遵义市冬末初春两次寒潮降雪天气过程对比分析

肖　蕾，唐　海，张云秋，谢和林

(贵州省遵义市气象局，贵州　遵义　563002)

1　引言

北方寒冷的空气活动达到一定强度，并大规模向南侵袭的过程，称为寒潮[1]。根据《贵州省重大灾害天气预报考核办法(试行)》规定:使某地日最低(或日平均)气温24 h内降温幅度≥8 ℃，或48 h内降温幅度≥10 ℃，或72 h内降温幅度≥12 ℃，而且使该地日最低气温≤4 ℃的冷空气活动,称为寒潮天气过程。寒潮天气通常会造成剧烈降温和大风，有时还伴有雨、雪、雨凇或霜冻，给国民经济造成巨大的损失[2]。马素艳等[2]提出，寒潮依据其天气可分为4类：第1类是降温型寒潮；第2类为大风型寒潮；第3类为降雪型寒潮；第4类为大风降雪型寒潮。根据分类，本文所研究的2016年3月8—9日(以下简称：过程Ⅰ)和2017年2月21—22日(以下简称：过程Ⅱ)两次寒潮均为降雪型寒潮。众多学者对这类寒潮天气过程进行了分析。牛若云等[3]指出，前期回温是寒潮预报的一个重要指标，同时具备强冷空气的堆积及冷高压必须进入关键区等。姚正兰[4]在遵义市寒潮天气过程统计分析中同样指出地面气温异常回升,中高层有强冷空气堆积,大气环流由纬向型转为经向型调整是爆发寒潮的有利条件。冬季贵州以冻雨天气为主，但对于处在贵州北部的遵义而言，降雪过程每年都会出现，或者是雪凝相伴，对于贵州降雪天气有学者做过相关研究，曾维[5]对贵州7个典型降雪个例进行环流背景及层结条件分析，指出贵州强降雪天气预报着眼点主要有冷空气强度、引导系统、南支槽；何玉龙等[6]分析了贵阳降雪和凝冻天气的大气层结特征，得出凝冻天气多有逆温存在，而降雪不一定有逆温，降雪需要的水汽条件比凝冻更高。许爱华等[7]分析了一次寒潮过程中的大—暴雪天气，指出700 hPa上切变线和西南急流是造成大—暴雪的直接影响系统。张山清等[8]的研究结果表明，寒潮中暴雪天气是强冷空气大举南下与南支旺盛的暖湿气流相互作用的过程。本文所研究的两次降雪过程均在700 hPa上存在切变线和西南急流，但500 hPa并无深厚的南支槽影响。

寒潮是贵州冬半年重要的灾害性天气之一，由其带来的大范围急剧降温、雨(雪)、冰冻等天气，给农业、畜牧业、旅游业、交通等带来不利影响，而冬末初春出现的寒潮天气过程常常给农业生产和牲畜御寒带来严重不利影响，因此寒潮的预报一直是冬半年预报业务中的重点和难点。本文利用Micaps常规观测资料、区域站加密观测资料，对2016年3月9日和2017年2月22日两次降雪型寒潮进行分析。

两次寒潮过程产生的天气非常复杂，历经了雷电冰雹、剧烈降温及雨雪(凝冻)天气，本文着重分析最为明显且影响较大的降雪天气，对比分析2次寒潮爆发环流形势、冷空气的源地和强度，寒潮路径和强度等，对降雪型寒潮进行初探，为今后遵义市寒潮、降雪天气的预报服务提供参考依据。

2　天气实况

过程Ⅰ：2016年3月9—10日受寒潮天气影响，遵义市平均气温降幅7～12 ℃，最低气温降至2 ℃左右，海拔较高乡镇普遍降至0 ℃以下，乡镇最低为桐梓黄连乡-3.8 ℃，县城最低为播州区(原名遵义县)0.4 ℃，遵义中心城区最低为2.3 ℃。其中务川、正安、道真、绥阳、湄潭、余庆、仁怀、播州区等县区市降雨夹雪或小雪，务川、绥阳、凤冈中东部地区有积雪，积雪最深为凤冈3.0 cm。按照规定的寒潮天气过程标准统计，3月8—9日24 h最低气温(20—20时)有桐梓、正安、务川、遵义等10县站降幅达到8 ℃及以上，但上述站点9日最低气温均未低于4℃，达不到规定寒潮过程标准，以08—08时计算，9—10日桐梓、正安、务川达到寒潮标准(实况见表1过程Ⅰ)。

过程Ⅱ：2017年2月22—24日遵义市受寒潮天气影响，全市各地平均气温普遍降幅达8～11 ℃，最低气温普遍降至1～3 ℃。北部、西部、中部等近20个较高海拔乡镇气温降到0 ℃以下，桐梓黄莲23日最低气温降至-4.3 ℃，县城最低气温为习水0.8 ℃，中心城区最低气温为2.8 ℃。习水、桐梓大部乡镇，务川蕉坝、泥高、石朝，正安小雅，道真县城、隆兴，仁怀学孔，绥阳小关，播州南白、枫香、洪关等地出现了降雪和凝冻，但未出现积雪。按照寒潮标准统计，全市有7县站达到寒潮天气过程标准(实况见表1过程Ⅱ)。

表1　2次寒潮降雪天气实况对比统计Tab.1　Comparison and statistics of two cold wave snowfall weather conditions

备注：过程Ⅰ统计数据为08时-08时；过程Ⅱ统计数据为20时-20时。

由表1可见，过程Ⅰ达到寒潮的站点数明显少于过程Ⅱ，但出现降雪的站点数过程Ⅰ则比过程Ⅱ多，且过程Ⅰ县站还出现了积雪，最大积雪凤冈达到3.0 cm。

3　气温变化特征分析

过程Ⅰ：3月8日最低气温在13 ℃(习水县)～15 ℃(赤水市)之间，大部地区在15 ℃左右，到9日普遍降到4～7 ℃。由图1(a)可知，播州区、绥阳、务川、余庆从8日的最高气温18～24 ℃降到9日20时都在6 ℃以下，主要降温时段在8日20时—9日08时，并在9日白天到夜间继续下降，9日傍晚开始出现降雪，部分站点有积雪，在10日夜间弱冷空气补充，部分地方又出现雨夹雪。

过程Ⅱ：2月21日贵州省西南部地区受热低压影响，在东部凤冈、务川等地气温已经降至10 ℃以下时，中西部地区白天气温大幅上升，仁怀在21日最高气温上升至23.4 ℃，随着地面强冷空气入侵，21日14时以后中西部地区气温也开始明显下降，到22日08时后基本维持。跟过程Ⅰ类似，也是在22日夜间气温继续下降，海拔较高地区出现雨夹雪或小雪。23日夜间冷空气继续补充影响，在高海拔地区又出现了弱降雪。

图1　过程Ⅰ(a)和过程Ⅱ(b)站点气温变化曲线对比图(折线，单位： ℃)Fig.1　The stations temperature change curve contrast diagram of weather process Ⅰ(a) and weather process Ⅱ(b)(broken line,unit: ℃)

4　环流演变特征与寒潮爆发

4.1　500 hPa环流特征

过程Ⅰ：500 hPa早在2016年3月5日08时，极涡分裂南下到贝加尔湖附近(中心强度511dagpm、温度-45 ℃)，之后冷涡维持略有东移至120°E,50°N附近，形成明显的东西向横槽，随着冷涡的加强东移，横槽准东西向维持略有南压。到3月8日20时横槽开始南压并分裂小槽引导地面冷空气南下，从东北路径影响贵州东北部，3月9日08—20时横槽缓慢旋转，位于川西高原—西藏东部的低槽随着横槽转竖而东移影响贵州，带动冷空气从东北路径补充影响贵州，导致寒潮天气发生。横槽(配合温度槽)(见图2a)在9日08时—10日08时完成转竖，导致24 h之内出现寒潮和降雪，之后西北气流上的下滑槽及地面偏东路径冷空气继续补充致使10日夜间继续出现弱的降雪。

过程Ⅱ：500 hPa前期2017年2月21日中高纬为两槽一脊形势(图2b)，中西伯利亚为高压脊，两低槽分别在巴湖附近80°E和鄂霍次克海130°E附近，在130°E，60°N附近有明显冷涡，随着巴湖低槽南段加深东移到21日20时在贝加尔湖附近形成深厚低槽(见图2b)，贝湖附近低槽东移外加冷涡南下在22日08时冷涡低槽打通形成深厚的低涡槽，23日08时低涡槽东移形成东亚大槽。低槽(配合温度槽)东移形成过程中，引导低层系统和冷空气的迅速东移南压，整个过程遵义市受南支浅槽前的偏西气流影响。过程Ⅰ属于横槽转竖型寒潮天气过程，过程Ⅱ寒潮属小槽发展型(表2)。

图2　2016年3月8日20时(a)和2017年2月21日20时(b)500 hPa高度场(等值线，单位：dagpm)Fig.2　The 500 hPa height field on March 8 at 20o'clock(a),and on February 21 at 20o'clock(b)(contour line,unit:dagpm)

过程环流形式(500hPa)影响系统500hPa地面寒潮爆发类型冷空气路径冷空气强度(冷中心)℃500hPa700hPa850hPa地面冷高压中心/hPa过程Ⅰ横槽型横槽、冷涡冷锋横槽转竖型东北路径-46-26-271 060过程Ⅱ经向型冷槽冷锋小槽发展型东北路径-47-32-321 050

4.2　地面冷空气源地、强度、影响路径的对比

过程Ⅰ：3月7日开始中西伯利亚强冷空气开始向南侵入，90°E、50°N附近的冷高压中心从1 045 hPa增强至1 060 hPa，在7日20时—9日08时冷高压中心范围不断扩大，冷空气经内蒙、陕甘川渝东北、两湖西部南侵入黔(图略)，前锋已到达长江以南。贵州处于云贵高原向湖南丘陵的过渡地带，地势西高东低，遵义处于贵州北部，地势西高东低。冷空气经西北地区南下受大巴山阻挡后沿两湖西部绕流而自东向西爬坡影响遵义市，即为东北路径(表2)。与此同时，90°E、50°N 附近的冷高压中心直到10日08时都维持1 060 hPa，之后高压中心分裂小高压南侵补充，10日20时云贵准静止锋锋生西进到云南东部，遵义市完全受1 030 hPa的冷高压控制，为10日夜间的降雪提供更适宜的温度环境条件。

过程Ⅱ：冷空气原地、影响路径与过程Ⅰ类似，但冷空气强度相比过程Ⅰ要弱。过程Ⅱ前期21日地面受热低压发展加强控制，低压中心位于贵州省西南部，中心强度1 005 hPa，遵义市中西部地区21日白天气温大幅上升，仁怀在21日最高气温上升至23.4 ℃，姚正兰[4]指出：地面气温异常回升,中高层有强冷空气堆积,大气环流由纬向型转为经向型调整是爆发寒潮的有利条件。与此同时在90°E、50°N附近的冷高压中心从1 040 hPa增强至1 050 hPa，冷高压中心强度在23日20时达到最强1 056 hPa，随着500 hPa低槽东移引导低层冷空气迅速南下，导致寒潮爆发，寒潮爆发为后期降雪天气提供适宜的环境温度。在22日20时1 025 hPa线控制遵义市大部，高海拔地区习水等地开始出现降雪，到24日08时控制遵义市的冷高压强度最强达到1 031 hPa，这也为23日夜间的弱降雪提供更好的温度条件。

5　降雪成因分析

5.1　切变

过程Ⅰ：在降雪前的9日08时，700 hPa我国东北—华北为深厚低槽，长江以南地区受西南气流控制，在川东地区有暖式切变，随着偏北气流增强，到9日20时川东暖切变转为冷切变迅速南压至贵州北部，遵义大部地区受切变影响，开始出现降雪，到10日08时切变南压至湘赣中部至贵州南部，遵义市完全受切变后西北气流的控制，遵义市在9日夜间出现明显降雪天气。而到10日20时南风增强后贵州转为西南急流，为10日夜间弱降雪提供一定水汽和动力条件。低层850 hPa从8日20时—9日20时均为东北气流控制，切变位于黔桂交界地区，偏东北气流带来的冷平流为降雪提供冷垫。

过程Ⅱ：700 hPa 21日08时河套—川东为明显低槽，内蒙西部、陕甘地区受12 m/s以上的西北风控制，贵州受强劲西南急流控制(贵阳风速22 m/s)，22日20时，切变南压至川东南形成低涡，贵阳仍然维持22 m/s的西南风。到23日08时低涡切变减弱东移南压至江南北部—贵州北部遵义市，于此相对应，22日夜间遵义市海拔1 000 m以上的地区出现雨夹雪或小雪天气。由于西南气流一直持续较强，切变在遵义地区维持到23日20时，这也是23日夜间继续出现弱降雪的主要原因。850 hPa跟过程Ⅰ类似，整个过程均受东北气流控制(图略)。

文献[5]指出：700 hPa切变在贵州降雪天气预报中有指标性意义。本文两次过程遵义市受到700 hPa切变影响时段都出现了降雪，这也说明今后在预报降雪时要特别关注700 hPa切变。过程Ⅰ西南风势力较弱，切变在9日夜间迅速南下，降雪时间短，过程Ⅱ受强劲西南急流的阻挡，切变在贵州北部较长时间维持，以至于降水维持时间较长(图略)。

5.2　急流

过程Ⅰ：500 hPa在降雪之前的9日20时已处于低槽即将过境后的西北气流控制下，贵阳风速26 m/s西北风，之后仍维持西北气流(冷槽落后于高度槽)。700 hPa在降雪前的9日20时，云南到两广及江南北部为西南急流所控制，急流轴位于两广地区，贵阳风速10 m/s，到10日08时随着700 hPa切变的迅速南压，贵州大部已转为切变后的偏北气流控制，贵阳为10m/s的西北风(图3a)，主要降雪过程趋于结束。

过程Ⅱ：从降雪前到过程结束，500 hPa一直处于孟加拉湾南支浅槽前西南急流内，急流覆盖黄河以南大部地区，贵阳站最大风速30 m/s(24日08时)。700 hPa受西南急流控制， 22日08时贵阳风速为20 m/s，22日20时南风增强贵阳达到22 m/s，23日20时急流达到最强，最大风速增至24 m/s。整个过程，急流轴位于贵州省中部至江南中北部，遵义处于急流左侧气旋性切变中。低层西南急流将来自印度洋的暖湿空气源源不断地输送到长江以南，冷暖气流在贵州北部到江南北部交汇，导致了持续雨雪天气的发生。低层偏南气流的发展加强不但为降雪提供了水汽条件，也有利于冷暖气流的交汇和暖湿空气的垂直输送。对比来看，急流强度过程Ⅰ明显弱于过程Ⅱ(图3b)。

图3　500 hPa与700 hPa风场叠加：2016年3月9日20时(a)，2017年 2月23日20时(b)(风向杆：500 hPa蓝色；700 hPa棕色，单位：m/s)Fig.3　The superposition of 500 hPa and 700 hPa wind field on March 9,2016 at 20 o'clock(a) ,and on February 23,2017 at 20 o'clock(Wind direction rod: 500 hPa blue;700 hPa brown,unit:m/s)

5.3　温度层结

从各高度层温度场变化(表3、表4)可见，过程Ⅰ在降雪前的3月9日20时与过程Ⅱ在降雪前的2月22日20时500 hPa控制遵义的温度(以控制遵义57713站点的等温线界定)均为-13 ℃，而700 hPa和850 hPa温度高于过程Ⅱ，在降雪中的3月10日08时和2月23日08时，700 hPa和850 hPa温度均分别为-3 ℃和-2 ℃，过程Ⅰ500 hPa温度则比过程Ⅱ低2 ℃，说明降雪过程中500 hPa过程Ⅰ冷平流强于过程Ⅱ。到降雪明显减弱的3月10日20时和2月23日20时，700 hPa和850 hPa温度过程Ⅰ高于过程Ⅱ，过程Ⅰ低层更不利于降雪出现。降水相态的变化与温度层结特征以及气层厚度密切相关。罗喜平[9]等指出在垂直方向上温度层结为一致的冷性结构和整层高湿条件是贵州降雪的必要条件;由探空(图略)可见，过程Ⅱ贵阳、怀化逆温明显，暖层(融化层)较厚，致使过程Ⅱ遵义市偏南偏东地区虽降水量较过程Ⅰ大但降雪不明显。

表3　过程Ⅰ不同时次500 hPa、700 hPa、850 hPa温度(单位：℃)Tab.3　the temperature of 500 hPa,700 hPa and 850 hPa at different times in process Ⅰ(unit:℃)

表4　过程Ⅱ不同时次500 hPa、700 hPa、850 hPa温度(单位：℃)Tab.4　the temperature of 500 hPa,700 hPa and 850 hPa at different times in process Ⅱ(unit:℃)

备注：由于遵义无高空站，故控制遵义的温度取控制遵义57713站点的等温线数值。

5.4　水汽条件

过程Ⅰ即将降雪的9日20时700 hPa水汽通量，在急流轴以南的华南沿海有16g· hPa-1·cm-1·s-1的水汽通量大值中心，遵义市西部、北部2g· hPa-1·cm-1·s-1，中东部城区、播州、绥阳、务川南部、正安东南、湄潭、凤冈、余庆等地达到4g· hPa-1·cm-1·s-1，其中余庆东部达到6 g· hPa-1·cm-1·s-1(图略)。结合9日夜间降雪实况，东部地区降雪更加明显，有积雪出现，最大积雪深度为凤冈3.0 cm，与水汽通量大值区吻合。500 hPa遵义市受4g· hPa-1·cm-1·s-1水汽通量大值中心控制；850 hPa受偏东北气流控制，水汽通量较小，贵州省大部仅有2g· hPa-1·cm-1·s-1。从水汽通量散度(图4a)可见，9日20时省西南部与云南交界地区有中心值为-35g· hPa-1·cm-2·s-1的水汽辐合中心，遵义市处于水汽辐合中心右前侧的梯度区边缘，利于水汽的聚集。

过程Ⅱ在即将降雪的22日20时，700 hPa水汽通量，在急流轴以南的贵州南部有14g· hPa-1·cm-1·s-1的水汽通量大值中心，遵义市大部为2g· hPa-1·cm-1·s-1，中东部城区、播州、绥阳、务川南部、正安东南、湄潭、凤冈、余庆等地达到8g· hPa-1·cm-1·s-1，其中余庆东部达到10g· hPa-1·cm-1·s-1(图略)。结合22日夜间降雪实况，东部地区降雪更加明显，与水汽通量大值区吻合。500 hPa遵义市受4g· hPa-1·cm-1·s-1水汽通量大值中心控制；与过程Ⅰ相似，850 hPa受偏东北气流控制，水汽通量较小，贵州省大部仅有2g· hPa-1·cm-1·s-1。从850 hPa水汽通量散度(图4b)可见，22日20时850 hPa省西南部与云南交界地区有中心值为-25g· hPa-1·cm-2·s-1的水汽辐合中心，遵义市同样处于水汽辐合中心右前侧的梯度区。

图4　3月9日20时(a)和2月22日20时(b) 850 hPa水汽通量散度(等值线，单位：g· hPa-1·cm-2·s-1)Fig.4　the 850 hPa Water vapor flux divergence on March 9 at 20o’clock and on February 22 at 20o’clock(contour line,unit:g· hPa-1·cm-2·s-1)

对比两次水汽条件可以看到，500 hPa和850 hPa水汽2次过程相当，而700 hPa过程Ⅰ水汽条件不及过程Ⅱ条件好，这与700 hPa西南急流强度有很好相关性。特别是东部地区降水量过程Ⅱ强于过程Ⅰ与水汽条件成正相关，而降雪却是过程Ⅰ比过程Ⅱ明显很多，这与两次过程温度层结有密切关系，过程Ⅱ东部地区融化层较厚。

6　结论与讨论

2次寒潮过程有相似性也存在诸多不同。

相似性：① 2次寒潮过程均出现了降雪；②地面冷空气的源地和路径较为相似；③降雪过程中都受到700 hPa切变影响；④500 hPa均没有深厚的南支槽影响。

差异性：①寒潮爆发的方式不同，过程Ⅰ属于横槽转竖型，而过程Ⅱ属于小槽发展型；②过程Ⅰ达到寒潮标准的站点数明显少于过程Ⅱ；③过程Ⅰ出现降雪站点数多于过程Ⅱ，且有县站出现积雪，过程Ⅱ无县站出现积雪；④地面冷源(冷高压中心)过程Ⅰ达到1 060 hPa强于过程Ⅱ的1 055 hPa，但过程Ⅰ前期贵州境内无地面热低压发展，而过程Ⅱ前期贵州西南部热低压发展加强，使得省中西部地区气温明显回升；⑤降雪过程中，过程Ⅰ500 hPa为西北气流下滑短波槽，过程Ⅱ受南支浅槽前偏西气流影响；⑥700 hPa切变过程Ⅰ比过程Ⅱ移动快速，西南急流强度过程Ⅰ明显弱于过程Ⅱ；⑦水汽条件看，过程Ⅰ不及过程Ⅱ，主要表现在700 hPa层；⑧温度层结显示，过程Ⅰ降雪期间融化层浅薄，过程Ⅱ贵阳、怀化探空显示，位于遵义以南以东地区的逆温明显(融化层较厚)，以至于过程Ⅰ出现积雪，而过程Ⅱ未出现明显积雪。