以看到，两次强降雪强烈的气流上升运动为其产生提供了强大的动力条件。细致分析最大值出现的高度，不难看出2009年强降雪垂直速度最大值出现的高度较2006年略高，且强度大，这也是造成2009年暴雪强度大的致因原因之一。

2.3 水汽通量散度

2006年1月3日08时，西安地区700hPa以下水汽通量散度均为辐合，量值在850hPa达到最大，为4×107g/（s*hPa*cm2），4日08时水汽辐合上升到500hPa附近，2个辐合中心分别在850hPa和700hPa，暴雪区水汽通量散度量值达6×107g/（s*hPa*cm2）（图3a），850hPa和700hPa水汽辐合表明低层高压底部偏东气流带来的水汽是西安地区强降雪的贡献者。

沿34°E作垂直分析不难看出2009年11月11日20时关中地区水汽通量散度自地表至925hPa为辐合区，中心强度达1.78×107g/（s*hPa*cm2），925850hPa为辐散区，其上方至500hPa辐合，之上又转变为辐散区（图3b）。这种双层辐合辐散结构[7]再结合高气压底部的偏东方向气流为强降雪的产生提供强有力水汽输送条件。

对比两次强降雪过程，可以看到双辐合辐散结构的水汽通量散度配置为强降雪的出现提供了强有力的水汽条件，这是2009年暴雪强度较大的又一致因原因。

3 结论

（1）高空“阶梯槽”引导下的冷性空气不断东移南下，及西南涡的加深是造成这两次强降雪的主要天气形势，后部西北路冷空气的补充加强，为其产生提供触发机制。700hPa和850hPa东南暖湿气流和东北冷性回流为暴雪提供了充足水汽。

（2）对比两次过程的散度垂直分布，“多重辐散辐合”的垂直结构有利于抽吸运动，使上升运动加强。同时，2009年双辐合辐散结构的水汽通量散度配置为强降雪的出现提供强有力水汽输送条件，是较2006年暴雪强度大的原因之一，对于降雪强度分析具有指示作用。

（3）强烈的上升气流运动为强降雪的产生提供动力条件。2009年强降雪垂直速度最大值出现的高度较2006年略高，且强度大，这也是造成2009年暴雪强度大的致因原因之一。但是，垂直高度最大值出现的高度以及与之配合的强度阈值还有待通过实例进一步研究。

参考文献：

[1]梁娟.罕见暴雪普降陕西西安积雪达16厘米.新华网20091113.

[2]胡中明，等.我国东北地区暴雪形成机理的个例研究[J].南京气象学院学报， 2005，28（5）：679684.

[3]赵桂香，等.“04.12”华北大到暴雪过程切变线的动力诊断[J].高原气象，2007，26（3）：615623.

[4]张广周，等.一次暴雪天气的数值模拟及诊断分析[J].气象，2008，34（9）：6572.

[5]许可欣，等.辽宁“0703”暴雪天气过程的诊断分析和物理机制研究[C].第26届中国气象学会年会灾害天气事件的预警、预报及防灾减灾分会场论文集，2009：15671595.

[6]陈传雷，等.2007年3月35日遼宁特大暴雪过程物理量诊断分析[J].气象与环境学报，2007（5）：1927.