3.15和3.20暴雪天气的对比分析

3.15和3.20暴雪天气的对比分析聂佳仪（通化市气象台通化，134001）摘要：本文利用实时观测资料、NCEP（1*1）再分析资料对2010年3月14-15日和3月19-20日两场吉林省东南部暴雪天气过程做对比分析。分析结果表明：（1）两次暴雪过程都是受到贝湖冷空气和地面低压气旋的共同影响而形成的；（2）高空平直锋区上的斜压扰动，贝加尔湖冷空气南压冷暖气团在东北区交绥是这两次过程共同的环流特征。（3）暴雪区域大、降雪量多、降雪量梯度大、降雪时段相对集中，再加上物理量的客观反映，都表明了这两次过程具有明显的对流特征，高低空急流的耦合、高空辐散、低层辐合、强的垂直速度及较强的位势不稳定均可产生较强的辐合上升运动,为暴雪的产生提供动力学条件。（4）前期低空西南急流为暴雪区输送了大量的水汽和能量，使低层明显增温、增湿和减压；同时，高低空急流轴的南压东移使不稳定层结也不断随之变化，加大了暴雪天气的影响范围。关键词：暴雪；气旋；急流；物理量；引言：近年来，吉林省暴雪极端天气气候事件似乎有频发的态势，次数愈来愈多，强度愈来愈大，强度的代表有2007年3月4日出现的位列东北区暴雪历史第一位的天气过程，而就次数来讲，仅2009年一年，全省的区域性暴雪天气就有五场之多，其中还包括2009年2月12-13日出现的位列东北区暴雪历史第三位的暴雪天气。进入2010年以来，暴雪天气继续频发，到目前已有三场，且3.15日和3.20日接连出现的暴雪天气对社会的影响更是达到了极致。从以往的经验来看，东北地区暴雪的发生条件大都有南方水汽热量输送和北方强冷空气南下在东北交绥。吉林省气象局1984年编制的预报员手册[1]对我省的大雪天气进行了系统的分析，给出了很多经验性的预报指标；本文将通过实时观测资料、NCEP（1*1）再分析资料对2010年3月15日和2010年3月20日的暴雪天气进行对比分析，力求将空间结构的变化立体的反映到暴雪天气的模型当中，期望对我们的预报服务有所帮助。1实况与天气形势1.1降水实况3.15：受高空槽和地面低压倒槽的共同影响，14日午后至15日白天，全市普降暴雪，通化市区降雪量24.4mm,积雪深度22cm，通化县降雪量22.0mm，积雪深度20cm，辉南县降雪量29.7mm，积雪深度40cm,梅河口市降雪量22.4mm，积雪深度28cm,柳河县降雪量11.7mm,积雪深度15cm，集安市降雪量34.5mm,积雪深度32cm。3.20：受贝湖冷空气和渤海气旋的共同影响，19日午后到20日白天出现强降雪，通化市区降雪量22.7mm,雪深增量23cm，通化县降雪量18.2mm，雪深增量16cm，辉南县降雪量11.3mm，雪深增量9cm,梅河口市降雪量7.5mm，雪深增量7cm,柳河县降雪量12.4mm,雪深增量11cm，集安市降雪量27.1mm,雪深增量19cm。1.2环流形势场1.2.1高度场3.15：从500hpa分析，在13日20时，中高纬度、欧亚大陆上空为两脊一槽形式，我区受前脊控制，以偏西气流为主，此后槽体不断加深并缓慢东移，14日20时，我区处于高空槽前，受西南气流控制，中高纬度欧亚大陆上空为一槽一脊形势，槽体南伸至北纬30度附近，之后受冷空气的不断影响，至17日夜，槽体才完全东移出境。从850hpa分析，在13日08时，即有槽体南伸至云贵高原，至14日08时，槽体分为南北支槽，北支槽槽线位于内蒙与河北交界处，之后槽体缓慢东移，至15日20时，移出我区上空。从地面分析，13日08时开始，在内蒙和河套地区即有低压生成，之后不断发展加深，至13日23时，合并成为一个系统深厚的河套低压倒槽，并开始缓慢东移，在14日午后进入我区范围内；至15日午后，气旋移出。3.20：从500hpa分析，在17日08时，中高纬度、欧亚大陆上空为两槽一脊形式，我区处于前槽底部，受偏西气流控制，脊线位于（经110度附近）贝湖至中西伯利亚高原一线，此种形式维持至18日08时，之后环流变得较为平直，到19日08时，额海低压加强，槽线西伸至蒙古境内，之后横槽转竖，东移南压，至21日08时，槽体过境。从850hpa分析，在19日08时，中高纬度、欧亚大陆上空为两槽一脊形式，前槽槽体深厚，从额海南伸至云南、贵州附近，脊线位于新疆北部至西西伯利亚平原一线。我区处于槽线前，至20日20时，槽体过境。从地面分析，18日02时开始，在贝湖附近不断有低压生成并合并，至18日08时，蒙古气旋生成并开始东移南压，至19日14时，低压带南压至河北，并开始在渤海附近驻留并加强。至19日23时，渤海气旋形成并开始东移北上，至20日08时，暖锋锋面北抬开始影响我区，至20时，气旋移出。1.2.2温度场3.15：从500hpa分析，13日08时开始，暖脊开始侵入我区，至14日08时，V型锋区开始南压，至14日20时，锋区前沿开始侵入我区，冷中心南压至内蒙与蒙古交界，中心强度达到-40度。至15日20时，我区完全处于冷槽控制范围内。从700hpa分析，14日20时，冷空气大举南下，V型锋区南压至北纬30度，至15日20时，冷中心位于蒙古、内蒙古、黑龙江交界处，达到-28度，我区完全处于冷槽控制范围内。3.20：从500hpa分析，18日08时开始，暖脊开始侵入我区，至19日08时，我区一直处于暖空气控制之下，为降水前期的环境场提供良好的条件，19日20时，冷空气大举南下，冷中心南压至内蒙与蒙古交界，中心强度达到-40度。至20日20时，我区完全处于冷槽控制范围内。从700分析，19日20时，冷空气大举南下，锋区南压，蒙古与内蒙交界达到-16度。至20日20时，我区完全处于冷槽控制范围内。1.3西南急流西南急流被称作水汽、热量和动量的强输送带。因此，不论暴雨还是暴雪，都和这支强输送带有关。3.15：14日20时，在东北三省高空300hpa和400hpa存在一支高空急流。急流轴位于吉林省北部上空，轴向为西南-东北方向，中心风力达到52m/s。通化地区处于急流轴右侧，同时，在850hpa低空也存在一支低空急流，急流轴位于朝鲜半岛上空，轴向为偏南-偏北方向，中心风力达到20m/s。通化地区处于急流轴顶部，高、低空急流之间的地段正好处于河套倒槽暖锋锋生的位置。（见图1）图1全风速400hpa（2010031420）全风速850hpa（2010031420）3.20：19日20时，在东北三省高空300hpa和400hpa存在一支高空急流。急流轴位于吉林省东南部上空，轴向为西南-东北方向，中心风力达到68m/s。通化地区处于急流轴右侧，同时，在850hpa低空也存在一支低空急流，急流轴位于朝鲜半岛上空，轴向为偏西-偏东方向，中心风力达到32m/s。通化地区处于急流左侧，高空辐散，低层辐合上升减压，形成一个反热力次级环流。高、低空急流之间的地段正好处于渤海气旋第一象限暖锋锋生位置，高空急流出口区次级环流上升气流正好与地面锋前的上升运动叠加，有利于对流的发展。同时高、低空急流的这种配置，有利于形成强的环境风垂直切变。（见图2）图2全风速300hpa（2010031920）全风速850hpa（2010031920）综上所述，两场暴雪天气发生之前，通化地区均处于高空槽前和暖锋锋前。前期低空西南急流为暴雪区输送了大量的水汽和能量，使低层明显增温、增湿和减压；同时，高低空急流轴的南压东移使不稳定层结也不断随之变化，加大了暴雪天气的影响范围。2物理量场的结构变化2.1动力条件特征当大规模的水汽集中辐合时,必须有大范围深厚的上升运动抬升水汽产生才能形成强降雪,因此动力条件是产生暴雨雪天气的一个必要条件。高低空急流的耦合、高空辐散、低层辐合、强的垂直速度及较强的位势不稳定均可产生较强的辐合上升运动,为暴雪的产生提供动力学条件。为进一步对比分析两次暴雪天气过程的垂直结构特征，选择位于降雪中心126ºE、42ºN格点资料进行分析，图3、4、5分别给出了该点涡度、散度、垂直速度的高度-时间剖面图。2.1.1涡度场涡度在一定程度上能反映水平辐合辐散。低层辐合、高层辐散有利于垂直运动的发展,与强降雪天气有较好的对应关系。低层涡度和高层涡度差越大,越有利于降雪系统的发展和维持。(见图3)图33.15126ºE、42ºN高度-时间剖面图3.20126ºE、42ºN高度-时间剖面图3.15：从涡度场垂直分布的演变来看，此次天气在14日夜间的强降水时段内，高低空的配置异常优化，低空和高空的涡度差值竟然达到了180个单位。对高空槽和河套倒槽的发展、维持起了极大的作用。3.20：从涡度场垂直分布的演变来看，此次天气和上场天气的体现完全不同，上场天气是高空为负，低空为正；而此次天气则是高低空均为正，但高空大于低空，做同样的计算，涡度差值为-100个单位。鉴于样本较少，我们暂时猜测涡度差值的绝对值的大小对于系统的发展和维持起到了良好的作用，而正负则代表着对高低空系统起到的作用不同。2.1.2散度场散度场的分析主要是水平风散度,它的物理意义系指由于水平风的不均匀造成空气在单位时间单位面积上的相对膨胀率,辐散时为正,辐合时为负。在诊断降水预报中有很重要的作用。低空辐合高空辐散是构成上升运动的充分和必要条件,此外水汽的汇合主要也是靠低空流场的辐合。(见图4)图43.15126ºE、42ºN高度-时间剖面图3.20126ºE、42ºN高度-时间剖面图3.15：从散度场垂直分布的演变来看，从14日08时之后，该点上空的辐合、辐散随着系统的全面进入不断加强，高空的辐散中心由250hpa降至400hpa，辐散中心强度也由60×10-6/s加强到100×10-6/s，在14日02时达到此次过程的最大值，低空的辐合中心也由位于600hpa和700hpa之间的一个辐合中心变为两个，分别位于700hpa左右和900hpa左右，强度也由-40×10-6/s演变为-60×10-6/s和-80×10-6/s,这种低层辐合和高层辐散形成的“抽吸效应”，为降雪强度的增加提供了有利条件。3.20：从散度场垂直分布的演变来看，从20日08时之后，该点上空的辐合、辐散随着系统的全面进入不断加强，其特点和上场天气对比，其辐合、辐散不再是循序、逐步的发展，而是快速的从无到有，辐合、辐散中心在20日白天达到此次过程的最大值，高空的辐散中心值达到60×10-6/s，位于300hpa到400hpa之间；低空的辐合中心位于700hpa到800hpa之间，强度为-40×10-6/s；对比之下,虽然也是低层辐合和高层辐散形成了“抽吸效应”，但强度和上场天气比较，差了不止一筹，这也是此次降水不及上次的原因之一。由以上分析可知，在暴雪发生时低层强的辐合区和高层强的辐散区同时出现，垂直方向的辐合辐散运动非常强烈。这样的高层辐散低层辐合所形成的空间垂直流场对暴雪的形成极为有利,它不但促进了空气上升运动的发展,而且更加有利于低层湿空气聚合和向上抬升，引起对流层上部水汽凝结,对大到暴雪的发生起到了关键性作用。2.1.3垂直速度场垂直运动使大气中的能量转换得以实现,同时大气中的水汽凝结和降雪过程与上升运动有密切联系。垂直运动会引起水汽、热量、动量、涡度等的垂直输送，对天气系统的发生发展有很大的影响。(见图5)。图53.15126ºE、42ºN高度-时间剖面图3.20126ºE、42ºN高度-时间剖面图3.15：在整个降水时间内，该点上空强的上升运动发生了两次，14日白天和夜间各一次，强度均达到了-1.4个单位；充份的将水汽和能量输送到了高层。3.20：对比上场天气，上升运动的强度毫不逊色，都达到了-1.4个单位，但次数就少了一半，同时可以看出强降水的时间段比上场天气要少，持续而稳定的输出是暴雨雪天气发生的条件之一，我们再一次证明了这一点。在暴雪区上空出现强的辐合上升运动，其东西两侧为下沉辐散气流区的垂直环流结构，有利于暴雪的形成。3小结通过对比分析，我们对以上两场暴雪天气有了以下诊断：（1）两次暴雪过程都是受到贝湖冷空气和地面低压气旋的共同影响而形成的；（2）高空平直锋区上的斜压扰动，贝加尔湖冷空气