懷化市2015年首場(chǎng)低溫陰雨冰凍天氣分析

彭艷青　鞠亮亮　羅文英

摘要利用6 h一次的NCEP 1°× 1°再分析資料及常規(guī)觀測(cè)資料，對(duì)2015年1月底及2月初發(fā)生在懷化市的低溫陰雨冰凍天氣過程的環(huán)流形勢(shì)和物理量場(chǎng)進(jìn)行了分析，同時(shí)對(duì)多種氣象要素與不同相態(tài)降水之間的關(guān)系進(jìn)行了探討。結(jié)果表明，中高緯高壓脊沒有強(qiáng)烈發(fā)展、到達(dá)懷化地區(qū)的冷空氣勢(shì)力偏弱、同時(shí)低緯南支槽并不活躍是導(dǎo)致這次過程強(qiáng)度偏弱的主要原因；700 hPa西南急流的建立和加強(qiáng)為所研究區(qū)域帶來源源不斷的水汽供應(yīng)，且該地區(qū)上空維持低層正渦度和高層負(fù)渦度的形勢(shì)，利于低層輻合高層輻散及垂直運(yùn)動(dòng)的發(fā)展，從而導(dǎo)致了該地區(qū)陰雨天氣的持續(xù)和發(fā)展；降水相態(tài)變化與溫度的層結(jié)特征密切相關(guān)；在一定的降水條件下，日平均氣溫是影響冰凍生成發(fā)展與維持的重要因子。

關(guān)鍵詞低溫陰雨；冰凍；環(huán)流形勢(shì)；物理量；氣象要素

中圖分類號(hào)S16文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A文章編號(hào)0517-6611（2015）16-205-03

低溫雨雪冰凍災(zāi)害是我國南方冬季的主要災(zāi)害之一。近年來，國內(nèi)外相關(guān)專家對(duì)這方面已進(jìn)行過許多研究[1-5]，特別是2008年初我國南方地區(qū)出現(xiàn)大范圍持續(xù)低溫雨雪冰凍天氣之后，許多氣象工作者從各個(gè)方面對(duì)冰雪災(zāi)害做了大量研究工作，并取得了很多重要的成果[5-8]。如葉成志等研究指出700 hPa風(fēng)向風(fēng)速、地面日平均溫度、冷墊厚度及逆溫強(qiáng)度對(duì)冰凍強(qiáng)度預(yù)報(bào)有很好的指示意義，且強(qiáng)冰凍的預(yù)報(bào)著眼點(diǎn)為700 hPa附近的劇烈增溫、增濕及850 hPa以下的強(qiáng)降溫[6]；楊貴名等分析指出長(zhǎng)時(shí)間凍雨的主要原因之一為冷暖氣團(tuán)長(zhǎng)期對(duì)峙并形成明顯的逆溫，逆溫層穩(wěn)定且融化層較厚[7]；丁一匯等認(rèn)為2008年初我國南方的冰雪災(zāi)害是全球性氣候異常的表現(xiàn)之一，歐亞大氣環(huán)流持續(xù)異常是造成這次冰雪災(zāi)害的直接原因[8]。2015年1月底及2月初發(fā)生在懷化市的低溫陰雨冰凍天氣過程，雖然強(qiáng)度較弱，但存在多種降水相態(tài)轉(zhuǎn)換與并存的特點(diǎn)，這給天氣預(yù)報(bào)預(yù)警帶來了一定的難度。筆者在此利用6 h一次的NCEP 1°×1°再分析資料和常規(guī)觀測(cè)資料，對(duì)此次低溫陰雨冰凍天氣過程的環(huán)流形勢(shì)和物理量進(jìn)行了分析，并對(duì)多種氣象因素與不同相態(tài)降水之間的關(guān)系進(jìn)行了探討，有助于提升當(dāng)?shù)氐蜏赜暄┍鶅鎏鞖獾念A(yù)報(bào)預(yù)警服務(wù)水平。

1 過程概況

2015年1月27日～2月2日受不斷南下的冷空氣影響，懷化市出現(xiàn)了較大范圍的低溫陰雨冰凍天氣，全市11個(gè)臺(tái)站中有7個(gè)站出現(xiàn)了雨夾雪、10個(gè)站出現(xiàn)了凍雨，最大電線結(jié)冰直徑為30 mm，雖然此次過程凍雨范圍較廣，但冰凍持續(xù)時(shí)間短，最長(zhǎng)單站持續(xù)日數(shù)為1 d。此次過程期間各種相態(tài)降水轉(zhuǎn)換較為頻繁，27日晚上～28日隨著冷空氣南下，出現(xiàn)了小雨天氣；之后隨著冷空氣的進(jìn)一步南下，在28日夜間開始出現(xiàn)凍雨天氣，除了南部的通道外，其余臺(tái)站均出現(xiàn)了凍雨天氣，29日一直維持著10站的凍雨天氣；30日起，冷空氣勢(shì)力有所減弱，又轉(zhuǎn)為小雨天氣；到2月1日夜間，部分臺(tái)站出現(xiàn)了雨夾雪天氣，但持續(xù)時(shí)間短，并沒有出現(xiàn)純雪；2日開始又轉(zhuǎn)為降雨天氣，之后隨著冷空氣的減弱消失及高空槽的過境，降水減弱并趨于結(jié)束。此次過程是懷化市2015年首場(chǎng)低溫陰雨冰凍天氣過程，給全市農(nóng)業(yè)、交通及人民群眾的生活造成了一定的影響，但總體來說影響不大。

2 大尺度環(huán)流背景

分析整個(gè)過程期間（1月27日～2月2日）500 hPa平均位勢(shì)高度場(chǎng)（圖1）可以看出，亞歐大陸中高緯為倒“Ω”流型，烏拉爾山地區(qū)為一高壓脊，下游的高壓脊位于太平洋中部，2個(gè)高壓脊發(fā)展均不強(qiáng)，沒有形成阻塞高壓形勢(shì)，因而2個(gè)脊無法長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定維持，所以這次過程冷空氣南下時(shí)勢(shì)力較弱；此外這次過程中南支槽并不活躍，中低緯地區(qū)以平直波動(dòng)氣流為主，有利于將水汽源源不斷地輸送至懷化地區(qū)，但不利于大量水汽的輸送，因此這次過程降水持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，但量級(jí)不大。

從地面圖上看，自25日晚上起，冷空氣就開始南下侵入我國，26日晚上開始影響懷化市，到28日晚上，懷化地區(qū)氣溫開始降至0 ℃左右，48 h氣溫降幅在8 ℃左右，過程期間，冷高壓主體并未明顯東移和南壓，一直穩(wěn)定在蒙古-西伯利亞地區(qū)，只是不斷有冷空氣從高壓主體中分裂滲透南下，因而導(dǎo)致了懷化地區(qū)持續(xù)的低溫天氣。

圖12015年1月27日～2月2日500 hPa平均位勢(shì)高度

（單位：dagpm）

3物理量診斷分析

3.1 水汽條件

分析過程期間懷化區(qū)域（109°～111°E）平均700 hPa風(fēng)速的時(shí)間經(jīng)向剖面（圖2a）可知，27日懷化區(qū)域的西南風(fēng)急流已經(jīng)建立并逐漸加強(qiáng)，于28日達(dá)26 m/s的西南急流中心，與28日晚上大范圍的凍雨相對(duì)應(yīng)。西南急流一直持續(xù)到2月2日20：00后，為該區(qū)域帶來了源源不斷的水汽供應(yīng)，使得這次過程得以持續(xù)。同時(shí)從懷化北中部區(qū)域（109°～111°E、27°～29°N ）平均水汽通量的時(shí)間-高度演變（圖2b）來看，整個(gè)過程期間該區(qū)域上空一直存在水汽通量大值中心，且水汽的輸送中心主要位于700～850 hPa，在28～29日期間中心值達(dá)10 g/（cm· hPa·s）以上，與700 hPa西南急流大值中心相對(duì)應(yīng)，說明水汽通量輸送的加強(qiáng)與該時(shí)期中低層西南急流的加強(qiáng)有密切關(guān)系；進(jìn)一步分析該區(qū)域平均水汽通量散度的時(shí)間-高度演變（圖2c）可以發(fā)現(xiàn)，該區(qū)域在整個(gè)過程期間均有明顯的水汽輻合，強(qiáng)輻合中心位于700～925 hPa，28～29日為強(qiáng)水汽輻合時(shí)段，中心值高達(dá)12×10-6 g/（cm2· hPa·s）以上，與28日晚上的凍雨時(shí)段相對(duì)應(yīng)。

圖22015年1月27日～2月2日700 hPa懷化區(qū)域平均風(fēng)速時(shí)間經(jīng)向剖面（a，m/s）以及懷化北中部區(qū)域平均水汽通量[b，g/（cm· hPa·s）]和平均水汽通量散度[c，10-6 g/（cm2· hPa·s）]的時(shí)間-高度剖面

3.2 動(dòng)力條件

分析懷化北中部區(qū)域（109°～111°E、27°～29°N）平均渦度的時(shí)間-高度剖面圖（圖3a）可以發(fā)現(xiàn)，在29日晚上之前，該區(qū)域上空中低層850～500 hPa維持正渦度，中高層500 hPa以上為負(fù)渦度，形成中下層正渦度、高層負(fù)渦度的空間配置形勢(shì)，有利于降水的形成和發(fā)展，對(duì)應(yīng)著該時(shí)段持續(xù)的陰雨天氣；29日晚～30日925 hPa層及以下有弱的負(fù)渦度區(qū)，對(duì)應(yīng)著該時(shí)段短暫的降水間歇；1月31日～2月1日正渦度區(qū)有所減弱，1日之后，正渦度區(qū)同時(shí)向上和向下發(fā)展，最高伸展至300 hPa以上，而高層的負(fù)渦度有所減弱。分析該區(qū)域垂直速度的時(shí)間-高度剖面圖（圖3b）可以發(fā)現(xiàn)，該區(qū)域整個(gè)過程期間500 hPa以下均有明顯的上升運(yùn)動(dòng)區(qū)，強(qiáng)上升運(yùn)動(dòng)中心區(qū)位于925～700 hPa，由此可見，低層正渦度和高層負(fù)渦度的形勢(shì)有利于低層輻合高層輻散和垂直運(yùn)動(dòng)的發(fā)展，利于降水的持續(xù)和發(fā)展。

圖32015年1月27日～2月2日懷化北中部區(qū)域（109°～111°E、27°～29°N）平均渦度（a，10-5 m/s）和平均垂直速度（b，Pa/s）的時(shí)間-高度剖面

圖42015年1月27日～2月2日懷化北中部區(qū)域（109°～111°E、27°～29°N）平均溫度的時(shí)間-高度剖面

（單位：℃）

3.3 層結(jié)條件

從懷化北中部區(qū)域（109°～111°E、27°～29°N）平均溫度的時(shí)間-高度剖面（圖4）可以看出，28日之前和2月2日之后，600 hPa以下均高于0 ℃，為明顯暖層，不利于固態(tài)降水的發(fā)生；1月28日～2月2日期間，700 hPa附近為大于0 ℃的暖層，而1 000～850 hPa為低于0 ℃的冷層，具備了產(chǎn)生凍雨的條件，但1 000 hPa附近的近地面溫度僅28日晚上～29日期間低于0 ℃，與該時(shí)段的凍雨天氣相對(duì)應(yīng)，其他時(shí)次雖然也在0 ℃附近，但均高于0 ℃，從而導(dǎo)致了各種相態(tài)降水轉(zhuǎn)換以及冰凍無法長(zhǎng)時(shí)間維持。

4 多種氣象要素與不同相態(tài)降水的關(guān)系

這次過程以降雨為主，伴有凍雨及雨夾雪等天氣，為做出更準(zhǔn)確的預(yù)報(bào)，有必要對(duì)各種相態(tài)降水的特征進(jìn)行分析，以出現(xiàn)各種天氣現(xiàn)象較全的懷化站為例。根據(jù)地面觀測(cè)資料發(fā)現(xiàn)，此次過程中，氣溫<0 ℃時(shí)并沒有出現(xiàn)純雪，而氣溫>0 ℃時(shí)也出現(xiàn)了凍雨和雨夾雪。從1月28日～2月2日的探空?qǐng)D可知，懷化站一直均存在逆溫層，但融化層較弱，云頂伸展較低，且近地面氣溫在0 ℃左右，冷墊結(jié)構(gòu)不明顯，所以并未出現(xiàn)純雪，且凍雨維持時(shí)間不長(zhǎng)。

針對(duì)冰凍，有許多專家指出其形成和增長(zhǎng)與降水、氣溫有重要關(guān)系，為了驗(yàn)證此次過程是否也有類似情況，故選取了懷化站的日雨量、日平均氣溫、日最低氣溫等要素。在此次過程中，懷化站是28日夜間出現(xiàn)冰凍并發(fā)展，到29日電線積冰達(dá)3 mm，29日晚上減弱消失；分析降水量變化可知，其與冰凍的生成并無明顯線性關(guān)系，但出現(xiàn)冰凍的前提一定要有降水量。從圖5不難看出，日最低氣溫與日平均氣溫的變化趨勢(shì)較為一致，但29日的日平均氣溫為0 ℃，結(jié)果出現(xiàn)了凍雨，而當(dāng)日平均氣溫高于0 ℃時(shí)，即使有日最低氣溫低于0 ℃的時(shí)候也并未出現(xiàn)冰凍，可見，日平均氣溫與冰凍的

圖52015年1月27日～2月2日懷化站日雨量、日平均氣溫和日最低氣溫

發(fā)展之間的反相關(guān)關(guān)系比日最低氣溫更明顯，在一定的降水條件下，日平均氣溫是影響冰凍生成發(fā)展與維持的重要因子，只有日平均氣溫≤0 ℃時(shí)，才有利于冰凍的生成發(fā)展和維持。

5 小結(jié)

（1）懷化這次低溫陰雨冰凍過程總的來說強(qiáng)度不大，其強(qiáng)度偏弱的主要原因?yàn)橹懈呔暩邏杭箾]有強(qiáng)烈發(fā)展，到達(dá)懷化地區(qū)的冷空氣勢(shì)力偏弱，同時(shí)低緯南支槽并不活躍，以平直氣流為主。

（2）但這次過程持續(xù)時(shí)間并不短，因?yàn)?00 hPa西南急流的建立和加強(qiáng)為懷化地區(qū)帶來源源不斷的水汽供應(yīng)，同時(shí)該地區(qū)上空維持低層正渦度和高層負(fù)渦度的形勢(shì)，利于低層輻合高層輻散及垂直運(yùn)動(dòng)的發(fā)展，從而有利于陰雨天氣的持續(xù)和發(fā)展。

（3）雖然此次過程出現(xiàn)了利于凍雨產(chǎn)生的逆溫層，但1 000 hPa溫度除了28日夜間到29日低于0 ℃外，其他時(shí)次均略高于0 ℃，因而導(dǎo)致了各種相態(tài)降水轉(zhuǎn)換較為頻繁以及冰凍無法長(zhǎng)時(shí)間維持，可見降水相態(tài)變化與溫度的層結(jié)特征密切相關(guān)。

（4）在一定的降水條件下，日平均氣溫是影響冰凍生成發(fā)展與維持的重要因子，只有日平均氣溫≤0 ℃時(shí)，才有利于冰凍的生成發(fā)展和維持。

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