2022 年“2.13”冀中大雪过程多源气象资料分析

马鸿青，董疆南，徐义国，于 雷，王亚婷

保定市气象局 河北保定 071000

0 引 言

强降雪是我国冬季主要影响天气之一，强降雪引起的道路结冰、积雪等往往会给交通出行、设施农业、配电设施等带来不利影响，引发交通事故和人员伤亡。但另一方面，我国水资源短缺，冬季降雪对水资源的补充和农牧生产十分珍贵。因此，气象专家对强降雪的研究越来越多。宋丹等［1］对贵州9 次大范围降雪天气过程的环流场、水汽和动力条件进行了诊断分析，结果表明，横槽南支型、平直多波动型、北脊南槽型和高空急流型是贵州降雪的4 种主要环流特征。蒋大凯等［2］对辽宁一次暴雪过程进行了动力条件诊断，发现850 hPa正涡度中心先于强降雪出现。随着高时空分辨率风廓线雷达资料的增多，许多气象学者利用风廓线雷达资料对重大天气过程进行了研究并取得了成果［3-9］，但大部分是针对强降雨开展的研究，在降雪方面比较少。本文利用风廓线雷达等多源观测资料，对冀中一次强降雪过程进行分析研究，旨在寻找多源观测资料对降雪的预报指示意义。

1 天气概况

2022 年2 月12—13 日，保定全区出现明显降雪天气，全市累计平均降雪量7.2 mm，主城区降雪量8.7 mm，除涞源为小雪（2.3 mm）外，其他县市均为大雪。最大降雪出现在高阳，为9.6 mm，最大小时降雪量1.3 mm（2 月13 日13—14 时出现在满城、涿州和高阳）。全区积雪深度在6～10 cm。降水过程中，降雪区域的整层大气温度都低于0 ℃（图1），降水形式为雪。从降水时间来看，12 日傍晚中南部最早出现降雪，其次是西北部，最后为东北部。此次大范围强降雪正值春运期间，对交通出行造成了一定不利影响。

图1 12 日20 时温度垂直廓线Fig.1 Vertical profile of temperature at 20 o’clock on 12

2 影响系统

500 hPa中高纬为两槽一脊环流形势，贝加尔湖阻塞高压南北两侧的冷空气在河套地区汇合并东移南下影响河北。整个降雪过程按照影响系统分成2 个阶段。第一阶段为12 日傍晚至前半夜，受河北南部高空槽的影响，保定中南部出现降雪；第二阶段为12 日后半夜至13 日白天，随着冷空气的不断东移，40°N附近河套高空槽发展加强，受其影响，西北部和北部先后出现降雪。降雪期间，850 hPa存在东南和西南两支水汽通道,两支偏南气流在河北交汇，为本地降雪提供了充足的水汽条件。降雪初期，蒙古冷高压在河北形成了弱回流形势，低层出现偏东风，高空槽前西南气流沿冷垫爬升，降雪发生。13 日凌晨，随着河套高空槽的发展东移，槽前正涡度平流增加，地面减压，河套倒槽发展加强，河北中部形成了典型的东高西低形势，全区陆续出现降雪。13 日入夜之后，高空槽移出，地面倒槽减弱消失，蒙古高压整体南压，降水结束。

3 大气可降水量演变

地基GPS/MET可全天候监测整层大气水汽含量的实时变化，其时空分辨率较高，在降水短期短临预报中有较大的参考价值和指示作用。由图2 分析得出：降雪发生之前的36 h内，4 个代表站大气可降水量（precipitable water vapor，PWV）均呈增长态势，最初的0～12 h上升最快，12 h内PWV增加了4 mm左右，12～36 h呈缓慢上升趋势。降雪出现前，保定、安国和涿州的最大PWV达13～16 mm，涞源最小10.3 mm。保定、安国、涿州、涞源降雪开始时间与PWV峰值出现时间分别相差2、1、1、5 h。本次降雪过程中，涞源PWV最小，降水量也最小，其他3 站相近。可见，降水量和PWV呈一定的正相关关系。降雪期间，PWV变化平稳，随着PWV出现连续下降，降水结束。

图2 4 个代表站大气可降水量和实况降水量演变对比Fig.2 Comparison between precipitable water vapor and actual precipitation evolution at four representative stations

4 风廓线雷达资料分析

4.1 水平风向风速

降雪开始之前的12 h 内，偏东风的厚度逐渐增加，2 月12 日傍晚，偏东风厚度由500 m 上升到1 000 m左右（图3a），冷空气从底层侵入，同时中低空垂直风切变形成，西南气流所携水汽在风场扰动作用下得到抬升，中南部开始出现降雪。12 日夜间，东风厚度继续增加，中高空出现12 m/s的西南低空急流，降雪维持并略增大。13 日上午，随着河套低压倒槽的发展东移，偏东风高度下降至1 000 m以下，1 000 m高度处由偏东气流向东南气流转变；11 时，3 000 m突然出现20 m/s的西南低空急流；13 时，20 m/s的西南低空急流向下延伸至2 500 m高度，中低空风向随高度发生顺时针旋转，暖湿平流加强，水汽输送增加，大部分地区降雪量加大。13 日傍晚至夜间，随着地面冷高压的整体南移，低空由偏东风转为偏北风，高空由西南风逐渐转为西北风，降雪逐渐结束。第一阶段，偏东风形成的冷垫较厚，高空西南气流偏弱，水汽输送较差，降雪较小；第二阶段，中高空西南急流所挟水汽增加，厚度增大，低层偏东风厚度降低，水汽需要爬升的高度减小，高空槽前正涡度增加，动力条件增强，降雪加大。

图3 2 月12—13 日保定风廓线雷达垂直观测特征（图中横坐标为世界时）（a）水平风时间-高度分布图，（b）垂直速度时间-高度分布图，（c）大气折射率结构常数时间-高度分布图Fig.3 Vertical observation characteristics of Baoding wind profile radar on February 12-13 （Abscissa in the figure is universal time）Time-height profile of horizontal wind （a） Time-height profile of vertical velocity（b）Time-height profile of atmospheric refractive index structure constant （c）

综上所述，本次降雪过程中，风廓线雷达的水平风向风速演变对降雪的预报有一定指示意义：回流降雪出现之前，偏东风的层次是一个逐渐升高的过程，偏东风之上为西南气流，西南气流使水汽不断集聚，一旦出现风场扰动，则降雪开始。3 000 m突然出现20 m/s的西南低空急流，之后20 m/s的西南低空急流向下延伸至2 500 m高度，降雪增强。

4.2 垂直速度

风廓线雷达测得的垂直速度是空气垂直运动和降水粒子末速度之和，可以揭示大气中低层湍流活动和动力条件，风廓线垂直速度的突变是天气系统经过的一个重要指标。12 日15—19 时（图3b），因影响河北中南部的高空槽较远，0.5 m/s及以上的正速度主要位于1 500 m以上，20 时开始，随着南部高空槽的临近，高低空风场扰动增强，2 000 m 以下突然出现1.0 m/s 及以上的正速度，中南部降雪发生。13 日07—13 时，河套地区高空槽东移影响河北，1 000 m 以下垂直速度增加到1.5 m/s 及以上，降雪加强。降雪期间低层垂直速度一直维持在1.0 m/s左右，入夜之后，整层垂直速度降到0.5 m/s以下，降雪结束。

综上所述，本次降雪期间1.0 m/s 以上的垂直速度主要集中在2 000 m 及以下高度。降雪之前，0.5 m/s 及以上的正速度首先出现在1 500 m 以上，2 000 m 以下突然出现1.0 m/s 以上的正速度后，0～3 h 内降雪发生。1 000 m 以下垂直速度增加到1.5 m/s及以上，降雪增强。整层垂直速度降到0.5 m/s以下，降雪结束。

4.3 大气折射率结构常数（）

5 物理量诊断

5.1 涡度平流

12 日20 时，河北南部出现一个正涡度平流中心，说明南部的高空槽开始影响河北南部地区，受其北段影响，12 日夜间，保定中南部出现降雪。13 日白天，随着中纬度冷空气的加强，40°N附近河套高空槽发展东移，13 日09 时左右，500 hPa高空槽前最大正涡度平流移至山西上空，保定大部分地区开始降雪。13 日中午前后，最大正涡度平流范围扩大并东移至河北境内，保定降雪增强。

5.2 垂直速度

2 月12 日傍晚（图4a），河北中南部高空槽前出现较强的上升运动，最大上升运动中心位于400～500 hPa 之间，最大值-0.7 Pa/s，保定中南部开始降雪。13 日白天，随着河套高空槽的东移加强，40°N附近垂直上升速度明显增大（图4b），最大上升中心位于中高层，受其影响，北部陆续出现降雪。13 日09—12 时（图4c），河套高空槽加强，最大上升中心向40°N以南扩展，500 hPa最大上升速度达-1 Pa/s 以上，降雪强度有所增大。13 日傍晚至夜间，高空槽东移，保定上空逐渐转为下沉运动（图4d），降雪结束。

图4 垂直速度沿115°E 经向剖面(单位：Pa/s ）（a）2 月12 日21 时， （b）2 月13 日09 时，（c）2 月13 日12 时，4 个代表站垂直速度时间-高度分布图（叉号为保定，空心圆为安国，实心圆为涿州，方框为涞源），（d）2 月13 日21 时，（e）2 月12 日21 时， （f）2 月13 日09 时，（g）2 月13 日12 时， （h）2 月13 日20 时Fig.4 Longitude profile of vertical velocity along 115 °E and vertical velocity time-height distribution diagram of four representative stations （cross number is Baoding, hollow circle is Anguo, solid circle is Zhuozhou, box is Laiyuan）

12 日傍晚，受河北中南部高空槽影响，保定和安国站中高层的上升运动强于北部的涞源和涿州站（图4e），中南部地区最先出现降雪。13 日上午，随着河套高空槽的发展东移，北部的涿州和涞源站垂直上升速度很快超越保定和安国站（图4 f ～ g），北部开始降雪。13 日傍晚至夜间，高空转为西北气流控制，对流层中层上升运动减弱（图4h）。

6 结 论

①本次降雪分为2 个阶段：第一阶段，蒙古冷高压在河北形成弱的回流形势，河北南部高空槽前西南气流沿冷垫爬升，保定中南部出现降雪；第二阶段，随着河套高空槽的发展东移，槽前正涡度平流增加，地面倒槽发展加强，河北中部形成典型的东高西低形势，全区性降雪出现。

②降雪发生之前的36 h内，大气可降水量（PWV）呈增长态势，最初的0～12 h上升最快，12 h内PWV增加了4 mm左右，12～36 h呈缓慢上升趋势。降水量和PWV呈一定的正相关关系。降雪期间PWV变化平稳，随着PWV出现连续下降，降水结束。

③风廓线雷达的水平风向、风速演变对降雪预报有一定的指示意义：降雪出现之前，偏东风的层次是一个逐渐升高的过程，偏东风之上为西南气流，西南气流使水汽不断集聚，风场出现扰动，降雪开始。3 000 m突然出现20 m/s的西南低空急流，随着20 m/s的西南低空急流向下延伸至2 500 m高度，降雪增强。降雪之前，0.5 m/s 及以上的正速度首先出现在1 500 m以上，当2 000 m以下突然出现1.0 m/s以上的正速度后，0～3 h 内降雪发生。1 000 m 以下垂直速度增加到1.5 m/s 及以上时，降雪增强。整层垂直速度降到0.5 m/s 以下时，降雪结束。降雪期间，一直稳定在-180～-165 dB 之间，值小于-180 dB，最大探测高度降至3 500 m 以下，降雪逐渐结束。

④本次降雪期间最大上升速度中心位于对流层中层，500 hPa最大上升速度达到-1 Pa/s以上时，降雪增强。■