华北地区2015年“1106”降雪过程诊断分析

戴玲玲 周玉淑 , 3, 李国平 邓国 曾勇

1 成都信息工程大学大气科学学院，成都 610225

2 中国科学院大气物理研究所云降水物理与强风暴院重点实验室，北京 100029

3 中国科学院大学，北京 100049

4 中国气象局乌鲁木齐沙漠气象研究所，乌鲁木齐 830002

5 南京信息工程大学气象灾害预报预警与评估协同创新中心，南京 210044

6 中国气象局国家气象中心，北京 100081

1 引言

华北地区西高东低，以太行山为界，西部为黄土高原，东部主要为华北平原，另外，以燕山—阴山为界，黄土高原、华北平原北临蒙古高原，北京西北部为喇叭口地形。受地形迎风坡抬升作用和喇叭口地形加强的辐合上升气流影响，常有利于对流的形成和发展。一直以来，华北地区暴雨研究是气象学者关心的重要领域，并且成果较为显著。张文龙等（2012）总结了近50年华北暴雨的主要研究进展，内容涵盖大尺度环流形势及其分型、中低纬度系统相互作用、水汽输送、高低空急流、直接造成暴雨的中尺度系统、复杂地形以及海陆下垫面等。与暴雨研究相比，对降雪问题的关注度、研究和认识的深入程度相对薄弱。

国外学者对暴雪形成的大尺度成因、冬季云降雪和降雪气候学等方面进行了研究。温带气旋的形成与发展是欧美中纬度地区降雪的主要原因，日本地区降雪也多与低压系统的发生发展有关（Ninomiya,1991;Huo et al.,1995;Ulbrich et al.,2001）。Grant and Kahan（1974）和Elliott（1986）对冬季山区降雪的形成机制进行了细致研究。Koning et al.（2014）对密歇根湖周围的47个观测站进行了地理信息系统（GIS）分析，探讨平均降雪量、可测量降雪的天数、地面降雪的天数以及降雪与温度之间的相关性。国内气象学者通过对华北地区降雪的诊断分析，从大尺度、动热力条件等方面探讨了暴雪触发机制和发展机理。华北地区常见的降雪类型为“回流型”降雪，华北回流天气是指冷空气从东北平原南下，经过渤海以偏东路径侵入华北平原，实际上，回流也是一种冷锋，在华北平原经常出现（河北省气象局,1987;张守保等,2008;许敏等,2014）。华北平原冬半年，特别是春、秋、冬季的回流天气比较多，回流造成的天气变化复杂，常常伴有大降水，比如冬季暴雪、春秋季较大降水或连续阴雨，还往往造成渤海和东部平原偏东大风。张迎新和张守保（2006）、张迎新等（2007）和张守保等（2008）指出回流是华北地区降雪的主要影响系统，回流降水的起止时间与高低层风向有关，中高层的西南气流与低层偏东气流叠加时降水开始，两者之一消失时降水结束；回流降水的水汽伴随中层的西南气流来自南方地区。马秀玲等（2008）和李津等（2017）对华北地区的大暴雪过程，从大尺度背景、水汽及动力条件方面进行了诊断分析，通过锋生函数、能量收支、水汽输送等物理量计算得出，华北回流天气有利于水汽输送和水平辐合加强，冷高压南侧低层“倒槽”和辐合线上中尺度云团反复发展对暴雪形成有重要作用，明显的锋面及逆温区存在利于不稳定能量积累。王迎春等（2004）对北京出现的1841年以来历史上最长的连续6天降雪天气进行了诊断分析，结果表明，连续降雪发生的东亚稳定环流形势主要是：降雪期间华北地区处于锋区中，并伴有气流低空辐合高空辐散的垂直结构；华北回流型降雪天气近地面层有浅薄的冷空气垫，暖湿空气回流时沿冷空气垫爬升。叶晨等（2011）分析了60年来降雪量最大的初雪过程并探讨了暴雪形成机制，指出雪前降雨在近地面蒸发冷却降温，近地面气温下降较快接近冰点造成雨转雪，低层东路冷空气的平流是降雪期间近地面气温维持较低的主要原因。赵思雄等（2002）分析研究了2001年北京降雪，认为该过程也是常见的回流型降雪，并指出降雪预报存在许多难点。首先，预报对象难以捕捉，比如爆发性气旋等猛烈发展的系统，小槽所伴随的小雪过程这类信息较弱的系统。其次，暴雪预报中雨转雪、雪伴雷电、降雪强度的变化等，其成因的相关研究还非常有限。最后还有一些客观因素，如：现有观测网所提供的初始信息还不够完全，对于一些比较浅薄的系统，某些重要的信息可能被遗漏；特殊加密资料（尤其是边界层资料）的获取，各种非常规资料的同化及数值模式的进一步改进；云物理过程的描述不够准确等，都限制了降雪机理研究和预报水平的进一步提升。

冬季降雪有利于空气中污染物的沉降，起到净化空气的作用，但更多的是给人民生活带来恶劣影响，比如交通运输、工农业生产、重大活动安排等。2015年7月，我国成功申请2022年第24届冬季奥林匹克运动会，并将在北京和张家口市举办。崇礼县处在张家口坝上、坝下中间地带，独特的地理位置形成了良好的小气候，崇礼降雪期早至9月下旬，降雪丰沛，且存雪厚度可达1 m左右，存雪期可达150天。延庆处于高海拔地区，因其降雪日数多、降雪量比较大，被称为北京“雪乡”。所以，着眼于张家口市崇礼地区、北京市延庆地区的华北降雪研究非常紧迫。2015年11月6日的降雪是冬奥会申办成功后北京市迎来的首场降雪，冬奥会高山滑雪和雪橇、雪车赛区—延庆小海坨山，是降雪量最大地区，张家口市也都出现降雪，为研究奥运赛区降雪天气过程特征提供了极好的个例。

本文基于MICAPS各层高空和地面等常规观测资料以及欧洲中心ERA-Interim的0.25°（纬度）×0.25°（经度）逐6 h再分析资料，对2015年11月5～7日华北地区降雪过程进行诊断分析，旨在加深对华北降雪环流形势和水汽动力条件的理解和认识，加强华北降雪过程天气形势演变及动热力物理量的诊断分析，为后续降雪研究提供参考。

2 天气过程实况描述

2015年11月5～7日，北京、河北发生的范围较大、时间较长的雨雪天气中，6～7日的降雪达到初雪标准，此次降雪在北京比常年初雪时间提前了20多天。5日17:00（北京时间，下同），河北开始出现零星降雪；19:00，佛爷顶、密云上甸子、怀柔汤河口以及延庆本站也先后飘起雪花，但北京市区没有出现降雪。6日02:00，北京开始出现大面积降雪，截止6日08:00，北京全市平均降水量达到8.9 mm，城区8.6 mm，北京除了南郊观象台、丰台、通州及平谷外，大部分地区的积雪深度达0.2～8.1 cm，最大积雪深度出现在佛爷顶，为8.1 cm，城区由于地面潮湿且降雪时间短，未见积雪。截至6日中午，小海坨山雪量达到23 mm，雪深达12～18 cm。5日08:00至6日08:00雨雪混合累积降水量显示（图1a），河北西部和北部、北京等地降雪、雨或雨夹雪5～20 mm，其中河北西部地区、北京西北部地区降水比较大，最大降水出现在张家口市，降水量超过20 mm；6日08:00至7日08:00北京和河北都处在降雪时段（图1b），降水较大的区域主要集中在河北东部地区、北京北部，24 h累积降水量在10～20 mm。

图1 2015年11月（a）5日08:00至6日08:00、（b）6日08:00至7日08:00京津冀地区24 h累积降水量分布（单位：mm，黑色虚线代表降雪范围移动位置，CL表示崇礼，XHT表示小海陀站，YQ表示延庆站，FYD表示佛爷顶站）Fig. 1 Distribution of 24-h accumulated precipitation (units: mm) in Beijing,Tianjin,and Heibei region (a) from 0800 LST 5 November to 0800 LST 6 November 6 2015 and (b) from 0800 LST 6 November to 0800 LST 7 November 2015. The black dotted lines represent the moving position of the snowfall range,CL represents Chongli station,XHT represents Xiaohaituo station,YQ represents Yanqing station,and FYD represents Foyeding station

在河北及北京地区，11月一般雨夹雪天气较多，雨雪相态变化较复杂。此次京津冀降水过程自11月5日08:00开始，8日凌晨结束。中国气象局MICAPS（Meteorological Information Combine Analysis and Process System）提供的地面资料分析显示，以7日17:00为中间点，一共出现两次降雪时段：第一次是5日17:00至7日17:00，其特点是降雪范围大、强度大；第二次为7日19:00至8日04:00，河北承德小雪转晴，北京大部地区有零星小雨，山区雨夹雪，降水量较小。由于第二次过程降雪量小，本文重点分析第一次过程。所以研究的降雪时段为5日17:00至7日17:00，这个过程中存在雨夹雪和雪的相态变换。地面温度在0°C上下，降水性质将从雨向雨夹雪或雪转变（李江波等,2009;张琳娜等,2013），西北部多山区，河北、北京山区温度较低，雪花到地面不易融化，再加上0°C线位于京津冀中部，呈西南—东北走向，所以使得雨雪分界在河北省的中部，雨雪线呈现东北—西南走向。

从主要降雪时段（即6日02:00至7日08:00）的逐3 h降水分布（图2）可见，6日05:00至08:00，降水量比较大（图2b），大降水中心出现在北京昌平区和延庆县。6日02:00至17:00（图2a–2e）是降雪由发展逐渐减弱的阶段。图3是张家口市崇礼站和北京延庆站整个降雪过程（11月5日17:00至7日17:00）的1 h加密降水量变化，降雪过程以6日17:00为界划分为第一阶段和第二阶段。两个时段的降雪过程相比，第一时段过程（6日凌晨至中午12:00）降雪强度较大，并且降雪强度大致呈现先增后减，再增再减的过程。崇礼站最大小时降雪量为4 mm，出现在6日07:00。延庆站最大小时降雪量达2 mm，6日05:00至10:00降雪一直维持最大强度。

图2 2015年11月6日05:00至7日08:00京津冀地区3 h累计降水量分布（单位：mm）：（a）6日02:00至05:00；（b）6日05:00至08:00；（c）6日08:00至11:00；（d）6日11:00至14:00；（e）6日14:00至17:00；（f）6日17:00至20:00；（g）6日20:00至23:00；（h）6日23:00至7日02:00；（i）7日02:00至05:00；（j）7日05:00至08:00Fig. 2 Distribution of 3-h accumulated precipitation (units: mm) in Beijing,Tianjing,and Heibei region: (a) 0200 LST to 0500 LST 6 November 2015;(b) 0500 LST to 0800 LST 6 November 2015;(c) 0800 LST to 1100 LST 6 November 2015;(d) 1100 LST to 1400 LST 6 November 2015;(e)1400 LST to 1700 LST 6 November 2015;(f) 1700 LST to 2000 LST 6 November 2015;(g) 2000 LST to 2300 LST 6 November 2015;(h) 2300 LST 6 to 0200 LST 7 November 2015;(i) 0200 LST to 0500 LST 7 November 2015;(j) 0500 LST to 0800 LST 7 November 2015

图3 2015年11月5日17:00至7日17:00崇礼、延庆站1 h加密降水量变化（单位：mm）Fig. 3 Variation in 1-h intensive observed precipitation (units: mm) at Chongli and Yanqing stations from 1700 LST 5 to 1700 LST 7 November 2015

由此次京津冀降雪过程的24 h、3 h以及1 h降水分布可知，2015年11月6日河北、北京初雪过程特点是持续时间长、雨雪变化频繁、降雪范围广、降雪强度大，尤其是张家口市和北京市西北部山区附近降雪强度大。下节将从环流、水汽及动力条件等方面进行此次降雪的发生发展过程分析。

3 环流形势演变特征和主要影响系统

环流形势分析选取主要降雪时段前后3 h，即对11月5日14:00至7日20:00的500 hPa、700 hPa和850 hPa高度场进行分析。从近年来北京北部山区降雪天气过程看，山区降雪发生的天气形势配置主要为高空槽、低涡，配合地面倒槽和辐合线等（高茜等,2016）。许敏等（2014）对华北回流形势降雪过程影响系统进行分析时指出，500 hPa高空形势大致可分为两类，“两槽一脊型”和“多波动型”。此次降雪过程在500 hPa上，天气尺度环流背景类似于“两槽一脊”，但是，在槽脊发展过程中又存在西风带短波槽活动。正因为在两槽一脊的天气形势下叠加短波槽活动，导致了两日内出现两次降雪，雨夹雪转雪再转雨夹雪的复杂过程。11月5日14:00至7日20:00，一共有两支短波槽影响京津冀地区。11月5日14:00，东北及其以东地区为一大槽（图4a），新疆西北的中高纬地区也为一深槽，两槽之间是经向发展强盛的深脊，脊区控制了西伯利亚。等温线和等高线的分布显示，温度场落后于高度场，具有明显斜压性，利于槽脊的进一步发展。此时，内蒙古西部地区有一中尺度涡旋出现，涡旋底部发展出一东北西南走向的短波槽，位于甘肃中南部。另外，新疆中部也有一支短波槽东移。随着时间推移，两支短波槽于6日、7日凌晨（图4b）先后移近河北和北京地区，河北、北京位于槽前，槽前上升气流导致降雪发展加强。6日08:00到7日14:00，槽减弱移出，北京河北的降雪渐止。7日20:00，内蒙－陕西地区有一深槽，此槽加深并移入河北，影响范围更大，导致河北、北京大部分地区又出现降雨，山区雨夹雪。总的来说，多短波槽的相继发展和移动是影响河北和北京此次降雪和降雨的主要因素。

图4 2015年11月（a）5日14:00和（b）7日02:00 500 hPa位势高度场（黑色实线，单位：dgpm）和风场（单位：m s−1）；2015年11月6日02:00（c）700 hPa和（d）200 hPa的位势高度场（黑色实线，单位：dgpm）和风场（单位：m s−1）Fig. 4 Geopotential height (solid black lines,units: dgpm) and wind field (units: m s−1) at 500 hPa at (a) 1400 LST 5 November and (b) 0200 LST 7 November 7 2015;geopotential height (black solid lines,units: dgpm) and wind field (units: m s−1) at (c) 700 hPa and (d) 200 hPa at 0200 LST 6 November 2015

与500 hPa天气形势相对应，5日14:00，700 hPa天气图上，内蒙古中西部地区有一中尺度低涡，6日02:00（图4c），低涡东移至内蒙古中部，低涡东部偏南气流将南方丰沛的水汽输送到华北地区。6日02:00至08:00，西南气流发展最强盛，02:00影响河北地区的偏南风最大风速增加到16 m s−1。6日14:00，低涡位于河北西北部张家口附近，6日14:00至7日02:00西南气流逐渐加强，至7日08:00涡旋逐渐减弱，影响京津冀地区的主要是偏西风。850 hPa环流形势场（图略）也是低涡东移的过程，但相比700 hPa低涡位置偏东，且整个降雪期间京津冀地区受偏东气流控制。200 hPa高空环流形势场（图4d）较平直。纵观天气形势场，低值系统从低层至高层向西倾斜，有明显的斜压性。

从925 hPa位势高度分布可见（图5），北京此次降雪过程发生发展也与大陆冷高压的发展东移有关。我国东北到贝加尔湖的大部分地区被蒙古高压所控制，在高压东移过程中，其东部偏北气流流经洋面后转为东南气流回流到华北地区。5日14:00至6日08:00蒙古高压明显加强，回流相应加强，京、津及河北省中北部处在地面冷高压底部偏东气流控制下，倒槽位于华北地区，这样的形势有利于出现低层东北风，使得冷空气入侵到北京和河北近地面，低层暖湿空气抬升后释放凝结潜热。因此，从地面形势场上，本次降雪过程属于在中纬度高空气流较为平直的情况下，高空气流引导大陆小高压移出至海上，小高压后部来自海上的空气回流所致，即属于华北地区比较常见的回流型降雪天气类型。

图5 2015年11月6日08:00高低空系统配置概略图Fig. 5 Sketch of the configuration of high and low altitude systems at 0800 LST 6 November 2015

综上所述，500 hPa两槽一脊叠加多波动小槽、700 hPa低涡配合较强偏南气流的水汽输送以及850 hPa低涡及偏东气流的水汽输送是此次华北降雪过程的基本天气形势配置（图5）。低层低涡自西向东移动至河北，与500 hPa槽前的上升区相对应，结合高层辐散的作用，使得河北和北京地区从低层到高层的上升运动发生发展，利于降雪发生。

4 物理量场的诊断分析

4.1 水汽条件分析

水汽充足是产生降水的必要条件。水汽通量散度一定程度上反映了大气中水汽的含量与聚集程度。水汽通量辐合强度与降雪强度也有一定的联系，辐合加强，水汽充足，降雪强度增大。根据水汽通量方程和水汽通量散度方程绘制了水汽通量和水汽通量散度分布（图6）。水汽通量方程和水汽通量散度方程为

其中，A1为水汽通量，单位：g hPa−1s−1；A2为水汽通量散度，单位：g cm−2hPa−1s−1；q为比湿，单位g/g；g=9.8 m s−2；u和v分别是风速分量，单位：m/s。

降雪期间，850 hPa东南气流将东海南部、西太平洋和黄海的水汽输送至河北和北京地区。5日14:00至6日02:00，水汽辐合区范围逐渐扩大至整个京津冀地区。6日02:00水汽条件最好（图6a、6d），北京北部、河北西部有水汽通量辐合中心，最大值为−3×10−5g cm−2hPa−1s−1，京津冀东南部的渤海和山东半岛附近地区有较强的水汽通量，其最大值达1.5 g cm−2hPa−1s−1。至14:00（图6b和e），水汽通量大值区东移入海，强辐合中心基本移出了京津冀，中心辐合强度和范围都减弱，但河北和北京北部还有水汽辐合区，其值为−2×10−5g cm−2hPa−1s−1，600～400 hPa出现干区（相对湿度小于50%）。6日20:00至7日02:00，水汽通量有加强的趋势，京津冀地区水汽辐合加强（图6c和6f）。7日08:00后，水汽辐合中心消失，水汽供应条件不足。

图6 2015年11月（a、d）6日02:00、（b、e）6日14:00和（c、f）7日02:00的850 hPa水汽通量（第一行，单位：g cm−1 hPa−1 s−1）和水汽通量散度（第二行，单位：g cm−2 hPa−1 s−1）Fig. 6 Distribution of water vapor flux (the first line,units: g cm−1 hPa−1 s−1) and water vapor flux divergence (the second line,units: g cm−2 hPa−1 s−1)at 850 hPa at (a,d) 0200 LST 6 November 2015,(b,e) 1400 LST 6 November 2015,and (c,f) 0200 LST 7 November 2015

受偏南暖湿气流影响，降雪期间，700 hPa上有水汽从孟加拉湾源源不断输送到京津冀地区，有较好的水汽输送条件。从沿40.7°N的比湿剖面可见（图略），降雪期间700 hPa至850 hPa层次比湿较高，达到3.5～5 g kg−1，为降雪发生提供了丰沛的水汽。

4.2 动力条件分析

4.2.1 散度和相对涡度的垂直分布

散度和相对涡度随时间的垂直分布变化（图7）显示，5日14:00至6日14:00，崇礼站和延庆站低层有辐合，中低层的风场辐合向上延伸到500 hPa，在6日02:00辐合达到最强，对应了降雪发展的强盛阶段。500 hPa以上为辐散，高层辐散具有抽吸作用，有利于低空暖湿气流的抬升，从而触发不稳定能量释放。与辐散对应的上空高层始终存在负涡度中心，而在低层有正涡度中心与之对应，存在正涡度中心和高层强辐散中心相耦合，这种高层辐散、低层辐合的垂直配置结构为此次降雪发生提供了有利动力条件。强抽吸的动力结构也导致低层减压，低层的气旋得以发展，配合高湿的环境条件，导致了区域性的降雪天气发生。第二次降雪过程中，6日20:00至7日08:00，在垂直方向上，北京延庆站中低层的风场辐合延伸到600 hPa，高层辐散中心位于400 hPa，正涡度中心位于高层300 hPa，负涡度中心较弱，其中7日02:00附近辐合最强。崇礼站的高底层配置和延庆站相似，低层辐合更弱。整体来看，高低空垂直配置动力条件较前一次过程弱，降雪强度也明显弱于第一次过程。

图7 2015年11月5日14:00至7日14:00（a）崇礼站和（b）延庆站散度（等值线，单位：10−5 s−1）和相对涡度（填色，单位：10−5 s−1）的时间—高度剖面Fig. 7 Time and altitude profile of divergence (isoline,units: 10−5 s−1) and relative vorticity (colored map,units: 10−5 s−1) at (a) Chongli station and(b) Yanqing station from 1400 LST 5 November to 1400 LST 7 November 2015

可见，降水区上空有辐合运动加强，对应低层有低涡发展。高空有高空急流维持，河北和北京处在高空槽前和急流出口区左侧，对应辐散运动，这种高低空配置使整层上升运动得到发展，加强了水汽垂直输送，利于降雪发生。第二次降雪过程，低层为负散度和负涡度结合，高空是正散度和正涡度的结合，上升运动相对较弱，降雪强度也较弱。

4.2.2 大气层结及水平风垂直切变分析

层结状况和水平风的垂直风切对降雪过程影响极大，崔慧慧和苏爱芳（2019）研究表明，低层冷垫对其上部的暖湿气流具有强烈抬升作用，西南低空急流与近地面东北气流所造成的垂直风切变的变化，反映了低层冷垫和其上部暖湿气流的反差程度，二者反差越大，意味着动力抬升越强，这对降雪强度变化有一定指示意义。北京站的探空图（图8a）显示，从层结条件来看，5日20:00北京地区上空湿层较厚，从近地面直达400 hPa，整层湿度条件良好。由于大气湿度大，抬升凝结高度（LCL）低，低层大气极容易被抬升，6日08:00（图8b）抬升凝结高度下降到1012.5 hPa，湿层抬升，20:00湿层下降至500 hPa。到7日20:00 700 hPa以上水汽严重不足。对比发现，5日08:00至20:00，0°C线迅 速 从800 hPa下 降 至925 hPa以 下，近 地 面1000～925 hPa有东北风形成的冷垫，925～700 hPa有多个逆温层，存在位势不稳定，700 hPa以上为西南风，与低层东北风之间形成明显的垂直风切变，700 hPa与925 hPa之间垂直风切变达16 m s−1。6日08:00，北京整层大气温度在0°C以下（0°C线位于1000 hPa以下），925～850 hPa逆温层明显，水平风垂直风切变增大至22 m s−1，对应着降雪强度继续增大。6日20:00，北京整层大气温度维持在0°C以下，但700 hPa西南风减弱至4 m s−1，低层东北风也减弱，导致垂直风切变减弱，降雪强度相应减弱。

张家口站的探空图（图8c、8d）显示，5日20:00至6日08:00，对流层整层温度露点差较小，湿度较大，6日20:00，500 hPa附近有干冷空气入倾，上下层的干湿对比更强烈，7日08:00，500 hPa以下湿度条件较好。5日20:00降雪开始时，0°C层位于925 hPa以上，850 hPa有偏东风，700 hPa顺转为西南风，风速为10 m s−1，风向随高度顺转，张家口上空有暖平流，并存在很强的水平风垂直切变，有利于对流性天气产生。6日08:00和20:00，张家口站气温整层处于0°C以下，850～700 hPa存在逆温层，08:00低层垂直风切增大至26 m s−1，20:00风切减弱至14 m s−1。7日08:00，气温持续在0°C以下，虽然逆温层仍存在，但垂直风切逐渐减小，至20:00后基本无垂直风切变，降雪量与垂直风切变化趋势基本一致，说明垂直风切对此次降雪过程有重要作用。

图8 2015年11月（a）5日20:00北京站、（b）6日08:00北京站、（c）5日20:00张家口站和（d）6日08:00张家口站的探空曲线（Skew T−lnp）Fig. 8 Radiosonde sounding (Skew T−lnp) at (a) Beijing station at 2000 LST 5 November 2015,(b) Beijing station at 0800 LST 6 November 2015,(c) Zhangjiakou station at 2000 LST 5 November 2015,and (d) Zhangjiakou station at 0800 LST 6 November 2015

总的来看，降雪期间水汽充足，整层大气温度基本在0°C以下，有明显逆温层，700 hPa以上一直维持暖湿气流，且存在强的水平风垂直切变，尤其强降雪时段，湿层较厚，垂直风切变也最强。第二段降雪过程相对第一段降雪，垂直风切变较弱，500 hPa以上水汽不够充沛，降雪较弱。7日20:00，由于低层无风切变且水汽严重不足，降雪结束。

4.2.3 高低空急流分析

研究表明，高低空急流耦合对暴雪发生形成起关键作用（黄安丽和高坤,1982;Uccellini and Johnson,1979;钟中等,2010）。5日14:00，700 hPa上，从贵州到山西一带的西南低空急流已经建立，但还没有影响到河北和北京地区，随着低空急流向北推进，于20:00开始影响到河北西部，强度进一步加强，最 大 中 心 达 到20 m s−1（图9a），此 后 至6日08:00，急流进一步加强并逐步大范围影响华北地区，将南方水汽输送到河北和北京附近（图9b），并且这支强的水汽输送带与渤海的偏东气流在河北省东部交汇辐合，低层在急流出口区左侧形成一个强的水汽辐合中心。过降雪区（区域选择如图9c）的风场和水汽的时间高度垂直剖面（图9d）表明，降雪时段水汽充足，降雪天气发生前后，华北上空200 hPa一直有高空急流维持，河北、北京正处在高空槽前急流出口区左侧，导致了高空辐散气流的维持（图9b）。低层有低涡发展导致辐合上升，中层低槽前上升气流与高层辐散的共同作用，导致河北和北京地区从低层到高层的上升运动发展加强，将低空急流输送的南方水汽和偏东风回流输送的东海南部、西太平洋和黄海的水汽输送至河北、北京地区，有利于降水的发生。7日08:00之前，高空急流继续加强，最大急流中心达50 m s−1，随着低空急流向北推进，6日02:00高低空急流在垂直方向上的耦合叠加作用造成抽吸作用最强，为降雪加强提供了有利的动力条件；7日08:00之后，高空最大急流中心虽然继续加强，但由于低空急流走向发生变化，逐渐与高空急流平行，高低空急流间的垂直叠加耦合消失，高低空的抽吸作用减弱，垂直上升运动维持机制不复存在，降雪逐渐减弱并停止。

图9 2015年11月（a）5日20:00和（b）6日08:00 200 hPa高空急流（棕色实线，风速大于等于30 m s−1）与700 hPa低空急流（箭头风速大于或等于12 m s−1）和散度场（填色，单位：10−6 s−1）；（c）2015年11月6日08:00京津冀地区积雪深度（单位：cm）；（d）京津冀地区过降雪区（即图c蓝色虚线区）区域平均的相对湿度（填色）、风速（黑色等值线为垂直速度，单位：Pa/s，风杆为u和v分量的合成）和温度（红色虚线）的时间—高度垂直剖面Fig. 9 200 hPa upper-level jet (solid brown line,wind speed ≥30 m s−1) and 700 hPa low-level jet (wind speed ≥12 m s−1) and divergence (colored,units: 10−6 s−1) on (a) 2000 LST 5 November 2015 and (b) 0800 LST 6 November 2015;(c) snow depth (units: cm) in Beijing,Tianjin,and Hebei regions on 0800 LST 6 November 2015;(d) time and altitude profile of regional average relative humidity (colored map),wind speed (black contour is vertical velocity,units: Pa/s,wind pole is the combination of u and v components) and temperature (red dotted line) in the snowfall area (blue dotted area in the left figure)

可见，低空急流不仅为这次降雪过程提供了充沛的水汽来源，而且其与高空急流的加强及垂直叠加耦合，有利于在低空急流前方和高空急流右后方形成大范围强上升运动，抬升了低层水汽，为降雪天气的发生提供了动力和水汽条件。

5 结论和讨论

本文利用常规观测资料和欧洲中心ERA-Interim再分析资料，对2015年11月5～7日的河北、北京的降雪特点和形成原因进行分析。此次降雪过程雪量较大，持续时间长，雨雪相态转换较多，属于华北地区比较常见的“回流型”降雪。

500 hPa西伯利亚脊的发展导致对流层中层中高纬度环流经向度加大，内蒙古涡旋及其南部有弱槽发展，使得西伯利亚脊前偏北冷空气与槽前西南暖气流在河北地区交汇，配合700 hPa和850 hPa低涡发展，是造成此次降雪天气的直接原因。500 hPa为两槽一脊天气形势下，有多波动小槽发展东移，使得雨雪天气维持时间较长。降雪期间整层大气温度处于0°C下，湿层几乎贯穿整个对流层，有利于降雪的形成。降雪过程中主要有两条水汽通道，一条是850 hPa东南气流对东海南部、西太平洋和黄海的水汽输送，另一条是700 hPa偏南气流对孟加拉湾的水汽输送。高湿的大气环境条件，低层水汽输送和水汽辐合为降雪天气提供了丰沛水汽。700 hPa的偏南暖湿气流，850 hPa的偏东风以及地面高压底部偏东风配合倒槽，散度场、涡度场和垂直速度场的高低空耦合配置，以及中低层的水平风垂直切变均为降雪天气的发生创造了良好的动力条件。降雪天气发生前后，华北上空有高空急流维持，河北和北京正处在高空槽前急流出口区左侧，维持了高空辐散气流。低层的低涡发展引起低层辐合加强，中层低槽槽前上升气流与高层辐散的共同作用，导致河北和北京地区从低层到高层的上升运动发生发展，将低空急流输送的南方水汽和偏东风回流输送的东海南部、西太平洋和黄海的水汽输送至河北、北京地区后辐合抬升。高低空急流耦合，使得抽吸作用加强，为降雪加强提供了有利的动力条件。

在有利的天气形势和动热力条件下，本次降雪过程中出现了降雪、雨或雨夹雪等降水形态的变化。本文只是进行了降雪过程中的天气学诊断分析，尚未涉及降水相态演变的机理，后续工作重点是结合数值模拟，分析并揭示造成不同降水相态的动热力和微物理过程的作用。

致 谢感谢ECMWF提供的资料在线下载服务。ERA-Interim数据介绍详见https://www.ecmwf.int/node/8174[2020-01-01]。