2018年1月江蘇兩次暴雪天氣對比分析

吳 瓊，夏 露，白 楊，張麗婷，汪嬋娟

(揚州市氣象局，江蘇揚州 225000)

暴雪是江蘇冬季常見的災害性天氣之一，由降雪導致的低溫凍害、大風、地面積雪和道路結冰往往對交通和生活的影響巨大；因此專家和學者們對暴雪從環流形勢、動力過程、水汽條件、熱力條件及數值模擬等方面進行了大量研究[1-6]。王清川等[7]分析了河北廊坊市初冬雨轉暴雪天氣過程中雷達資料的特征，得出0 ℃層亮帶高度迅速下降后1～2 h內可以推斷降水相態由雨轉為雪。張迎新等[8]初步分析了華北回流暴雪的結構特征，發現降雪強度與高空風速有很好的對應關系。趙俊榮等[9]對新疆北部暖區強降雪過程中尺度云團演變特征進行了分析，同時也對天山暴雪成因及多普勒雷達中尺度特征進行了研究。為了提高各地暴雪預報的準確率，氣象工作者針對各地暴雪天氣過程進行了天氣學分型，建立相應的預報模型。馬振升等[10]根據環流形勢將河南省暴雪分為兩槽一脊和橫槽兩種類型；侯淑梅等[11]根據高空和地面影響天氣系統，將山東極端強降水過程劃分為5類天氣概念模型。

以往對暴雪的研究多為個例分析，而對不同過程進行對比分析更有利于認識不同類型暴雪的發生發展機制。2018年1月3—5日(下稱月初過程)和24—28日(下稱月末過程)江蘇發生了兩次區域性暴雪天氣，兩次過程有所差異，本文將從降雪特征、環流形勢演變及物理量特征等方面對兩次暴雪天氣進行對比分析，尋找這種天氣的預報規律，為提高暴雪天氣的預報預警能力提供參考。

1 實況

2018年1月2日夜間至4日夜間，江蘇沿長江及其以北地區出現大到暴雪、局部大暴雪(圖略)天氣。北部地區降雪過程為純雪，淮河以南是雨轉雪過程，轉換時間在3日晚上。5日早晨沿長江及其以北的大部分地區有5 cm以上積雪，其中沿長江一線和沿淮河的西部地區積雪有15 cm以上，最大浦口站為29 cm。

2018年1月24日下午至26日上午，江蘇省位于長江淮河之間的西部地區及沿長江地區和蘇南地區出現暴雪、局部大暴雪天氣。26日08時大部分地區積雪深度在5 cm以上，最大浦口站為19 cm。26日白天降雪間歇，26日夜間至28日，沿長江地區和蘇南地區再次出現暴雪、局部大暴雪的天氣，28日08時淮河以南大部分地區有5 cm以上積雪，其中沿長江和蘇南中西部地區超過15 cm，部分地區在20 cm以上。24日12時至28日14時，江蘇省沿長江地區和蘇南地區的累積降雪量在25 mm以上，其中蘇南西南部部分地區超過40 mm。

從降雪強度和落區來看，兩次降水中心均在沿長江地區和蘇南地區，最大的積雪中心，月初過程在江蘇西部，月末過程強降雪落區更偏南，降雪強度也偏弱。從氣溫來看月末過程氣溫更低，是純雪過程，積雪效率更高，月初過程在沿長江及以南的地區為雨轉雪過程。從持續時間來看，月末的過程持續時間更長。

2 天氣形勢分析

從500 hPa天氣圖上的環流形勢來看，兩次過程均為“西阻型”，巴爾喀什湖至里海之間有阻塞高壓(45oN以北，60oE附近)發展，且在降雪過程中持續存在，巴爾喀什湖一穩定橫槽不斷引導冷空氣從西路南下。阻塞高壓前為寬廣的低壓帶區，不斷有冷渦發展活動。在青藏高原東部不斷有低槽活動，引導暖濕氣流北抬。冷暖氣流在沿長江一帶交匯，有利于降雪。

月初過程中副高整體偏強，副熱帶高壓588 dagpm線位于南海東北部，且范圍持續擴大，引導孟加拉灣和南海西南暖濕氣流不斷沿高壓外圍往中緯度地區輸送，東北冷渦偏弱(3日20時中心值為532 dagpm)，冷渦底部的槽以北縮東移為主，長江中下游受西南氣流控制。月末過程副熱帶高壓整體偏弱，584 dagpm等值線的北界位于20°N以南，東北冷渦強大(24日08時中心值504 dagpm)且穩定維持在125°E、53°N附近，冷空氣在冷渦西側橫槽堆積，分裂南下的冷渦槽后西北氣流控制長江中下游地區。

從700 hPa天氣圖來看，月初過程西南急流和濕度大值區穩定存在，長江地區處于西南急流出口區的左側(圖1a)，急流最大風速達到28 m/s。前期暖式切變維持在淮河流域，4日逐漸轉為冷切變，雪區南擴，5日08時700 hPa長江地區轉為西北風，降雪漸止。月末過程中西南急流也一直存在，位置較月初過程偏南(圖1b)，急流核最大風速也達到28 m/s，其中26日白天短暫轉為西北氣流的時段也和降雪的間歇時段對應。

從850 hPa天氣圖來看，月初過程中，暖切維持在沿長江地區和江蘇南部，5日08時以后轉為偏北風控制。4日有低渦沿長江東移， 4日沿長江和蘇南地區降水量的增強。-4 ℃等溫線南壓緩慢，在沿長江一帶維持，該地區降雪時常較長，形成較深的積雪。月末過程前期為偏東急流，但低層切變比月初過程弱，降水量整體弱于月初過程。全省氣溫基本在-4～12 ℃范圍內，為純雪過程。

從地面氣壓場分析來看，月初過程主要是中路冷空氣不斷擴散南下。月末主要是中路偏東冷空氣，冷空氣強度大，速度快，在降雪前形成較為深厚的冷墊。

3 診斷分析

3.1 水汽條件

一個地區要發生強降水，除了考慮有暢通的水汽通道源源不斷為系統提供充足的水汽，還必須考慮各個方向輸送來的水汽能否在此集中起來[12-13]，因此通過對兩次暴雪過程的水汽通量和水汽通量散度進行診斷，分析過程水汽條件。

月初過程的水汽來源更豐富，低空西南急流帶來的暖濕氣流，并在江蘇沿長江地區產生水汽通量輻合。4日20時850 hPa有低渦東移出海，打通了東海至江蘇的水汽通道，由東海輸送來的水汽也為強降水發生發展提供了更多的水汽。月末過程水汽通道較為單一，水汽輻合主要是由西南急流輸送，且水汽輸送的位置比月初過程偏南(圖略)，與降雪的落區相對應。

3.2 熱力條件

利用ERA Interim Daily的0.5°×0.5°再分析資料制作降雪中心風場、氣溫和相對濕度的垂直剖面圖(圖2)，可以看出：3日傍晚后溫度廓線-4 ℃等值線向低層延伸，實況出現雨轉雪；月末過程近地面溫度較低，850 hPa氣溫低于-4 ℃，實況為出現了純降雪。

兩次過程均存在逆溫，月初主要是850 hPa東南氣流和700 hPa西南暖濕氣流共同影響(圖2a)，當850 hPa和700 hPa轉為西北氣流后，切斷水汽輸送，大氣相對濕度迅速減小，降雪漸止。月末過程是850 hPa及以下層結的干冷空氣楔入暖濕氣流，暖濕氣流在冷空氣墊上爬升，形成逆溫(圖2b)。

在冷暖空氣交匯的過程中，會形成明顯的鋒生作用。繪制假相當位溫和鋒生函數的剖面圖，可以看出：暴雪發生期間，θse等值線存在明顯的密集帶(圖3a)，能量鋒區隨著高度向北傾斜，等值線密集帶對應低層鋒區位置。兩次過程中，鋒區上部是假相當位溫的高值區，對應由南向北伸展的暖濕氣流，與形勢場分析的中低空西南急流相對應。鋒區下部卻有明顯的不同，月末過程有明顯的假相當位溫低值區(圖3b)，說明在暴雪前低空就已經有明顯的冷空氣入侵，形成了冷墊。與形勢場分析結論一致。

陰影區對應鋒生函數，可以看出在鋒面上有多個鋒生正值區分布，月初過程中，鋒面向北向上延伸，嵌有更多鋒生正值中心，考慮是與次級環流所對應。

3.3 動力條件

從渦度和散度沿119°E的剖面上可以看到，與鋒區對應有一條從地面延伸到100 hPa的隨高度向北傾斜的正渦度柱，深厚正渦度柱的形成有利于暴雪的加強和維持。對比兩次降雪過程強降雪時段的正渦度柱的分布(圖4a)，可以看出月初過程的大值帶分布范圍和中心值均高于月末過程；從散度的垂直分布來看，暴雪區整體呈低層輻合高層輻散的配置，隨高度略向北傾斜，月末過程的數值略小于月初過程(圖4b)。月初暴雪過程的動力條件更佳。

強的上升運動將低層的水汽和能量源源不斷輸送到高空為暴雪的維持提供條件。垂直螺旋度表征大氣在垂直方向上的旋轉上升和運動特征，是反映天氣系統的維持和發展狀況及天氣現象劇烈程度的一個參數。

由強降雪時刻沿暴雪中心做螺旋度的經向垂直剖面可以看出，強降雪出現時，兩次過程垂直螺旋度均呈下正上負的分布(圖4c)，強降雪落區位于正負中心疊加區域的附近。兩次過程的不同之處在于月初過程的垂直螺旋度正負中心對數值更大，位置也更高(圖4d)。結果說明月初過程輻合上升運動出現的高度更高，上升運動強度更強，大氣不穩定層結更深厚，這也與前面的分析相符。

冷暖空氣交匯對鋒生起重要作用。從700 hPa鋒生函數分布圖來看，月初過程江淮之間為大段連續的鋒生正值區(圖5a，見第26頁)，數值可達9×10-11K/(m·s)，月末過程鋒生正值中心偏南(圖5b，見第26頁)，沿長江及以南大部分地區為6×10-11K/(m·s)，僅在江蘇南部達到9×10-11K/(m·s)。可見月初過程的大尺度鋒生作用更強，更有利于上升運動加強。

鋒生還是引發次級環流的一個重要因素。在強降雪時次的鋒生函數和垂直速度的垂直剖面圖上可見，4日14時，在上升運動中心北側，有下沉氣流與之形成次級環流，鋒生區位置和次級環流位置對應較好，且鋒生正值區向上伸展至550 hPa附近(圖5c，見第26頁)。27日14時，在上升運動北側也可分析出弱的次級環流，但整體強度偏弱；因此雖然有鋒生正值區對應，但強度偏弱，伸展高度偏低(圖5d，見第26頁)。

次級環流的形成原因，一方面考慮是高低空急流耦合作用的產物，另一方面是不斷有干冷空氣卷進南方暖濕氣流中，在交匯的楔形結構邊緣產生鋒生次級環流。

3.4 雷達回波分析

比較強降雪時段雷達0.5°仰角和2.4°仰角反射率因子、回波頂高和徑向速度圖(圖6，見第26、27頁)可以看出，月初過程回波反射率因子較強，以穩定層狀云降水為主， 同時也夾雜有大于35 dBz的弱對流性回波(圖6a)；月末過程為均勻的穩定層狀云降雪(圖6e)，降雪強度弱于月初過程，持續時間長。兩次過程回波頂高均在6～8 km左右(圖6c、圖6g)。

抬高仰角至2.4°，均可以看到零度層亮帶(圖6b、圖6f)。速度場上月初過程零風速等值線隨高度順轉，有深厚的暖平流存在。正負速度對形成了“牛眼”結構(圖6d)，說明低層存在明顯東北風急流，“牛眼”狀正負速度中心值較大，說明急流強度較強，輻合抬升作用明顯，之后牛眼結構變形，降水減弱，速度值大小與降雪量存在一定的正比關系。月末過程也有弱“牛眼”速度對，但是風速強度弱于月初過程(圖6h)。

4 結論

(1)兩次過程均為“西阻型”，多冷渦活動。月初過程副高較強，中低空西南急流強盛，南部地區先雨后雪，小時降雪量較大；月末過程冷渦較強，低層有深厚冷墊，為純雪過程，小時降雪量均勻。

(2)兩次過程均存在西南急流的水汽輸送，月初過程后期還有來自東海的水汽輸送。

(3)兩次過程均存在逆溫。月初過程地面高于0 ℃，為雨轉雪過程；月末過程低層氣溫低，能量鋒區下部有冷墊存在，暖空氣在其上爬升。

(4)兩次暴雪過程存在深厚正渦度柱，低層輻合高層輻散，垂直螺旋度呈下正上負分布，且存在次級環流增強上升運動，有明顯鋒生大值區與之配合。月初暴雪過程各項動力條件指標均優于月末過程。

(5)月初過程以層狀云降雪為主，夾雜一定弱對流回波，月末過程以層狀穩定降雪為主；兩次過程速度圖中均存在牛眼結構，與低空急流對應，其中月初過程速度值更大。