遵義市冬末初春兩次寒潮降雪天氣過程對比分析

肖　蕾，唐　海，張云秋，謝和林

(貴州省遵義市氣象局，貴州　遵義　563002)

1　引言

北方寒冷的空氣活動達到一定強度，并大規模向南侵襲的過程，稱為寒潮[1]。根據《貴州省重大災害天氣預報考核辦法(試行)》規定:使某地日最低(或日平均)氣溫24 h內降溫幅度≥8 ℃，或48 h內降溫幅度≥10 ℃，或72 h內降溫幅度≥12 ℃，而且使該地日最低氣溫≤4 ℃的冷空氣活動,稱為寒潮天氣過程。寒潮天氣通常會造成劇烈降溫和大風，有時還伴有雨、雪、雨凇或霜凍，給國民經濟造成巨大的損失[2]。馬素艷等[2]提出，寒潮依據其天氣可分為4類：第1類是降溫型寒潮；第2類為大風型寒潮；第3類為降雪型寒潮；第4類為大風降雪型寒潮。根據分類，本文所研究的2016年3月8—9日(以下簡稱：過程Ⅰ)和2017年2月21—22日(以下簡稱：過程Ⅱ)兩次寒潮均為降雪型寒潮。眾多學者對這類寒潮天氣過程進行了分析。牛若云等[3]指出，前期回溫是寒潮預報的一個重要指標，同時具備強冷空氣的堆積及冷高壓必須進入關鍵區等。姚正蘭[4]在遵義市寒潮天氣過程統計分析中同樣指出地面氣溫異常回升,中高層有強冷空氣堆積,大氣環流由緯向型轉為經向型調整是爆發寒潮的有利條件。冬季貴州以凍雨天氣為主，但對于處在貴州北部的遵義而言，降雪過程每年都會出現，或者是雪凝相伴，對于貴州降雪天氣有學者做過相關研究，曾維[5]對貴州7個典型降雪個例進行環流背景及層結條件分析，指出貴州強降雪天氣預報著眼點主要有冷空氣強度、引導系統、南支槽；何玉龍等[6]分析了貴陽降雪和凝凍天氣的大氣層結特征，得出凝凍天氣多有逆溫存在，而降雪不一定有逆溫，降雪需要的水汽條件比凝凍更高。許愛華等[7]分析了一次寒潮過程中的大—暴雪天氣，指出700 hPa上切變線和西南急流是造成大—暴雪的直接影響系統。張山清等[8]的研究結果表明，寒潮中暴雪天氣是強冷空氣大舉南下與南支旺盛的暖濕氣流相互作用的過程。本文所研究的兩次降雪過程均在700 hPa上存在切變線和西南急流，但500 hPa并無深厚的南支槽影響。

寒潮是貴州冬半年重要的災害性天氣之一，由其帶來的大范圍急劇降溫、雨(雪)、冰凍等天氣，給農業、畜牧業、旅游業、交通等帶來不利影響，而冬末初春出現的寒潮天氣過程常常給農業生產和牲畜御寒帶來嚴重不利影響，因此寒潮的預報一直是冬半年預報業務中的重點和難點。本文利用Micaps常規觀測資料、區域站加密觀測資料，對2016年3月9日和2017年2月22日兩次降雪型寒潮進行分析。

兩次寒潮過程產生的天氣非常復雜，歷經了雷電冰雹、劇烈降溫及雨雪(凝凍)天氣，本文著重分析最為明顯且影響較大的降雪天氣，對比分析2次寒潮爆發環流形勢、冷空氣的源地和強度，寒潮路徑和強度等，對降雪型寒潮進行初探，為今后遵義市寒潮、降雪天氣的預報服務提供參考依據。

2　天氣實況

過程Ⅰ：2016年3月9—10日受寒潮天氣影響，遵義市平均氣溫降幅7～12 ℃，最低氣溫降至2 ℃左右，海拔較高鄉鎮普遍降至0 ℃以下，鄉鎮最低為桐梓黃連鄉-3.8 ℃，縣城最低為播州區(原名遵義縣)0.4 ℃，遵義中心城區最低為2.3 ℃。其中務川、正安、道真、綏陽、湄潭、余慶、仁懷、播州區等縣區市降雨夾雪或小雪，務川、綏陽、鳳岡中東部地區有積雪，積雪最深為鳳岡3.0 cm。按照規定的寒潮天氣過程標準統計，3月8—9日24 h最低氣溫(20—20時)有桐梓、正安、務川、遵義等10縣站降幅達到8 ℃及以上，但上述站點9日最低氣溫均未低于4℃，達不到規定寒潮過程標準，以08—08時計算，9—10日桐梓、正安、務川達到寒潮標準(實況見表1過程Ⅰ)。

過程Ⅱ：2017年2月22—24日遵義市受寒潮天氣影響，全市各地平均氣溫普遍降幅達8～11 ℃，最低氣溫普遍降至1～3 ℃。北部、西部、中部等近20個較高海拔鄉鎮氣溫降到0 ℃以下，桐梓黃蓮23日最低氣溫降至-4.3 ℃，縣城最低氣溫為習水0.8 ℃，中心城區最低氣溫為2.8 ℃。習水、桐梓大部鄉鎮，務川蕉壩、泥高、石朝，正安小雅，道真縣城、隆興，仁懷學孔，綏陽小關，播州南白、楓香、洪關等地出現了降雪和凝凍，但未出現積雪。按照寒潮標準統計，全市有7縣站達到寒潮天氣過程標準(實況見表1過程Ⅱ)。

表1　2次寒潮降雪天氣實況對比統計Tab.1　Comparison and statistics of two cold wave snowfall weather conditions

備注：過程Ⅰ統計數據為08時-08時；過程Ⅱ統計數據為20時-20時。

由表1可見，過程Ⅰ達到寒潮的站點數明顯少于過程Ⅱ，但出現降雪的站點數過程Ⅰ則比過程Ⅱ多，且過程Ⅰ縣站還出現了積雪，最大積雪鳳岡達到3.0 cm。

3　氣溫變化特征分析

過程Ⅰ：3月8日最低氣溫在13 ℃(習水縣)～15 ℃(赤水市)之間，大部地區在15 ℃左右，到9日普遍降到4～7 ℃。由圖1(a)可知，播州區、綏陽、務川、余慶從8日的最高氣溫18～24 ℃降到9日20時都在6 ℃以下，主要降溫時段在8日20時—9日08時，并在9日白天到夜間繼續下降，9日傍晚開始出現降雪，部分站點有積雪，在10日夜間弱冷空氣補充，部分地方又出現雨夾雪。

過程Ⅱ：2月21日貴州省西南部地區受熱低壓影響，在東部鳳岡、務川等地氣溫已經降至10 ℃以下時，中西部地區白天氣溫大幅上升，仁懷在21日最高氣溫上升至23.4 ℃，隨著地面強冷空氣入侵，21日14時以后中西部地區氣溫也開始明顯下降，到22日08時后基本維持。跟過程Ⅰ類似，也是在22日夜間氣溫繼續下降，海拔較高地區出現雨夾雪或小雪。23日夜間冷空氣繼續補充影響，在高海拔地區又出現了弱降雪。

圖1　過程Ⅰ(a)和過程Ⅱ(b)站點氣溫變化曲線對比圖(折線，單位： ℃)Fig.1　The stations temperature change curve contrast diagram of weather process Ⅰ(a) and weather process Ⅱ(b)(broken line,unit: ℃)

4　環流演變特征與寒潮爆發

4.1　500 hPa環流特征

過程Ⅰ：500 hPa早在2016年3月5日08時，極渦分裂南下到貝加爾湖附近(中心強度511dagpm、溫度-45 ℃)，之后冷渦維持略有東移至120°E,50°N附近，形成明顯的東西向橫槽，隨著冷渦的加強東移，橫槽準東西向維持略有南壓。到3月8日20時橫槽開始南壓并分裂小槽引導地面冷空氣南下，從東北路徑影響貴州東北部，3月9日08—20時橫槽緩慢旋轉，位于川西高原—西藏東部的低槽隨著橫槽轉豎而東移影響貴州，帶動冷空氣從東北路徑補充影響貴州，導致寒潮天氣發生。橫槽(配合溫度槽)(見圖2a)在9日08時—10日08時完成轉豎，導致24 h之內出現寒潮和降雪，之后西北氣流上的下滑槽及地面偏東路徑冷空氣繼續補充致使10日夜間繼續出現弱的降雪。

過程Ⅱ：500 hPa前期2017年2月21日中高緯為兩槽一脊形勢(圖2b)，中西伯利亞為高壓脊，兩低槽分別在巴湖附近80°E和鄂霍次克海130°E附近，在130°E，60°N附近有明顯冷渦，隨著巴湖低槽南段加深東移到21日20時在貝加爾湖附近形成深厚低槽(見圖2b)，貝湖附近低槽東移外加冷渦南下在22日08時冷渦低槽打通形成深厚的低渦槽，23日08時低渦槽東移形成東亞大槽。低槽(配合溫度槽)東移形成過程中，引導低層系統和冷空氣的迅速東移南壓，整個過程遵義市受南支淺槽前的偏西氣流影響。過程Ⅰ屬于橫槽轉豎型寒潮天氣過程，過程Ⅱ寒潮屬小槽發展型(表2)。

圖2　2016年3月8日20時(a)和2017年2月21日20時(b)500 hPa高度場(等值線，單位：dagpm)Fig.2　The 500 hPa height field on March 8 at 20o'clock(a),and on February 21 at 20o'clock(b)(contour line,unit:dagpm)

過程環流形式(500hPa)影響系統500hPa地面寒潮爆發類型冷空氣路徑冷空氣強度(冷中心)℃500hPa700hPa850hPa地面冷高壓中心/hPa過程Ⅰ橫槽型橫槽、冷渦冷鋒橫槽轉豎型東北路徑-46-26-271 060過程Ⅱ經向型冷槽冷鋒小槽發展型東北路徑-47-32-321 050

4.2　地面冷空氣源地、強度、影響路徑的對比

過程Ⅰ：3月7日開始中西伯利亞強冷空氣開始向南侵入，90°E、50°N附近的冷高壓中心從1 045 hPa增強至1 060 hPa，在7日20時—9日08時冷高壓中心范圍不斷擴大，冷空氣經內蒙、陜甘川渝東北、兩湖西部南侵入黔(圖略)，前鋒已到達長江以南。貴州處于云貴高原向湖南丘陵的過渡地帶，地勢西高東低，遵義處于貴州北部，地勢西高東低。冷空氣經西北地區南下受大巴山阻擋后沿兩湖西部繞流而自東向西爬坡影響遵義市，即為東北路徑(表2)。與此同時，90°E、50°N 附近的冷高壓中心直到10日08時都維持1 060 hPa，之后高壓中心分裂小高壓南侵補充，10日20時云貴準靜止鋒鋒生西進到云南東部，遵義市完全受1 030 hPa的冷高壓控制，為10日夜間的降雪提供更適宜的溫度環境條件。

過程Ⅱ：冷空氣原地、影響路徑與過程Ⅰ類似，但冷空氣強度相比過程Ⅰ要弱。過程Ⅱ前期21日地面受熱低壓發展加強控制，低壓中心位于貴州省西南部，中心強度1 005 hPa，遵義市中西部地區21日白天氣溫大幅上升，仁懷在21日最高氣溫上升至23.4 ℃，姚正蘭[4]指出：地面氣溫異常回升,中高層有強冷空氣堆積,大氣環流由緯向型轉為經向型調整是爆發寒潮的有利條件。與此同時在90°E、50°N附近的冷高壓中心從1 040 hPa增強至1 050 hPa，冷高壓中心強度在23日20時達到最強1 056 hPa，隨著500 hPa低槽東移引導低層冷空氣迅速南下，導致寒潮爆發，寒潮爆發為后期降雪天氣提供適宜的環境溫度。在22日20時1 025 hPa線控制遵義市大部，高海拔地區習水等地開始出現降雪，到24日08時控制遵義市的冷高壓強度最強達到1 031 hPa，這也為23日夜間的弱降雪提供更好的溫度條件。

5　降雪成因分析

5.1　切變

過程Ⅰ：在降雪前的9日08時，700 hPa我國東北—華北為深厚低槽，長江以南地區受西南氣流控制，在川東地區有暖式切變，隨著偏北氣流增強，到9日20時川東暖切變轉為冷切變迅速南壓至貴州北部，遵義大部地區受切變影響，開始出現降雪，到10日08時切變南壓至湘贛中部至貴州南部，遵義市完全受切變后西北氣流的控制，遵義市在9日夜間出現明顯降雪天氣。而到10日20時南風增強后貴州轉為西南急流，為10日夜間弱降雪提供一定水汽和動力條件。低層850 hPa從8日20時—9日20時均為東北氣流控制，切變位于黔桂交界地區，偏東北氣流帶來的冷平流為降雪提供冷墊。

過程Ⅱ：700 hPa 21日08時河套—川東為明顯低槽，內蒙西部、陜甘地區受12 m/s以上的西北風控制，貴州受強勁西南急流控制(貴陽風速22 m/s)，22日20時，切變南壓至川東南形成低渦，貴陽仍然維持22 m/s的西南風。到23日08時低渦切變減弱東移南壓至江南北部—貴州北部遵義市，于此相對應，22日夜間遵義市海拔1 000 m以上的地區出現雨夾雪或小雪天氣。由于西南氣流一直持續較強，切變在遵義地區維持到23日20時，這也是23日夜間繼續出現弱降雪的主要原因。850 hPa跟過程Ⅰ類似，整個過程均受東北氣流控制(圖略)。

文獻[5]指出：700 hPa切變在貴州降雪天氣預報中有指標性意義。本文兩次過程遵義市受到700 hPa切變影響時段都出現了降雪，這也說明今后在預報降雪時要特別關注700 hPa切變。過程Ⅰ西南風勢力較弱，切變在9日夜間迅速南下，降雪時間短，過程Ⅱ受強勁西南急流的阻擋，切變在貴州北部較長時間維持，以至于降水維持時間較長(圖略)。

5.2　急流

過程Ⅰ：500 hPa在降雪之前的9日20時已處于低槽即將過境后的西北氣流控制下，貴陽風速26 m/s西北風，之后仍維持西北氣流(冷槽落后于高度槽)。700 hPa在降雪前的9日20時，云南到兩廣及江南北部為西南急流所控制，急流軸位于兩廣地區，貴陽風速10 m/s，到10日08時隨著700 hPa切變的迅速南壓，貴州大部已轉為切變后的偏北氣流控制，貴陽為10m/s的西北風(圖3a)，主要降雪過程趨于結束。

過程Ⅱ：從降雪前到過程結束，500 hPa一直處于孟加拉灣南支淺槽前西南急流內，急流覆蓋黃河以南大部地區，貴陽站最大風速30 m/s(24日08時)。700 hPa受西南急流控制， 22日08時貴陽風速為20 m/s，22日20時南風增強貴陽達到22 m/s，23日20時急流達到最強，最大風速增至24 m/s。整個過程，急流軸位于貴州省中部至江南中北部，遵義處于急流左側氣旋性切變中。低層西南急流將來自印度洋的暖濕空氣源源不斷地輸送到長江以南，冷暖氣流在貴州北部到江南北部交匯，導致了持續雨雪天氣的發生。低層偏南氣流的發展加強不但為降雪提供了水汽條件，也有利于冷暖氣流的交匯和暖濕空氣的垂直輸送。對比來看，急流強度過程Ⅰ明顯弱于過程Ⅱ(圖3b)。

圖3　500 hPa與700 hPa風場疊加：2016年3月9日20時(a)，2017年 2月23日20時(b)(風向桿：500 hPa藍色；700 hPa棕色，單位：m/s)Fig.3　The superposition of 500 hPa and 700 hPa wind field on March 9,2016 at 20 o'clock(a) ,and on February 23,2017 at 20 o'clock(Wind direction rod: 500 hPa blue;700 hPa brown,unit:m/s)

5.3　溫度層結

從各高度層溫度場變化(表3、表4)可見，過程Ⅰ在降雪前的3月9日20時與過程Ⅱ在降雪前的2月22日20時500 hPa控制遵義的溫度(以控制遵義57713站點的等溫線界定)均為-13 ℃，而700 hPa和850 hPa溫度高于過程Ⅱ，在降雪中的3月10日08時和2月23日08時，700 hPa和850 hPa溫度均分別為-3 ℃和-2 ℃，過程Ⅰ500 hPa溫度則比過程Ⅱ低2 ℃，說明降雪過程中500 hPa過程Ⅰ冷平流強于過程Ⅱ。到降雪明顯減弱的3月10日20時和2月23日20時，700 hPa和850 hPa溫度過程Ⅰ高于過程Ⅱ，過程Ⅰ低層更不利于降雪出現。降水相態的變化與溫度層結特征以及氣層厚度密切相關。羅喜平[9]等指出在垂直方向上溫度層結為一致的冷性結構和整層高濕條件是貴州降雪的必要條件;由探空(圖略)可見，過程Ⅱ貴陽、懷化逆溫明顯，暖層(融化層)較厚，致使過程Ⅱ遵義市偏南偏東地區雖降水量較過程Ⅰ大但降雪不明顯。

表3　過程Ⅰ不同時次500 hPa、700 hPa、850 hPa溫度(單位：℃)Tab.3　the temperature of 500 hPa,700 hPa and 850 hPa at different times in process Ⅰ(unit:℃)

表4　過程Ⅱ不同時次500 hPa、700 hPa、850 hPa溫度(單位：℃)Tab.4　the temperature of 500 hPa,700 hPa and 850 hPa at different times in process Ⅱ(unit:℃)

備注：由于遵義無高空站，故控制遵義的溫度取控制遵義57713站點的等溫線數值。

5.4　水汽條件

過程Ⅰ即將降雪的9日20時700 hPa水汽通量，在急流軸以南的華南沿海有16g· hPa-1·cm-1·s-1的水汽通量大值中心，遵義市西部、北部2g· hPa-1·cm-1·s-1，中東部城區、播州、綏陽、務川南部、正安東南、湄潭、鳳岡、余慶等地達到4g· hPa-1·cm-1·s-1，其中余慶東部達到6 g· hPa-1·cm-1·s-1(圖略)。結合9日夜間降雪實況，東部地區降雪更加明顯，有積雪出現，最大積雪深度為鳳岡3.0 cm，與水汽通量大值區吻合。500 hPa遵義市受4g· hPa-1·cm-1·s-1水汽通量大值中心控制；850 hPa受偏東北氣流控制，水汽通量較小，貴州省大部僅有2g· hPa-1·cm-1·s-1。從水汽通量散度(圖4a)可見，9日20時省西南部與云南交界地區有中心值為-35g· hPa-1·cm-2·s-1的水汽輻合中心，遵義市處于水汽輻合中心右前側的梯度區邊緣，利于水汽的聚集。

過程Ⅱ在即將降雪的22日20時，700 hPa水汽通量，在急流軸以南的貴州南部有14g· hPa-1·cm-1·s-1的水汽通量大值中心，遵義市大部為2g· hPa-1·cm-1·s-1，中東部城區、播州、綏陽、務川南部、正安東南、湄潭、鳳岡、余慶等地達到8g· hPa-1·cm-1·s-1，其中余慶東部達到10g· hPa-1·cm-1·s-1(圖略)。結合22日夜間降雪實況，東部地區降雪更加明顯，與水汽通量大值區吻合。500 hPa遵義市受4g· hPa-1·cm-1·s-1水汽通量大值中心控制；與過程Ⅰ相似，850 hPa受偏東北氣流控制，水汽通量較小，貴州省大部僅有2g· hPa-1·cm-1·s-1。從850 hPa水汽通量散度(圖4b)可見，22日20時850 hPa省西南部與云南交界地區有中心值為-25g· hPa-1·cm-2·s-1的水汽輻合中心，遵義市同樣處于水汽輻合中心右前側的梯度區。

圖4　3月9日20時(a)和2月22日20時(b) 850 hPa水汽通量散度(等值線，單位：g· hPa-1·cm-2·s-1)Fig.4　the 850 hPa Water vapor flux divergence on March 9 at 20o’clock and on February 22 at 20o’clock(contour line,unit:g· hPa-1·cm-2·s-1)

對比兩次水汽條件可以看到，500 hPa和850 hPa水汽2次過程相當，而700 hPa過程Ⅰ水汽條件不及過程Ⅱ條件好，這與700 hPa西南急流強度有很好相關性。特別是東部地區降水量過程Ⅱ強于過程Ⅰ與水汽條件成正相關，而降雪卻是過程Ⅰ比過程Ⅱ明顯很多，這與兩次過程溫度層結有密切關系，過程Ⅱ東部地區融化層較厚。

6　結論與討論

2次寒潮過程有相似性也存在諸多不同。

相似性：① 2次寒潮過程均出現了降雪；②地面冷空氣的源地和路徑較為相似；③降雪過程中都受到700 hPa切變影響；④500 hPa均沒有深厚的南支槽影響。

差異性：①寒潮爆發的方式不同，過程Ⅰ屬于橫槽轉豎型，而過程Ⅱ屬于小槽發展型；②過程Ⅰ達到寒潮標準的站點數明顯少于過程Ⅱ；③過程Ⅰ出現降雪站點數多于過程Ⅱ，且有縣站出現積雪，過程Ⅱ無縣站出現積雪；④地面冷源(冷高壓中心)過程Ⅰ達到1 060 hPa強于過程Ⅱ的1 055 hPa，但過程Ⅰ前期貴州境內無地面熱低壓發展，而過程Ⅱ前期貴州西南部熱低壓發展加強，使得省中西部地區氣溫明顯回升；⑤降雪過程中，過程Ⅰ500 hPa為西北氣流下滑短波槽，過程Ⅱ受南支淺槽前偏西氣流影響；⑥700 hPa切變過程Ⅰ比過程Ⅱ移動快速，西南急流強度過程Ⅰ明顯弱于過程Ⅱ；⑦水汽條件看，過程Ⅰ不及過程Ⅱ，主要表現在700 hPa層；⑧溫度層結顯示，過程Ⅰ降雪期間融化層淺薄，過程Ⅱ貴陽、懷化探空顯示，位于遵義以南以東地區的逆溫明顯(融化層較厚)，以至于過程Ⅰ出現積雪，而過程Ⅱ未出現明顯積雪。