2020年延安一次暴雪天氣過程成因分析

王文波 楊麗 寧欣婷 張小龍 薛丹妮

收稿日期：2023-12-09

作者簡介：王文波（1982—），男，陜西咸陽人，工程師，主要從事天氣預報研究。

摘 要：利用常規氣象觀測資料、延安多普勒天氣雷達和NCEP的FNL逐6 h再分析資料，對2020年11月20—21日發生在延安市中北部的暴雪天氣過程進行分析。結果表明：高空槽前西南暖濕氣流、700 hPa低空急流和切變線為降雪提供了充足的水汽和輻合抬升，在暴雪區形成深厚的濕層和上升運動。暴雪區與500 hPa水汽通量散度輻合中心相對應，散度場表現為低層輻合、高層輻散的雙輻合—輻散結構特征，θse等值線隨高度向北傾斜，在中層形成穩定維持的θse密集鋒區。短時暴雪的雷達回波強度普遍在32～40 dBz，回波頂高4～6 km，內部有40 dBz以上小尺度積云對流回波不斷生消，徑向速度圖上零速度線呈“S”形，并表現有“牛眼”結構特征。

關鍵詞：暴雪；低空急流；雙輻合輻散

中圖分類號：P458 文獻標志碼：B文章編號：2095–3305（2024）03–0-04

雨雪是冬春季災害性天氣之一，特別是暴雪天氣對工農業生產、交通運輸和人民生活等帶來嚴重的不利影響[1]。近年來，隨著全球氣候變化加劇，極端天氣事件多發頻發，位于黃土高原丘陵溝壑區的延安市，冬春季暴雪天氣也呈現出增多、增強的趨勢，加之復雜的地形環境，因暴雪造成的災害損失不斷增多。因此，分析研究該區域暴雪天氣的形成原因和特點，對防御和減少暴雪災害損失具有重要意義。

針對暴雪天氣，我國氣象工作者從多個方面進行了大量的研究分析。張桂蓮等[2]對冷墊背景下凍雨和極端回流大暴雪成因機制進行了分析，指出500 hPa槽前暖濕氣流、700 hPa西南急流和暖式切變線為2020年11月17—19日內蒙古中東部降雪提供了豐富的水汽和動力輻合，中高空暖濕空氣沿低層冷墊爬升產生鋒生是造成極端回流大暴雪的主要原因，動力鋒生最強階段和降雪最強時刻相對應。黃曉璐等[3]分析了內蒙古2020年2月一次暴雪過程中濕位渦與鋒區的關系，指出強鋒生區與暴雪區相對應，高空下傳的濕位渦正MPV1有利于鋒生、增強降雪。徐娟娟等[4]對2018年1月陜西區域性暴雪的診斷分析指出，強西南急流、偏東氣流是此次暴雪產生的重要原因之一，中層冷空氣侵入觸發暴雪發生。祝小梅等[5]對2022年初冬伊犁河谷一次極端暴雪過程進行分析發現，暴雪區散度場具有雙輻合輻散的結構特征。陳鮑發等[6]分析了江西3次暴雪天氣過程雷達回波特征，發現暴雪回波強度在30 dBz左右，回波可伸展至5～7 km。孫莎莎等[7]利用雙偏振雷達、毫米波云雷達、溫度廓線儀等資料，分析了山東極端暴雪過程降水相態的多源觀測特征。

目前，延安地區的暴雪天氣研究分析相對較少。本文主要利用延安地區國家氣象觀測站逐小時地面觀測資料、常規高空觀測資料、NECP的FNL逐6 h再分析資料以及延安多普勒天氣雷達觀測資料，對發生于2020年11月20—21日的一次暴雪天氣過程進行分析，為今后延安地區暴雪天氣的預報提供參考。

1 天氣過程概況

2020年11月20—21日延安市出現雨雪天氣，中北部6縣區出現暴雪，其中，寶塔區和甘泉縣大暴雪，全市過程累計降水量2.8～21.8 mm，最大降雪量寶塔區21.4 mm，甘泉縣降雪量20.9 mm，最大積雪深度

10 cm。14：00（北京時間，下同）開始延安南部開始出現降水，至17：00降水相態為雨，18：00后相繼轉為雪，15：00延安北部自西向東開始降雪。

從觀測站逐小時降水量和降水相態可以看到，降雪時段主要集中在20日16：00—21日08：00，18：00～

21：00寶塔區和甘泉縣連續2～3 h出現1 h 3.0 mm以上的短時暴雪（圖1），最大1 h降雪量達4.4 mm，23：00后降雪強度逐漸減弱[8-9]。

2 環流形勢

11月20日08：00，500 hPa貝加爾湖至新疆有西風槽存在，貝加爾湖東部配合有-44 ℃冷中心，青藏高原東部有淺槽發展，700 hPa新疆至內蒙古西部有一溫度槽，高空冷平流鋒區前沿已抵達河套西部，四川東部至甘肅南部有偏南風低空急流發展，延安處于槽前偏南氣流，850 hPa陜西南部有東南風發展，青藏高原東部淺槽在東移過程中發展為短波槽。20日20：00（圖2）短波槽東移至陜西西部，700 hPa延安西北部配合有“人”字形切變，西南風低空急流東移控制陜西中南部，延安處于低空急流左前側，并有西南風速輻合，

850 hPa東南風明顯增強，在延安西部形成風速輻合。21日08：00高空槽東移出延安地區。200 hPa高空急流穿過延安地區，風向由西風轉為偏南風，風速大于40 m/s。

20日08：00～14：00地面氣壓場呈北高南低，青藏高原至四川盆地一帶低壓向東緩慢移動，延安位于低壓前部西北側，蒙古國西部至新疆北部為冷高壓控制，其前部分裂的冷空氣自內蒙古東部侵入華北地區。17：00分裂的冷空氣自內蒙古西部侵入甘肅至寧夏，低壓中心移動至四川西部，陜西北部形成弱倒槽，延安西部開始出現雨雪天氣。20日20：00—21日02：00，地面倒槽發展，在榆林東部形成低值中心，且長時間維持，內蒙古西部至寧夏不斷有冷空氣滲透南下。21日02：00—21日08：00冷高壓東移，低壓倒槽東移減弱。

從環流形勢分布來看，槽前強盛的西南暖濕氣流和低層冷空氣在延安地區交匯，從而產生暴雪天氣。

3 環境條件

3.1 水汽條件

冬季，低空急流的建立和發展是產生暴雪的重要因素之一。20日08：00，700 hPa四川東部至甘肅南部偏南風低空急流的建立為延安的降雪提供了充足水汽，低層850 hPa河南至陜西北部東南風的發展，進一步增強了水汽的輸送。

由比濕場可見，08：00延安500 hPa、850 hPa比濕為

1～2 g/kg，700 hPa比濕為3 g/kg，整層水汽條件較差，700 hPa四川東部至甘肅南部有濕舌向北伸展，寧夏處于濕舌前部大梯度區。14：00濕舌東移至延安西部，比濕大梯度區位于延安北部，整層比濕較08：00明顯增大，20：00中低層處于飽和濕區內。延安站探空資料顯示，08：00～20：00大于80%濕層由850 hPa附近伸展至400 hPa以上，濕層顯著增厚。

水汽通量散度常用于表征水汽在水平方向的輸送和分布情況，水汽通量散度負值，表明有水汽的輻合，反之有水汽輻散。08：00～14：00，850 hPa延安地區水汽通量散度由正值逐漸轉為負值，輻合中心位于關中西北部至延安南部，700 hPa延安地區處于水汽通量散度負值區，14：00水汽輻合達到最強，輻合中心位于延安西部，中心值為-20×10-6 g/（cm-2·hPa-1·s-1），500 hPa水汽通量散度為正值。

20：00（圖3），500 hPa水汽通量散度轉為負值，輻合

中心位于延安中北部，中心強度達-15×10-6 g·cm-2·hPa-1

·s-1，相應在該時段前后出現強降雪，700 hPa輻合中心東移至延安以東。由此可見，從低層到高層的水汽通量散度有明顯傾斜，深厚的濕層和持續的水汽輻合為暴雪提供了充沛的水汽。

3.2 動力條件

分析暴雪過程散度場變化，20日08：00暴雪區上空，700 hPa為散度場輻合區，850 hPa以下和600～300 hPa

為散度輻散區。隨著高空槽東移和西南急流的發展，700 hPa輻合區加強并向下伸展至1 000 hPa，輻合中心位于700～600 hPa，中心強度-40×10-6 s-1，500 hPa為輻散區，輻散中心強度50×10-6 s-1，400 hPa發展為輻合區，300 hPa又為輻散區，形成雙輻合—輻散的散度場垂直結構，高層輻散、低層輻合使得上升運動增強，有利于降雪的產生。

在強降雪時段，輻合輻散進一步加強，從20：00沿寶塔區站經向的散度場垂直剖面（圖4）可以看到，散度場維持雙輻合—輻散結構，輻合輻散中心高度下降，表現為850 hPa以下和500 hPa為輻合區，輻合中心位于800 hPa和500 hPa，最大輻合中心強度在500 hPa

達到70×10-6 s-1，低層輻散中心下降至700 hPa，強度較14：00減弱，高層輻散在400 hPa以上，輻散中心位于300 hPa，強度達到60×10-6 s-1。

總體來看，中低層表現為深厚的輻合區，加上高層輻散抽吸作用增強，上升運動進一步增強，從而形成1 h 3 mm以上的短時暴雪。21日01：00后，雙輻合—輻散結構逐漸減弱，高層輻散中心消失，降雪趨于結束。與散度場相應，渦度場上（圖略），暴雪區從低層至500 hPa為正渦度，500 hPa以上為負渦度，在強降雪時段，正渦度區增強且向上伸展至200 hPa，20：00正渦度達到最強。

3.3 熱力條件

假相當位溫（θse）是能夠綜合反映溫度、氣壓和濕度的物理量，表示大氣的溫濕特征和垂直運動，θse高值區代表高溫、高濕，低值區代表低溫、低濕。在20日假相當位溫水平分布上，14：00降雪開始前，700 hPa有東南—西北向θse高能舌自陜西南部伸展至寧夏，內蒙古西部至甘肅為θse低值區，θse密集鋒區位于寧夏至延安北部，暴雪區上空θse值達314 K，850 hPa暴雪區上游形成“Ω”形假相當位溫場，θse高能舌位于寧夏東部，中心值達300 K，陜西北部和寧夏以西有冷空氣自北向南侵入，形成2個向南伸展的θse低值區。

在強降雪時段，700 hPa寧夏西部的θse低值區加強向東南發展，暴雪區處于θse高能區，但θse鋒區強度減弱，850 hPa θse高能舌向北擴展至陜西北部，暴雪區處于θse高能區，θse值為298 K，高能區兩側有θse低能區向延安伸展。

從20：00沿寶塔區站經向的假相當位溫場垂直剖面可以看到（圖5），800 hPa以下自北向南為θse低值區侵占，800～700 hPa為密集的θse鋒區，700 hPa以上θse隨著高度明顯向北傾斜，表明中高層偏南風急流向北輸送的強暖濕氣流和低層冷空氣在延安交匯，在中層低形成強θse鋒區，并長時間穩定維持，造成降雪的持續和增強。

4 天氣雷達特征

延安多普勒天氣雷達組合反射率顯示，20日12：30

～14：00延安西部有層狀云回波發展，回波均勻，反射率因子梯度小，回波強度15～27 dBz，距離雷達測站南部50～100 km處有32dBz降水回波向北發展，延安南部出現降水。14：22延安西部有層狀云降水回波向東移動發展，西北部開始出現降雪。15：21西部和南部的降水波回波在寶塔區合并，開始出現降雪，回波強度30～

40 dBz，回波頂高3～6 km，且維持至17：00。

17：25降雪回波穩定在寶塔區上空，回波強度普遍在32～40 dBz，其內部分散多個1～2 km的積云對流回波，強度45～49 dBz，寶塔區降雪強度開始增大，同時甘泉縣北部出現32 dBz降雪回波。

18：00～21：00降雪加強和維持階段，降雪回波呈西南—東北向帶狀分布在寶塔區和甘泉縣上空，回波強度32～40 dBz，寶塔區有多個小尺度積云對流回波不斷生消發展，回波頂高4～6 km，延安西南部先后有2個32 dBz層狀云降水回波向東北方向移動，在寶塔區和甘泉一帶合并，降水回波的移動發展與西南水汽的輸送輻合一致。這種列車式傳播的降雪回波使得強降雪回波得到維持和增強，從而產生短時暴雪。

從18：59延安雷達組合反射率可見（圖6a），寶塔區境內有多個1～4 km積云對流降雪回波單體發生發展消亡，積云對流回波分布離散，最大回波強度可達50～58 dBz，回波頂高維持在4～6 km。20：33降雪回波強度開始減弱東移動，降雪強度減弱。16：00徑向速度圖上，零速度線呈“S”形結構，風向隨高度順時針旋轉，表明有暖平流，且風速隨高度增加，最大入流風速為12.5 m/s，略高于出流風速，說明有風速的輻合，有利于降雪的產生。

“S”形結構持續至17：01，17：01～18：00在20～50 km東南風和南風加強，寶塔區有明顯的風速輻合，降雪增大。在20：27徑向速度圖上（圖6b），50～100 km維持12 m/s的西南氣流，低層東南風進一步加強，20 km附近出現7 m/s的正負速度大值中心，形成“牛眼”結構，正中心面積大于負中心面積，說明在邊界層有東南風水汽輸送和輻合增強，有利于寶塔區積云降雪回波的發展。低層“牛眼”結構長時間維持，直至22：25減弱，降雪隨之減弱[10-17]。

5 結論

通過對此次暴雪天氣的環流形勢、環境條件、多普勒天氣雷達特征進行分析，得出以下結論：

（1）此次暴雪發生在槽前強盛的西南暖濕氣流，700 hPa和地面配合有切變線和倒槽，暴雪區位于低空西南急流左前側和700 hPa切變線暖區。

（2）低空急流在暴雪區形成深厚的水汽輻合。低層至高層水汽通量散度表現出明顯的傾斜特征，暴雪區與500 hPa水汽通量散度輻合中心對應。暴雪區散度場高層輻散、低層輻合，形成雙輻合—輻散的散度場結構，有利于上升運動的維持和增強，是暴雪形成的動力機制。

（3）暴雪區800 hPa以下自北向南為θse低值區，800

～700 hPa有密集θse鋒區，700 hPa以上θse隨高度明顯向北傾斜，中高層強暖濕氣流和低層冷空氣形成冷暖空氣穩定對峙，是造成暴雪原因之一。

（4）暴雪回波強度普遍在32～40 dBz，回波頂高4～

6 km，且長時間維持，內部有分散的小尺度積云對流回波生消。在徑向速度圖上，零速度線呈“S”形，有一對正負速度中心的風速核，形成“牛眼”結構。

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