2016年湖州地区两次降雪过程对比分析

周之栩 尹浩 向华

(湖州市气象局,浙江 湖州 313005)

0 引 言

湖州市地处长江下游地区,位于南北气候过渡带,冬季冷、暖空气交汇显著,近年来多次出现连续降雪过程,降雪的物理成因非常复杂,降雪的性质也不尽相同,有干、湿雪之分。不同性质的降雪过程引发的灾害不同:干雪过程中由于雪花不易融化,黏性小,易造成地面积雪,影响交通;湿雪则由于含水量高、雪压大、黏性强,容易形成电线积冰及道路结冰等冰雪灾害。因此,对湖州市的干、湿雪过程进行对比分析,对于防范冰雪灾害具有重要意义。

关于浙江省的降雪机理,国内有很多学者进行了相关研究。如黄新晴等[1]对浙江省2008年1—2月连续性暴雪过程诊断分析表明,中高层强烈暖湿辐合上升运动、南海和孟加拉湾的水汽输送和低层强烈降温是暴雪的主要原因;沈玉伟[2]等对浙江2010年冬季两次强降雪过程的分析认为,水汽通量大值区的演变与降雪过程有较好的对应关系;周玲丽等[3]研究了对流层高层的正涡度输送对降雪强度的影响。上述研究多侧重于浙江降雪强度和落区机理研究,对于引发不同性质降雪的天气系统、环境场特征等目前尚未进行分析。

关于干、湿雪特征对比,国内外一些学者进行了相关研究。如Paterson[4]和Goodison[5]指出,新降干雪的平均密度约为100 kg·m-3,新降湿雪的平均密度约为100～200 kg·m-3;国内马丽娟等[6]通过分析得出中国年平均积雪深度、雪雨比值和积雪密度分别为:0.49 cm,0.7 cm·mm-1和0.14 g·cm-3;杨棍等[7]对我国不同地区的雪深增量和雨雪量比值进行了分析,指出雪雨比值平均值在0.79 cm·mm-1左右,具有明显的地域差异,北方地区比值波动较小,在1～1.15 cm·mm-1,以干雪为主;南方地区比值波动较大,大多<1 cm·mm-1,以湿雪为主。但上述研究多局限于干、湿雪的物理特征等,对于造成干、湿雪天气过程的特点及预报要点目前研究较少。

本文利用Micaps观测资料、NCEP再分析资料及风廓线资料对湖州地区2016年1月20日湿雪过程(简称120过程)与1月31—2月1日干雪过程(简称131过程)进行对比分析,旨在找出两类降雪过程的天气形势和环境场特征的区别,提高预报员对两类降雪的机理认识,为今后做好降雪预报和预警服务提供参考。根据湖州市本地降雪特征,规定若雪雨比值>1 cm·mm-1则为干雪,若雪雨比值<1 cm·mm-1则为湿雪。

1 两次降雪过程概况

120过程从1月20日15时一直持续到21日23时。受北方强冷空气影响,20日15时左右湖州地区自西南向东北开始出现降雪,傍晚到次日8时左右湖州地区已出现较明显积雪,平原小到中雪,山区中到大雪,积雪深度平原一般为2～5 cm,山区6～9 cm,雪量为4～7 mm,雪雨比值一直<1 cm·mm-1,湖州站雪雨比值只有0.36 cm·mm-1(见表1)。下午15时后,降雪强度逐渐减弱,湖州、长兴维持雨夹雪,安吉、德清以小雪为主,23时后全市的雨雪天气基本结束。本次降雪是湖州市入冬以来第一场明显降雪,预报难度较大,对交通带来较大影响。

表1 湖州站两次过程雪量、雪深、雪雨比值

131过程从1月31日14时开始到2月1日7时左右结束。降雪开始于皖南,逐渐东移,至1日2时平原普降中雪,山区中到大雪,积雪深度平原一般为2～3 cm,山区4～7 cm,雪量为1～2 mm,雪雨比值>1 cm·mm-1,其中湖州站雪雨比值为1.11 cm·mm-1(见表1)。本次降雪过程持续时间短,但雪后气温下降,出现明显道路结冰现象,对春运交通带来极大影响。

2 天气形势对比分析

如图1a,在1月20日08时天气形势中,500 hPa华西—华南地区为宽广的槽区,江淮地区受西北偏西气流控制,江南大部受南支槽前西南偏西气流影响;700 hPa江西至浙江一带出现12～16 m/s的西南急流,850 hPa皖南到浙北一带形成暖式切变线,切变线南侧南风气流与温度线交角接近垂直,同时皖南附近有明显的暖脊存在,表明该区域暖平流输送显著。20日20时(图略),500 hPa南支槽进一步东移,700 hPa浙江一带西南急流进一步增强,达14～18 m/s,随着弱冷空气的进一步南下,冷暖空气交绥显著,21日上午降雪明显,21日20时后,850 hPa以下江苏南部、浙江北部逐渐转为偏北气流,700西南急流明显转弱,本次降雪过程也逐渐结束。

图1 2016年1月20日08时(a)和1月31日08时(b)500 hPa高度场、850 hPa温度场、850 hPa切变(黑色双实线)及风场、700 hPa急流,500 hPa槽线

如图1b,131过程主要影响系统为500 hPa短波槽、东北冷涡以及850 hPa切变线。1月31日08时,500 hPa中高纬为两槽一脊,东北地区受冷涡控制,其东移过程中后部偏北气流引导冷空气南下,700 hPa江西至浙江一带维持10～12 m/s的西南气流;850 hPa上,江苏南部至浙江北部一带为偏北气流,气流与温度线几乎成垂直交角,冷平流向南输送十分显著,0 ℃线已压至浙江中部,低层形成深厚冷垫;与此同时,中低纬地区南支系统十分活跃,不断分裂短波槽东移,850 hPa形成冷式切变线,700 hPa西南暖湿气流在深厚冷垫上爬升,也为降雪提供了有利的动力条件;由于500 hPa不断有短波槽东移,西南暖湿气流势力较弱,因此降雪持续时短,积雪深度不大。

3 水汽条件对比分析

120过程水汽来源于700 hPa西南急流和850 hPa西南气流。1月20日08时700 hPa有18 g·cm-1·hPa-1·s-1的水汽通量大值中心,从广东至江西南部向浙北输送,浙北此时的水汽通量为2 g·cm-1·hPa-1·s-1,至21日02时浙北地区的水汽通量已达8 g·cm-1·hPa-1·s-1(如图2a),700 hPa强劲的西南暖湿气流是该过程水汽输送的重要来源;850 hPa 08时在湖南、江西、浙北一带有暖切维持,浙北地区为西南气流,该气流也为浙北提供了一条水汽输送带,至21日02时850 hPa浙北地区的水汽通量从0.3 g·cm-1·hPa-1·s-1增加至2 g·cm-1·hPa-1·s-1(图2b),700 hPa和850 hPa两支水汽输送通道为降雪发生提供了充足的水汽。

图2 2016年1月21日02时700 hPa(a)和850 hPa(b)、1月31日14时700 hPa(c)和850 hPa(d)水汽通量分布及风场图

131过程水汽主要来源于700 hPa西南暖湿气流。31日08时,700 hPa湖南—广西一带有水汽通量大值中心,但由于偏西偏南,该条水汽输送带对浙北的水汽输送强度较弱,整个过程中浙北地区的水汽通量为4 g·cm-1·hPa-1·s-1以下(图2c),850 hPa浙北内陆虽然也是东南气流(图2d),但在20时后逐渐转为了偏北气流,整个水汽通道并没有持续性,导致浙北地区基本为一相对干区,水汽通量值<0.2 g·cm-1·hPa-1·s-1。

4 动力条件

如图3a,20日08—10时500 m以下为偏南气流,随高度逆转,有浅薄的冷平流存在,500 m～1500 m(850 hPa)为东南气流,高层偏西风,同时风向随高度顺转,有暖平流,10时开始1000 m以下开始转为东北风,1500 m(850 hPa)以上西南风明显增强,3000 m(700 hPa)的风速达到14 m/s,之后西南急流不断加强,21日02时左右,3000 m(700 hPa)从西南急流逐渐转为了西北气流,而高空仍维持偏西气流,表明冷平流开始侵入,同时3000 m(700 hPa)以下仍为暖平流影响,导致冷暖交汇,降雪进一步加强,08时以后1500 m(850 hPa)到3000 m(700 hPa)都转为冷平流控制,降雪逐渐减弱,20时后3000 m(700 hPa)以下转为冷平流,降雪过程基本结束。从垂直速度图(图4a)也可看到,20日08时700 hPa以下基本为弱上升气流控制,随着暖湿气流的东移加强,至20时湖州地区上空转为了较强的上升气流,700 hPa达-0.8 Pa/s,21日02时随着中层冷平流的影响,冷暖交汇,促进了上升气流的发展,700 hPa形成了-1.6 Pa/s的辐合中心,500 hPa以下都维持着深厚的上升气流,随着冷平流的不断南下扩散,至21日20时500 hPa以下逐渐转为了下沉气流。

图3 2016年1月20日08时—21日20时(a)和2016年1月31日08时—2月1日08时(b)湖州站风廓线图

如图3b,31日08—13时,1500 m(850 hPa)以下维持东北风,以上为东南或西南风,3000 m(700 hPa)的西南气流速度为10～12 m/s,风向随高度顺转,整层大气有暖平流维持,14时后1500(850 hPa)～3000 m(700 hPa)风向随高度逆转,有冷平流侵入,16时后3500 m以下都为冷平流控制,3500 m以上为暖平流,这时湖州地区出现降雪,随着冷平流的进一步南下,22时后由于整层大气(可观测高度)都被干冷空气控制,系统处于减弱阶段,降雪也逐渐减小;2月1日00:00以后,1500 m以上已经没有探测记录,降雪趋于结束。从垂直速度图(图4b)也可见,31日08时湖州上空整层大气均为弱下沉气流,700 hPa为0.4 Pa/s左右,14时随着中层冷平流的侵入,促进了中层上升气流的发展,700 hPa～850 hPa形成-0.8 Pa/s的辐合上升中心,但850 hPa以下仍维持着下沉气流,31日20时后随着冷空气的进一步南下,500 hPa以下都转为了下沉气流。

图4 2016年1月21日02时(a)和2016年1月31日14时 (b)沿120°垂直速度剖面图

5 结 语

通过对2016年1月20日湿雪过程和1月31日干雪过程的水汽、动力条件进行对比分析,揭示了干、湿雪过程的主要区别如下:1)湿雪过程中,低层冷垫浅薄、700 hPa急流强盛、水汽输送通道多,水汽条件好,上升运动显著,雪量大,但雪深并不一定很深;2)干雪过程中,低层冷垫深厚、700 hPa暖湿气流较弱、水汽输送通道单一,850 hPa以下多干冷平流,上升运动较弱,降雪以纯雪为主。

虽然对两次降雪过程中的微物理过程进行了分析,对预报服务有一定的参考作用,但由于个例较少,仍需在今后的工作中进一步完善。