一次雨雪天气过程成因分析

2022-10-01董疆南马鸿青

农业灾害研究 2022年8期

李琛，董疆南，马鸿青

保定市气象局，河北保定 071000

华北地区暴雪灾害主要发生在初冬、初春的过渡季节[1]。河北省过渡季节较大范围的降水天气近30%与回流有关，华北回流是指冷空气从东北平原南下，经过渤海以偏东路径侵入华北平原[2]。由于气温变化明显，降水相态容易出现转变，严重影响交通运输以及工农业生产，造成大量经济及财产损失，给正常人民群众的生产、生活带来巨大的负面影响[3-4]。近年来，许多气象专家对华北暴雪发生、发展的物理机制及回流冷空气性质等方面开展了大量工作。时青格等[5]对2009年11月10—12日河北省一次暴雪天气进行分析，发现中低层存在较强的垂直上升运动，暖空气被冷空气抬升是暴雪发生的动力机制。张守保等[6]对华北回流天气的特征进行了分析，结果表明：华北回流性质是干冷的，回流降水过程的水汽伴随中层的西南气流来自南方，并且在强降水时段出现前常伴有区域性的冷平流层。另外，降水相态也是预报的重点之一，张迎新等[7-8]通过分析多次雨雪转换过程总结出雨雪转换指标。

选取了2021年11月6—7日河北省保定市出现的一次雨雪天气过程，从环流形势、降水相态转换、物理量场等多角度深入分析，探讨了此次雨雪过程的成因。

1 雨雪天气实况

2021年11月6—7日，保定迎来一次雨雪天气，6日白天降水以雨为主，受冷空气的影响，涞源在6日17:00～18:00发生雨转雪，涿州、阜平、高碑店在6日21:00左右陆续转雪。至7日01:00左右，全市降水相态基本为纯雪。此次过程降水分布不均，全市大部分地区的过程降水量为中到大雨转大雪，涞源为大暴雪，全市平均降水量33.8 mm，望都最大，为51.6 mm。全市均有积雪，最大积雪深度10 cm。

2 环流背景分析

2.1 500 hPa环流形势

11月6日08:00，亚欧大陆上空500 hPa呈两槽一脊形势，我国内蒙古西部至青海有一高空槽，温度槽落后于高度槽，槽后有明显冷平流。随着系统东移，槽不断加深，6日20:00东移至甘肃东部、内蒙古中西部一带，并且切断出闭合温度中心，中心值-32℃，温度槽仍落后于高度槽，此时河北位于槽前，西南气流发展旺盛。7日08:00高空槽继续加强东移至陕西一带，切断出闭合低压中心，中心值548 dagpm，保定位于低涡东侧，西南气流旺盛，受其影响，保定地区出现了大范围雨雪天气。7日20:00，500 hPa高空槽移至我省中部地区，保定地区逐渐转为西北气流控制，降水基本结束（图1a）。

2.2 700 hPa环流形势

6日08:00，700 hPa有一低槽在蒙古地区并逐渐南压，西部地区存在一冷中心，等温度线与等位势高度线交角接近垂直，冷平流较强。6日20:00，低槽转为南北向从内蒙古延伸至我省，东南侧有西南急流输送水汽，此时保定受偏南气流控制。6日夜间，700 hPa槽东移至河北中部，冷中心东移至河套地区，等温线较密集（图1b）。

2.3 850 hPa环流形势

6日08:00，850 hPa河北处在大陆高压和海上高压之间，河北北部也有东北—西南向切变线配合，保定主要受偏南气流控制，锋区明显，等温线密集，风向和等温线近乎垂直，冷平流较强。6日夜间，850 hPa切变线移至河北南部，锋区南压，冷平流明显，保定逐渐转为偏北气流控制，使得中层暖湿空气在冷垫上爬升，为典型的华北回流形势，随着850 hPa温度降至-4℃以下，保定地区转雪（图1c）。

2.4 地面形势

6日08:00，高压位于蒙古国境内，冷锋自东北向南移动。随着蒙古冷高压不断发展加强，6日20:00，冷高压中心强度达1 052.5 hPa。夜间，冷高压进一步加强至1 055 hPa，保定处于锋后，降温明显，偏东路径冷空气自北向南影响保定地区，为雨转雪提供良好的层结条件，保定自北向南逐渐转为降雪天气（图1d）。

图1 2021年11月6日08:00 位势高度场（实线，单位：dagpm）、温度场（虚线，单位：℃）、风场（风羽，单位：m/s）

3 降水相态转换成因分析——温度平流

受切变线和地面冷锋前暖区影响，6日14:00保定地区上空仍为暖平流，白天降水以雨为主（图2a）。随着锋区南压，冷空气入侵，保定西北部地区850 hPa温度开始明显下降，涞源在6日17:00～18:00降至-4℃以下并发生雨转雪。6日20:00前后，850 hPa保定北部锋区附近存在东南气流和东北气流的明显辐合，冷空气在东北部交汇，并且有一部分从保定北部南下，低层逐渐转为偏北风，中层暖湿空气在低层冷垫上爬升，造成涿州和高阳先于平原其他地区出现相态转换，开始形成大范围的雨雪天气（图2b）。

图2 6日14:00（a）、20:00（b）850 hPa风场—温度平流

利用ERA5资料分析温度平流（图3），从经向温度平流来看，北部一股冷空气东移南下，对应地面冷锋，与温度场的冷中心也正好对应，温度明显下降，6日22:00向东北方向伸出一暖舌，为西南—东北向暖舌，使得中部地区温度较高，转雪时间相对较慢。另外，低层暖舌的存在为大(暴)雪的形成提供了较好的热力条件。

图3 6日22:00沿115°E的温度平流垂直剖面图

4 物理量诊断分析

4.1 水汽条件

4.1.1 比湿由于前期受地面辐合的影响，有连续的大雾天气，近地层湿度较大，保定地区的水汽含量比较丰富。加之来自海面上的东南气流输送水汽，6日14:00即降水开始时850 hPa比湿达到6～7 g/kg，低层水汽充足（图4a）。到20:00，700 hPa西南急流建立，比湿维持在4～6 g/kg，南部仍然在7 g/kg左右（图4b），这也有利于19:00～20:00南部的强降水发生，充足的水汽为雨雪天气的维持提供了条件。

图4 6日14:00（a）、20:00（b）850 hPa风场—比湿场

4.1.2 水汽通量及水汽通量散度降水开始时，850 hPa有一水汽通量散度大值区，低层存在着较好的水汽输送。随着各站转为降雪并且强度减弱后，低层水汽条件变差，850 hPa上的水汽通量散度大值区向东南方向移动。但从700 hPa来看，受西南急流影响，6日20:00在700 hPa仍有一大值中心。与700 hPa水汽通量散度配合来看，有一负值区位于保定北部，说明700 hPa水汽辐合条件良好，形成了东北—西南向的水汽通道。随着切变线向东南移动，7日白天，负值中心和水汽通量大值区均自西北向东南移出保定地区，降水逐渐减弱（图5）。

图5 6日20:00 700 hPa风场—水汽通量（a）、风场—水汽通量散度（b）

4.2 动力条件

4.2.1 散度从散度来看（图6），850hPa以下为散度负值区域，即保定地区低层存在明显的辐合上升运动，而200 hPa上则一直维持正散度，对应辐散，在这种低层辐合、高层辐散的形势下，使得上升运动发展剧烈，更加有利于强降水的发生。

4.2.2 涡度从涡度来看（图6），6日 08:00，保定大部分地区处于负涡度区，为弱的下沉气流。6日14:00，700～900 hPa出现正涡度区，对应6日白天的降水。6日20:00以后，正涡度发展加强，对应低涡东移，并且随着低层的东北风逐渐加强，暖湿空气在冷垫上的爬升高度逐渐上升，在散度—涡度叠加图上，可以看出负散度中心明显升高，对应的降水相态开始发生转换。到7日08:00，900 hPa以上正涡度中心迅速加强，对应7日白天段的降雪。