湘潭市2次大范圍暴雪天氣過程的對比分析

摘 要：利用常規(guī)觀測資料和分辨率為1°×1°的NECP再分析資料，采用天氣學(xué)方法和診斷分析方法，對2021年12月26日和2022年2月22日2次暴雪過程進(jìn)行對比分析，研究表明：2次暴雪過程均由500 hPa橫槽轉(zhuǎn)豎帶動(dòng)強(qiáng)冷空氣南下影響湘潭，槽前西南暖濕氣流發(fā)展，向強(qiáng)降雪提供了有利的背景條件；2次強(qiáng)降雪的水汽通道主要集中在700 hPa，低層的水汽供應(yīng)不明顯，冬季的水汽輸送層明顯比夏季要高，水汽輻合明顯，濕層更深厚，更有利于強(qiáng)降雪的發(fā)生；強(qiáng)降雪發(fā)生時(shí)，垂直螺旋度正值區(qū)對應(yīng)強(qiáng)的正渦度區(qū)，為強(qiáng)降雪提供了強(qiáng)有力的動(dòng)力抬升作用；濕位渦分量絕對值與降雪強(qiáng)度呈正相關(guān)關(guān)系。

關(guān)鍵詞：暴雪；垂直螺旋度；濕位渦；湘潭市

中圖分類號：P458 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編號：2095–3305（2024）02–0-03

近年來，湘潭冬半年出現(xiàn)暴雪過程的次數(shù)增多，由降雪引發(fā)的災(zāi)害對能源、交通的影響越來越嚴(yán)重。對于預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)來說，要能準(zhǔn)確預(yù)報(bào)出雨雪轉(zhuǎn)化的時(shí)間、降雪量、積雪深度。針對雨雪冰凍過程，許多專家學(xué)者進(jìn)行了大量研究，姚蓉等[1-2]研究使用WRF模式對雨雪相態(tài)轉(zhuǎn)化機(jī)制進(jìn)行數(shù)值模擬，能較好地模擬降雪量級和強(qiáng)降雪落區(qū)；陳紅專等[3]分析出青藏高原有明顯的正渦度向東傳播，有利于上升運(yùn)動(dòng)的加強(qiáng)，是暴雪維持的主要原因之一，姚晨等[4]利用雙偏振雷達(dá)識(shí)別降水粒子相態(tài)，這對預(yù)報(bào)員開展降雪短臨預(yù)報(bào)具有一定意義。

湘潭地處湖南中部衡山山脈的小丘陵地帶，降雪時(shí)常伴有雨和冰粒，降水相態(tài)復(fù)雜，給預(yù)報(bào)帶來了較大難度，因此，選取2021年12月25—26日和2022年2月21—22日湘潭市2次暴雪天氣過程，對2次典型個(gè)例進(jìn)行對比分析研究，找出其異同點(diǎn)，為預(yù)報(bào)員提高暴雪的預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率提供有利依據(jù)。

1 2次暴雪過程天氣概況

2021年12月25日夜間開始湘潭轉(zhuǎn)為雨夾雪或小雪天氣，26日全市普降暴雪（簡稱“211226”過程），強(qiáng)降雪時(shí)段出現(xiàn)在26日白天，27日夜間轉(zhuǎn)為雨夾雪，28日轉(zhuǎn)為液態(tài)降雨，26日08：00—27日08：00，湘潭、湘鄉(xiāng)和韶山最大積雪深度分別為12.0、13.0、12.0 cm，降雪量分別為16.2、17.1、19.7 mm。

2022年2月21日白天出現(xiàn)雨夾雪，22日02：00左右開始轉(zhuǎn)純雪，最強(qiáng)降雪時(shí)段出現(xiàn)在22日下午至晚上，全市出現(xiàn)大暴雪，局部特大暴雪（簡稱“220222”過程），23日白天減弱。22日02：00—23日02：00，湘潭、湘鄉(xiāng)和韶山最大積雪深度分別為16.0、10.0、20.0 cm，降雪量分別為39.9、35.6、35.8 mm。

2 大氣環(huán)流形勢分析

“211226”過程2021年12月25日500 hPa高度平均場上（圖1a），亞洲中高緯呈“兩槽一脊”型，烏拉爾山與貝加爾湖之間有強(qiáng)大、穩(wěn)定的高壓脊，東北冷渦位于日本海，中心為504 dagpm，并伴有-48 ℃的冷中心，冷渦中心延伸出一橫槽經(jīng)過我國東北、內(nèi)蒙古北部和俄羅斯東南部地區(qū)，冷渦槽后西北氣流帶動(dòng)橫槽分股轉(zhuǎn)豎，使冷平流不斷南下，低緯地區(qū)南支槽穩(wěn)定維持，為我國南方地區(qū)的雨雪天氣提供了充足的水汽。

中西伯利亞地區(qū)一直受1 062.5 hPa以上強(qiáng)大冷高壓控制，700 hPa急流位于湘中一帶，強(qiáng)冷空氣不斷滲透，造成近地層氣溫迅速下降，而中低層存在較強(qiáng)的逆溫層，有利于冰晶在云中不斷碰撞，有利于雨雪相態(tài)轉(zhuǎn)換。

“220222”過程2022年2月21日（圖1b）500 hPa歐亞中高緯呈“兩脊一槽”型，貝湖以西有阻塞高壓，東北地區(qū)東部海上有低渦存在，中心強(qiáng)度達(dá)513 gpm，與之配合的冷中心強(qiáng)度為-44 ℃。冷空氣在極渦后部堆積，脊前渦后偏北氣流引導(dǎo)冷空氣經(jīng)貝加爾湖南下，影響我國，低緯地區(qū)南支槽穩(wěn)定維持。700 hPa湘中以北處于急流出口區(qū)，長沙站西南風(fēng)速達(dá)到18 m/s，大量水汽聚集在湘中一帶，850 hPa有一支強(qiáng)盛的偏北氣流控制，造成了強(qiáng)的動(dòng)力抬升作用，為強(qiáng)降雪提供了有利的背景條件。

2次暴雨過程的共同點(diǎn)：歐亞中高緯呈“兩脊一槽”型，貝湖附近有強(qiáng)大的高壓脊發(fā)展，冷渦槽后西北氣流帶動(dòng)橫槽轉(zhuǎn)豎，700 hPa暖濕氣流強(qiáng)盛，造成了強(qiáng)的動(dòng)力抬升作用，導(dǎo)致湘潭強(qiáng)降雪的發(fā)生。

2次暴雨過程的不同點(diǎn)：“220222”的高壓脊比“211

226”過程更強(qiáng)；700 hPa風(fēng)場“220222”為西南風(fēng)18 m/s，

“211226”過程長沙站風(fēng)場為偏西風(fēng)，最大為14 m/s；“211226”的冷空氣強(qiáng)度比“220222”更強(qiáng)，前一次最大氣壓值為1 042.5 hPa，后一次過程為1 035 hPa。

3 物理量診斷分析

3.1 水汽條件

水汽是產(chǎn)生降雪的必要條件之一，而大量的水汽輻合可促使暴雪發(fā)展。分析2次降雪過程的水汽通量、水汽通量散度和比濕來看：“211226”過程水汽通量大值區(qū)位于600～700 hPa，中心最大值為8 g/（hPa·cm·s），本地處于大值區(qū)附近，為6 g/（hPa·cm·s）。從水汽通量散度來分析來看，本地700 hPa以下為水汽輻散區(qū)，500～

700 hPa為水汽輻合區(qū)，與700 hPa西南暖濕急流對應(yīng)，最大值為-0.4×10-7/（hPa·cm2·s）。分析比濕剖面圖來看（圖略），26日08：00—27日02：00本地比濕垂直伸展至500 hPa，925～600 hPa比濕均在3 g/kg，700 hPa中心值為4.5 g/kg。

“220222”過程的水汽通量大值區(qū)位于700 hPa附近，本地上空最大值為10 g/（hPa·cm·s）。從水汽通量散度來看，本地925～500 hPa僅為水汽輻合區(qū)，其中心最大值為-1.4×10-7/（hPa·cm2·s），本地最大值為-0.6

×10-7/（hPa·cm2·s），分析比濕剖面圖來看（圖略），強(qiáng)降雪發(fā)生時(shí)段600 hPa比濕均在3 g/kg，最大值集中在700 hPa附近，為4.5 g/kg。

由此可見，2次強(qiáng)降雪的水汽發(fā)展，旺盛水汽通道主要集中在700 hPa，低層的水汽供應(yīng)不明顯，說明冬季水汽輸送層明顯比夏季要高。通過2次過程對比來看，“220222”過程比“211226”過程水汽輸送強(qiáng)度更強(qiáng)、水汽輻合更明顯、濕層更深厚，因此降雪量級更大。

3.2 動(dòng)力條件

從湘潭2次降雪過程的渦度、垂直速度和垂直螺旋度沿112°E作剖面對比分析，“211226”過程850 hPa以下為負(fù)渦度區(qū)，850～600 hPa附近有正渦度區(qū)，

600 hPa以上負(fù)渦度最高伸展至300 hPa，有利于輻合抬升運(yùn)動(dòng)，湘潭上空整層為上升運(yùn)動(dòng)強(qiáng)中心區(qū)，強(qiáng)的上升運(yùn)動(dòng)由南向北發(fā)展，位于700～400 hPa，中心值為-0.2 Pa/s，上升運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈。從垂直螺旋度垂直剖面來看，湘潭地區(qū)低層和700～500 hPa垂直螺旋度為正值，與正渦度的區(qū)域和垂直速度上升區(qū)配合較好，動(dòng)力抬升作用明顯。

“220222”過程400 hPa以下為1個(gè)深厚的正渦度中

心，中心值為3×10-5 s-1，400 hPa以上又轉(zhuǎn)為負(fù)渦度區(qū)，

正渦度強(qiáng)度明顯強(qiáng)于負(fù)渦度強(qiáng)度，有利于強(qiáng)輻合抬升運(yùn)動(dòng)。在垂直速度圖上，湘潭上空925 hPa以上為上升運(yùn)動(dòng)強(qiáng)中心區(qū)，中心值為-0.2 Pa/s，上升運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈，強(qiáng)上升區(qū)與正渦度區(qū)配合較好。從垂直螺旋度垂直剖面來看，湘潭上空400 hPa以下垂直螺旋度為正值，與深厚的正渦度區(qū)域和強(qiáng)的上升區(qū)域相對應(yīng)，形成了強(qiáng)的動(dòng)力抬升作用。

3.3 熱力條件

決定降水相態(tài)的關(guān)鍵是溫度，因此，中低層的熱力條件是一個(gè)重要因素。從溫度平流垂直剖面圖來看（圖2a），“211226”過程在700 hPa有明顯的暖舌，表現(xiàn)為上下冷、中間暖的形勢，850～600 hPa有明顯的逆溫層，850 hPa以下為冷平流。由于西南低空急流加強(qiáng)，在700 hPa出現(xiàn)了1個(gè)10×10-5 K/s的暖中心。

“220222”過程（圖2b）暖平流明顯比“211226”過程強(qiáng)，700、400 hPa處各出現(xiàn)一個(gè)暖平流中心，中心值分別為10×10-5 K/s和20×10-5 K/s，上層的暖平流強(qiáng)于下層，由于上下層平流的差異，600 hPa出現(xiàn)逆溫層。暖平流有利于上升運(yùn)動(dòng)的發(fā)展，除了暖平流能產(chǎn)生上升運(yùn)動(dòng)，還有冷暖空氣交匯產(chǎn)生的輻合上升運(yùn)動(dòng)，兩者結(jié)合，“220222”降雪過程的降雪量級比前一次過程大。

4 濕位渦

MPV1正值表示垂直方向上有正渦度發(fā)展，并且表示水汽含量較大。從2次降雪過程的濕位渦來看，“211226”降雪過程MPV1為正值，12月26日08：00開

始MPV1值迅速增大，在14：00左右，700 hPa出現(xiàn)MPV1

大值中心，中心值為1.5 PVU，MPV1大值區(qū)與正渦度大值區(qū)較為一致，一直持續(xù)至26日夜間，與強(qiáng)降雪的時(shí)段配合較好，有一定的指示性作用。

從MPV2垂直剖面來看，26日900 hPa MPV2均為

負(fù)值，26日08：00，MPV2負(fù)值逐漸增大，并在26日14：00 800～700 hPa出現(xiàn)MPV2負(fù)值中心，為-1.0 PVU，負(fù)值的增大表示大氣斜壓性增強(qiáng)，代表冷暖空氣在此強(qiáng)烈交匯，有利于強(qiáng)降雪的發(fā)生。

“220222”過程MPV1整層為正值，22日02：00開始

MPV1值迅速增大，預(yù)示著降雪量級增大，22日02：00

～14：00，700～800 hPa出現(xiàn)MPV1大值中心，中心值為2.5 PVU，比“211226”過程的值要強(qiáng)，且強(qiáng)中心維持的時(shí)間較前一次過程長。

從MPV2垂直剖面來看，22日900 hPa MPV2均為負(fù)值，22日02：00，MPV2負(fù)值逐漸增大，并在14：00左右800～700 hPa出現(xiàn)MPV2負(fù)值中心，為-2.0 PVU，表示“220222”過程比“211226”過程大氣斜壓性更強(qiáng)，冷暖空氣交匯更劇烈，有利于更大量級強(qiáng)降雪的發(fā)生。

從以上分析可以看出，2次強(qiáng)降雪期間，MPV1為正值，MPV2為負(fù)值，滿足濕位渦守恒原理，有利于垂直渦度的發(fā)展，為強(qiáng)降雪的發(fā)生和發(fā)展提供了動(dòng)力條件。隨著MPV1、MPV2絕對值的增大，降雪量級也在增大，反映出降雪強(qiáng)度與濕位渦分量絕對值呈正相關(guān)關(guān)系。

5 結(jié)論

（1）在2次強(qiáng)降雪環(huán)流形勢中，歐亞中高緯均呈“兩脊一槽”型，貝湖附近有強(qiáng)大的高壓脊發(fā)展，冷渦槽后西北氣流帶動(dòng)橫槽轉(zhuǎn)豎，700 hPa暖濕氣流強(qiáng)盛，形成了強(qiáng)的動(dòng)力抬升作用，導(dǎo)致湘潭強(qiáng)降雪的發(fā)生。

（2）2次過程均水汽發(fā)展旺盛，水汽通道主要集中在700 hPa，低層的水汽供應(yīng)不明顯，說明冬季水汽輸送層明顯比夏季要高，水汽輸送強(qiáng)度更強(qiáng)、濕層更深厚、水汽輻合更明顯，降雪量級更大。垂直螺旋度正值區(qū)對應(yīng)深厚的正渦度區(qū)和強(qiáng)的上升速度區(qū)，有利于暴雪區(qū)動(dòng)力抬升作用的增強(qiáng)；中層暖平流增強(qiáng)有利于輻合上升運(yùn)動(dòng)的發(fā)展。

（3）在2次強(qiáng)降雪期間，MPV1為正值，MPV2為負(fù)值，滿足濕位渦守恒原理，MPV1、MPV2絕對值增大，

降雪量級增大，反映出濕位渦分量絕對值與降雪強(qiáng)度呈正相關(guān)關(guān)系。

參考文獻(xiàn)

[1] 姚蓉，唐佳，唐明暉，等.“14·02”湖南三次雨雪過程對比分析[J].氣象，2014，40（12）：1500-1506.

[2] 姚蓉，葉成志，田瑩，等.2011年初湖南暴雪過程的成因和數(shù)值模擬分析[J].氣象，2012，38（7）：848-857.

[3] 陳紅專，葉成志，龍麗華.2011年1月湖南罕見持續(xù)性暴雪天氣成因分析[J].暴雨災(zāi)害，2012，31（2）：141-148.

[4] 姚晨，楊祖祥，朱月佳，等.2018年初安徽省兩次罕見大暴雪過程的對比分析[J].暴雨災(zāi)害，2018，37（5）：401-409.