2014年鲁南一次暖切变暴雪过程的诊断分析

赵海军，张 芹，王庆华

（1. 临沂市气象局，山东 临沂 276004；2. 潍坊市气象局，山东 潍坊 261011）

2014年鲁南一次暖切变暴雪过程的诊断分析

赵海军1，张 芹2，王庆华1

（1. 临沂市气象局，山东 临沂 276004；2. 潍坊市气象局，山东 潍坊 261011）

利用常规观测资料、自动站资料及NCEP1°×1°再分析资料对2014年2月4—6日鲁南暴雪过程进行诊断分析。研究表明：（1）500hPa的短波槽，700hPa 和850hPa暖式切变线及低空急流是造成这次暴雪的关键影响系统，同时位于华北700hPa的小高压对强降雪的形成也起到关键作用。（2）东南低空气流的移动跟雨区的移动具有很好的对应关系。第一阶段降雪的水汽辐合主要集中在700hPa，第二阶段的水汽辐合集中在对流层低层。（3）此次降雪过程降水相态的温度与厚度判据与经验统计预报指标一致。

暴雪；暖切变；低空急流；降水相态

引言

暴雪是山东冬季常见的一种灾害性天气，广大气象学者对暴雪的成因和形成机制进行了大量的分析，并得出了一系列有价值的研究成果［1-10］。张守保等对华北平原回流天气形势进行综合分析，提出华北回流的两种天气形势：两槽一脊型和高纬低压带型［1］。国内不少气象专家也做了大量针对降水相态的识别的研究，并得出许多有实用价值的指标与判据［11-15］。王洪霞等［2］对山西一次春季降水过程相态变化进行分析，得出：冷空气入侵导致中低空温度下降，0℃层高度降低是降水相态发生变化的主要原因。杨成芳等［11］通过对山东冬半年降水相态与影响系统和层结温度变化特征的研究，获得了山东冬半年不同降水相态的层结温度预报指标。漆梁波等［12］通过对中国东部地区降水相态的研究，得出了中国东部冬半年降水相态温度和厚度的预报指标。此文应用常规观测资料、地面自动观测站资料及NCEP1°×1°逐6h再分析资料，对2014年2月4—6日鲁南暖切变暴雪天气过程进行诊断分析，以期找到一些山东暖切变暴雪的特点。

1　天气过程概况

2014年2月4—6日，山东出现了大范围降雪天气，全省平均降水量为6.5mm，此次过程降水相态比较单一，降水相态始终为雪。从过程降雪量分布来看（图1a），鲁西南、鲁中南部及鲁东南的部分地区出现暴雪，鲁中北部及鲁东南的大部分地区为大雪，其它地区为小到中雪，最大降雪量出现在菏泽市区，为16.4mm，多站点积雪深度超过10cm。

从苍山固态降水自动观测站逐小时降雪量可以看出，这次暴雪过程分为两个阶段，第一阶段主要出现在4日后半夜至5日上午；第二阶段主要出现在5日夜间至6日凌晨（图1b）。其中第一阶段降雪落区主要集中在鲁西南地区，第二阶段降雪落区范围明显扩大，大雪落区向北推进到鲁中北部地区。

图1　2014年2月4日08：00—6日08：00山东降雪量（a，单位：mm）和2014年2月5日00：00—6日08：00苍山逐小时降雪量（b）

2　降雪成因分析

2.1环流背景与影响系统

第一阶段降雪，4日20时（图2a），500hPa40°N以南的中纬度环流比较平直，在河套附近有一短波槽东移，山东位于槽前西南偏西气流当中，700hPa南支槽明显，槽的经向度较大，河套顶部至山东一带的华北地区上空是一个高压脊影响，在此高压的南侧，从河套一直到鲁西南形成一条明显的近乎东西向的暖式切变线，此时的降雪主要位于此切变线及其以南的地区，鲁西南降雪还没有开始，另一方面700hPa低空西南急流发展强盛，最大值达28m/s，鲁西南地区正好位于急流输送的顶端，而山东上空大部均受西北气流控制，风向风速在鲁南地区强烈辐合，为后期降雪提供有力的动力辐合抬升条件，低空急流为强降雪提供源源不断的水汽条件；850hPa山东一直到蒙古中东部的华北地区是一个高压脊，长江流域存在暖切变线。西南急流在向东北方向伸展过程，在切变线北侧转到东南风，形成一支东南急流，鲁南地区刚好处于此东南急流的前侧，存在明显的风速辐合和侧向风辐合，为降雪的产生提供了动力辐合抬升条件。在此有利的系统配置下，造成了 5日凌晨鲁西南强降雪。强降雪落区主要位于700hPa暖切变附近，及低空 700hPa西南急流与850hPa东南急流的交叉点及其北侧区域。

5日08时（图略），随着500hPa短波槽的东移，山东转为西北偏西气流影响，同时 700hPa华北高压脊减弱，原先位于鲁西南的暖切变消失，但低空西南急流仍然很强盛，急流轴一直往北伸展，到达半岛南部地区，850hPa上主体位于长江流域的暖切变线随着南支系统不断北抬，在山东中南部地区开始表现出较弱的东南风辐合。此时925hPa在山东南部存在一支低空东南急流，最强达到20m/s，但由于东部沿海高压脊的突然加强，使低空辐合抬升条件的变差，造成之后一个时段内降雪有短暂停歇。

第二阶段降雪，5日20时（图2b），500hPa河套东部又有短波槽发展东移，山东受槽前西到西南气流控制；700hPa华北小高压继续维持，受其阻挡，槽东移速度减慢，与小高压西侧的偏南气流之间形成一条南北向的冷式切变线。系统前期的暖切变线受槽前西南气流影响转为低槽东移，第二时段的降雪此时开始。低空西南急流轴位置较第一阶段更偏东，急流轴的顶端位于鲁东南，此时鲁南存在明显的风向、风速辐合，在850hPa暖切变线东移北抬到江淮流域，切变线北侧的东南急流也随之北抬至山东南部地区，这种配置为降雪的产生提供了充足的水汽。到6日08时（图略），随500hPa浅槽的移出，低层700hPa华北小高压环流减弱，高压西南侧的暖切变消失，暖切变降雪也就随之结束。

图2　2014年2月4日20时（a）和5日20时（b）高空环流配置图（黑色等值线为500hPa高度线，单位：dagpm；双实线为切变线；箭头为低空急流；风场为700hPa风场）

通过以上分析可以看出，造成这次暴雪的影响系统主要有500hPa的短波槽，700hPa暖式切变线及低空西南急流。850hPa暖切变位于江淮之间，位置偏南并不是主要影响系统，而切变线北侧的低空东南急流对暴雪的产生输送了大量的水汽和天气尺度的辐合上升运动。此外700hPa位于华北的小高压使东移的西风气流受阻减速，并与高压底部的东到东南气流对峙，使700hPa暖式切变形成并维持，切变线南侧水汽在鲁南上空辐合抬升，为暴雪的形成提供了水汽辐合和动力抬升作用。

2.2诊断分析

2.2.1水汽条件与低空急流的作用

从各层水汽通量散度与风场的演变可以看出：第一阶段强降雪期间，5日02时，700hPa图上（图3a），山东以南为强盛的西南风，鲁南地区存在风速的辐合，对应此时长江以北一直到山东北部均为水汽通量散度负值区，说明水汽在此辐合，中心位于苏北地区，中心值-3.0×10-7g·cm-2·hPa-1·s-1，山东上空均为水汽的辐合区，鲁南水汽辐合更强一些，然而低层850hPa及925hPa（图略）鲁西南地区是弱的辐合区外，其他地区均为的弱辐散，这与形势场上的高压相对应，可以看出此时段鲁南的强降雪的水汽辐合 700hPa最明显，低层850hPa和925hPa相对差一些。第二阶段强降雪期间，各层水汽通量辐合的分布，与第一时段降雪有一定差异，5日20时700hPa图上（图3b），随着西南急流的东推，虽然山东上空仍然是辐合区，但强度较上一阶段降雪有所减弱，鲁南由中心值-2.0×10-7g·cm-2·hPa-1·s-1下降到-1.0×10-7g·cm-2·hPa-1·s-1，而低层850hPa及925hPa（图略）也发生很大变化，随着东南急流的发展，鲁中南部及鲁南地区的辐合明显加强，中心值发展到-1.0×10-7g·cm-2·hPa-1·s-1，对流层低层的水汽辐合对此时段的强降雪起到了关键作用。

图3　2014年2月5日02时（a）和5日20时（b）700hPa水汽通量散度（单位：10-7g·cm-2·hPa-1·s-1）与风场的叠加图

由此可以看出，第一阶段的降雪水汽辐合主要集中在700hPa，第二阶段的降雪水汽辐合集中在对流层低层，这与低空急流的发展与移动密切相关。

2.2.2动力条件分析

将暴雪区（115°E～119°E）沿35°N做垂直速度剖面图，从其发展演变可以看出：第一时段强降雪期间，5日 02时（图略），暴雪区上空800hPa以上为上升运动区，强上升运动中心位于600hPa附近，中心值为-0.8×10-3hPa·s-1，800hPa以下上升运动不明显，这与此时 850hPa以下山东上空为一高压脊控制有关系；第二时段的强降雪，5日20时（图4a）暴雪区上空垂直运动发展的厚度明显比第一时段要深厚得多，上升运动区发展到 300hPa附近，强上升运动中心位于450hPa附近，中心值为-1.0×10-3hPa·s-1，近地面层的上升运动也较第一时段有所增强，与此时低空急流的发展东移存在一定关系。从垂直速度数值上也说明一个问题，在上升运动不是很强的情况下，暴雪也有可能产生。

2.2.3热力条件分析

从假相当位温的剖面图的分布和演变可见，降雪期间暴雪区（115°E～119°E）上空，700hPa～800hPa之间始终存在一条东西向的假相当位温等值线密集带，也就是能量锋区所在，基本都是锋区上部是假相当位温的大值区，下部是相对的低值区，说明大气层结是稳定的，同时也验证了，这次暴雨过程是一次稳定性降雪，没有对流性天气的发生。结合风场来看：第一时段降雪期间，5日02时（图略），暴雪区上空800hPa以上是一致的西南气流，500hPa有一高空短波槽过境，与前面的形势分析一致，低层850hPa以下鲁西南地区（115°E～116°E）为东南风，对应此时鲁西南的暴雪。第二时段降雪，5日20时（图4b）700hPa附近仍然是强盛的西南急流，伴随着前面小槽的移出，又有一支西风槽影响，槽底发展到600hPa附近，较上一阶段槽有所加深，850hPa以下，也发生很大变化，鲁东南地区（117°E～119°E）低空为强盛的东南偏南气流，此时段的降雪也主要集中在低空东南气流影响的区域。通过以上分析可以看出，这次暴雪过程冷空气势力比较弱，是发生在稳定层结下的一次强降雪过程，低空东南气流的移动跟降雪区的移动具有一定对应关系。

图4　2014年2月5日20时沿35°N垂直速度（a，单位：10-3hPa·s-1）和假相当位温（b，单位：K）与风场剖面图

2.3降雪相态分析

不同的降水相态会给工农业带来不同的影响，近些年随着社会的发展和需求，人们对降水相态的预报要求也越来越高，气象专家与学者也做了大量的统计与分析，并得出许多有实用价值的指标与判据［11-15］，现就以这次降雪为例对这些指标进行一些检验。

杨成芳等［11］对山东冬半年降水相态的温度特征进行统计分析，得出：无相态转换的直接降雪过程一般发生在温度较低垂直变化单一条件下，850hPa以下各层均有明显降雪温度阈值：T850≤-4℃，T925≤-3℃，T1000≤0℃或 T地面≤1℃。这次过程降水相态比较单一，均为雪，第一阶段降雪开始时，4日20时，T850≤-8℃，T925≤-5℃，T1000在-1～-3℃之间（图5a），T地面在1～-2℃之间；第二阶段降雪开始时，5日14时，T850≤-8℃，T925≤-5℃，T1000在 0～-4℃之间（图 5b），T地面在1～-3℃之间，从以上温度的分布来看，各层温度分布是符合杨成芳等提出的对山东降雪相态预报的指标阈值的。对于雨雪相态单一的，用各层温度判据有时并不能很好地解决问题，漆梁波等［12］对中国东部地区冬季降水相态的识别进行了判据研究，给出了中国东部冬半年降水相态温度和厚度的判据，指出雪的H700-850为148～155dagpm，H850-1000≤129dagpm。第一阶段降雪开始时，4日 20时，H700-850为 149～151dagpm（图5c），H850-1000≤128dagpm（图略），第二阶段降雪开始时，5日 14时，H700-850为148～152dagpm（图5d），H850-1000≤127dagpm（图略）。从以上山东厚度的分布来看，中低层厚度分布符合漆梁波等［12］提出的中国东部降雪相态预报指标。

3　结论与讨论

（1）这次暴雪过程具有明显的两个阶段，500hPa的短波槽，700hPa、850hPa暖式切变线及低空急流是造成这次暴雪的关键影响系统，同时 700hPa位于华北的小高压对强降雪的形成也起了重要关键作用。

（2）低空东南气流的移动与雨区的移动具有一定对应关系。第一阶段降雪的水汽辐合主要集中在 700hPa，第二阶段的辐合集中在对流层低层。这是发生在大气稳定层结下的一次强降雪过程。

（3）从降水相态的温度和厚度判据的检验可以看出，这次降雪是符合气象专家提出的冬季降雪相态的预报指标的。

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P458

B

1005-0582（2015）03-0007-06

2014-12-11

山东省气象局气象科学技术研究项目（2012sdqxz05）、中国气象局预报员专项（CMAYBY2014-039）、山东省气象局预报员专项（sdyby2012-13）和国家自然科学基金项目（41475038）共同资助

赵海军（1984—），男，内蒙古土默特左旗人，本科，工程师，主要从事天气分析及预报工作。