2018年1月河南省2次區域暴雪過程對比分析

來源:用戶上傳      作者:

　　摘要 利用高空地面觀測資料和NCEP 6 h 1次的1°×1°再分析資料，對2018年1月發生在河南省的2次區域暴雪過程進行對比分析。結果表明：2次暴雪過程背景形勢場相似，都產生在500  hPa高空槽東移、中層強盛西南氣流形勢下，配合低層偏東風切變線和地面冷空氣的擴散作用。中層西南氣流和底層偏東氣流輻合的位置與大暴雪區域對應良好。降雪時整層大氣濕度飽和，中低層具有弱的逆溫層。同時地形的抬升作用，對局地特大暴雪的產生有貢獻。2次過程降雪差異產生的主要原因是中層氣流輻合位置不同。降雪過程中600～700 hPa上輻合中心強度越強，對應降雪強度越大。垂直速度場上升運動區與主要降雪區域對應良好。700 hPa暖平流與925 hPa冷平流疊加區域即為產生大暴雪落區。風速輻合越大，對應降水越強。
　　關鍵詞 區域暴雪;低空急流;冷暖平流;物理量分析;河南省
　　中圖分類號 P458文獻標識碼 A
　　文章編號 0517-6611（2019）10-0187-04
　　Abstract The highaltitude and ground observation data and the 1°×1° reanalysis data of NCEP 6h were used to compare and analyze the two regional blizzard processes in Henan Province in January 2018. The results show that the background situation of the two blizzards is similar， and it occurs in the eastward movement of the 500 hPa highaltitude trough， and the middlelevel strong southwest airflow， combined with the diffusion of the lowlevel easterly wind shear line and the ground cold air. The location where the midstream southwest airflow and the bottom eastward airflow are converged corresponds well to the large blizzard area. When the snow falls， the whole atmosphere is saturated with humidity， and the middle and lower layers have a weak inversion layer. At the same time， the uplifting effect of the terrain contributes to the occurrence of the local blizzard. The main reason for the difference in snowfall between the two processes is that the middle airflow convergence position is different. The stronger the intensity of the convergence center at 600-700  hPa during snowfall， the greater the snow intensity. The vertical velocity field rise motion zone corresponds well to the main snowfall zone. The superimposed area of 700 hPa warm advection and 925 hPa cold advection is the area where heavy blizzard falls. The greater the wind speed convergence， the stronger the corresponding precipitation.
　　Key words Regional blizzard;Lowlevel jet stream;Cold and warm advection;Physical quantity analysis;Henan Province
　　河南省地處中原，四季分明，屬于大陸性溫帶季風氣候。暴雪是河南省冬季常見的一種自然災害，常伴隨寒潮、大風、低溫和霜凍等災害性天氣發生，不僅給農業生產和交通出行帶來不便，也給人民財產造成巨大損失。近年來，許多氣象工作者利用各種數據對河南省暴雪天氣的成因進行了研究分析，并取得了一定成果[1]。馬振升對河南區域暴雪進行了天氣特征分型，建立了橫槽型和兩槽一脊型的天氣學模型[2]。顧佳佳等對2014年河南省大范圍暴雪過程的環流特征及持續原因進行了分析，研究發現：冷暖空氣交匯區形成的垂直于鋒面的次級環流，對暴雪維持和發展有重要作用[3]。呂曉娜研究了2015年河南首場區域暴雪伴高架雷暴過程，指出低空急流為暴雪提供了深厚的冷墊[4]。筆者利用常規觀測資料和美國NCEP 1°×1°再分析資料等對2018年1月發生在河南省的2次區域暴雪過程進行對比分析，旨在找到同類過程中降水產生差異的原因。
　　1 降雪實況
　　2018年1月3—4日降雪過程（下文簡稱“3日過程”）降水開始于3日06：00，過程初期以雨夾雪為主，14：00轉為純雪，至4日20：00過程結束，主要降雪時段集中在3日14：00—4日17：00，該次過程河南南部南陽、駐馬店、周口等地均達到暴雪，信陽特大暴雪，過程最大累計降雪出現在信陽固始站，為65.7 mm，積雪深度最大達到23 cm。信陽多地降雪打破1951年有氣象數據以來的歷史極值。該次降雪影響范圍廣，強度強，給人民群眾生產生活造成了巨大影響，因災直接經濟損失達2.19億元。 　　2018年1月24—25日（下文簡稱“24日過程”）河南省南部西南部出現了大到暴雪，信陽南陽部分站點出現特大暴雪。最大降雪量出現在南陽桐柏，為36 mm。降水集中時段為24日10：00—25日20：00。此次過程相較3日過程量級上整體偏弱，黃河以北大部分地區未出現降雪，但持續時間較長，后續的低溫霜凍等現象對設施農業、交通造成了不利影響。
　　比較2次過程雨量可以看出，2次過程降水都集中在豫中南區域，總體呈現西南強東北弱的特點，同時信陽市西部2次都出現了30 mm以上的特大暴雪（圖1）。
　　2 形勢場分析
　　2.1 “3日過程”形勢
　　3日過程的主要影響系統有500  hPa西風槽、700和850  hPa低空急流以及925  hPa超低空急流。過程開始前，河南上空700  hPa增濕增溫明顯，中低層水汽近于飽和。3日08：00（圖2a）200  hPa中緯度高空存在高空急流，急流軸從青海省南部自西向東延伸至朝鮮半島。500  hPa高空，亞歐大陸中高緯環流形勢呈現兩槽一脊型，烏拉爾山地區高壓脊發展旺盛，脊前存在低壓中心，位于巴爾喀什湖東側，低壓中心對應溫度場上為-40 ℃，可見冷空氣在新疆北部堆積深厚。30°～40 °N存在一東西向鋒區，河南省處于鋒區后部。同時孟加拉灣地區存在一南支槽，河南省處于槽前西南氣流當中。700  hPa西南急流發展旺盛，急流軸沿長江呈東北—西南走向，急流中心位于重慶與湖北交界，中心風速達到20 m/s。850  hPa河南上空維持東風急流，0 ℃線位于江淮地區。同時925 hPa存在超低空東北風急流，急流中心位于南陽信陽一帶。低空西南急流和超低空東北急流的存在使河南省南部大氣層結變得不穩定，地面天氣圖上（圖略），貝加爾湖西側有中心數值達1 070  hPa的強大冷高壓。高壓前部冷空氣已經沿華北擴散南下。主冷鋒位于長江一帶，副冷鋒位于華北北部，河南省位于主副冷鋒之間，以偏北風為主。3日20：00，隨著南支槽東移加深，受槽前西南暖濕氣流影響，河南濕度條件轉好，為強降雪提供了充沛的水汽條件。 700  hPa急流中心加強略有東移，河南處于急流出口區左側。850  hPa受弱冷空氣擴散影響，以偏北風為主。地面冷空氣主體已到達黃淮之間，新一輪由冷高壓分裂而出的冷空氣在內蒙古中部堆積。4日08：00，河南省中部存在一暖式切變線，切變線和急流出口區為降雪提供了好的動力抬升條件。4日20：00，急流中心位置南壓，低槽漸弱移出河南，地面受冷高壓控制，降水趨于結束。
　　2.2 “24日過程”形勢
　　24日過程的主要影響系統為500 hPa西風槽、東北冷渦、700 hPa急流和切變線。24日08：00（圖2b）亞歐大陸中高緯地區為兩槽一脊型，烏拉爾山高壓脊發展旺盛，與4日過程不同的是，此次過程冷空氣主要集中在東北地區，冷渦勢力強大，有一-48 ℃冷中心與之配合，低槽由冷渦伸向朝鮮半島。中低緯有弱的南支槽生成。700  hPa上西南急流位于長江一線，切變線位于淮河，青藏高原前部暖平流明顯，河南省處在槽前暖濕氣流當中。850  hPa由東北冷渦分裂南下的冷空氣，經由渤海山東半島到河南時已轉為偏東風，偏東風與偏南氣流形成的暖式切變線位置偏南，位于長江一帶，信陽處在冷暖空氣交匯地帶，24日20：00南支槽繼續發展東移，河南處在西南急流出口區左側，風場自南向北呈氣旋式旋轉，海平面氣壓場上，貝加爾湖西側有中心數值達1 065  hPa的強冷高壓。高壓前部主冷鋒已壓至長江一帶，副冷鋒位于華北北部。25日08：00，東北低渦移出大陸，在新疆北部形成一切斷低壓。冷空氣沿華北擴散南下，擴散過程中受到太行山脈的阻擋，除了沿山脈分布站點風向為偏東風以外，全省以偏北風為主。25日20：00，南支槽強度減弱，過程結束。
　　對比分析2次過程的背景形勢場可以看出，這2次過程的海平面氣壓場極其類似，都是在貝湖西側存在一強大冷高壓，主副冷鋒移動路徑也基本一致，沿著華北擴散南下。但是2次過程產生的降水量卻不相同，考慮主要原因是中層氣流輻合位置不同，3日過程中，西南急流發展旺盛，0 ℃位置偏北，河南剛好處于低空急流出口區左側暖式切變線附近，動力水汽條件良好，加之低層冷空氣擴散形成的冷墊作用，以及低空的東北風急流與伏牛山脈走向呈約90°夾角，地形抬升對局地特大暴雪的產生有一定貢獻，共同造成了豫南等地特大暴雪的產生[5]。相比較而言，24日過程中低空急流發展偏弱，0 ℃線位置偏南，導致暖濕空氣與冷空氣的交匯位置也偏南壓。雖然信陽個別站點也出現了30 mm以上的降雪，但總體強度偏弱。
　　取3日20：00和24日20：00南陽站（57178）的探空資料（圖3），對比分析可以看出，2次過程風場結構基本類似，即500 hPa以上為統一西南風，700 hPa為偏南風，700 hPa以下為偏東風或東北風控制。此種“天南地北”的形勢場有利于河南大暴雪天氣的產生。溫度層結上，2次過程底層溫度均低于0 ℃，700與925 hPa存在弱的逆溫層。不同點在于濕度條件上，3日該過程濕層更為深厚，整層大氣基本都處于飽和狀態，24日過程只有500 hPa以下大氣為水汽飽和[6]。
　　3 NCEP物理量診斷分析
　　3.1 水汽通量散度 3日過程中，沿114.4°E做水汽通量散
　　度垂直剖面可以看出，3日08：00河南上空中層存在水汽輻合，中心位于35°N的600 hPa上。14：00豫南中上層為水汽輻合區，3日20：00（圖4a），河南省上空925～400 hPa為大片水汽輻合區，中心位于33°N，中心數值達-4 g/（cm2·hPa·s）。925 hPa以下到地面為弱的水汽輻散，考慮為低層冷空氣擴散作用形成的冷墊[7]。4日02：00—08：00，輻合中心強度有所加強并向南移動1個緯度，高度略有下降，可以看出由于中層西南暖濕氣流的減弱，底層已無水汽通量的輻合。4日14：00，輻合中心已南移出河南省，對應降水過程趨于結束。 24日08：00，河南省上空600 hPa以下均存在水汽通量輻合，14：00輻合中心位于信陽地區上空700 hPa（圖4b），24日20：00—25日02：00，輻合中心南壓減弱。08：00 31°～33°N 700 hPa上空重新出現一輻合中心，但持續時間較短（對應新一輪降水開始），14：00已轉為弱輻散區。對比2次過程，3日過程水汽通量散度輻合強度更強且輻合中心高度更高，對應水汽條件好于24日過程，因而降雪強度較大。 　　3.2 垂直速度場
　　沿著114.4°E做垂直速度場剖面可以看出，3日08：00，降水過程開始前，河南省上空存在大片上升運動區，14：00（圖5a）豫南32°N上空自地面到高空存在3個大的上升運動中心，分別位于400～500、800 hPa和近地面。最大上升速度達10×10-4 hPa/s，強烈的上升運動對應配合水汽通量的輻合，為豫南特大暴雪的產生提供了有利條件。隨著降雪過程推進，河南省低層700 hPa以下自北向南轉為下沉運動，對應降雪過程結束。24日降水過程中，信陽地區900～1 000 hPa一直維持一個上升運動中心，最高可達8×10-4 hPa/s（圖5b），說明本次降雪過程近地面的輻合抬升對降水起了重要作用。同樣的，本次過程中，35°E近地面也有一上升運動中心存在，但豫北地區本次過程并未產生降水，考慮原因是水汽條件配合較差[8]。上述分析表明，2次過程暴雪區上空均存在明顯的上升運動，不同的是3日過程上升運動貫穿整個暴雪區上空，過程對流發展更為劇烈，而24日過程僅在低層次存在上升運動。同時沒有水汽條件配合的地區即便是有上升運動的存在，也沒有降水產生。
　　47卷10期 呂哲源等 2018年1月河南省2次區域暴雪過程對比分析
　　3.3 冷暖平流
　　分別作700和925 hPa風場與溫度場的疊加圖（圖略），可以看出：3日08：00，700 hPa河南除豫北以外受弱的偏南風控制，西南急流位于湖北省內，風速16 m/s，信陽地區處在急流出口區，有一溫度槽位于南陽與湖北交界。925  hPa受冷舌控制，盛行東北風。14：00溫度槽維持，急流強度有所加強，信陽地區上游暖平流明顯。配合低層東北風急流中心位于南陽駐馬店一帶，中心風速達到16 m/s，3日20：00，西南急流中心有所北抬，等溫線密集的鋒區維持在信陽西部， 925  hPa上河南中南部有一冷中心，豫南東北風急流與冷中心前部等溫線約呈90°交角，冷平流明顯，暖濕氣流沿著低層冷空氣爬升，共同造成了豫南及信陽地區的暴雪。4日14：00—20：00，中層溫度槽逐漸減弱，全省轉為偏西風和西北風，過程趨于結束。24日過程中700  hPa中層信陽地區上游同樣存在溫度槽，不同的是，在河南中部存在切變線，切變線以南受西南氣流影響，切變線以北大部分地區受東南風控制。24日20：00，中層鋒區位置明顯，信陽地區位于暖平流中，同時低層925  hPa河南全省均受冷空氣擴散影響，盛行偏東風，最大風力達20 m/s。桐柏站與信陽市區位于中低層風速輻合區中，在本次過程中產生了30 mm以上的強降水[9]。而豫北風速較小且存在幅散，本次過程中未產生降水。
　　4 小結
　　對比3日過程和24日過程，2次過程背景形勢場相似，暴雪產生在500 hPa高空槽東移、中層強盛西南氣流形勢下，配合低層偏東風切變線和地面冷空氣的擴散作用。中層西南氣流和底層偏東氣流輻合的位置即是產生大暴雪的區域。地面溫度從降雪開始時小于0 ℃是產生純雪的必要條件。強降雪時段中低層具有弱的逆溫層，整層大氣濕度飽和[10]。
　　2次降雪過程最終產生降雪量不同，考慮差異產生的主要原因是中層氣流輻合位置不同，3日過程輻合強度較強，位置偏北。24日過程輻合強度較弱，位置偏南。西北—東南向的伏牛山脈對底層偏東氣流有一定抬升作用，2次都在信陽地區產生暴雪天氣。
　　利用NECP資料對2次過程的物理量進行診斷分析可得，降雪過程中600～700 hPa上對應一水汽輻合中心，輻合中心發展強度越強，降雪過程持續時間越長，對應降雪量越大。垂直速度場上，上升運動區與主要降雪區域對應良好。2次過程低空925  hPa均存在東北風冷平流，低空冷平流產生的冷墊作用有利于暴雪的產生。冷暖平流方面，700  hPa暖平流與925  hPa冷平流疊加區域即為產生大暴雪落區。風速輻合越大，對應降水越強。
　　參考文獻
　　[1] 康暑雨.2017年2月21日河南省暴雪過程分析[J].科技創新與應用，2017（23）：180-181.
　　[2] 馬振升.河南省區域暴雪的天氣學分型及應用[J].氣象與環境科學，2013，36（1）：54-60.
　　[3] 顧佳佳，武威.2014年2月4—7日河南暴雪過程的環流特征及其持續原因[J].暴雨災害，2015，34（2）：117-125.
　　[4] 呂曉娜.2015年河南首場區域暴雪伴高架雷暴過程分析[J].氣象研究與應用，2015，36（4）：45-52，132.
　　[5] 余文梅，馬國濤.2017年寧夏固原兩次暴雪天氣過程對比分析[J].農業科技與信息，2017（20）：63-65.
　　[6] 李侃，葉小峰，戴晶晶.2016年初萍鄉地區兩次降雪過程對比分析[J].氣象與減災研究，2017，40（2）：117-123.
　　[7] 錢鵬，吳瓊，孔啟亮，等.江蘇省兩次區域性暴雪過程的對比分析[C]//中國氣象學會.第31屆中國氣象學會年會S2 災害天氣監測、分析與預報.北京：中國氣象學會，2014：9.
　　[8] 夏網萍. 江蘇淮北地區兩次暴雪天氣過程對比分析[C]//中國氣象學會.第31屆中國氣象學會年會S2 災害天氣監測、分析與預報.北京：中國氣象學會，2014：5.
　　[9] 張芹，秦增良，張秀珍，等.山東春季兩次強降雪過程對比分析[J].氣象科技，2016，44（1）：76-86.
　　[10] 王叢梅，李永占，劉曉靈.河北省南部回流暴雪天氣結構特征[J].氣象與環境學報，2015，31（3）：23-28.
轉載注明來源:http://www.hailuomaifang.com/1/view-14874063.htm