內(nèi)蒙古西中部一次春季暴雪特征分析

韓 理

內(nèi)蒙古自治區(qū)氣象臺，內(nèi)蒙古呼和浩特 010051

國內(nèi)許多氣象學者對大雪和暴雪進行了深入研究，但對降水相態(tài)的研究較少[1-6]。 內(nèi)蒙古自治區(qū)西中部位于內(nèi)蒙古高原，屬于溫帶大陸性季風氣候區(qū)。內(nèi)蒙古自治區(qū)的春季是冬季風轉(zhuǎn)換為夏季風的過渡性季節(jié)，由于冷暖空氣交匯頻繁，天氣變化無常，時冷時熱，所以春季雨雪交替造成大到暴雪過程不少，這一時期也是雪災(zāi)經(jīng)常發(fā)生的時期。因此在每年的過渡季節(jié)，對降水相態(tài)的預(yù)報顯得非常重要，進一步提高雨雪轉(zhuǎn)換季節(jié)降水的綜合預(yù)報水平，提前做好預(yù)防災(zāi)害的準備，更好地為各行業(yè)、各部門防災(zāi)減災(zāi)提供專業(yè)氣象服務(wù)是非常必要的。

1 天氣實況

22日08:00～24日08:00，內(nèi)蒙古自治區(qū)自阿拉善盟向東至錫林郭勒盟西部出現(xiàn)了持續(xù)性降雨轉(zhuǎn)雨夾雪或小雪，總降水量較大的站點出現(xiàn)在烏拉特中旗（32.5 mm）及杭錦后旗（22.8 mm），均突破了歷史極值。烏拉特后旗海力素和呼和浩特市降雪量為11 mm，達到暴雪量級。

2 天氣形勢分析

22日08:00～20:00，500 hPa新疆北部冷渦有短波槽從河套西部移向河套東部地區(qū)，并且20:00槽后西北氣流風速加大，指示出短波槽會迅速東移。23日08:00，300 hPa高空存在較強的高空急流，其中心軸風速達到66 m/s以上，強降雪區(qū)位于高空急流出口區(qū)的左側(cè)輻散區(qū)，高空強烈的抽吸作用加強了整層的上升運動，為強降雪的發(fā)生提供了有利的大尺度環(huán)境場。500 hPa內(nèi)蒙古西部的斜壓槽迅速加深東移至河套西部，至20:00形成冷渦，冷平流自西部開始東移控制河套，到24日08:00，冷渦發(fā)展到最強盛時期，且東移至河套東部，渦后冷平流控制內(nèi)蒙古自治區(qū)西中部地區(qū)。

對應(yīng)700 hPa和850 hPa在22日08:00～20:00，均有明顯的溫度脊控制，且在黃河以北與陰山以南明顯的暖式切變，700 hPa及850 hPa顯示23日08:00河套仍處于暖脊內(nèi)，河套以北地區(qū)暖切明顯。但850 hPa西部溫度槽開始影響，0℃線壓到西部，并且形成西北風與偏南風的冷式切變，且西北風達到急流量級，預(yù)示冷空氣東移迅速。23日20:00，冷切已位于河套東部，850 hPa溫度槽開始移入河套，其后依然維持較強的西北風，冷空氣向東擴散較快，850 hPa的0℃線壓到河套東部。24日08:00，冷空氣（850 hPa 0℃線、西北急流）徹底控制河套地區(qū)。

22日08:00～20:00配合在河套西中部地區(qū)暖鋒內(nèi)形成的地面倒槽，且地面輻合線從河套西側(cè)沿黃河向北部陰山延伸，呈西南—東北走向，形成以黃河西側(cè)到陰山南部為輻合中心的河套地區(qū)輻合降水的動力條件。23日08:00，冷鋒已侵入西中部偏北地區(qū)，西北部轉(zhuǎn)為降雪，地面氣溫降到0℃以下。河套仍處于冷風前暖鋒內(nèi)，沿著黃河西側(cè)向北至陰山南麓仍存在輻合線，形成暖切降雨。冷鋒后部溫度轉(zhuǎn)為0℃以下，降水相態(tài)轉(zhuǎn)為雪。14:00冷鋒位于河套中部，倒槽加強為河套氣旋，17:00冷鋒東移至鄂爾多斯東北部東勝一帶，20:00河套氣旋穩(wěn)定維持，冷鋒逐漸移出河套，西北部產(chǎn)生副冷鋒。因此冷鋒移速非常快，冷空氣活動明顯，鋒后地面溫度均在0℃以下，降水相態(tài)皆轉(zhuǎn)為雪。且冷鋒移動的方向基本是低層冷槽移動的方向，850 hPa 0℃線的位置基本對應(yīng)地面冷鋒的位置。

3 物理量分析

3.1 熱力條件

3.1.1 大氣溫度層結(jié)利用烏拉特中旗探空站，分析此次降雪溫度層結(jié)的演變。在出現(xiàn)降水前，3月22日20:00（圖1a），內(nèi)蒙古自治區(qū)中部中高層大氣干燥，0℃層高度位于1 825 m，高于抬升凝 結(jié) 高 度（1 194.8 m）。23日08:00（圖1b），由于對流層中層偏西南風加強，導(dǎo)致增濕明顯，受冷平流影響，0℃層高度下降到1 670 m，高于抬升凝結(jié)高度（1 140.3 m）。大氣層結(jié)在降雪發(fā)生前期和降雪剛開始的時候?qū)α鞣€(wěn)定，不存在對流不穩(wěn)定的條件，說明在這2個時刻，大氣層結(jié)是穩(wěn)定的。同時，在這2個時刻的探空圖的600 hPa至850 hPa層次上，露點溫度與層結(jié)溫度都幾乎重合，說明在上述層次上的空氣接近飽和，水汽比較充沛。而08:00的空氣飽和度明顯大于20:00，主要表現(xiàn)在中高層的水汽條件上。23日20:00，對流層中上層750 hPa以上有明顯的干冷空氣入侵，整層大氣溫度都≤-5℃，降水相態(tài)以雪為主，同時飽和區(qū)頂高降低，抬升凝結(jié)高度（1 529.2 m）有所上升，預(yù)示著降水減弱。

圖1 烏拉特中旗探空圖（a.22日20:00；b.23日08:00）

3.1.2 能 量 條 件22日02:00（圖2a、圖2b）強降雪開始前，850 hPa在內(nèi)蒙古西部地區(qū)出現(xiàn)Ω型的高能舌，未來12 h強降雪出現(xiàn)在高能軸東側(cè)能量梯度大值區(qū)；700 hPa西北路冷空氣的南下，開始影響內(nèi)蒙古西部地區(qū)。23日08:00，隨著偏東南暖濕氣流的加強，各層的高能區(qū)明顯向西北方向擴展，降雪開始，高能區(qū)強度減弱，700 hPa西北路冷空氣的東移，冷空氣強度增強，850 hPa暖平流明顯。到23日14:00，隨著上游冷空氣的繼續(xù)東移，暖平流高度下降，高能區(qū)仍然東移北上，700 hPa能量鋒區(qū)的高能區(qū)移到內(nèi)蒙古中部，西部降雪開始減弱，中部降雪開始加強。23日20:00，內(nèi)蒙古西部整層轉(zhuǎn)為冷平流影響，上空能量鋒區(qū)不復(fù)存在，降雪結(jié)束。

圖2 22日02:00 850 hPa假相當位溫場（a）、700 hPa溫度平流（b）

3.2 動力條件

3.2.1 垂直速度23日02:00(圖3a）109°E低層至300 hPa強上升運動區(qū)，出現(xiàn)了3個中心，分別位于870 hPa、650 hPa和400 hPa，值 為 -1 Pa/s。23日08:00(圖3b），109°E低層至300 hPa強上升運動區(qū)，合并為2個中心，分別位于700 hPa和400 hPa，強度有所增強，在暴雪區(qū)兩側(cè)的正反2個環(huán)流圈，伸展高度到300 hPa附近，呈西北—東南走向的傾斜結(jié)構(gòu)，反環(huán)流圈強于正環(huán)流圈，這種垂直結(jié)構(gòu)更有利于中低層大范圍抬升運動的加強，導(dǎo)致強降雪增加并持續(xù)。23日14:00后，上升運動區(qū)強度減弱，位置東移，其兩側(cè)的正反環(huán)流圈變?yōu)榉喘h(huán)流圈弱于正環(huán)流圈，降水強度開始減弱。

圖3 23日ω沿41°N緯向垂直剖面圖 (a.23日02:00；b.08:00，單位：Pa·s－1)

3.2.2 渦度和散度在降雪發(fā)生前23日02:00(圖4a）41°N存在低層正渦度負散度，高層負渦度正散度輻合的有利降 水 配 置。23日08:00(圖4b）41°N附近輻合中心強度明顯增強,低層正渦度負散度向上延伸加強，使得在中高層形成了2個上升運動大值區(qū)，并且絕對值大于1 Pa/s。23日14:00后，降水區(qū)域低層轉(zhuǎn)為輻散，高層輻合,上升運動區(qū)強度減弱，降水開始減弱。

圖4 23日沿108°E渦度（矢量）和散度（陰影）（a.02:00；b.08:00）

3.3 水汽條件

強降雪發(fā)生前，23日02:00（圖5），850 hPa指示出東南風將東海的水汽輸送到內(nèi)蒙古西部。河套偏西地區(qū)存在明顯水汽輻合。23日08:00，隨著系統(tǒng)逐漸東移，河套地區(qū)水汽輻合明顯增強；14:00，水汽輻合區(qū)繼續(xù)東移并北抬，輻合大值區(qū)位于烏蘭察布市，內(nèi)蒙古西部降水開始減弱，中部降水加強。

圖5 23日02:00 850 hPa水汽通量（矢量）和水汽通量散度（陰影）

沿大雪區(qū)108°E水汽通量散度垂直剖面可以看出，23日02:00開始降水前，內(nèi)蒙古西部有2個水汽輻合中心，烏拉特中旗位于南北2個輻合中心之間。23日08:00（圖6），烏拉特中旗南部水汽輻合中心明顯加強，北部水汽輻合中心略有減弱，受低層偏南氣流影響，降水開始加強，降水量超過歷史極值。23日14:00，水汽輻合上升高度下降，強度減弱，預(yù)示著降水減弱。

圖6 23日08:00沿 108°E水汽通量散度垂直剖面

3.4 等壓面上的濕位渦分析

大氣運動中動力過程與熱力過程是同等重要的，濕位渦是綜合反映大氣動力學、熱力學性質(zhì)和水汽作用的物理量[7-8]。王宏等[9]應(yīng)用濕位渦理論診斷發(fā)現(xiàn)，降雪過程的濕位渦正壓場MPV1基本為正值，濕位渦斜壓場（MPV2）為負值。MPV1絕對值大于MPV2的絕對值，說明濕對稱性不穩(wěn)定。

3.4.1 濕正壓場與暴雪的發(fā)展從700 hPa上MPV1分布圖（圖7）上可看出，降水前期23日02:00（圖7a）內(nèi)蒙古西部存在MPV1為0.6 PVU的正值中心，與700 hPa上高空槽相對應(yīng)。23日08:00(圖7b)與冷平流相對應(yīng)的MPV1正值區(qū)東移，同時MPV1正值區(qū)范圍擴大，中心強度加強。強降水時段，內(nèi)蒙古西部偏北的MPV1值在0.3～1.8 PVU之間。23日14:00隨著 MPV1正值中心區(qū)逐漸移出，該地區(qū)降水也隨之減弱。

圖7 23日700 hPa上MPV1分布（a.02:00；b.08:00，單位:PVU）

3.4.2 濕斜壓場與暴雪的發(fā)展3月23日02:00(圖8a)，在內(nèi)蒙古西部存在由東向西伸展的MPV2負值高值區(qū)，23日08:00(圖8b)，隨著干冷空氣不斷分裂南下，鋒區(qū)逐漸加強，等θse線水平梯度增大。暴雪落區(qū)位于MPV2大值中心脊線位置的東側(cè)，落區(qū)同時位于MPV2負值得到較大增長區(qū)域。23日14:00，41°N附近等θse線變得平直稀疏，MPV2負值的絕對值減小，降水也隨之減弱。

圖8 23日700 hPa上MPV2分布（a.02:00；b.08:00，單位:PVU）

4 雷達分析

從地面天氣實況表現(xiàn)看，鄂爾多斯市的降水以雨開始，23日11:00前開始，11:00之前均為雨，14:00轉(zhuǎn)為雪，且累積雪量達10 mm，達到暴雪標準。選擇過程降水較強時段(3月23日16:21:46)對雷達的基本反射率因子、平均徑向速度、垂直風廓線(VWP)產(chǎn)品進行比較,鄂爾多斯市雷達顯示時間為世界時。

反射率因子回波強度小于35 dBz，呈片狀，比較均勻，回波梯度小；徑向速度上存在 “牛眼”結(jié)構(gòu)，表示中低空存在明顯急流區(qū)，零速度線有反“S”型結(jié)構(gòu)，說明存在冷平流，在低空附近有明顯的對向風，可以表明高低空系統(tǒng)所在位置。對照VWP資料，可以分析出觀測時段地面在冷鋒前西南氣流中，高空在低槽前部偏西氣流中整層濕度條件較好，同時很好地對應(yīng)了徑向速度場分析的結(jié)果）。

5 結(jié)論

（1）從高低空配置來看，高空是由短波槽加深為冷渦影響降雪地區(qū)，中低空有“人”字切變線與高空相配合，地面倒槽產(chǎn)生降水，冷鋒入侵使降雨轉(zhuǎn)化為降雪，產(chǎn)生了此次降水天氣。

（2）從熱力條件來看，降水相態(tài)發(fā)生轉(zhuǎn)換的主要原因是0℃層高度下降，同時低層強冷平流的出現(xiàn)并迅速下傳，對雨轉(zhuǎn)暴雪天氣的預(yù)報具有明顯的指示意義。

（3）從水汽和動力條件來看，水汽輻合加強，預(yù)示著降水增強，水汽輻合減弱消失，預(yù)示著降水減弱；在高低空急流配合下，存在高層輔散，低層輻合的配置，為此次暴雪提供了有力的動力和充足的水汽。

（4）此次暴雪落區(qū)域滿足了MPV1＞0，同時MPV2＜0的條件，并且滿足MPV1＞0和MPV2絕對值得到較大增長的區(qū)域，濕對稱性不穩(wěn)定。

（5）從雷達資料的分析來看，此次暴雪過程的回波為穩(wěn)定的混合降雪回波，都在35 dBz以下；零速度線較為反“S”型結(jié)構(gòu)，表明存在出冷平流風場，有利于降水的相態(tài)轉(zhuǎn)化。