畢節市兩次持續低溫雨雪天氣對比分析

姚 浪,吳 姍，周 庶，王 璇，譙 勛

(1.畢節市氣象局，貴州畢節 551700；2.七星關區氣象局，貴州畢節 551700)

畢節市位于貴州省西北部，境內地勢西高東低(最大海拔高度差達2 443 m)，平均海拔高度為1 600 m，特殊的地形地貌和特定的氣候條件(云貴準靜止鋒、多陰雨天氣、冬季冷空氣影響時氣溫常降至0 ℃以下)使得畢節成為貴州省冬季凍雨天氣發生最多的地區[1-2]。2008年年初和2011年年初畢節市出現兩次持續時間超過1個月的低溫雨雪天氣，給人民生活生產造成嚴重影響，直接經濟損失數以億計。在2008年貴州省低溫雨雪研究中，諸多學者通過對500 hPa環流、冷渦、低層冷舌、靜止鋒位置的分析，探討低溫雨雪過程的成因[3-7]。2011年貴州省低溫雨雪研究中，杜小玲等通過研究極渦分布、鋒區輻合和暖、冷云特征分析天氣成因[8-9]。對貴州省低溫雨雪的相關研究已有許多，但畢節市地處貴州西北部，海拔高度較高，相比于貴州其他市州發生雨雪更頻繁，持續時間也更長，受云貴準靜止鋒影響更嚴重，那么2008年、2011年畢節市出現持續低溫雨雪天氣有何本質上的差異？凝凍過程中降水相態的變化有何不同？對這些問題的研究，可以深入總結畢節市持續低溫雨雪天氣的特征，也可以更好地為今后開展低溫雨雪天氣預報和服務提供科學支撐。

1 資料和方法

所用資料為貴州省畢節市8個氣象觀測站2008年1月13日08時—2月14日08時、2010年12月30日08時—2011年1月31日08時地面實況觀測資料，貴陽、威寧站探空觀測資料，NCEP 2.5°×2.5°再分析資料。通過對兩次持續低溫雨雪天氣過程中的天氣現象進行對比分析，總結兩次天氣過程中凍雨、雨夾雪、雪的發生特點，最后通過對天氣環流、輻合強度、溫度層結、靜止鋒區位置等分析，探索持續低溫雨雪天氣的異同點。

2 災情及天氣特點

2.1 災情

2008年1月13日—2月14日畢節市出現持續低溫雨雪天氣，過程中大方縣凍雨日數高達33 d，全市平均凍雨日數27 d、平均降雪日數19 d。2010年12月30日—2011年1月31日，畢節市再次出現持續低溫雨雪天氣，過程中凍雨日數最多的威寧縣為32 d，最少的赫章縣7 d，全市平均凍雨日數23.3 d、平均降雪日數18 d。這兩次持續低溫雨雪過程嚴重影響了畢節市境內道路交通和生產生活，造成巨大經濟損失。

2.2 天氣特點

從凍雨觀測和降雪觀測的日變化來看，2008年雨雪天氣過程主要分為五個階段：第一階段是2008年1月13—21日，以凍雨為主(14—21日凍雨日均發生7站)，伴有零星雨夾雪；第二階段是1月22—29日，以凍雨和雨夾雪共存，日均凍雨發生7.4站，日均雨夾雪發生4.5站；第三階段是1月30日—2月2日，以降雪天氣為主，各縣區出現積雪；第四階段是2月3—6日，以凍雨和雨夾雪共存；第五階段是2月7—13日，以凍雨和降雪為主，日均凍雨5.4站、日均降雪6.6站，但此階段積雪不明顯。

2011年雨雪天氣過程主要分為四個階段：第一階段2010年12月30日—2011年1月5日，以凍雨為主，在1月1日凍雨站數增多至6站，后期維持在6站以上；第二階段1月6—20日，以凍雨和降雪為主，日均降雪6.7站(其中1月12日、16日天氣轉好未統計)，主要降雪過程發生在17—20日，全市出現積雪；第三階段是2011年1月21—26日，以凍雨為主；第四階段2011年1月27—31日，以凍雨和雨夾雪共存為主，日均雨夾雪5.8站。

兩次過程的第一階段均以凍雨為主，到過程中期出現強降雪，后期以凍雨和雨夾雪共存結束過程；但不同的是在2008年過程中凍雨天氣發生的頻次更高，且過程發生中無明顯升溫天氣，持續凝凍造成的災害更為嚴重。

3 對比分析

3.1 500 hPa環流

2008年1月13日—2月14日500 hPa平均高度場(圖1a)上，咸海至里海一帶為高空槽區，在50°N～70°N之間有弱高壓脊，鄂霍次克海至日本海附近有高空冷渦維持。中低緯平均高度場為平直環流。分析該時段的平均經向風速，在青藏高原西北側有4～6 m/s的偏南氣流中心，中國區域內南北風分界線位于38°N附近，在黑龍江至日本海附近有強偏北氣流。

2010年12月30日至2011年1月31日，500 hPa平均高度場(圖1b)上50°N～70°N之間有深厚高壓脊，強度較2008年過程更強，鄂霍次克海至日本海一帶的高空冷渦發展也更為深厚，中心強度達515 dagpm。分析該時段的平均經向風速，偏北氣流強中心分布在巴爾喀什湖以北和中國東北地區以西，偏北氣流中心較2008年偏西、偏南，中國區域內的南北風分界線位于30°N附近，在青藏高原附近南風較2008年明顯偏弱。

圖1 500 hPa平均高度場(實線，單位為gpm)及平均經向風速(虛線，單位為m/s)(a 2008-01-13—2008-02-14； b 2010-12-30—2011-01-31)

通過逐日500 hPa高度場(圖略)分析發現，2008年凝凍過程開始前，亞洲中高緯呈兩槽一脊型，隨著巴爾喀什湖以西的低渦發展并緩慢東移，高壓脊減弱消失，2008年1月16日—2月2日，中高緯上維持Ω型阻塞形勢，新疆地區以北以西受穩定少動低渦持續影響，在1月27日—2月2日隨著中高緯Ω型阻塞形勢緩慢東移，結合孟加拉灣南支槽東移，形成畢節市一次明顯降雪過程。2月4—8日，新的Ω型阻塞形勢建立，低渦從新疆以東貝加爾湖以西經內蒙古、河北移動到渤海灣北部。

2011年過程開始前中高緯70°E～150°E之間有3個低渦分布，低渦中心值達512 dagpm，亞洲中高緯呈Ω型阻塞形勢，高壓脊位于烏拉爾山附近。2010年12月30日至2011年1月9日Ω型阻塞形勢維持且緩慢東移，位于新疆地區以北的低渦穩定少動；2011年1月10—14日阻塞高壓崩潰后中國中西部偏北區域呈偏西北氣流控制，1月15—23日阻塞形勢再度形成，位于里海以北的低渦東移至新疆以北后再次形成新的阻塞形勢；1月24—30日Ω型阻塞形勢東移，31日東亞大槽入海。

3.2 低層輻合與水汽

在兩次過程中，畢節市在云貴準靜止鋒影響下，云頂高度常在700～600 hPa之間，云層厚度薄。700 hPa上以西南氣流為主，風速可達低空急流強度，為畢節市帶來暖濕空氣；850 hPa上畢節市多受偏北或偏東北回流冷空氣影響，為靜止鋒形成提供了冷空氣，在靜止鋒區附近畢節市低層以地形和鋒面抬升為主要輻合動力。通過對兩次過程中的比濕進行時間序列(圖略)分析，發現畢節市在持續雨雪過程中不同降水相態下中低層絕對水汽含量相當，即700 hPa比濕為2～6 g/kg，850 hPa比濕為2～4 g/kg。絕對水汽含量的區別主要體現在發生凍雨或降雪時500 hPa上的比濕差異，即發生凍雨時500 hPa比濕為0～2 g/kg，發生降雪時500 hPa比濕為1～3 g/kg。

3.3 準靜止鋒區

貴州凍雨天氣的頻繁出現與云貴準靜止鋒在貴州中西部擺動有密切關系。云南常處于靜止鋒前，以晴好天氣為主，日照豐富；在準靜止鋒后的貴州常以陰雨天氣為主，伴隨冷空氣影響，近地層氣溫下降到0 ℃及以下，致使貴州出現凍雨天氣。

圖2分析了沿27°N上100°E～110°E海平面氣壓的時間演變，將1 015～1 017.5 hPa、1 027.5～1 030 hPa分別作為云貴準靜止鋒的西界和東界，在兩次低溫陰雨雪凝凍天氣中準靜止鋒區呈階段性東西擺動。靜止鋒區常在畢節市區域內(103°E～107°E)維持，有冷空氣補充時靜止鋒加強，鋒面西進至云南中部一線，冷空氣減弱后，鋒面東退至畢節市東部。在低層風向轉為偏南風后，鋒區逐漸減弱消散，完成一次云貴準靜止鋒面的生成-加強-擺動-減弱-消亡過程；但由于北方冷空氣頻繁南下影響畢節市，造成靜止鋒東西擺動且在畢節市附近維持，形成持續低溫陰雨雪凝凍天氣過程。

2008年1月13—14日開始，云貴準靜止鋒區迅速生成，16日靜止鋒達到強盛階段(畢節市東部海平面氣壓達到1 030 hPa以上)，21日靜止鋒逐漸減弱東退；在22、26日有新一輪冷空氣補充影響，減弱東退的靜止鋒面再次活躍，圖中陰影區再次西進至畢節市中部；之后2月1日冷空氣繼續補充影響，靜止鋒面西進到云南東部，畢節市處在鋒后低溫陰雨雪區；過程后期的2月5日、9日、13日冷空氣頻繁補充影響，鋒面維持活躍，鋒后多雨雪天氣。

對比2008年過程發現，2011年1月持續雨雪過程中冷空氣的影響強度更大，圖2b中陰影區域面積較2008年明顯增多，總體鋒區位置維持在102°E～108°E之間，冷空氣補充的頻率較2008年也更強。其中，在2011年1月6—20日出現6次地面靜止鋒西進過程，頻繁的鋒面擺動使這個階段畢節市降雪天氣更為明顯；后期21—31日畢節市受持續冷空氣影響，鋒面大幅西進至云南中部，畢節市受地面冷高壓影響，降雪天氣減弱。由此可見，地面靜止鋒面的頻繁擺動是畢節市降雪天氣的有利條件，當冷空氣強度較大或靜止鋒減弱后畢節市常出現凍雨或雨夾雪天氣。

圖2 海平面氣壓沿27°N的時間-經度演變(a 2008-01-13—2008-02-14；b 2010-12-30—2011-01-31；單位為hPa)

3.4 溫度垂直結構

畢節市冬季持續低溫雨雪過程中，降水相態常在雨、凍雨、雨夾雪、雪之間頻繁轉換，大氣的溫度層結對地面降水相態有決定作用。圖3顯示2008年、2011年兩次過程中畢節區域溫度層結隨時間的演變，均呈現出過程前期700 hPa以上溫度高于0 ℃，中低層存在融化層，過程中后期700 hPa溫度下降到0 ℃以下，中低層融化層減弱或消失，這也導致兩次過程前期畢節市以凍雨天氣為主，中后期以凍雨、雨夾雪、雪天氣共存為主。分析圖3中-10 ℃線的演變可發現，當溫度層結上的-10 ℃線位勢高度下降時，畢節市出現降雪天氣的頻次增多，兩次過程中-10 ℃線均呈現出升高-降低-升高的趨勢，這也與畢節市降雪天氣出現密切相關。

3.5 垂直速度

垂直速度的高度時間剖面可以反映出該區域上空大氣的水汽輻合程度，特別是冬季大氣上升運動的高度可以間接決定降水相態類型。圖4分析兩次過程中畢節區域內平均垂直速度-時間的演變[10-11]。2008年過程中上升運動的高度主要集中在700 hPa附近，上升運動強度集中在-0.1～-0.15 Pa/s之間，且在650 hPa以上以下沉運動為主，這也表明2008年過程中畢節市主要以凍雨天氣影響為主。1月31日—2月1日，畢節上空上升運動高度伸展到200 hPa上下，中心強度-0.15～-0.25 Pa/s，此階段畢節出現大范圍降雪，8個地面測站累計積雪厚度迅速增加到24 cm。2011年凝凍過程中上升運動伸展高度明顯較2008年更高，上升運動高度為地面到650 hPa之間，特別是在2011年1月2日、9日至11日、16日至19日上升運動高度伸展到300 hPa上下，形成頻繁雨夾雪、降雪天氣，其中18日畢節8個地面測站累計積雪厚度迅速增加到34 cm。過程后期上升運動高度集中在750 hPa以下，上升運動強度減弱。

圖3 畢節區域平均溫度場的高度-時間剖面(a 2008-01-13—2008-02-14；b 2010-12-30—2011-01-31；單位為℃)

圖4 畢節區域平均垂直速度的高度-時間剖面(a 2008-01-13—2008-02-14；b 2010-12-30—2011-01-31;單位為Pa/s)

3.6 探空與降水相態

分析兩次過程中威寧站、貴陽站逐日探空(圖略)發現，畢節市出現凍雨時地面溫度常常低于0 ℃，濕層淺薄(地面至700 hPa上下)，鋒面逆溫層頂溫度>0 ℃或<0 ℃均可出現凍雨。出現雨夾雪時地面溫度常低于2 ℃，濕層較凍雨形勢更厚(高度可達700～600 hPa)，鋒面逆溫層頂溫度通常在0 ℃以下，無融化層；偶爾存在濕層高度伸展到600 hPa以上，但在中低層存在融化層。當濕層伸展到600 hPa以上，且中低層無融化層時，天氣現象以降雪為主。

4 小結

通過對2008年年初、2011年年初畢節市持續低溫雨雪天氣對比分析，得出以下結論。

(1)2008年過程中全市平均凍雨日數達27 d，且過程中無明顯升溫天氣，地面凝凍時間較2011年更為嚴重。2011年過程凍雨和降雪現象交替出現，且過程中有升溫天氣，對地面凝凍有緩解作用。

(2)對比分析兩次過程中500 hPa平均高度場，發現2011年高壓脊強度更強，且在鄂霍次克海至日本海附近的高空冷渦較2008年更為深厚。對比平均經向風場發現，2008年過程在青藏高原西北側南風強度更強，2011年過程偏北氣流中心較2008年偏西、偏南，中國區域內的南北風分界線較2008年偏南。

(3)對比分析云貴準靜止鋒面擺動，發現2011年冷空氣補充的頻率較2008年更頻繁，靜止鋒頻繁西進東退為畢節市降雪天氣提供更多的低層水汽輻合和鋒面抬升動力。

(4)通過兩次過程垂直結構分析，發現2008年過程上升運動高度集中在700 hPa附近，而2011年過程中上升運動伸展高度較2008年更高，上升運動達600 hPa以上的持續時間更長，這使得2011年過程中降雪天氣更頻繁，而2008年凍雨天氣更多。