青海东部城市群一次弱降雪漏报成因分析

周 琴，谢启玉，李姝彬

西宁市气象台，青海西宁 810006

近几年青海东部城市群冬季降雪天气过程呈现出降水量弱、突发性强、影响大、难预报等特征，导致空漏报的情况逐渐增多，尤其在漏报的情况下这种“突发”性小量级降雪天气引发的道路结冰问题易对城市群的公路交通运输和设施农业等方面造成较大影响，雪后降温也加重了城市的供暖负荷[1-3]。因此，城市降雪天气受到政府、公众和媒体的深度关注。随着数值模式的不断发展，其已成为天气预报不可或缺的重要依据，而预报员对数值模式的依赖性越来越大，由于太过看重数值模式预报结果，又缺乏对模式的检验修正能力，导致模式对中小尺度天气和地形影响下的降水的预报能力较差[4]。

目前，针对青海降雪天气过程有较多研究，其中也得到了一些预报指标，但对易造成空漏报弱降雪天气过程个例研究少[5-6]。弱降水过程没有统一界定标准，由于本研究中77%的站点降水量在0.5 mm及以下，故称为弱降雪过程。为了应对在实际工作中出现的一些空漏报问题，利用MICAPS常规观测资料（包括国家观测站、区域站分钟级数据）和ERA5再分析资料（空间分辨率为0.25°×0.25°），从发展机理、边界层水汽、地形影响等方面详细地研究了此次弱降雪过程，为准确预报冬季青海东部城市群降雪过程提供参考。

1 降雪实况

2020年12月1日上午，青海省东部城市群迎来了一场“意料之外”的降雪天气过程。对于此次降雪天气，11月30日西宁市气象台的预报包括青海省气象台指导预报西宁、海东、海北门源等地无降水。此外，ECMWF数值模式预报高空500 hPa受偏西气流控制，从模式整体分析500 hPa整层湿度条件较差，由于受到这种不利于降水产生的错误指示干扰，导致此次降雪漏报。根据实况监测，07:00左右河谷地区突然开始飘雪，降雪时段在08:00～12:00，区域站（有效）累计降水量在0.1～3.1 mm，其中09:00～10:00降雪站数达到最多。从降水量分布图可以看出，降雪沿着地形的分布特征明显，其中东部河谷一带降水基本在0.3 mm以下，而沿着达坂山附近的降雪时间长、降雪量相对较大，门源部分区域站小时降雪量在1 mm以上。按照地面冷空气及地形影响可以将降水成因分为2类：一是从民和—乐都—平安—西宁一带的湟水河河谷地形降雪，二是从互助西北部—大通—门源一线达板山地形降雪（图1）。

图1 2020年12月1日08:00～12:00青海东部城市群累计降水量分布图

2 背景环境特征

11月30日20:00青海省北部受弱脊控制（500 hPa），北疆地区有一低涡分裂短波槽东移（槽的经向度较小），配合-38℃的冷中心，东部河谷一带为辐散场，温度露点差大于10℃，降雪前期实况水汽条件相对较差。12月1日08:00西宁站以东高空风沿河谷辐散，以西都兰站与西宁站间有弱西北风和西南风的辐合，此时西宁站温度露点差下降至4℃，增湿明显，与上下游站点之间形成明显的湿度差，而降雪集中出现在辐合前的湿舌区内。700 hPa西宁站为东南风，青海东部暖平流明显，西宁站温度露点差0.7℃，水汽饱和度高且与周围大于2℃的站点形成明显的湿度差，因此从700～500 hPa以西宁站为中心的东部地区局地湿度条件好。从上述分析来看，降雪所需要的中低空水汽条件并不是完全无迹可寻。另外，冬季探空逆温层对降雪有一定指示意义，从12月1日08:00西宁探空图可以看出低空逆温层强度强，每4 hPa升温2.6℃，阻碍了热量和水汽的垂直交换，导致低层更加暖湿，高层相对干冷，不稳定能量累积，一旦冷空气进入，逆温层被冲破就易出现降水（图2b）。

从降雪中尺度特征分析来看，12月1日08:00在500 hPa处有一条贯穿青海省的中空急流，降水区位于急流出口区的左侧，说明有辐合上升运动；高空冷平流弱，降水区24 h变温小于-2℃，无显著降温区；从各层湿舌区来看，降雪主要是产生在500 hPa、700 hPa、地面显著湿区的重合区域内（图2a）。地面冷锋08:00已经影响至河谷，并沿着湟水河谷可以分析到多条地面辐合线，有利于降水的产生。

图2 12月1日08:00 500 hPa高空填图叠加中尺度分析（a）、西宁站探空图（b）

3 地面锋生及地形影响

3.1 地面冷锋

从海平面气压场可以看出，青海省东南部受气旋控制，北部巴尔喀什湖以西冷高压不断分裂冷空气南下，青海东北部冷高压强度达到1 030 hPa。冷锋沿着河西走廊一路东移南下，12月1日05:00，冷空气东灌进入湟水河谷的速度变慢，锋后24 h变压值变化较小，西宁最大24 h正变压为0.1 hPa，正变压伴随的降温并不明显，这也是当天早上东部地区温度没有如期降下去的主要原因，但弱冷空气还是沿着河谷西进影响到西宁（未到湟源），冷空气前沿到达时立马产生降水，只是这种影响的局地性十分明显：叠加矢量地形后分析08:00地面图可以看出，沿着河谷地形分析出一条零变压线（黑线），河谷内凡正变压影响处均产生了降水，配合地面比湿均大于2 g/kg，冷空气虽弱但局地影响突出（图3）。11:00河谷内西宁地区24 h最大变压增大至0.5 hPa，海东境内则达2.0 hPa，对应海东降水量也相对较大，之后冷空气强度没有进一步加大，降水趋于结束。降雪过程中门源始终由负变压控制，而实况门源产生降水后，其降水量快速增加，所以门源降雪冷空气贡献小，可重点分析其地形的影响。

图3 地面冷锋移动路径图、08:00地面＞2 g/kg比湿

3.2 地面湿度及风场

冬季降水时青海省东部湟水河谷地内地面比湿一般情况下能达到2 g/kg以上，因此可重点分析地面露点温度差。可以看出从12月1日05:00～08:00是逐渐增湿的过程，由北向南推进，建立了有利的水汽输送通道，每个时次各固定区域站点增湿将近1～2℃，到08:00，实况降雪区域内最小T-Td（温度露点差，下同）为2.5℃，最大T-Td为5.6℃（图4）。另外，可以发现地面冷空气经过河西走廊东灌进入河谷时移动路径上的武威到乌鞘岭始终是一个湿度中心（T-Td的低值区），偏东风作为一支湿平流，对降水区的增湿贡献明显。

图4 12月1日08:00地面自动站风场、露点温度差（白色，单位：℃）及门源地区“山脉壁角效应”示意图

从风场分析发现，直至12月1日02:00地面沿着河谷（乐都—西宁）是偏东风，河谷内无风向交汇，T-Td＞5℃；到05:00西宁、海东境内多个站点由偏东风开始转为偏西风和偏北风，从乐都—西宁、大通—西宁、湟中—西宁形成气旋式辐合流场；08:00，降水已经开始，自动站风向均顺转45°～90°，大通局地、西宁（市区）、平安—乐都形成多个辐合流场并维持，平安和乐都风向形成西西北风和东东南风的180°对吹，到11:00除了互助为偏北风外，其他站风向转回东南风，T-Td＜3℃；11:45河谷基本吹东南风，辐合仅大通和门源地区存在，其降水持续，配合T-Td＜3℃。

3.3 地形影响

图1中南、北2个降雪中心，受地形影响的风场辐合抬升作用产生明显。由于冷空气势力太弱，没能翻越祁连山进入门源，降雪过程中门源站由负变压控制（大通也较弱），但沿达板山附近降水量明显要偏大。过程中地面吹偏东风，11:00前，门源地区以东南气流经大通河流入盆地后受盆地西部山脉阻挡，受地形升高抬升产生降水为主。11:00后由于“壁角效应”产生降水并且维持，关振中[7]提出门源降水与地形关系密切，流经门源的大通河带来局地水汽（地面T-Td在2～5℃可以看出），门源地区西部是大通山余脉，地势西高东低，达板山、大通山、冷龙岭形成门源小盆地，东南气流受西部山脉阻挡，一部分被抬升，一部分沿山脉向南扩散，气流表现为气旋性弯曲，产生正涡度，加强上升气流，对本地降水的发生发展产生增幅作用，而地形的固定存在和局地水汽的维持使得达板山附近降水相对较大且持续较长时间。循化的降雪中心可以看到其境内沿着河谷四周风场形成气旋式的辐合，且降雪期间辐合始终维持，地面的这种持续辐合抬升作用造成较大的地形降水。

4 水汽与动力条件

由12月1日09:00上升运动的分布和水汽辐合来看，500 hPa上在整个青海省东部可以看到明显的上升运动，并存在一强一弱的负速度中心，中心强度最大达到-0.5 Pa/s，虽基本无水汽通量辐合的区域，但从以往降雪的实况分析中，中层的动力条件对降雪的产生起到很显著的作用（图5a）。09:00 700 hPa上整个东部地区有多个水汽通量的辐合中心，并呈西北—东南向沿着湟水河谷分布明显，在海东的化隆、民和辐合中心强度达-0.9×10-7g/(cm2·hPa·s)以上，且从图中代表气流辐合的黑色实线可以看出，09:00～11:00辐合也是自西向东移动，加之从河谷东灌进来的弱冷空气受地形影响下产生了降水（图5b）。

图5 12月1日09:00水汽通量（绿色箭头，单位：g/(cm2·hPa·s)）、水汽通量散度（阴影，单位：10-8 g/(cm2·hPa·s)）和垂直速度（等值线，单位：Pa/s）

5 模式预报能力检验

对比分析检验了ECMWF、CMAGFS、CMA-9 km三家数值模式格点降水预报，ECMWF对此次降雪过程具有一定的可预报性，临近12 h时效内ECMWF预报准确率明显变好，大小预报在0.1～0.5 mm之间，这种情况下预报员根据以往经验进行模式降水消空时需注意12～24 h时效内消空量要控制在0.1～0.2 mm之间，消太多容易造成局地降水天气的漏报，另外，更需关注临近时次模式预报调整变化。CMA-9km模式降水预报参考性在于其降雪量预报比较接近实况，预报稳定性较好，但其落区预报不如ECMWF。CMA-GFS没有预报出此次降雪过程。因此对于此次小雪过程模式并无完全可预报性，只是预报员不能太过关注形势场，应加强模式各类资料的应用。

6 结论

（1）此次过程是一次由地面冷锋过境，低层充沛水汽条件配合中层弱垂直运动，在受地形影响的风场辐合抬升作用下产生的一次弱降雪。

（2）地形影响配合地面弱冷气和低露点温度差能很好地解释从乐都—平安—西宁沿着河谷一带的降水。对于门源地区无冷空气影响情况下出现的降雪天气是由于门源特殊的地理位置受地形山脉作用（地形抬升+壁角效应）明显，也配合有较好的湿度条件，从而使得降雪维持。

（3）对于弱降雪过程，预报着眼点应在于预报员对模式产品的综合分析，寻找共同特征和预报趋势，做预报时不要太过确信对手头资料的判断，不宜轻易下结论。按照预报员的常规预报思路，十分容易漏报此类天气过程，因此对这类“似有非有”过程应多花时间去分析模式和实况加密资料，提高预报准确率。弱冷空气影响下预报时降水的不确定性大，更应加强地面局地水汽的分析，总结指标，及时做好此类天气过程中决策服务而弥补预报的不足。通过对2020年这次降雪过程漏报分析，有利于今后冬春季弱降雪的预报，减少此类降雪天气的漏报对城市交通出运行造成的不利影响。