湘潭市2次大范围暴雪天气过程的对比分析

戴劲 何宁 游枭雄 黄昕怡

摘 要：利用常规观测资料和分辨率为1°×1°的NECP再分析资料，采用天气学方法和诊断分析方法，对2021年12月26日和2022年2月22日2次暴雪过程進行对比分析，研究表明：2次暴雪过程均由500 hPa横槽转竖带动强冷空气南下影响湘潭，槽前西南暖湿气流发展，向强降雪提供了有利的背景条件；2次强降雪的水汽通道主要集中在700 hPa，低层的水汽供应不明显，冬季的水汽输送层明显比夏季要高，水汽辐合明显，湿层更深厚，更有利于强降雪的发生；强降雪发生时，垂直螺旋度正值区对应强的正涡度区，为强降雪提供了强有力的动力抬升作用；湿位涡分量绝对值与降雪强度呈正相关关系。

关键词：暴雪；垂直螺旋度；湿位涡；湘潭市

中图分类号：P458 文献标志码：B文章编号：2095–3305（2024）02–0-03

近年来，湘潭冬半年出现暴雪过程的次数增多，由降雪引发的灾害对能源、交通的影响越来越严重。对于预报业务来说，要能准确预报出雨雪转化的时间、降雪量、积雪深度。针对雨雪冰冻过程，许多专家学者进行了大量研究，姚蓉等[1-2]研究使用WRF模式对雨雪相态转化机制进行数值模拟，能较好地模拟降雪量级和强降雪落区；陈红专等[3]分析出青藏高原有明显的正涡度向东传播，有利于上升运动的加强，是暴雪维持的主要原因之一，姚晨等[4]利用双偏振雷达识别降水粒子相态，这对预报员开展降雪短临预报具有一定意义。

湘潭地处湖南中部衡山山脉的小丘陵地带，降雪时常伴有雨和冰粒，降水相态复杂，给预报带来了较大难度，因此，选取2021年12月25—26日和2022年2月21—22日湘潭市2次暴雪天气过程，对2次典型个例进行对比分析研究，找出其异同点，为预报员提高暴雪的预报准确率提供有利依据。

1 2次暴雪过程天气概况

2021年12月25日夜间开始湘潭转为雨夹雪或小雪天气，26日全市普降暴雪（简称“211226”过程），强降雪时段出现在26日白天，27日夜间转为雨夹雪，28日转为液态降雨，26日08：00—27日08：00，湘潭、湘乡和韶山最大积雪深度分别为12.0、13.0、12.0 cm，降雪量分别为16.2、17.1、19.7 mm。

2022年2月21日白天出现雨夹雪，22日02：00左右开始转纯雪，最强降雪时段出现在22日下午至晚上，全市出现大暴雪，局部特大暴雪（简称“220222”过程），23日白天减弱。22日02：00—23日02：00，湘潭、湘乡和韶山最大积雪深度分别为16.0、10.0、20.0 cm，降雪量分别为39.9、35.6、35.8 mm。

2 大气环流形势分析

“211226”过程2021年12月25日500 hPa高度平均场上（图1a），亚洲中高纬呈“两槽一脊”型，乌拉尔山与贝加尔湖之间有强大、稳定的高压脊，东北冷涡位于日本海，中心为504 dagpm，并伴有-48 ℃的冷中心，冷涡中心延伸出一横槽经过我国东北、内蒙古北部和俄罗斯东南部地区，冷涡槽后西北气流带动横槽分股转竖，使冷平流不断南下，低纬地区南支槽稳定维持，为我国南方地区的雨雪天气提供了充足的水汽。

中西伯利亚地区一直受1 062.5 hPa以上强大冷高压控制，700 hPa急流位于湘中一带，强冷空气不断渗透，造成近地层气温迅速下降，而中低层存在较强的逆温层，有利于冰晶在云中不断碰撞，有利于雨雪相态转换。

“220222”过程2022年2月21日（图1b）500 hPa欧亚中高纬呈“两脊一槽”型，贝湖以西有阻塞高压，东北地区东部海上有低涡存在，中心强度达513 gpm，与之配合的冷中心强度为-44 ℃。冷空气在极涡后部堆积，脊前涡后偏北气流引导冷空气经贝加尔湖南下，影响我国，低纬地区南支槽稳定维持。700 hPa湘中以北处于急流出口区，长沙站西南风速达到18 m/s，大量水汽聚集在湘中一带，850 hPa有一支强盛的偏北气流控制，造成了强的动力抬升作用，为强降雪提供了有利的背景条件。

2次暴雨过程的共同点：欧亚中高纬呈“两脊一槽”型，贝湖附近有强大的高压脊发展，冷涡槽后西北气流带动横槽转竖，700 hPa暖湿气流强盛，造成了强的动力抬升作用，导致湘潭强降雪的发生。

2次暴雨过程的不同点：“220222”的高压脊比“211

226”过程更强；700 hPa风场“220222”为西南风18 m/s，

“211226”过程长沙站风场为偏西风，最大为14 m/s；“211226”的冷空气强度比“220222”更强，前一次最大气压值为1 042.5 hPa，后一次过程为1 035 hPa。

3 物理量诊断分析

3.1 水汽条件

水汽是产生降雪的必要条件之一，而大量的水汽辐合可促使暴雪发展。分析2次降雪过程的水汽通量、水汽通量散度和比湿来看：“211226”过程水汽通量大值区位于600～700 hPa，中心最大值为8 g/（hPa·cm·s），本地处于大值区附近，为6 g/（hPa·cm·s）。从水汽通量散度来分析来看，本地700 hPa以下为水汽辐散区，500～

700 hPa为水汽辐合区，与700 hPa西南暖湿急流对应，最大值为-0.4×10-7/（hPa·cm2·s）。分析比湿剖面图来看（图略），26日08：00—27日02：00本地比湿垂直伸展至500 hPa，925～600 hPa比湿均在3 g/kg，700 hPa中心值为4.5 g/kg。

“220222”过程的水汽通量大值区位于700 hPa附近，本地上空最大值为10 g/（hPa·cm·s）。从水汽通量散度来看，本地925～500 hPa仅为水汽辐合区，其中心最大值为-1.4×10-7/（hPa·cm2·s），本地最大值为-0.6

×10-7/（hPa·cm2·s），分析比湿剖面图来看（图略），强降雪发生时段600 hPa比湿均在3 g/kg，最大值集中在700 hPa附近，为4.5 g/kg。

由此可見，2次强降雪的水汽发展，旺盛水汽通道主要集中在700 hPa，低层的水汽供应不明显，说明冬季水汽输送层明显比夏季要高。通过2次过程对比来看，“220222”过程比“211226”过程水汽输送强度更强、水汽辐合更明显、湿层更深厚，因此降雪量级更大。

3.2 动力条件

从湘潭2次降雪过程的涡度、垂直速度和垂直螺旋度沿112°E作剖面对比分析，“211226”过程850 hPa以下为负涡度区，850～600 hPa附近有正涡度区，

600 hPa以上负涡度最高伸展至300 hPa，有利于辐合抬升运动，湘潭上空整层为上升运动强中心区，强的上升运动由南向北发展，位于700～400 hPa，中心值为-0.2 Pa/s，上升运动强烈。从垂直螺旋度垂直剖面来看，湘潭地区低层和700～500 hPa垂直螺旋度为正值，与正涡度的区域和垂直速度上升区配合较好，动力抬升作用明显。

“220222”过程400 hPa以下为1个深厚的正涡度中

心，中心值为3×10-5 s-1，400 hPa以上又转为负涡度区，

正涡度强度明显强于负涡度强度，有利于强辐合抬升运动。在垂直速度图上，湘潭上空925 hPa以上为上升运动强中心区，中心值为-0.2 Pa/s，上升运动强烈，强上升区与正涡度区配合较好。从垂直螺旋度垂直剖面来看，湘潭上空400 hPa以下垂直螺旋度为正值，与深厚的正涡度区域和强的上升区域相对应，形成了强的动力抬升作用。

3.3 热力条件

决定降水相态的关键是温度，因此，中低层的热力条件是一个重要因素。从温度平流垂直剖面图来看（图2a），“211226”过程在700 hPa有明显的暖舌，表现为上下冷、中间暖的形势，850～600 hPa有明显的逆温层，850 hPa以下为冷平流。由于西南低空急流加强，在700 hPa出现了1个10×10-5 K/s的暖中心。

“220222”过程（图2b）暖平流明显比“211226”过程强，700、400 hPa处各出现一个暖平流中心，中心值分别为10×10-5 K/s和20×10-5 K/s，上层的暖平流强于下层，由于上下层平流的差异，600 hPa出现逆温层。暖平流有利于上升运动的发展，除了暖平流能产生上升运动，还有冷暖空气交汇产生的辐合上升运动，两者结合，“220222”降雪过程的降雪量级比前一次过程大。

4 湿位涡

MPV1正值表示垂直方向上有正涡度发展，并且表示水汽含量较大。从2次降雪过程的湿位涡来看，“211226”降雪过程MPV1为正值，12月26日08：00开

始MPV1值迅速增大，在14：00左右，700 hPa出现MPV1

大值中心，中心值为1.5 PVU，MPV1大值区与正涡度大值区较为一致，一直持续至26日夜间，与强降雪的时段配合较好，有一定的指示性作用。

从MPV2垂直剖面来看，26日900 hPa MPV2均为

负值，26日08：00，MPV2负值逐渐增大，并在26日14：00 800～700 hPa出现MPV2负值中心，为-1.0 PVU，负值的增大表示大气斜压性增强，代表冷暖空气在此强烈交汇，有利于强降雪的发生。

“220222”过程MPV1整层为正值，22日02：00开始

MPV1值迅速增大，预示着降雪量级增大，22日02：00

～14：00，700～800 hPa出现MPV1大值中心，中心值为2.5 PVU，比“211226”过程的值要强，且强中心维持的时间较前一次过程长。

从MPV2垂直剖面来看，22日900 hPa MPV2均为负值，22日02：00，MPV2负值逐渐增大，并在14：00左右800～700 hPa出现MPV2负值中心，为-2.0 PVU，表示“220222”过程比“211226”过程大气斜压性更强，冷暖空气交汇更剧烈，有利于更大量级强降雪的发生。

从以上分析可以看出，2次强降雪期间，MPV1为正值，MPV2为负值，满足湿位涡守恒原理，有利于垂直涡度的发展，为强降雪的发生和发展提供了动力条件。随着MPV1、MPV2绝对值的增大，降雪量级也在增大，反映出降雪强度与湿位涡分量绝对值呈正相关关系。

5 结论

（1）在2次强降雪环流形势中，欧亚中高纬均呈“两脊一槽”型，贝湖附近有强大的高压脊发展，冷涡槽后西北气流带动横槽转竖，700 hPa暖湿气流强盛，形成了强的动力抬升作用，导致湘潭强降雪的发生。

（2）2次过程均水汽发展旺盛，水汽通道主要集中在700 hPa，低层的水汽供应不明显，说明冬季水汽输送层明显比夏季要高，水汽输送强度更强、湿层更深厚、水汽辐合更明显，降雪量级更大。垂直螺旋度正值区对应深厚的正涡度区和强的上升速度区，有利于暴雪区动力抬升作用的增强；中层暖平流增强有利于辐合上升运动的发展。

（3）在2次强降雪期间，MPV1为正值，MPV2为负值，满足湿位涡守恒原理，MPV1、MPV2绝对值增大，

降雪量级增大，反映出湿位涡分量绝对值与降雪强度呈正相关关系。

参考文献

[1] 姚蓉，唐佳，唐明晖，等.“14·02”湖南三次雨雪过程对比分析[J].气象，2014，40（12）：1500-1506.

[2] 姚蓉，叶成志，田莹，等.2011年初湖南暴雪过程的成因和数值模拟分析[J].气象，2012，38（7）：848-857.

[3] 陈红专，叶成志，龙丽华.2011年1月湖南罕见持续性暴雪天气成因分析[J].暴雨灾害，2012，31（2）：141-148.

[4] 姚晨，杨祖祥，朱月佳，等.2018年初安徽省两次罕见大暴雪过程的对比分析[J].暴雨灾害，2018，37（5）：401-409.