江西婺源3次降雪過程天氣系統對比分析

張曉芳，馬中元，陳鮑發，黃龍飛，陳 昆

(1.江西省氣象科學研究所，330046，南昌;2.婺源縣氣象局，333200，江西，上饒;3.景德鎮市氣象局，333000，江西，景德鎮)

0 引言

雨雪冰凍天氣是江西冬季常出現的氣象災害之一，尤其是當連續發生雨雪冰凍災害時，對人們的生活與生產有很大的影響。江西最為嚴重的雨雪冰凍災害發生在2008年初(1月10日至2月2日)，連續出現了4次凍雨天氣過程，主要集中出現在1月中、下旬和2月初，尤其是1月下旬最為嚴重，帶來重大經濟損失。因此，雨雪天氣持續發生最易出現冰凍天氣，而冰凍天氣才會產生冰凍災害。

國內不少專家學者對有關雨雪天氣的研究成果較多，例如:馬中元[1]等對江西50年來(1959－2008年)共出現102次持續3 d以上的雨雪天氣過程，其中包含持續3 d的10站次以上18次凍雨天氣過程的形成特征進行分析研究表明:地面冷高壓、阻塞高壓、副熱帶高壓、南支槽、850 hPa切變線、地面輻合線(準靜止鋒)、溫度鋒區、700 hPa急流與濕舌等是雨雪凍雨天氣的主要影響系統;雨雪凍雨天氣過程都存在逆溫層特征，逆溫層高度在850～700 hPa間，平均逆溫差為4～5℃，最大10℃，同時地面溫度在0℃以下或接近0℃;700 hPa高度上有明顯的暖濕氣流存在，89%的凍雨天氣過程與之相關。黃水林[2]等研究指出廬山冰凍災害的出現主要決定于925～850 hPa層次的溫度層結，當層結溫度降為0℃以下并伴有較明顯降水時，并不一定需要太長時間和明顯逆溫層的存在廬山就可以出現冰凍災害。楊青瑩[3]等通過診斷分析表明，副熱帶高壓異常偏北，低空西南急流活躍，為南方地區輸送了充沛的水汽;中高緯度歐亞地區大氣環流經向度偏大，冬季風偏強，導致冷空氣勢力較強;強冷空氣與暖濕氣流匯合，加上匯合帶的強抬升作用，共同造成了此次南方地區的大范圍降雪天氣過程。劉暢[4]等分析表明，雨雪天氣過程，降水相態多樣性和相態轉化復雜性是主要特點，表現為同一時刻雨、雪和雨夾雪3種相態共存現象。張俊利[5]等分析湖南暴雪過程的主要影響天氣系統為500 hPa高空槽、700 hPa切變線及西南急流、850 hPa切變線。孔照林[6]等通過4 a冬季8次雨雪轉化過程中的探空資料和地面降水觀測資料進行分析，得到最適合浙江省冬季降水相態識別判據是2 m溫度、1000 hPa溫度、0℃層高度、850 hPa和1 000 hPa高度差。李進[7]等分析結果表明，500 hPa南支槽、700 hPa和850 hPa切變線，配合700 hPa西南急流，為雨轉雪天氣過程提供了較好的動力抬升和水汽條件。劉暢[8]等分析表明，暴雪發生前，存在于850～700 hPa冷空氣團中的弱下沉運動導致了0℃等溫線呈“漏斗狀”向下延伸，造成了暴雪區地面氣溫的驟降，是降水相態由雨迅速轉為雪的直接原因。宋麗麗[9]等分析表明，冷空氣不斷補充促使淺槽加深東移，低空西南急流建立，均為丹東地區暴雪提供有利環流背景和動力、水汽條件;地面倒槽頂部暖切變以及蒙古低壓槽前切變是暴雪直接影響系統，尤其是低層逆溫層的分析。李鸞[10]等分析表明，降雪前925 hPa左右高度上，風廓線雷達可見東風氣流，當東風氣流轉為西北氣流時，降雪天氣開始;降雪時低層冷平流，中高層暖平流，逆溫結構有助于降雪的發生。郭巧紅[11]等分析表明，各種降水相態出現時的地面溫度區間范圍較大。850～700 hPa有逆溫層是降雪的有利條件，700 hPa附近逆溫層頂溫度在零度以下，云頂高度較高或在925 hPa有強干冷空氣楔入時，即使地面溫度高于2℃也有可能出現純雪。夏倩云[12]等指出可以根據探空廓線與0℃等溫線相交形成的正、負區面積和兩者的交點數，以及地面溫度作為降水相態(雨，雨夾雪，雪，凍雨，冰粒)的預測因子。這些研究成果為雨雪天氣過程的研究提供了有力的依據。

文中利用MICAPS系統、江西WebGIS雷達拼圖平臺、單站雨量和雪深等數據，通過對2014年、2016年和2018年江西3次雨雪天氣過程的天氣系統配置和T－lgP探空圖的對比分析，力求得出江西婺源雨雪天氣的中尺度天氣系統配置，為江西婺源雨雪冰凍天氣的預警預報提供參考依據。

1 資料來源與天氣實況

1.1 資料來源

雨量、雪深等氣象數據來源于婺源國家氣象觀測站地面實測資料;天氣形勢中尺度分析和南昌探空圖來源于MICAPS系統平臺;雷達拼圖回波資料來源于江西WebGIS雷達拼圖應用平臺(http://10.116.32.81/xxzx/qxwebgis/index.php/Index/index)。這個平臺集24部雷達，拼圖精度為1×1 km，出圖時間間隔為10 min，以江西為中心的拼圖范圍:110E;33N～121E;22N(1 100×1 100 km)矩形，這個范圍對監測較大范圍的雨雪天氣十分有利。

1.2 天氣實況

2014年2月9日14:00－10日07:00，受較強冷空氣南下和低槽東移影響，婺源縣出現了一次小到中雪部分大雪的天氣過程(圖1(a))。過程總降水量0.7 mm，最大積雪深度0.6 cm，出現了一定程度的積雪和道路結冰。由于婺源觀測站無稱重式降水儀，降雪期間無法測量雨量，待雪后觀測時次進行人工測量。

2016年1月22日05:00－23日07:00，受高空槽、中低層切變、西南急流和強冷空氣影響，婺源縣出現雨雪天氣(圖1(b))。22日05:00，普降中到大雪，局部暴雪，23日07:00雪停，天氣轉好，24－25日受強冷空氣影響，氣溫驟降，極端最低氣溫分別降至－6.8℃和－10.0℃，并出現嚴重冰凍天氣。

2018年12月30日05:00－31日05:00，受較強冷空氣南下和低槽東移影響，婺源縣出現一次中到大雪局部暴雪的天氣過程(圖1(c))。過程總降水量6.2 mm，出現了一定程度的積雪和道路結冰，最大積雪深度5.5 cm。

圖1 2014年、2016年和2018年婺源3次降雪天氣過程小時要素分布圖

由此可見，婺源縣地處贛東北區域，這3次降雪過程都造成贛北、贛中北部廣大地區出現不同程度的大雪和暴雪。婺源縣是在整個贛北區域出現較大面積降雪的情況下出現的降雪，婺源雪深處于全省中等程度，持續時間較長，隨著冷空氣南下，雨雪天氣過程逐漸結束。

2 天氣系統配置

2.1 2014年2月8－9日

2014年2月8日20:00(圖2(a))，500 hPa低槽為南北向，位于四川－貴州－廣西，850 hPa的0℃線南壓到贛中，－4℃線位于贛西北邊緣。850 hPa有東西向切變線，從貴州南部經湖南伸向贛南，切變線以南有低空西南急流。700 hPa切變線位于長江以北，西南急流從廣西西北經湖南中部伸向南昌，江西境內受850 hPa切變線和低空急流的影響，出現大范圍降水，長江以北有降雪，雪區南界位于贛西北邊緣。9日08:00(圖2(b))，高空低槽東移，維持南北向，并移過110°E線，冷空氣繼續南侵，中低層急流南落，切變線南壓，850 hPa的－4℃線南壓到12 h前的0℃線位置，沿－4℃線以北，贛西北出現降雪。9日20:00(圖2(c))，500 hPa低槽較穩定，700 hPa切變線明顯東移南壓，降雪區繼續南下，贛北、贛中出現明顯降雪。

2.2 2016年1月21－22日

2016年1月21日20:00(圖2(d))，500 hPa低槽為南北向，位于110°E線附近，850 hPa的0℃南壓到贛中，－4℃線位于贛北。850 hPa從兩廣經贛南伸向浙江有切變線，切變線以南有低空西南急流。700 hPa有東西向切變線，位于湖北中部－安徽中部－長江出海口，24 m/s的西南急流由貴州南部經湘中伸向南昌，江西境內受850 hPa切變線和低空急流的影響，出現大范圍降水，長江以北的切變線東段有降雪，雪區東南界位于贛東北邊緣。22日08:00(圖2(e))，高空低槽穩定，700 hPa切變線由東西向轉為東北－西南向，冷空氣勢力強，0℃線位于贛中南部，－4℃線位于贛北南部，贛北出現大范圍降雪。22日20:00(圖2(f))，低槽東移，700 hPa切變線附近、冷溫槽前的湖南、湖北、安徽大部仍有明顯降雪，贛北由于近地層1 000 hPa升至0℃或以上，以雨夾雪或小雨為主，只廬山、婺源等地仍有固態降雪。

2.3 2018年12月29－30日

2018年12月29日20:00(圖2(g))，500 hPa低槽位于高原，我國東部地區處于槽前弱脊中，大部地區以多云為主，槽前的云、貴、川有降雪，隨著低槽東移，雪區逐漸向東移動。30日08:00(圖2(h))，500 hPa低槽移至四川東部至云貴交界處，輻合系統隨高度向西偏移明顯，700 hPa切變線位于500 hPa槽前3～4個緯距，850 hPa切變線又位于700 hPa切變線以東5～7個緯距，切變線以南有顯著的東南氣流向贛東北輸送水汽。700 hPa急流由廣西經湖南伸向贛北、贛中，南昌至長沙有22～24 m/s的急流核，冷空氣勢力增強，850 hPa的0℃線由贛中南部壓至贛南，－4℃線由贛北南壓至贛中，850 hPa切變線東段伸至贛東與浙北，進入－4℃線控制范圍。受低槽、切變、急流影響，贛北大部出現明顯降雪。30日20:00(圖2(i))，850 hPa切變線略有北抬，東段伸入贛東北至皖東南，切變線以南的東南氣流增強為東南急流，導致切變線上的輻合力量增強，由于此時整個贛北均在－4℃或以下，在切變線附近、急流核附近及左前方的贛西北、贛東北出現大雪，部分地區暴雪。

圖2 2014年、2016年和2018年江西3次雨雪天氣系統中尺度綜合分析圖

2.4 天氣系統配置概念模型

將3次雨雪天氣的天氣圖數據融合在一起制作平均場，得到江西雨雪天氣中尺度系統配置概念模型圖(圖3)。由于200 hPa急流、500 hPa低槽、700 hPa切變線與急流、850 hPa冷溫槽、急流、－4～－8℃溫度線與偏東氣流的共同影響，形成了江西雨雪天氣的概念模型。模型中，850 hPa上的－4～－8℃溫度線區域是主要降雪區，溫度線走勢與雪區分布一致。850 hPa偏東氣流遮擋了冷空氣的南移速度，使冷空氣和降雪在贛北堆積形成暴雪。700 hPa西南急流帶來江西中層逆溫，為中層暖層維持起到了關鍵作用。中層暖層及低層“冷墊”是江西雨雪天氣產生的有利條件，這種降水相態的垂直溫濕結構(冷－暖－冷)表現為700 hPa有逆溫存在且濕層深厚，十分有利于江西大雪或暴雪天氣的產生與維持。

圖3 江西雨雪天氣中尺度系統配置概念模型圖

由此可見，江西大范圍的降雪天氣過程，500 hPa均處高空槽前，低槽呈南北向，并隨著降雪的發展，低槽明顯東移，移至110°E附近時降雪最強。850 hPa和700 hPa切變線、西南急流，為江西雨雪區提供了動力條件并輸送水汽和熱能，850 hPa切變線附近多為降水，700 hPa切變線附近則為降雪。湖南東部的850 hPa冷溫槽，表明冷空氣勢力強，0℃線橫穿江西南部，－4℃線附近及以北－8℃線區域是主要降雪區。700 hPa及以上高空有較強急流，700 hPa可達20 m/s左右、500 hPa可達40 m/s左右、200 hPa可達或接近80 m/s。850～700 hPa存在逆溫層，逆溫強度達到－4℃左右。當東南沿海有顯著東南氣流時，江西降雪區在中北部堆積而形成暴雪，當冷空氣實力超過偏東氣流時，大雪區南壓東移。

3 南昌探空T－lgP圖

3.1 2014年2月8－9日

2014年2月8日20:00(圖4(a))，江西大范圍降雪前南昌探空T－lgP圖上，1 000 hPa在0℃線附近，有2層逆溫，一層出現在1 000～925 hPa，主要表現是隨高度增加，氣溫基本不變，另一層出現在850～750 hPa，氣溫從－3℃上升至3℃。1 000～700 hPa氣溫在0℃或以上層，750 hPa氣溫達3℃。江西境內以降水為主。降雪開始時，2月9日08:00(圖4(b))，1 000～700 hPa氣溫均降至－1℃或以下，逆溫現象減弱，主要出現在850～700 hPa，氣溫從－4℃上升至－1℃。850 hPa氣溫－4℃，1 000 hPa氣溫－1℃。500 hPa風速大，降雪前40 m/s，降雪開始26 m/s。冷空氣強，降雪開始是850 hPa及以下有較大的東北風，850 hPa東北風10 m/s、925 hPa與1 000 hPa東北風14 m/s。濕層厚，500 hPa以下均為水汽飽和區。2月9日20:00(圖4(c))，1 000～700 hPa氣溫均降至－4℃或以下，850～700 hPa逆溫現象增強，氣溫從－10℃上升至－4℃。850 hPa及以下有較大的東北風，溫度曲線與露點曲線貼近上行，500 hPa以下均為水汽飽和區。

3.2 2016年1月21－22日

2016年1月21日20:00(圖4(d))，江西大范圍降雪前南昌探空T－lgP圖上，1 000 hPa在0℃線，有2層逆溫，一層出現在925 hPa附近，氣溫從－4℃上升至－3℃。另一層出現在850～750 hPa，氣溫從－3℃上升至0℃。925～850 hPa氣溫－3℃，隨高度增加不變。近地面1 021 hPa氣溫2℃。1 000～700 hPa有氣溫在0℃線或以上層，1 000 hPa、750 hPa氣溫0℃，1 021 hPa氣溫2℃。江西境內以降水為主。降雪開始時，1月22日08:00(圖4(e))，1 000～700 hPa氣溫均降至0℃或以下，逆溫現象減弱，主要出現在850～700 hPa，氣溫從－4℃上升至0℃。850 hPa氣溫－4℃，1 000 hPa氣溫降至－1℃。500 hPa風速大，降雪前44 m/s，降雪開始38 m/s。冷空氣強，850 hPa以下有較大的東北風，925 hPa與1 000 hPa偏北風10 m/s。濕層厚，500 hPa以下均為水汽飽和區。2016年1月22日20:00(圖4(f))，925～700 hPa氣溫均在－5℃或以下，只是1 000 hPa氣溫為0℃。800～700 hPa附近有小幅逆溫層。

3.3 2018年1月29－30日

2018年1月29日20:00－1月30日20:00，與前2次降雪有明顯區別的是，江西大范圍降雪前29日20:00層結條件就已達到純雪要求，1 000～700 hPa氣溫均在－1℃或以下，只是受槽前弱脊控制，江西沒有降水條件。隨著低槽東移，江西自西向東轉雪。南昌探空T－lgP圖上，降雪之前1月29日20:00(圖4(g))，700 hPa以下有多層逆溫，低層850 hPa等有明顯干區，水汽條件差。30日08:00(圖4(h))，大范圍降雪開始，逆溫現象減弱，但仍有2層逆溫，1 000～700 hPa氣溫較前12 h均有下降，降幅在1～4℃，其中850 hPa由－3℃降至－7℃，表明冷空氣仍在補充南下，但850 hPa以下的低層東北風要弱于前2次過程，東北風4～8 m/s。低層干區全部轉為濕區，水汽飽和區伸至400 hPa以上。30日20:00(圖4(i))，700 hPa以下維持逆溫層，其中850 hPa－6℃，1 000 hPa降至－3℃，表明冷空氣仍在補充南下。

圖4 2014年、2016年和2018年江西3次雨雪天氣過程南昌探空T－lgP圖

3.4 探空層結綜合圖

將3次雨雪天氣的探空數據融合在一起制作平均場，得到江西雨雪天氣南昌探空T－lgP綜合圖(圖5)。

圖5 江西雨雪天氣南昌探空T－lgP綜合圖

江西雨雪天氣探空層結綜合圖表明，在江西出現大范圍固態降雪天氣時，其上空的層結有幾個重要特征:1)850～700 hPa有逆溫層，700 hPa較850 hPa平均高出4～5℃，逆溫層中最高氣溫≦0℃;2)700 hPa及以下氣溫均在0℃或以下，850 hPa平均可達－5℃，1 000 hPa平均0～－2℃，1 000 hPa以下至地面在0℃附近，1℃以下;3)風場上，850 hPa及以下為偏東風，冷空氣侵入，925～1 000 hPa東北風達12 m/s。700 hPa及以上有強盛的西南急流或西南偏西急流，風速700 hPa平均達20 m/s，500 hPa平均達30 m/s，400 hPa平均達40 m/s，高空急流位于200 hPa，急流強度達70～80 m/s;4)400 hPa以下露點線與溫度線非常接近，T－Td≦2℃，即中低層水汽呈飽和狀態。

由此可見，江西大范圍的雨雪天氣過程，特別是固態降雪，要求850 hPa降至－4℃或以下，同時1 000～700 hPa氣溫均要降至0℃或以下，850～700 hPa有逆溫層，逆溫強度達到－4℃。1 000 hPa及以下的氣溫對純雪的形成至關重要，如:氣溫在1℃以上時則多為小雨;0℃以下時則多為降雪;0℃附近時則雨雪混合。降雪時刻的大氣濕層較厚，溫度露點線平行上升至400 hPa(7 000 m以上)。850 hPa以下東北風與700 hPa以上西南風形成強烈的切變，這是江西大雪或暴雪的主要動力機制。

3.5 探空層溫度分布

表1給出了江西3次雨雪過程的1 000～500 hPa高度上的溫度分布，雨雪期間各層溫度都在0℃以下，其中700 hPa溫度略高于850 hPa，出現逆溫層(表1)。1 000 hPa在降雪前可能在0℃以上，降雪出現時在0℃或以下，大雪時達－4℃。850 hPa在降雪時降至－4℃或以下，700 hPa與1 000 hPa氣溫接近，500 hPa氣溫在－16～－13℃。

降雪開始時，H700－850在154～155 dagpm，H850－1000在127～129 dagpm，并隨著降雪的持續，這些高度差進一步縮小(表略)，與漆梁波[13]統計的降雪判劇基本吻合。

表1 江西3次雨雪天氣過程南昌探空站1 000～500 hPa溫度T分布表(℃)

4 結論

使用MICAPS系統、單站雨量和雪深等數據，通過對2014年、2016年和2018年江西婺源3次雨雪天氣過程的天氣系統配置和T－lgP探空圖的對比分析，得到以下結果。

1)婺源縣地處贛東北區域，這3次降雪過程都造成贛北、贛中北部廣大地區出現不同程度的大雪和暴雪。婺源縣是在整個贛北區域出現較大面積降雪的情況下出現的降雪，婺源雪深處于全省中等程度，持續時間較長，隨著冷空氣南下，雨雪天氣過程逐漸結束。

2)江西大范圍的降雪天氣過程，500 hPa均處高空槽前，低槽呈南北向，并隨著降雪的發展，低槽明顯東移，移至110°E附近時降雪最強。850 hPa和700 hPa切變線、西南急流，為江西雨雪區提供了動力條件并輸送水汽和熱能，850 hPa切變線附近多為降水，700 hPa切變線附近則為降雪。湖南東部的850 hPa冷溫槽，表明冷空氣勢力強，0℃線橫穿江西南部，－4℃附近及以北－8℃區域是主要降雪區。700 hPa及以上高空有較強急流，700 hPa可達20 m/s左右、500 hPa可達40 m/s左右、200 hPa可達或接近80 m/s。850～700 hPa存在逆溫層，逆溫強度達到－4℃左右。當東南沿海有顯著東南氣流時，江西降雪區在中北部堆積而形成暴雪，當冷空氣實力超過偏東氣流時，大雪區南壓東移。

3)江西大范圍的雨雪天氣過程，特別是固態降雪，要求850 hPa降至－4℃或以下，同時1 000～700 hPa氣溫均要降至0℃或以下，850～700 hPa有逆溫層，逆溫強度達到－4℃。1 000 hPa及以下的氣溫對純雪的形成至關重要，如:氣溫在1℃以上時則多為小雨;0℃以下時則多為降雪;0℃附近時則雨雪混合。降雪時刻的大氣濕層較厚，溫度露點線平行上升至400 hPa(7 000 m以上)。850 hPa以下東北風與700 hPa以上西南風形成強烈的切變，這是江西大雪或暴雪的主要動力機制。