江西婺源3次降雪过程天气系统对比分析

张晓芳，马中元，陈鲍发，黄龙飞，陈 昆

(1.江西省气象科学研究所，330046，南昌;2.婺源县气象局，333200，江西，上饶;3.景德镇市气象局，333000，江西，景德镇)

0 引言

雨雪冰冻天气是江西冬季常出现的气象灾害之一，尤其是当连续发生雨雪冰冻灾害时，对人们的生活与生产有很大的影响。江西最为严重的雨雪冰冻灾害发生在2008年初(1月10日至2月2日)，连续出现了4次冻雨天气过程，主要集中出现在1月中、下旬和2月初，尤其是1月下旬最为严重，带来重大经济损失。因此，雨雪天气持续发生最易出现冰冻天气，而冰冻天气才会产生冰冻灾害。

国内不少专家学者对有关雨雪天气的研究成果较多，例如:马中元[1]等对江西50年来(1959－2008年)共出现102次持续3 d以上的雨雪天气过程，其中包含持续3 d的10站次以上18次冻雨天气过程的形成特征进行分析研究表明:地面冷高压、阻塞高压、副热带高压、南支槽、850 hPa切变线、地面辐合线(准静止锋)、温度锋区、700 hPa急流与湿舌等是雨雪冻雨天气的主要影响系统;雨雪冻雨天气过程都存在逆温层特征，逆温层高度在850～700 hPa间，平均逆温差为4～5℃，最大10℃，同时地面温度在0℃以下或接近0℃;700 hPa高度上有明显的暖湿气流存在，89%的冻雨天气过程与之相关。黄水林[2]等研究指出庐山冰冻灾害的出现主要决定于925～850 hPa层次的温度层结，当层结温度降为0℃以下并伴有较明显降水时，并不一定需要太长时间和明显逆温层的存在庐山就可以出现冰冻灾害。杨青莹[3]等通过诊断分析表明，副热带高压异常偏北，低空西南急流活跃，为南方地区输送了充沛的水汽;中高纬度欧亚地区大气环流经向度偏大，冬季风偏强，导致冷空气势力较强;强冷空气与暖湿气流汇合，加上汇合带的强抬升作用，共同造成了此次南方地区的大范围降雪天气过程。刘畅[4]等分析表明，雨雪天气过程，降水相态多样性和相态转化复杂性是主要特点，表现为同一时刻雨、雪和雨夹雪3种相态共存现象。张俊利[5]等分析湖南暴雪过程的主要影响天气系统为500 hPa高空槽、700 hPa切变线及西南急流、850 hPa切变线。孔照林[6]等通过4 a冬季8次雨雪转化过程中的探空资料和地面降水观测资料进行分析，得到最适合浙江省冬季降水相态识别判据是2 m温度、1000 hPa温度、0℃层高度、850 hPa和1 000 hPa高度差。李进[7]等分析结果表明，500 hPa南支槽、700 hPa和850 hPa切变线，配合700 hPa西南急流，为雨转雪天气过程提供了较好的动力抬升和水汽条件。刘畅[8]等分析表明，暴雪发生前，存在于850～700 hPa冷空气团中的弱下沉运动导致了0℃等温线呈“漏斗状”向下延伸，造成了暴雪区地面气温的骤降，是降水相态由雨迅速转为雪的直接原因。宋丽丽[9]等分析表明，冷空气不断补充促使浅槽加深东移，低空西南急流建立，均为丹东地区暴雪提供有利环流背景和动力、水汽条件;地面倒槽顶部暖切变以及蒙古低压槽前切变是暴雪直接影响系统，尤其是低层逆温层的分析。李鸾[10]等分析表明，降雪前925 hPa左右高度上，风廓线雷达可见东风气流，当东风气流转为西北气流时，降雪天气开始;降雪时低层冷平流，中高层暖平流，逆温结构有助于降雪的发生。郭巧红[11]等分析表明，各种降水相态出现时的地面温度区间范围较大。850～700 hPa有逆温层是降雪的有利条件，700 hPa附近逆温层顶温度在零度以下，云顶高度较高或在925 hPa有强干冷空气楔入时，即使地面温度高于2℃也有可能出现纯雪。夏倩云[12]等指出可以根据探空廓线与0℃等温线相交形成的正、负区面积和两者的交点数，以及地面温度作为降水相态(雨，雨夹雪，雪，冻雨，冰粒)的预测因子。这些研究成果为雨雪天气过程的研究提供了有力的依据。

文中利用MICAPS系统、江西WebGIS雷达拼图平台、单站雨量和雪深等数据，通过对2014年、2016年和2018年江西3次雨雪天气过程的天气系统配置和T－lgP探空图的对比分析，力求得出江西婺源雨雪天气的中尺度天气系统配置，为江西婺源雨雪冰冻天气的预警预报提供参考依据。

1 资料来源与天气实况

1.1 资料来源

雨量、雪深等气象数据来源于婺源国家气象观测站地面实测资料;天气形势中尺度分析和南昌探空图来源于MICAPS系统平台;雷达拼图回波资料来源于江西WebGIS雷达拼图应用平台(http://10.116.32.81/xxzx/qxwebgis/index.php/Index/index)。这个平台集24部雷达，拼图精度为1×1 km，出图时间间隔为10 min，以江西为中心的拼图范围:110E;33N～121E;22N(1 100×1 100 km)矩形，这个范围对监测较大范围的雨雪天气十分有利。

1.2 天气实况

2014年2月9日14:00－10日07:00，受较强冷空气南下和低槽东移影响，婺源县出现了一次小到中雪部分大雪的天气过程(图1(a))。过程总降水量0.7 mm，最大积雪深度0.6 cm，出现了一定程度的积雪和道路结冰。由于婺源观测站无称重式降水仪，降雪期间无法测量雨量，待雪后观测时次进行人工测量。

2016年1月22日05:00－23日07:00，受高空槽、中低层切变、西南急流和强冷空气影响，婺源县出现雨雪天气(图1(b))。22日05:00，普降中到大雪，局部暴雪，23日07:00雪停，天气转好，24－25日受强冷空气影响，气温骤降，极端最低气温分别降至－6.8℃和－10.0℃，并出现严重冰冻天气。

2018年12月30日05:00－31日05:00，受较强冷空气南下和低槽东移影响，婺源县出现一次中到大雪局部暴雪的天气过程(图1(c))。过程总降水量6.2 mm，出现了一定程度的积雪和道路结冰，最大积雪深度5.5 cm。

图1 2014年、2016年和2018年婺源3次降雪天气过程小时要素分布图

由此可见，婺源县地处赣东北区域，这3次降雪过程都造成赣北、赣中北部广大地区出现不同程度的大雪和暴雪。婺源县是在整个赣北区域出现较大面积降雪的情况下出现的降雪，婺源雪深处于全省中等程度，持续时间较长，随着冷空气南下，雨雪天气过程逐渐结束。

2 天气系统配置

2.1 2014年2月8－9日

2014年2月8日20:00(图2(a))，500 hPa低槽为南北向，位于四川－贵州－广西，850 hPa的0℃线南压到赣中，－4℃线位于赣西北边缘。850 hPa有东西向切变线，从贵州南部经湖南伸向赣南，切变线以南有低空西南急流。700 hPa切变线位于长江以北，西南急流从广西西北经湖南中部伸向南昌，江西境内受850 hPa切变线和低空急流的影响，出现大范围降水，长江以北有降雪，雪区南界位于赣西北边缘。9日08:00(图2(b))，高空低槽东移，维持南北向，并移过110°E线，冷空气继续南侵，中低层急流南落，切变线南压，850 hPa的－4℃线南压到12 h前的0℃线位置，沿－4℃线以北，赣西北出现降雪。9日20:00(图2(c))，500 hPa低槽较稳定，700 hPa切变线明显东移南压，降雪区继续南下，赣北、赣中出现明显降雪。

2.2 2016年1月21－22日

2016年1月21日20:00(图2(d))，500 hPa低槽为南北向，位于110°E线附近，850 hPa的0℃南压到赣中，－4℃线位于赣北。850 hPa从两广经赣南伸向浙江有切变线，切变线以南有低空西南急流。700 hPa有东西向切变线，位于湖北中部－安徽中部－长江出海口，24 m/s的西南急流由贵州南部经湘中伸向南昌，江西境内受850 hPa切变线和低空急流的影响，出现大范围降水，长江以北的切变线东段有降雪，雪区东南界位于赣东北边缘。22日08:00(图2(e))，高空低槽稳定，700 hPa切变线由东西向转为东北－西南向，冷空气势力强，0℃线位于赣中南部，－4℃线位于赣北南部，赣北出现大范围降雪。22日20:00(图2(f))，低槽东移，700 hPa切变线附近、冷温槽前的湖南、湖北、安徽大部仍有明显降雪，赣北由于近地层1 000 hPa升至0℃或以上，以雨夹雪或小雨为主，只庐山、婺源等地仍有固态降雪。

2.3 2018年12月29－30日

2018年12月29日20:00(图2(g))，500 hPa低槽位于高原，我国东部地区处于槽前弱脊中，大部地区以多云为主，槽前的云、贵、川有降雪，随着低槽东移，雪区逐渐向东移动。30日08:00(图2(h))，500 hPa低槽移至四川东部至云贵交界处，辐合系统随高度向西偏移明显，700 hPa切变线位于500 hPa槽前3～4个纬距，850 hPa切变线又位于700 hPa切变线以东5～7个纬距，切变线以南有显著的东南气流向赣东北输送水汽。700 hPa急流由广西经湖南伸向赣北、赣中，南昌至长沙有22～24 m/s的急流核，冷空气势力增强，850 hPa的0℃线由赣中南部压至赣南，－4℃线由赣北南压至赣中，850 hPa切变线东段伸至赣东与浙北，进入－4℃线控制范围。受低槽、切变、急流影响，赣北大部出现明显降雪。30日20:00(图2(i))，850 hPa切变线略有北抬，东段伸入赣东北至皖东南，切变线以南的东南气流增强为东南急流，导致切变线上的辐合力量增强，由于此时整个赣北均在－4℃或以下，在切变线附近、急流核附近及左前方的赣西北、赣东北出现大雪，部分地区暴雪。

图2 2014年、2016年和2018年江西3次雨雪天气系统中尺度综合分析图

2.4 天气系统配置概念模型

将3次雨雪天气的天气图数据融合在一起制作平均场，得到江西雨雪天气中尺度系统配置概念模型图(图3)。由于200 hPa急流、500 hPa低槽、700 hPa切变线与急流、850 hPa冷温槽、急流、－4～－8℃温度线与偏东气流的共同影响，形成了江西雨雪天气的概念模型。模型中，850 hPa上的－4～－8℃温度线区域是主要降雪区，温度线走势与雪区分布一致。850 hPa偏东气流遮挡了冷空气的南移速度，使冷空气和降雪在赣北堆积形成暴雪。700 hPa西南急流带来江西中层逆温，为中层暖层维持起到了关键作用。中层暖层及低层“冷垫”是江西雨雪天气产生的有利条件，这种降水相态的垂直温湿结构(冷－暖－冷)表现为700 hPa有逆温存在且湿层深厚，十分有利于江西大雪或暴雪天气的产生与维持。

图3 江西雨雪天气中尺度系统配置概念模型图

由此可见，江西大范围的降雪天气过程，500 hPa均处高空槽前，低槽呈南北向，并随着降雪的发展，低槽明显东移，移至110°E附近时降雪最强。850 hPa和700 hPa切变线、西南急流，为江西雨雪区提供了动力条件并输送水汽和热能，850 hPa切变线附近多为降水，700 hPa切变线附近则为降雪。湖南东部的850 hPa冷温槽，表明冷空气势力强，0℃线横穿江西南部，－4℃线附近及以北－8℃线区域是主要降雪区。700 hPa及以上高空有较强急流，700 hPa可达20 m/s左右、500 hPa可达40 m/s左右、200 hPa可达或接近80 m/s。850～700 hPa存在逆温层，逆温强度达到－4℃左右。当东南沿海有显著东南气流时，江西降雪区在中北部堆积而形成暴雪，当冷空气实力超过偏东气流时，大雪区南压东移。

3 南昌探空T－lgP图

3.1 2014年2月8－9日

2014年2月8日20:00(图4(a))，江西大范围降雪前南昌探空T－lgP图上，1 000 hPa在0℃线附近，有2层逆温，一层出现在1 000～925 hPa，主要表现是随高度增加，气温基本不变，另一层出现在850～750 hPa，气温从－3℃上升至3℃。1 000～700 hPa气温在0℃或以上层，750 hPa气温达3℃。江西境内以降水为主。降雪开始时，2月9日08:00(图4(b))，1 000～700 hPa气温均降至－1℃或以下，逆温现象减弱，主要出现在850～700 hPa，气温从－4℃上升至－1℃。850 hPa气温－4℃，1 000 hPa气温－1℃。500 hPa风速大，降雪前40 m/s，降雪开始26 m/s。冷空气强，降雪开始是850 hPa及以下有较大的东北风，850 hPa东北风10 m/s、925 hPa与1 000 hPa东北风14 m/s。湿层厚，500 hPa以下均为水汽饱和区。2月9日20:00(图4(c))，1 000～700 hPa气温均降至－4℃或以下，850～700 hPa逆温现象增强，气温从－10℃上升至－4℃。850 hPa及以下有较大的东北风，温度曲线与露点曲线贴近上行，500 hPa以下均为水汽饱和区。

3.2 2016年1月21－22日

2016年1月21日20:00(图4(d))，江西大范围降雪前南昌探空T－lgP图上，1 000 hPa在0℃线，有2层逆温，一层出现在925 hPa附近，气温从－4℃上升至－3℃。另一层出现在850～750 hPa，气温从－3℃上升至0℃。925～850 hPa气温－3℃，随高度增加不变。近地面1 021 hPa气温2℃。1 000～700 hPa有气温在0℃线或以上层，1 000 hPa、750 hPa气温0℃，1 021 hPa气温2℃。江西境内以降水为主。降雪开始时，1月22日08:00(图4(e))，1 000～700 hPa气温均降至0℃或以下，逆温现象减弱，主要出现在850～700 hPa，气温从－4℃上升至0℃。850 hPa气温－4℃，1 000 hPa气温降至－1℃。500 hPa风速大，降雪前44 m/s，降雪开始38 m/s。冷空气强，850 hPa以下有较大的东北风，925 hPa与1 000 hPa偏北风10 m/s。湿层厚，500 hPa以下均为水汽饱和区。2016年1月22日20:00(图4(f))，925～700 hPa气温均在－5℃或以下，只是1 000 hPa气温为0℃。800～700 hPa附近有小幅逆温层。

3.3 2018年1月29－30日

2018年1月29日20:00－1月30日20:00，与前2次降雪有明显区别的是，江西大范围降雪前29日20:00层结条件就已达到纯雪要求，1 000～700 hPa气温均在－1℃或以下，只是受槽前弱脊控制，江西没有降水条件。随着低槽东移，江西自西向东转雪。南昌探空T－lgP图上，降雪之前1月29日20:00(图4(g))，700 hPa以下有多层逆温，低层850 hPa等有明显干区，水汽条件差。30日08:00(图4(h))，大范围降雪开始，逆温现象减弱，但仍有2层逆温，1 000～700 hPa气温较前12 h均有下降，降幅在1～4℃，其中850 hPa由－3℃降至－7℃，表明冷空气仍在补充南下，但850 hPa以下的低层东北风要弱于前2次过程，东北风4～8 m/s。低层干区全部转为湿区，水汽饱和区伸至400 hPa以上。30日20:00(图4(i))，700 hPa以下维持逆温层，其中850 hPa－6℃，1 000 hPa降至－3℃，表明冷空气仍在补充南下。

图4 2014年、2016年和2018年江西3次雨雪天气过程南昌探空T－lgP图

3.4 探空层结综合图

将3次雨雪天气的探空数据融合在一起制作平均场，得到江西雨雪天气南昌探空T－lgP综合图(图5)。

图5 江西雨雪天气南昌探空T－lgP综合图

江西雨雪天气探空层结综合图表明，在江西出现大范围固态降雪天气时，其上空的层结有几个重要特征:1)850～700 hPa有逆温层，700 hPa较850 hPa平均高出4～5℃，逆温层中最高气温≦0℃;2)700 hPa及以下气温均在0℃或以下，850 hPa平均可达－5℃，1 000 hPa平均0～－2℃，1 000 hPa以下至地面在0℃附近，1℃以下;3)风场上，850 hPa及以下为偏东风，冷空气侵入，925～1 000 hPa东北风达12 m/s。700 hPa及以上有强盛的西南急流或西南偏西急流，风速700 hPa平均达20 m/s，500 hPa平均达30 m/s，400 hPa平均达40 m/s，高空急流位于200 hPa，急流强度达70～80 m/s;4)400 hPa以下露点线与温度线非常接近，T－Td≦2℃，即中低层水汽呈饱和状态。

由此可见，江西大范围的雨雪天气过程，特别是固态降雪，要求850 hPa降至－4℃或以下，同时1 000～700 hPa气温均要降至0℃或以下，850～700 hPa有逆温层，逆温强度达到－4℃。1 000 hPa及以下的气温对纯雪的形成至关重要，如:气温在1℃以上时则多为小雨;0℃以下时则多为降雪;0℃附近时则雨雪混合。降雪时刻的大气湿层较厚，温度露点线平行上升至400 hPa(7 000 m以上)。850 hPa以下东北风与700 hPa以上西南风形成强烈的切变，这是江西大雪或暴雪的主要动力机制。

3.5 探空层温度分布

表1给出了江西3次雨雪过程的1 000～500 hPa高度上的温度分布，雨雪期间各层温度都在0℃以下，其中700 hPa温度略高于850 hPa，出现逆温层(表1)。1 000 hPa在降雪前可能在0℃以上，降雪出现时在0℃或以下，大雪时达－4℃。850 hPa在降雪时降至－4℃或以下，700 hPa与1 000 hPa气温接近，500 hPa气温在－16～－13℃。

降雪开始时，H700－850在154～155 dagpm，H850－1000在127～129 dagpm，并随着降雪的持续，这些高度差进一步缩小(表略)，与漆梁波[13]统计的降雪判剧基本吻合。

表1 江西3次雨雪天气过程南昌探空站1 000～500 hPa温度T分布表(℃)

4 结论

使用MICAPS系统、单站雨量和雪深等数据，通过对2014年、2016年和2018年江西婺源3次雨雪天气过程的天气系统配置和T－lgP探空图的对比分析，得到以下结果。

1)婺源县地处赣东北区域，这3次降雪过程都造成赣北、赣中北部广大地区出现不同程度的大雪和暴雪。婺源县是在整个赣北区域出现较大面积降雪的情况下出现的降雪，婺源雪深处于全省中等程度，持续时间较长，随着冷空气南下，雨雪天气过程逐渐结束。

2)江西大范围的降雪天气过程，500 hPa均处高空槽前，低槽呈南北向，并随着降雪的发展，低槽明显东移，移至110°E附近时降雪最强。850 hPa和700 hPa切变线、西南急流，为江西雨雪区提供了动力条件并输送水汽和热能，850 hPa切变线附近多为降水，700 hPa切变线附近则为降雪。湖南东部的850 hPa冷温槽，表明冷空气势力强，0℃线横穿江西南部，－4℃附近及以北－8℃区域是主要降雪区。700 hPa及以上高空有较强急流，700 hPa可达20 m/s左右、500 hPa可达40 m/s左右、200 hPa可达或接近80 m/s。850～700 hPa存在逆温层，逆温强度达到－4℃左右。当东南沿海有显著东南气流时，江西降雪区在中北部堆积而形成暴雪，当冷空气实力超过偏东气流时，大雪区南压东移。

3)江西大范围的雨雪天气过程，特别是固态降雪，要求850 hPa降至－4℃或以下，同时1 000～700 hPa气温均要降至0℃或以下，850～700 hPa有逆温层，逆温强度达到－4℃。1 000 hPa及以下的气温对纯雪的形成至关重要，如:气温在1℃以上时则多为小雨;0℃以下时则多为降雪;0℃附近时则雨雪混合。降雪时刻的大气湿层较厚，温度露点线平行上升至400 hPa(7 000 m以上)。850 hPa以下东北风与700 hPa以上西南风形成强烈的切变，这是江西大雪或暴雪的主要动力机制。