沈阳桃仙机场一次雨转暴雪天气分析
2018-12-18袁文婧，高光明
袁文婧，高光明
摘要：运用常规气象资料、NECP1°x1°等资料，对2018年3月14日夜间～15日上午桃仙机场的一次雨转暴雪的天气特点、环境场条件、水汽条件、动力条件进行分析，并根据地面温度、露点及温度露点差和中低层的温度对比实况来总结本场相态变化的指标，可为今后做降水相态预报服务提供参考依据。
关键词：暴雪；相态变化；桃仙机场；寒潮
中图分类号： P458 文献标识码： A DOI编号： 10.14025/j.cnki.jlny.2018.24.083
沈阳自2017年11月～2018年2月降雪次数为16次，总降水量为8.9mm，总积雪深度为8cm，但在初春时沈阳出现了一次暴雪过程，并且伴有相态的变化，由于主要降水时段是在午夜之后，对航班并未造成影响，但是早上的积雪深度为12cm，对本场航班放行造成了影响。随着现代化观测系统的建立和数值预报模式的发展，对暴雪的成因近期有大量的研究，对暴雪的认识不断深入。陈爱玉[1]等的研究结果表明，春季暴雪均伴强寒潮而产生，暴雪发生在干湿区交界的湿区一侧。盛春岩[2]等研究表明，暴雪产生在对称不稳定大气中，低空急流促使对流层低层暖湿气流的辐合上升，触发对称不稳定能量释放产生暴雪。而对于雨、雪混合性降水，雨转雪时间及雨和雪量级预报是预报员在实际工作中的难点[3-4]。本文利用常规气象资料，对2018年3月14日～15日沈阳雨转暴雪天气进行分析，为此类天气预报提供参考。
1 降水天气特点
1.1 降水时间短、量级大
2018年3月14日23时25分至15日10时36分本场降水持续11小时11分钟，总降水量11.2mm，积雪深度12cm，达到了暴雪的量级。此次降水出现复杂的相态转化，先是降小雨持续了1小时22分钟；在00时47分转为小雨夹雪，持续了1小时54分钟；在02时41分转为小雪，小雪一共出现在4个时间段，累计持续4小时36分钟，在转小雪后有两个时间段出现了中雪，分别是02时48分～05时27分和05时57分～06时37分，中雪累计持续3小时19分钟。
1.2 寒潮爆发，降温明显
锋面前为降水过程，锋面后为明显的降温。根据观测簿统计，从14日开始气温持续下降，到15 日最高温度下降，从17.3℃下降到1.7℃，下降了15.6℃；最低气温从0.1℃下降到-10℃，下降了10.1℃，平均气温从8℃下降到-2.2℃。下降了10.2℃，24小时气温下降幅度大于10℃，达到了寒潮天气的标准。
2大尺度环流特征和影响系统
2.1 500hPa环流特征
2018年3月14日08时500hPa在欧亚大陆的中高纬度呈两槽一脊形势控制，高压脊位于贝加尔湖的西北地区，东部槽位于中蒙边界地区，西部槽位于乌拉尔山南部地区，沈阳受东部高空槽前的西南气流控制。20时500hpa高空槽东移缓慢，高空槽前西南气流有所加强，风速为28m/s～38m/s，形成了急流核为30m/s～38m/s，沈阳位于急流轴的右前侧（图略）。
2.2 700hpa环流特征
2018年3月14日20时700hPa沈阳位于高空槽前的西南气流控制，槽后冷平流，高空锋区强，槽前的西南风达到，形成了急流核达20～22m/s，沈阳位于槽前西南气流控制区内，同时有暖平流（图略）。
2.3 850hPa 环流特征
2018年3月14日08时，内蒙古的东部與吉林的交界地区存在一个闭合中心，切变线从内蒙古的东部一直延伸到西北地区的北部，沈阳位于暖湿切变的南侧，暖湿输送的暖脊内，同时西南急流从山东半岛的北部，延伸到吉林中部一带，在吉林的这一带处于暖湿切变的辐合区内，沈阳处于西南急流的输送通道内，西南急流核达到了20m/s，强降水出现在偏北气流和偏南急流的交汇处（图略）。
3 水汽条件分析
充沛的水汽是产生暴雪的重要条件，从3 月14 日08 时沈阳开始受西南暖湿气流影响，随后低压暖倒槽前西南急流发展东移北上。
3.1 相对湿度
分析沈阳的相对湿度及风场的时间剖面图，3月14日20时前相对湿度大值区主要位于900hpa～700hpa，随着西南暖湿气流的增强，相对湿度迅速增大，并向上向下发展，对流层整层饱和时段与强降雪时段是对应的（图略）。
3.2 温度露点差
随着冷空气的南压及对流的发展，锋区上温度露点差减小，从3月14日20时沈阳上、中、下三层达到了饱和，500hpa～850hpa从上到下都是高湿区，温度露点差：500hpa为1℃，700hpa为1.6，850hpa为1.2hpa，三层温度露点差之和为3.8℃，均小于4℃，说明此次暴雪天气的水汽条件非常好（表略）。
3.3水汽通量和水汽通量散度
水汽输送和辐合的强度决定降水量的大小，分析850hpa逐6小时的水汽通量和水汽通量散度演变可知，雨转暴雪过程为强烈的水汽输送和强辐合，14日20时水汽通量为6×10-2g/（cm.hpa.s），东强西弱，并有较强的水汽辐合，沈阳处于-20×10-7g/（s.cm）的强辐合区内。
综合以上三点，相对湿度、温度露点差、水汽通量和水汽通量散度综合表明：在降雪前期该区的水汽条件是相当充足的。
4 动力机制分析
4.1散度场和涡度场分析
沿散度场的经向垂直剖面图（见图1）3 月14 日20时，在沈阳地区从1000hPa～750hPa低层有较宽广的辐合区，负散度中心值达-8×10-5s-1，15 日02 时随着低层有北方冷空气入侵，这个辐合区受到挤压与抬升。高层有深厚的辐散区，并且强于低层辐合，形成了很强的“抽气机”效应，使得暖湿空气在抽吸的作用下上升。低层辐合、高层辐散是雨转暴雪形成的有利动力条件。
相应的沿41.8°N涡度垂直剖面图（见图2）14日20时，沈阳地区从1000hPa～400hPa为正涡度区，正涡度中心位于900Hpa～800hpa中心值达12×10-5s-1，15日02时，沈阳上空正涡度中心上移至850hPa～750hPa，正涡度区东移并且挤压，高空的负涡度区变大，配合低层辐合，高层辐散产生上升运动。
4.2垂直运动分析
垂直运动使大气中的能量转换得以实现，同时大气中的水汽凝结和降水过程也与上升运动有着密切联系，垂直运动会引起水汽、热量、动量、涡度等的垂直输送，对天气系统发生发展有着很大影响。
从3月14日14 时（见图3）～15日02 时的各层垂直速度场上，分析沿垂直速度经向剖面图，121～125E为上升气流，并与辽西的下沉气流之间形成一个气旋式环流，对应一个强上升区处于1000～350hpa，最大值为-1pa/s；西部下沉区在117～121°E，最大值为0.3pa/s。这种暴雪前期的垂直环流形势，说明辽宁中东部处于比较强的暖区内。大气抬升形势明显，为后期的暴雪产生积聚能量，而西部的下沉气流相对较弱，说明冷空气主体还没有完全侵入，势力不强。
14日20时随着冷空气的累积，辽西的下沉气流明显增强并发展到整层，同时沈阳上空的上升气流加强，更加剧烈，最大值达-1.5pa/s。此时，东部山区的上升速度减弱，使得辽宁中部都处于狭管效应的抬升过程中，致使当日产生暴雪，东部山区的垂直环流由强上升转为整层的几乎没有垂直变化，可能是当时气旋已经入海，气旋强大而深厚的系统把北日本海的冷空气带入，阻止了西南方向暖湿空气从辽宁中南部的继续东移，为暴雪的产生创造了条件。
5雨转暴雪成因分析（降水相态变化的影响）
5.1前期温度分析
这次强降雪过程是由于西西伯利亚强冷空气东移南下与江淮气旋东侧暖湿气流在东北地区相遇而形成的，西西伯利亚东移南下的强冷空气是形成这次暴雪的一个重要条件。冷空气到达前，沈阳地区地面为暖舌控制，气温迅猛回升。从3 月12日开始日平均气温上升10℃，如此高温为沈阳地区本次降水过程积累了强大动力和能量来源，也是本次降水过程开始是降雨的原因，也为降雪过后大幅度降温创造了条件。
5.2降水相态变化的预报指标
5.2.1中低空温度层变化 尤凤春[3]指出常用传统的850hpa温度判别降水相态。具体指标是：当T850hpa>-2℃时预报有雨；当T850hpa<-4℃时预报降雪；当-4℃≤T850hpa≤-2℃时报雨夹雪。
3月14日08时～3月16日02时，沈阳（41.8°N，123.43°E）上空温度及垂直风场的时间剖面图，在3月14日20时之前，700hpa以上为偏西气流控制，温度变化很小，700hpa以下为西南气流控制为暖平流，因此降水初期为雨，20时地面冷锋过境同时沈阳上空中低层为辐散的，因此冷空气扩散在22时开始0℃线明显的开始下降，23时30分本场开始降雨，此时T850hpa>-2℃，随后-2℃线也开始下降，在15日00时-2℃线下降到850hpa，同时-4℃的高度也开始下降，因此随后本场转为雨夹雪，随着850hpa高空槽的过境，冷空气加强，02时-4℃线降至850hpa，随后本场转为雪（图略）。
综上由降水相态变化的实况及预报指标的对比分析，此指标与本次降水相态变化吻合，但这是一次特例，还是适合本场的指标需要大量的天气过程进行校验分析。
5.2.2 地面温度、露点预报指标 表1为降雪相态转换期间的地面温度、露点、温度露点差的数据，对比实况23：25出现小雨，00：47转小雨夹雪，02：41转小雪。这三个时间点总结本次降水过程与以上的指标不符，因此总结下本次降水过程的指标如下：降雨：T≥1℃，T-Td≥1.6℃；降雪：T≤0℃，T-Td<1℃；雨夹雪：0℃ 该指标只适用于地面数据，因为雨夹雪的地面温度与雨和雪有重复的地方，并且由地面露点也很难区分，所以单独使用地面要素判别指标还有局限性，存在不好判别的情况，因此要结合地面和高空的温度进行判别，准确度会更高。 6结论与讨论 本次降水过程发生在欧亚大陆的中高纬度呈两槽一脊形势控制，贝加尔湖高压脊前西北气流诱导冷空气南下导致沈阳寒潮天气爆发；高空槽前西南暖湿气流北上，与南下冷空气在沈阳交汇，导致沈阳出现暴雪天气。 此次降雪为500hpa高空槽、700hpa切边、低空和地面气旋的共同作用形成，可以说高低空及地面配置对降雪是极为有利的。 本次暴雪的产生有充足的水汽条件，高空西南急流和地面江淮气旋的发展为沈阳降雪带来了充足的水汽条件。高空急流和低空切边为大气能量提供了很好的动力和能量来源，是产生大量级降水的良好前提条件。 降水相态的变化要结合地面温度指标：降雨：T≥1℃，T-Td≥1.6℃；降雪：T≤0℃，T-Td<1℃；雨夹雪：0℃ 参考文献 [1]陈爱玉，李存龙，陈新春.春、冬季暴雪成因对比分析[J].气象，2005，31（11）：37-39. [2]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（03）：33-37. [3]尤凤春，郭丽霞，史印山，等.北京降水相态判别指标及检验[J].气象与环境学报，2013，29（05）：49-54. [4]張琳娜，郭锐，曾剑，等.北京地区冬季降水相态的识别判据研究[J].高原气象，2013，32（06）：1780-1786. 作者简介：袁文婧，本科学历，助理工程师，研究方向：航空气象保障和科研。
