一次雨雪天氣過程成因分析

李 琛，董疆南，馬鴻青

保定市氣象局，河北保定 071000

華北地區暴雪災害主要發生在初冬、初春的過渡季節[1]。河北省過渡季節較大范圍的降水天氣近30%與回流有關，華北回流是指冷空氣從東北平原南下，經過渤海以偏東路徑侵入華北平原[2]。由于氣溫變化明顯，降水相態容易出現轉變，嚴重影響交通運輸以及工農業生產，造成大量經濟及財產損失，給正常人民群眾的生產、生活帶來巨大的負面影響[3-4]。近年來，許多氣象專家對華北暴雪發生、發展的物理機制及回流冷空氣性質等方面開展了大量工作。時青格等[5]對2009年11月10—12日河北省一次暴雪天氣進行分析，發現中低層存在較強的垂直上升運動，暖空氣被冷空氣抬升是暴雪發生的動力機制。張守保等[6]對華北回流天氣的特征進行了分析，結果表明：華北回流性質是干冷的，回流降水過程的水汽伴隨中層的西南氣流來自南方，并且在強降水時段出現前常伴有區域性的冷平流層。另外，降水相態也是預報的重點之一，張迎新等[7-8]通過分析多次雨雪轉換過程總結出雨雪轉換指標。

選取了2021年11月6—7日河北省保定市出現的一次雨雪天氣過程，從環流形勢、降水相態轉換、物理量場等多角度深入分析，探討了此次雨雪過程的成因。

1 雨雪天氣實況

2021年11月6—7日，保定迎來一次雨雪天氣，6日白天降水以雨為主，受冷空氣的影響，淶源在6日17:00～18:00發生雨轉雪，涿州、阜平、高碑店在6日21:00左右陸續轉雪。至7日01:00左右，全市降水相態基本為純雪。此次過程降水分布不均，全市大部分地區的過程降水量為中到大雨轉大雪，淶源為大暴雪，全市平均降水量33.8 mm，望都最大，為51.6 mm。全市均有積雪，最大積雪深度10 cm。

2 環流背景分析

2.1 500 hPa環流形勢

11月6日08:00，亞歐大陸上空500 hPa呈兩槽一脊形勢，我國內蒙古西部至青海有一高空槽，溫度槽落后于高度槽，槽后有明顯冷平流。隨著系統東移，槽不斷加深，6日20:00東移至甘肅東部、內蒙古中西部一帶，并且切斷出閉合溫度中心，中心值-32℃，溫度槽仍落后于高度槽，此時河北位于槽前，西南氣流發展旺盛。7日08:00高空槽繼續加強東移至陜西一帶，切斷出閉合低壓中心，中心值548 dagpm，保定位于低渦東側，西南氣流旺盛，受其影響，保定地區出現了大范圍雨雪天氣。7日20:00，500 hPa高空槽移至我省中部地區，保定地區逐漸轉為西北氣流控制，降水基本結束（圖1a）。

2.2 700 hPa環流形勢

6日08:00，700 hPa有一低槽在蒙古地區并逐漸南壓，西部地區存在一冷中心，等溫度線與等位勢高度線交角接近垂直，冷平流較強。6日20:00，低槽轉為南北向從內蒙古延伸至我省，東南側有西南急流輸送水汽，此時保定受偏南氣流控制。6日夜間，700 hPa槽東移至河北中部，冷中心東移至河套地區，等溫線較密集（圖1b）。

2.3 850 hPa環流形勢

6日08:00，850 hPa河北處在大陸高壓和海上高壓之間，河北北部也有東北—西南向切變線配合，保定主要受偏南氣流控制，鋒區明顯，等溫線密集，風向和等溫線近乎垂直，冷平流較強。6日夜間，850 hPa切變線移至河北南部，鋒區南壓，冷平流明顯，保定逐漸轉為偏北氣流控制，使得中層暖濕空氣在冷墊上爬升，為典型的華北回流形勢，隨著850 hPa溫度降至-4℃以下，保定地區轉雪（圖1c）。

2.4 地面形勢

6日08:00，高壓位于蒙古國境內，冷鋒自東北向南移動。隨著蒙古冷高壓不斷發展加強，6日20:00，冷高壓中心強度達1 052.5 hPa。夜間，冷高壓進一步加強至1 055 hPa，保定處于鋒后，降溫明顯，偏東路徑冷空氣自北向南影響保定地區，為雨轉雪提供良好的層結條件，保定自北向南逐漸轉為降雪天氣（圖1d）。

圖1 2021年11月6日08:00 位勢高度場（實線，單位：dagpm）、溫度場（虛線，單位：℃）、 風場（風羽，單位：m/s）

3 降水相態轉換成因分析——溫度平流

受切變線和地面冷鋒前暖區影響，6日14:00保定地區上空仍為暖平流，白天降水以雨為主（圖2a）。隨著鋒區南壓，冷空氣入侵，保定西北部地區850 hPa溫度開始明顯下降，淶源在6日17:00～18:00降至-4℃以下并發生雨轉雪。6日20:00前后，850 hPa保定北部鋒區附近存在東南氣流和東北氣流的明顯輻合，冷空氣在東北部交匯，并且有一部分從保定北部南下，低層逐漸轉為偏北風，中層暖濕空氣在低層冷墊上爬升，造成涿州和高陽先于平原其他地區出現相態轉換，開始形成大范圍的雨雪天氣（圖2b）。

圖2 6日14:00（a）、20:00（b）850 hPa風場—溫度平流

利用ERA5資料分析溫度平流（圖3），從經向溫度平流來看，北部一股冷空氣東移南下，對應地面冷鋒，與溫度場的冷中心也正好對應，溫度明顯下降，6日22:00向東北方向伸出一暖舌，為西南—東北向暖舌，使得中部地區溫度較高，轉雪時間相對較慢。另外，低層暖舌的存在為大(暴)雪的形成提供了較好的熱力條件。

圖3 6日22:00沿115°E的溫度平流垂直剖面圖

4 物理量診斷分析

4.1 水汽條件

4.1.1 比濕由于前期受地面輻合的影響，有連續的大霧天氣，近地層濕度較大，保定地區的水汽含量比較豐富。加之來自海面上的東南氣流輸送水汽，6日14:00即降水開始時850 hPa比濕達到6～7 g/kg，低層水汽充足（圖4a）。到20:00，700 hPa西 南 急流建立，比濕維持在4～6 g/kg，南部仍然在7 g/kg左右（圖4b），這也有利于19:00～20:00南部的強降水發生，充足的水汽為雨雪天氣的維持提供了條件。

圖4 6日14:00（a）、20:00（b）850 hPa風場—比濕場

4.1.2 水汽通量及水汽通量散度降水開始時，850 hPa有一水汽通量散度大值區，低層存在著較好的水汽輸送。隨著各站轉為降雪并且強度減弱后，低層水汽條件變差，850 hPa上的水汽通量散度大值區向東南方向移動。但從700 hPa來看，受西南急流影響，6日20:00在700 hPa仍有一大值中心。與700 hPa水汽通量散度配合來看，有一負值區位于保定北部，說明700 hPa水汽輻合條件良好，形成了東北—西南向的水汽通道。隨著切變線向東南移動，7日白天，負值中心和水汽通量大值區均自西北向東南移出保定地區，降水逐漸減弱（圖5）。

圖5 6日20:00 700 hPa風場—水汽通量（a）、風場—水汽通量散度（b）

4.2 動力條件

4.2.1 散度從散度來看（圖6），850hPa以下為散度負值區域，即保定地區低層存在明顯的輻合上升運動，而200 hPa上則一直維持正散度，對應輻散，在這種低層輻合、高層輻散的形勢下，使得上升運動發展劇烈，更加有利于強降水的發生。

4.2.2 渦度從 渦 度 來 看（圖6），6日 08:00，保定大部分地區處于負渦度區，為弱的下沉氣流。6日14:00，700～900 hPa出現正渦度區，對應6日白天的降水。6日20:00以后，正渦度發展加強，對應低渦東移，并且隨著低層的東北風逐漸加強，暖濕空氣在冷墊上的爬升高度逐漸上升，在散度—渦度疊加圖上，可以看出負散度中心明顯升高，對應的降水相態開始發生轉換。到7日08:00，900 hPa以上正渦度中心迅速加強，對應7日白天段的降雪。

5 結論

（1）本次過程是由高空槽、700 hPa低槽、低空急流、低層低渦切變線，以及地面冷鋒共同影響而造成的，并且后期轉為回流形勢影響。

（2）冷空氣自西向東、自北向南移動，同時受850 hPa暖舌的影響，使得此次過程中部地區降溫時間晚于東部和西部，轉雪時間相對較慢。

（3）低層切變線兩側變溫幅度較大，有強的冷暖空氣交匯，并且低層輻合、高層輻散的形勢使得上升運動發展劇烈，有利于強降水的發生。

（4）700 hPa急流和850 hPa以下回流產生的偏東南氣流為該次暴雪天氣過程提供了必要的水汽條件，配合良好的動力條件，有利于此次雨雪過程的發生。

圖6 保定地區散度（線條）和渦度（填色）隨時間變化特征