2023年春季烏蘭察布市一次罕見暴雪天氣過程分析

中圖分類號：P458.1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編號：2095-3305(2025)05-0121-03

暴雪是我國北方地區(qū)常見的災(zāi)害性天氣之一，容易影響交通、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、能源供應(yīng)及人們生活，并造成一定的財(cái)產(chǎn)損失。多位學(xué)者通過分析暴雪系統(tǒng)的發(fā)生發(fā)展、相互作用過程發(fā)現(xiàn)，鋒面、低空西南急流，以及700，850hPa 切變線的配置是發(fā)生暴雪天氣的有利條件。回流暴雪是華北地區(qū)的主要降雪天氣系統(tǒng)之一，其主要特征為低層偏東風(fēng)或東北風(fēng)，形成冷墊，當(dāng)中高層暖濕氣流沿著低層的冷墊爬至某一高度時(shí)，水汽凝結(jié)，從而引發(fā)降雪天氣[1-4]。趙桂香等[5]認(rèn)為在回流形勢的影響下，強(qiáng)降雪垂直熱力結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出上冷、中暖、下冷的特征，且低層冷空氣強(qiáng)度比普通暴雪大，通常低層有東北或偏東氣流，近地層形成“濕冷墊”。顧佳佳等研究指出，低層?xùn)|北路徑冷空氣進(jìn)入河南地區(qū)形成冷墊，偏南暖濕氣流抬升，形成了明顯的鋒生和次級環(huán)流，有利于暴雪天氣過程的發(fā)生發(fā)展。

上述大部分研究結(jié)合多種資料，從不同層面對冬季暴雪進(jìn)行了分析，但是針對春季暴雪事件的研究相對較少。因此，利用地面自動(dòng)氣象觀測站逐時(shí)資料、ECMWF再分析資料、雷達(dá)資料等對2023年4月2—4日烏蘭察布市出現(xiàn)的罕見暴雪過程進(jìn)行分析，旨在從此次回流暴雪天氣過程中總結(jié)一些明顯的特征，為今后此類暴雪天氣短期預(yù)報(bào)工作提供思路。

1天氣實(shí)況

2023年4月2一4日，烏蘭察布市出現(xiàn)強(qiáng)降水天氣過程，大部地區(qū)出現(xiàn)暴雪或大暴雪，最大降水量出現(xiàn)在涼城縣涼城滑雪場終點(diǎn) (81.3mm) )，最大積雪深度出現(xiàn)在察右中旗和察右后旗 (23cm )。此次降水過程以穩(wěn)定性降水為主，主要降水過程出現(xiàn)在4月2—3日，烏蘭察布市28個(gè)氣象監(jiān)測站中，累計(jì)降水量為50.0～99.9mm 有9個(gè)站， 25.0～49.9mm 有15個(gè)站， 10.0～ 24.9mm 有2個(gè)站， 0.1～9.9mm 有2個(gè)站。降水相態(tài)轉(zhuǎn)換復(fù)雜，全市從4月2日11：00\\~22：00自西北向東南方向呈現(xiàn)雨雪相態(tài)轉(zhuǎn)換的趨勢。

2降水成因

2.1環(huán)流形勢和主要影響系統(tǒng)分析

4月2日08：00，500hPa歐亞環(huán)流為兩槽一脊型（圖1a），高空槽加深成渦并向東移動(dòng)，東部高壓脊穩(wěn)定少動(dòng)； 700～850hPa 上，受高空槽前正渦度平流的影響，在 700～850hPa 切變線在4月2日08：00加強(qiáng)成為低渦，而低渦暖濕切變線南側(cè)的西南暖濕氣流強(qiáng)盛，在北進(jìn)過程中會(huì)因熱力作用而爬升，產(chǎn)生熱力上升運(yùn)動(dòng)，4月3日20：00東南風(fēng)急流，回流輸送暖濕空氣，一直持續(xù)到4日。4月2日08：00(圖1b）地面冷高壓沿著冷鋒逐步南下，烏蘭察布市處于地面倒槽的頂部，地面冷暖空氣交匯，有助于上升運(yùn)動(dòng)的生成和發(fā)展。4月3日11：00地面冷高壓逐步進(jìn)入烏蘭察布市，其位置在冷高壓的東南部，低層是偏東風(fēng)或東北風(fēng)，形成了冷墊， 700hPa 及以上高度有暖濕氣流維持并在冷墊上爬升。

這次暴雪過程的主要影響系統(tǒng)如下： 500hPa 向東移動(dòng)的高空槽前西南暖濕空氣； 700hPa 風(fēng)速達(dá) 16～ 19m/s ，低空西南急流是關(guān)鍵系統(tǒng)，為強(qiáng)降水提供充足的水汽和不穩(wěn)定能量，有利于天氣尺度的抬升和發(fā)展；在暴雪天氣過程中的切變線主要起到動(dòng)力輻合的作用；4月2日22：00至4日從 850hPa 到地面是東北氣流，低層形成冷墊， 700hPa 及以上的西南暖濕空氣在低層冷墊爬至某一高度時(shí)，水汽發(fā)生凝結(jié)現(xiàn)象，從而產(chǎn)生回流性質(zhì)的降水。

2.2 物理量分析

2.2.1 水汽條件

強(qiáng)降水的形成離不開充足的水汽供應(yīng)，水汽含量直接影響降水區(qū)域和降水量的大小，在偏南氣流的作用下濕層深厚，地面到 500hPa 為飽和區(qū)， 850hPa 比濕達(dá)到 6～7g/kg ；雨夾雪和強(qiáng)降雪時(shí)段 850hPa 水汽通量均有?-8×10^-5g/(s?cm²?hPa) 的強(qiáng)中心，4月2日02：00最大強(qiáng)度達(dá) -20×10^-5g/(s?cm²?hPa) ，整層水汽通量偏強(qiáng)，水汽在強(qiáng)降水區(qū)域有明顯的輻合(圖略)。比濕大值區(qū)存在低層水汽通量散度輻合中心，是導(dǎo)致烏蘭察布市出現(xiàn)暴雪天氣的重要原因之一。

2.2.2上升運(yùn)動(dòng)與冷暖平流

高層輻散、低層流場輻合是形成水汽匯合及上升運(yùn)動(dòng)的重要條件，同時(shí)動(dòng)力抬升作用也是暴雪天氣產(chǎn)生的必要條件之一。 200～500hPa 散度值為正， 300hPa 附近為輻散中心，高低空動(dòng)力耦合形成對流層低層輻合和高層輻散的深厚垂直上升運(yùn)動(dòng)區(qū)，是烏蘭察布市出現(xiàn)暴雪的關(guān)鍵原因之一。4月2日14：00集寧垂直上升速度中心達(dá)到為 -0.5×10²hPa/s 700hPa 及以上表現(xiàn)出一致的西南風(fēng)和偏西風(fēng)；4月2日22：00以后 850hPa 以下為東北風(fēng)和偏北風(fēng)， 700hPa 偏南風(fēng)風(fēng)速為 16-19m/s 850hPa 東北風(fēng)風(fēng)速為 16m/s ，垂直風(fēng)切變非常強(qiáng)。由此可見，在此次強(qiáng)降水過程中，高層處于輻散狀態(tài)，而低層表現(xiàn)為輻合，結(jié)合明顯的上升運(yùn)動(dòng)，垂直風(fēng)切變增強(qiáng)，有利于水汽匯聚輸送及上升運(yùn)動(dòng)發(fā)生。

3雷達(dá)分析

綜合回波圖(圖略)，在2023年4月2一4日強(qiáng)降水期間，烏蘭察布市大片的片狀回波從西南向東北方向移動(dòng)，回波主體的強(qiáng)度為 15～30dBz ，最強(qiáng)回波強(qiáng)度達(dá)45dBz ，回波頂高 3～7km4 月2日12：00前后烏蘭察布市的西部和南部形成團(tuán)狀回波，在中部和南部發(fā)展并向東北方向移動(dòng)，這些回波中夾雜著小尺度對流單體，所經(jīng)之處引發(fā)強(qiáng)降水天氣。

通過分析烏蘭察布市天氣雷達(dá)資料發(fā)現(xiàn)，在從液態(tài)水向固態(tài)水轉(zhuǎn)換前后出現(xiàn)了明顯的 0% 層亮帶。4月2日11：00反射率因子突然增加，在 3.4^° 仰角形成0 C 層亮帶，此時(shí)烏蘭察布市西北部地區(qū)由降雨轉(zhuǎn)為降雪；4月2日14：00(圖2a）烏蘭察布市北部和中部地區(qū)轉(zhuǎn)為降雪，22：00烏蘭察布市均轉(zhuǎn)為雪；4月3日00:00（圖2b）后 0°C 層亮帶消失，烏蘭察布市自西北向東南完成了從降雨轉(zhuǎn)為雨夾雪再轉(zhuǎn)為降雪的過程零速度線的變化可用于分析冷平流或暖平流，以及風(fēng)向的輻合或輻散的演變情況。

從 1.5^° 仰角基本速度圖(圖略)可見，4月2日08：00—3日08：00基本是暖平流，2日14：00風(fēng)向輻合逐漸加強(qiáng)，從17：00\\~20：00風(fēng)向輻合迅速加強(qiáng)，20：00（圖3)風(fēng)速輻合達(dá)到最強(qiáng)，零速度線及其附近的一對“牛眼”出現(xiàn)速度模糊，為 19m/s 以上的低空急流。4月3日20：00后降水仍持續(xù)，但風(fēng)向轉(zhuǎn)為東南風(fēng)，有 16m/s 以上的急流；4日14：00以后降水逐漸趨于結(jié)束。

在強(qiáng)降水期間，從集寧雷達(dá)站上空風(fēng)廓線 (圖略)可以看出，高空風(fēng)變化有較強(qiáng)的風(fēng)垂直切變，在相態(tài)轉(zhuǎn)為雪之前，從低層到高層為偏南風(fēng)轉(zhuǎn)西南風(fēng)，4月2日14:00急流加強(qiáng)；2日17:00\\~20：00，低層 2.4km 以下有較強(qiáng)的東北風(fēng)， 3km 以上的中高層為較強(qiáng)的西南風(fēng)，暖濕氣流在冷墊上爬升，此時(shí)烏蘭察布市大部地區(qū)相態(tài)轉(zhuǎn)為雪；3日20：00，低層為偏東風(fēng)，中層為東南風(fēng)，高層為西南風(fēng)，中高層暖濕氣流途經(jīng)冷墊時(shí)氣流抬升；暴雪后期，中層轉(zhuǎn)為東北風(fēng)，干冷空氣入侵，降雪減弱并逐漸結(jié)束。

綜上， 0°C 層亮帶的出現(xiàn)與降水由雨轉(zhuǎn)雪相態(tài)轉(zhuǎn)換相對應(yīng)，且雷達(dá)徑向速度回波與風(fēng)廓線顯示，此次暴雪天氣過程的回流特征是暖濕空氣在低層冷墊上面爬升，低層?xùn)|北冷氣流和中高層暖濕急流增強(qiáng)，從而形成此次強(qiáng)降雪天氣過程。

4模式預(yù)報(bào)偏差檢驗(yàn)

從ECMWF細(xì)網(wǎng)格（以下簡稱EC）CMA-GFS、模式降水量預(yù)報(bào)來看，關(guān)于4月2日夜間強(qiáng)對流天氣，各個(gè)模式(圖略) 96h 預(yù)報(bào)中 25mm 以上的降水量級均未報(bào)出，量級預(yù)報(bào)偏小， 25mm 以下的降水量級落區(qū)和強(qiáng)度與實(shí)況較為一致。從CMA-GFS和EC模式預(yù)報(bào)時(shí)間序列(圖略)來看，隨著預(yù)報(bào)時(shí)效的臨近，4月2日的降水量級逐漸增大，臨近 24h 預(yù)報(bào)中CMA-GFS與實(shí)況更吻合，3日EC模式對暴雪落區(qū)的預(yù)報(bào)較為準(zhǔn)確。在暴雪范圍預(yù)報(bào)效果方面，EC優(yōu)于CMA-GFS，EC報(bào)出南部地區(qū)暴雪，但暴雪落區(qū)范圍偏小。

將模式與實(shí)況進(jìn)行對比，預(yù)報(bào)場切變線位置偏北，導(dǎo)致預(yù)報(bào)大值中心偏北。隨著預(yù)報(bào)臨近急流逐漸調(diào)強(qiáng)，切變線逐漸南調(diào)。大尺度模式在預(yù)報(bào)低空急流方面存在一些偏差，如急流的位置，需要進(jìn)一步總結(jié)各模式預(yù)報(bào)偏差規(guī)律。

5結(jié)論

(1)在降雪前期， 500hPa 高空槽、 700～850hPa 的低渦、低空急流和 850hPa 東北風(fēng)或偏東風(fēng)急流、地面冷高壓和倒槽的配合，為此次暴雪過程的發(fā)生發(fā)展提供了較好的動(dòng)力條件。

(2)此次降雪過程的水汽充沛。 850hPa 比濕達(dá)到6g/kg 850hPa 的水汽通量散度存在較大的負(fù)值區(qū)，達(dá) -20×10^-5g/(s?cm²?hPa) ，有利于水汽聚集并輻合上升，產(chǎn)生強(qiáng)降水。

(3)高低空動(dòng)力耦合形成對流層低層輻合和高層輻散的深厚垂直上升運(yùn)動(dòng)區(qū)，是此次暴雪天氣過程產(chǎn)生的關(guān)鍵原因之一，使得垂直速度增強(qiáng)為 -0.5× 10²hPa/s ，低層輻合、高層輻散產(chǎn)生抽吸作用。

(44月2一4日降水回波由西北向東南方向移動(dòng)，以 35dBz 以下的層狀云降水為主，且存在明顯的雨雪相態(tài)轉(zhuǎn)換，14：00后回波面積擴(kuò)大，從徑向速度圖和綜合廓線圖可以看出，暖濕氣流在冷墊上爬升，也是引發(fā)此次罕見暴雪天氣過程的原因之一。

(5)大尺度模式在預(yù)報(bào)強(qiáng)降水落區(qū)時(shí)，可能出現(xiàn)形勢場與降水落區(qū)預(yù)報(bào)不匹配的情況，預(yù)報(bào)員需在模式預(yù)報(bào)的基礎(chǔ)上進(jìn)行人工修正，同時(shí)進(jìn)一步總結(jié)和歸納預(yù)報(bào)經(jīng)驗(yàn)。

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