泰安秋季強降雪形成機制分析

張 杰,王玉榮,張 艷,鄒大偉,賈漢奎

(泰安市氣象局,山東泰安 271000)

泰安秋季強降雪形成機制分析

張 杰,王玉榮,張 艷,鄒大偉,賈漢奎

(泰安市氣象局,山東泰安 271000)

利用地面觀測資料和MICAPS資料,分析了泰安3次秋季強降雪產生的天氣形勢、物理量及其演變特征,同時對歐洲中心數值預報的溫度預報進行了檢驗。結果表明：泰安秋季強降雪發生的天氣形勢均為回流形勢；雨雪轉化時850hPa均有東南氣流建立,當850hPa東南氣流轉為北西北氣流、925hPa東北氣流轉為西北氣流控制時,降雪趨于結束；強降雪發生時850～400hPa均有較強的上升運動,水汽輻合中心在800～850hPa；雨雪相變基本發生在08時和20時前后,歐洲中心數值預報850hPa溫度預報≤-2℃可作為泰安秋季雨(雨夾雪)轉為雪的溫度指標。

秋季強降雪；環流形勢；物理量；雨雪相變；泰安

夏季強對流性天氣具有突發性強、強度大、影響顯著等特點,氣象工作者對其研究較多。對于暴雪,國內大多研究是針對隆冬季節的暴雪[1-6],而對秋季暴雪的研究相對較少。1997—2011年,泰安秋季出現了3次強降雪過程,對交通、農業設施產生了嚴重影響,由于缺乏對秋季強降雪預報指標尤其是雨轉雪溫度指標的研究,造成了強降雪預報的失誤,本文對3次強降雪過程進行深入分析,探討其物理機制,統計其預報指標,為秋季強降雪預報服務提供科學依據。

1 資料及處理方法

利用泰安市5個地面氣象觀測站1997—2011年9—11月的氣象觀測資料篩選強降雪過程。規定天氣現象降水記錄為雨夾雪、雨轉雪、先雨后雪為雨雪相變天氣,當1站出現雨雪相變天氣時記一站次雨雪相變天氣過程。規定只要1站出現20—20時降雪(或雨夾雪)量≥10mm即為一強降雪日,跨越20時的同一次強降雪過程記為一次強降雪天氣過程。利用氣象觀測資料和MICAPS資料對篩選出的3次強降雪天氣過程物理機制進行分析。

2 強降雪形成機制分析

2.1 強降雪特點

3次強降雪天氣過程分別出現在2004年11月24—25日(以下簡稱“11·24”)、2009年11月11—12日(以下簡稱“11·11”)、2011年11月29—30日(以下簡稱“11·29”)。在3次強降雪天氣過程中(表1),日最大降水(雨夾雪)量為26.5mm,日純雪量最大為15.5mm,最大積雪深度為7cm。3次強降雪過程都是先降雨,后轉雨夾雪,再轉雪,均存在雨雪轉換。

2.2 環流形勢分析

“11·24”強降雪天氣過程中500hPa歐亞維持兩槽一脊型,脊前貝加爾湖到內蒙一帶為一低槽,槽后有冷空氣南下影響我國,泰安處于槽前西南氣流中。700hPa影響系統與500hPa相同,也為槽前西南氣流。850hPa上,24日20時泰安受高壓脊前偏北氣流影響；25日08時在泰安上空出現東北風與東南風的風向切變,此階段降水強度最大且雨夾雪轉為雪。24日20時925hPa和地面圖上,泰安維持強勁的東北風。25日20時,700hPa處于槽線附近,隨著回流形勢的減弱,降水迅速減弱、停止。

表1 泰安市3次強降雪過程概況

“11·11”強降雪過程中,500hPa中高緯度環流呈兩脊一槽形勢,烏拉爾山以西為一高壓脊,中國東部沿海為另一高壓脊,兩脊間為寬廣槽區,泰安處于槽前西南氣流里。700hPa西南風較大,最大風速為17m/s,西南急流建立,泰安處于急流軸右側。850hPa上,12日08時東南急流建立；11日20時泰安市位于東南風與東北風輻合區,東南急流為此次降水過程提供了一支水汽輸送通道；12日20時當泰安為西北氣流控制時,降水趨于結束。地面上冷高壓在貝加爾湖南側,分裂冷空氣從東北地區向南滲透,11月8日開始影響泰安,泰安站為東北風控制。

“11·29”強降雪時500hPa歐亞中高緯度為兩槽一脊型,兩槽分別位于新疆中部和河套東部,脊位于95°E附近,泰安處于槽前西南氣流中,西南風較大。700hPa上河套東部槽呈東北—西南走向,槽前存在西南急流,槽后西北風較大,泰安位于槽前且存在風速的氣旋式輻合。850hPa及地面盛行東北氣流。

從以上分析可以看出,3次強降雪的環流形勢存在共同特征：700hPa以上為西南氣流, 925hPa及地面圖上,河套西北部有冷高壓向東南移動,925hPa為東北氣流,地面維持強勁的東北風,天氣形勢均為回流形勢。雨雪轉化時, 850hPa都有東南氣流建立,當850hPa東南氣流轉為北西北氣流、925hPa東北氣流轉為西北氣流控制時,降雪趨于結束。

2.3 動力條件和水汽條件分析

2.3.1 垂直速度 大氣中水汽凝結和降水過程與上升運動有密切關系,垂直運動造成的水汽、熱量、動量、渦度等物理量的垂直輸送對天氣系統的發展有很大的影響[7]。3次強降雪過程中850～400hPa均有較強的上升運動(圖1),“11 ·24”強降雪過程,上升速度中心在750hPa附近,最大上升速度為-0.6×10-3hPa/s,“11· 11”強降雪過程,上升速度中心在450hPa附近,最大上升速度為-0.9×10-3hPa/s,“11· 29”強降雪過程,上升速度中心在700hPa附近,最大上升速度為-0.8×10-3hPa/s,強烈的上升運動有利于水汽凝結。

圖1 泰安3次強降雪過程沿36°N、117°E垂直速度時間剖面圖(單位為10-3hPa/s)(a2004-11-23T08—25T20；b2009-11-10T20—13T08；c2011-11-27T08—30T08)

2.3.2 水汽通量散度 “11·24”強降雪過程, 24日20時—25日08時,950～600hPa為水汽通量散度負值區,24日夜間水汽輻合中心處于850hPa附近,中心值為-15×10-7g/(hPa· cm2·s)；“11·11”強降雪過程,濕層比較深厚,12日08時水汽通量散度負值區達到450hPa附近,水汽輻合中心位于800hPa附近,最大值為-15×10-7g/(hPa·cm2·s)。“11· 29”強降雪過程,29日后半段至夜間,750hPa以下中低層存在明顯的水汽輻合,29日夜間水汽輻合中心在850hPa附近,最大值為-32× 10-7g/(hPa·cm2·s)。由此可見3次強降雪過程中,中低層都存在較強的水汽輻合,輻合中心位于800～850hPa,水汽輻合時段與強降雪時段吻合(圖2)。

圖2 泰安3次強降雪過程沿36°N、117°E水汽通量散度時間剖面圖(單位為10-7g/(hPa·cm2·s)；a2004-11-23T08—26T08；b2009-11-10T20—13T08；c2011-11-27T20—30T08))

3 強降雪過程雨雪轉化各層溫度特征

雨雪相態變化與溫度層結性質關系密切[7],雨雪轉化時各層的溫度特征值對秋季強降雪預報是十分有用的溫度指標。考慮到降水的相態轉變主要由于低層大氣的持續降溫造成[8],所以對3次強降雪天氣過程700hPa以下低層及地面溫度統計分析。

對1997—2011年15a泰安秋季16次降雪過程進行統計,發現其中有12次降雪過程存在雨雪轉換,雨雪相變基本發生在08時和20時前后,這可能是因為這兩個時段地面氣溫較低的原因。統計時,若雨雪相變發生在傍晚到夜間,則使用20時的探空資料；若雨雪相變出現在早晨前后,則使用08時的探空資料。3次強降雪過程雨雪轉換溫度臨界值,700hPa分別為-8、-3、-4℃,850hPa分別為-4、-5、-2℃,925hPa分別為-3、-4、-2℃, 1000hPa分別為0、0、1℃,地面分別為0.4、3.4、0.5℃。由此可以看出,700hPa溫度差異較大,不宜作為雨雪相變的溫度指標；地面溫度變化取決于前期氣溫,如果前期氣溫較高,即使冷空氣勢力較強,在雨轉為雪 (或雨夾雪)時地面溫度不會很快降低,對雨雪相變沒有明顯指示意義,這與文獻[9]的結論基本一致,因此地面溫度也不適于作為雨雪相變的溫度指標；850～1000hPa各層雨雪相變臨界溫度變幅不大,可作為雨雪相變的溫度特征值指標。

4 歐洲中心溫度預報及雨雪轉換指標檢驗

歐洲中心數值預報850hPa溫度預報是預報員日常預報業務中的重要參考,它不但是強冷空氣影響時過程降溫的主要依據,也是冬半年降雪預報溫度的重要參考。山東省氣象臺以歐洲中心850hPa溫度預報≤-4℃作為冬半年雨雪轉換的溫度指標[10]。這3次強降雪過程中, “11· 24”過程,24日20時雨雪轉換時歐洲中心850 hPa溫度預報為-3℃,實況為-4℃；“11· 11”過程,12日08時雨雪轉換時歐洲中心850 hPa溫度預報為-5℃,實況為-5℃；“11· 29”過程,29日20時雨雪轉換時歐洲中心850hPa溫度預報為-2℃,實況溫度為-2℃。由此可以看出,歐洲中心850hPa的溫度預報與實況基本吻合,在實際預報中具有較強的參考性,但3次強降雪過程中雨(雨夾雪)轉為雪時850hPa溫度均≤-2℃,明顯高于山東省氣象臺冬半年雨雪轉換的溫度指標,說明雨雪轉化時的溫度秋季明顯高于冬季,對當地雨雪轉化溫度指標是很好的補充。由于個例太少,指標還有待于進一步驗證。

5 小結

(1)泰安秋季強降雪發生的天氣形勢均為回流形勢；700hPa以上為西南氣流；925hPa及地面圖上,在河套西北部有冷高壓向東南移動, 925hPa為東北氣流,地面維持強勁的東北風。

(2)強降雪過程都存在雨雪轉換,雨雪轉化時,850hPa均有東南氣流建立,當850hPa東南氣流轉為西北氣流、925hPa東北氣流轉為西北氣流控制時,降雪趨于結束。

(3)強降雪發生時850～400hPa均有較強的上升運動,水汽輻合中心在800～850hPa之間,水汽輻合時段與強降雪時段比較吻合。

(4)雨雪相變基本發生在08時和20時前后,歐洲中心850hPa溫度預報≤-2℃可作為泰安秋季雨 (雨夾雪)轉為雪的溫度指標。

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P458.121

：A

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1006-4354(2015)04-0013-04

2014-09-05

張杰(1963—),女,山東萊蕪人,本科,高工,主要從事短期天氣預報。

2012年山東省氣象局預報員專項(sdyby2012-09)