2016年初遼寧一次暴雪過程中鋒生作用分析

王剛 王峰 宋岷釜 趙曉鈺 白帆

摘要：應用NCEPFNL分析資料，對2016年初遼寧地區一次暴雪過程預報偏差的形成機理進行了分析。結果表明：暴雪過程強降雪區域伴有鋒生活動，鋒生是暴雪增強的直接原因。降雪期間出現持續鋒生，總鋒生函數隨時間向高層發展，在強降雪階段水平變形項對鋒生起正貢獻，水平散度項起鋒消作用。鋒生作用下，鋒面次級環流加強，利于水平輻合增強進而導致正渦度發展，對上升運動有正反饋作用，利于上升運動的維持，使得動力抬升和水汽輻合作用增強導致強降雪天氣，是導致降雪量預報偏差的主要原因。

關鍵詞：暴雪;鋒生;水平變形項;伸長變形

中圖分類號：P458

文獻標識碼：A

文章編號：1674-9944（2018）6-0098-03

1引言

暴雪是遼寧地區冬半年主要災害性天氣之一，自2007年3月4日東北地區百年一遇的暴風雪過程后，遼寧地區雖未再出現如此罕見的暴雪天氣，但每年都會有幾次暴雪過程。雖然這些暴雪過程沒有臺風、突發性強對流和罕見暴雪等的災害性大，但其出現的頻次高，與人們日常生活息息相關，尤其是對交通、電力和設施農業的影響明顯。每當有暴雪天氣出現，交通部門都要根據降雪預報確定融雪劑和環衛工人的部署，高速公路確定封路時間和路段等，因而提供準確的降雪預報是氣象部門做好決策服務的關鍵。

2降水實況

2016年2月12日20時到13日20時，遼寧出現較強降雪天氣。由24h總降水量分布可見（圖1（a）），全省大部分地區出現了大到暴雪天氣（降雪量≥5mm），其中有19個站出現了暴雪（降水量≥10mm），主要集中在東南部地區，占全省總站次（61站次）的30.6%，強中心位于旅順和風城，降雪量分別為23.4和23.3mm。最大小時雪強空間分布圖（圖1（b））顯示出與24h累計降雪量類似的分布特征，自西北向東南逐漸增強，東南部普遍在2mm/h以上，最大達到5mm/h。

與實況相比，大部分地區降雪量預報較理想，但遼寧南部降雪量預報偏小明顯，特別旅順附近降雪量實況較預報偏多將近10mm，誤差接近100%，因此文章中重點針對遼寧南部降雪量預報偏差較大的地區降雪形成機制進行分析。

3鋒生對動力增強作用分析

動力條件是降水產生的關鍵之一，本次強降雪區的垂直速度、散度、渦度區域平均（120～123°E，37～41°N）時空剖面如圖2所示。從垂直速度演變情況（圖2（a））看，13日03～08時，降水較弱階段，在800hPa以上層次開始有弱的上升運動發展，08時700～500hPa高度間最大上升運動已達到-0.6×10^-3hPa/s，與降水時序對比（圖2（c））發現，強上升運動先于降水增強發展，動力上升增強是降水增強的原因之一。從散度場演變情況看，13日08時之前900hPa以下低層有弱輻合，對應低層下沉，而800hPa以上層次開始有弱的輻合發展，對應弱上升運動和弱降降水;13日08時之后，850hPa以上輻合作用增強，其增強從時間上落后于上升運動的發展，輻合最強階段是13日08-14時，正是強降雪出現的時間段。渦度演變（圖2（c））情況與散度演變在時間上存在一致性.正渦度發展也滯后于上升運動的發展，13日08時之前800hPa以下層次為弱正渦度，對應弱輻合，但低層下沉運動;13日08時之后渦度開始從低層向高層發展，14時發展到最強，達到6×10^-5/s。

對比鋒生的水平散度項和水平變形項對總鋒生函數貢獻及動力演變情況，13日02時之前水平散度項比水平變形項貢獻大，由于中層輻合導致垂直氣流有下沉分量（圖2（a）），上升作用不強，降水強度弱;13日02～08時水平變形項對鋒生起到關鍵作用，鋒生進一步導致中層上升運動加強（圖2（a）），利于水汽輻合、動力抬升增強，降雪加強;13日08～14時水平變形項對總鋒生貢獻更明顯，并且其出現先增后減的趨勢，與該階段降雪先增后減趨勢類似，因此水平變形項鋒生作用對此次降雪動力發展起到重要作用。

4鋒生對水汽條件增強作用分析

冬季是北方的干季，預報降水時，水汽分析尤為重要。整層水汽通量既能顯示大尺度的環流系統，又能顯示明顯的水汽輸送特征，應用下面公式計算13日08時整層水汽通量，分析其空間分布特征。

水汽通量散度用來表征水汽輻合、輻散的物理量，水汽通量散度為負，為水汽輻合，其公式如下：

上述式中PS為地表面氣壓，P取300hPa，q為比濕，g為重力加速度。

從13日08時整層水汽通量空間分布圖（圖3）可以看出，看出海上的偏南水汽通量向北輸送到遼寧北部附近，最大達到60*g· s^-1·cm^-1·hPa^-1，頂端到達北緯44°N附近。而從850hPa水汽通量時間演變顯示（圖4），降雪前到降雪結束后，850hPa水汽通量一直較好，13日02～14時水汽通量逐漸增強，且從南向北延伸，13日14時之后水汽輸送逐漸減弱。

13日08時，水汽通量散度空間分布圖（圖5）可以看出，水汽輻合中心（負值中心）與強降水空間分布（圖1（a））存在較好對應。水汽輻合（圖6）與降水時間（圖1（c））同樣有較好的對應，13日02～08時水汽輻合逐漸增強，08～11時達到最強，且延伸到42。N附近，中心最大值達到-20×10^-6kg/㎡·s;ll-14時水汽輻合逐漸減弱，位置南落;14時之后基本上為水汽輻散。

綜上分析，鋒生活動使得上升運動加強，鋒面次級環流發展，導致低層水平輻合加強，對次級環流上升支起到正反饋作用，二者共同作用是強降雪發展的主要動力機制。上升運動發展、水汽輻合加強造成遼寧東南部降雪加強。

5結論

2016年2月12～13日遼寧地區出現較強暴雪過程，且遼寧南部預報與實況降雪量偏差較大，通過重點針對遼寧南部強降雪形成機理的分析，發現其特點是鋒前暖區鋒生導致垂直上升運動加強是產生暴雪的動力因素。

通過進一步分析鋒生及動力機制：降雪期間出現持續鋒生，在強降雪階段水平變形項對鋒生起正貢獻。而伸長變形Af對水平變形項的貢獻最顯著，遼寧以南地區的偏南風穿過等θse線，遼寧西北部西北風穿過等θse線，在遼寧東南部兩股氣流匯合使得等θse線密集并向西南方向拉伸，驅動θse梯度增大，形成溫濕對比明顯的一條狹帶，是促進鋒生的關鍵。鋒生作用下，鋒面強度增加，坡度變陡，鋒面次級環流加強，利于水平輻合增強進而利于正渦度發展，正渦度發展對上升運動有正反饋作用，利于上升運動的發展和維持，使得動力抬升和水汽輻合作用增強導致遼寧東南部強降雪天氣。通過以上分析，得出在預報業務中，要關注氣流交匯導致伸長變形增強是強降雪預報著眼點之一，預報中可以將相應區域的降雪量向大訂正。