赣北雨雪天气过程分析

2021-10-18 03:23黄龙飞马中元陈鲍发郑卡妮张晓芳

气象水文海洋仪器 2021年3期

黄龙飞，马中元，陈鲍发，郑卡妮，张晓芳

(1.江西省气象科学研究所，南昌 330046；2.景德镇市气象局，景德镇 333000；3.乐平市气象局，乐平 333300；4.婺源县气象局，婺源 333200)

0 引言

雨雪寒潮天气是江西冬季常见的气象灾害之一，尤其是当雨雪天气持续发生并产生冰冻灾害时，对人民的生活和生产有较大影响。雨雪天气需要合适的温度与降水条件密切配合，雨雪来临前，经常出现“锋前回暖”，即温度回升的过程；因此，温度层结和降水条件是雨雪天气预报的重点。

国内学者对南方雨雪天气研究颇多。漆梁波[1]等研究表明，中国东部地区出现降雪需要满足T925、T1000、T700分别低于-2 ℃、0 ℃、0 ℃。郑婧[2，3]等对江西大雪天气的时空变化和影响系统进行了分析，指出大雪期间，阻塞高压、中低纬锋区异常强盛；80%的大雪天气存在阻塞高压，以贝加尔湖阻塞高压最多；70%受南支槽影响；700 hPa切变线是对流层中低层的主要影响系统，其南侧西南急流最大风速达16 m/s以上，雪区位于冷式切变线以南1～3个纬距内或暖式切变附近。金米娜[4]等对2008年初2次大雪过程进行了对比分析，表明高层干冷空气向南、向下侵入，导致对流层低层850 hPa偏北气流加强和维持，加大了中低层垂直风切变，使上升运动加强，降雪强度增大。马中元[5]等对江西近50 a出现的18次持续3 d 10站次以上冻雨天气过程的形成特征进行分析，表明地面冷高压、阻塞高压、副热带高压、南支槽、850hPa切变线、地面辐合线(准静止锋)、温度锋区、700 hPa急流与湿舌等是强冻雨天气的主要影响系统；强冻雨天气过程存在逆温层特征，逆温层高度在850～700 hPa间，平均逆温差为1～5 ℃，最大10 ℃。陈鲍发[6]等对江西2014年、2016年和2018年3次暴雪天气过程进行对比分析，结果表明雪回波一般在5～20 dBz，暴雪回波强度在30 dBz左右；降雨回波强度为20～40 dBz；雨夹雪回波中，最强雨回波可以发展到40 dBz以上，呈团絮状回波结构；暴雪反射率因子垂直结构上回波伸展高度在5～7 km，2～3 km附近有20～30 dBz的较强回波带。此外，黄水林[7]、郭巧红[8]、东高红[9]等也对多个暴雪或冰冻个例进行了总结分析。陈鲍发[10]等还基于天气雷达风暴识别跟踪信息STI对强天气监测预警能力进行了分析，结果显示组合STI产品弥补了单部雷达的不足，对于判断未来1 h回波的移动方向、移动速度有明显的指示意义；而密集指向区对应于回波未来位置的确定效果更好。这些成果为研究雨雪天气过程提供了有力的依据。

文章利用常规MICAPS资料、区域自动站数据和雷达回波拼图产品等资料，对2020-12-13—2020-12-14赣北地区1次雨雪天气过程进行分析，试图总结出江西北部雨雪天气的天气形势配置、雨雪和大风分布特征、雷达拼图回波特征等结果，为今后做好江西雨雪天气的监测预警工作提供参考依据。

1 资料来源和天气实况

1.1 资料来源

地面实况资料来源于CMISS数据库；天气形势资料来源于MICAPS系统；雷达拼图资料来源于江西WebGIS雷达拼图应用平台(http：//10.116.32.81/)，该平台集合江西及周边24部S波段雷达数据，空间分辨率达1 km×1 km，时间分辨率10 min，产品包括组合反射率CR、 STI等产品，显示范围为：110°E；33°N～121°E；22°N(1100 km×1100 km)。该范围对监测江西大范围的雨雪天气十分有利。

1.2 天气实况

2020-12-13下午，冷空气侵入江西，气温自北向南快速下降，九江地区首先出现断崖式降温，地处赣东北的景德镇和上饶降温幅度稍缓，总体来说赣北地区24 h降温幅度达8～10 ℃，14日最低气温均降至0 ℃附近。

13日夜间，九江地区首先出现雨夹雪和小雪(庐山)，赣北其他地区为小雨；14日14：00，降雪区域向东移动，景德镇、上饶开始出现小雪或雨夹雪，20：00后降雪结束。除庐山外，其余地区基本无积雪。

此次寒潮过程还伴有大风天气，据自动气象站监测数据显示，大风主要出现在赣江河谷及环鄱阳湖一带。13日20：00，多达33站出现8级以上大风，最大风速达26.2 m/s。大风持续时间也较长，13日下午至夜间，自动气象站均有8级以上大风记录出现。

2 天气形势分析

2.1 高空形势演变

2020-12-04T20：00，寒潮初始阶段中高纬呈倒Ω流型，乌拉尔山地区已有暖脊建立，此时西欧又有暖脊东移与之结合加强形成阻塞高压，并稳定维持；5—7日，500 hPa极涡从极地移至60°N左右，最终在俄罗斯东北部游走；8日20:00，极涡西侧横槽旋转南下，并伴有-44 ℃冷中心与之配合，11日08：00，在中国东北上空形成东北冷涡，冷中心略有增强，达到-46 ℃，后侧有横槽生成并南移，且同样伴有-48 ℃冷中心；12日08：00，冷中心到达贝湖以南，此时乌拉尔山阻塞高压前部出现暖平流，预示阻塞高压即将减弱，脊前正北气流转为一致西北风，南移横槽逐渐与东北冷涡南侧低槽合并，低槽加深，槽后西北气流引导冷空气南下，侵入中国；15日，东北冷涡东移出海，极涡回归到70°N以北，此次寒潮过程结束。

12月11—14日，中纬度地区以纬向环流为主，南支槽不明显，但高原东侧不断有短波低槽快速东移，造成江南地区多阴雨天气；14日08：00，850 hPa以下已转为偏北气流控制，0 ℃线到达江西中南部，南昌站气温降至-2 ℃，700 hPa切变压至沿江一带，江西上空急流普遍达到20 m/s左右，暖湿空气沿冷垫爬升，造成江西中北部出现雨雪天气；15日08：00，切变移过，降水停止。

2.2 地面天气图

12日08：00，地面冷高压位于蒙古境内，中心强度达到1，057.5 hPa，冷锋前沿侵入中国，位于内蒙古北部。

13日08：00(图1a)，高压中心位置稳定，强度达到1，062.5 hPa，冷空气扩散南下，冷锋前部到达长江中下游地区；14：00开始，冷空气进入江西，江西自北向南逐渐转雨，气温持续下降。地面等压线密集，达8～9根/10个纬距，表明锋区强度强，气压梯度力大，从而造成湖面、山谷多地出现8级以上大风天气。

13日20：00(图1b)，庐山、修水出现雪和雨夹雪；14日08：00(图1c)，位于蒙古的冷高压中心向南分裂出多个冷高压中心，此时江西西北部气温降至2 ℃，出现纯雪，但南昌以南地区仍在4 ℃左右；14：00—17：00，分裂而来的冷高压中心南下至山东南部，江南锋区快速向南推进，赣东北气温降至2 ℃左右，并开始出现雨夹雪或小雪，江西中南部气温仍在3～4 ℃左右，降水以小雨为主；14日20：00(图1d)，江西被冷高压控制，雨雪天气结束。

2.3 温度层结演变

2020-12-13T08：00(图2a)，南昌探空在500 hPa附近出现弱逆温或等温层；13日20：00(图2b)，冷锋到达赣南，江西处于锋区中。从南昌探空随时间变化看出，逆温层出现在850～700 hPa附近，逆温强度达5.1 ℃；700 hPa以上为一致的西西南急流，850 hPa以下为强东北风急流，低层与高层风向几乎对向，表明低层冷平流十分强劲。从气温分布看出700 hPa以下大部分在0 ℃以上，此时层结条件不利于降雪产生。

14日08：00(图2c)，随着冷空气主体分裂南下，0 ℃线高度从13日20：00的1.2 km降至0.18 km，低层气温明显下降。此时逆温层强度明显减弱，温度仅为2 ℃左右；近地面气温降为1 ℃；1000～700 hPa均在0 ℃以下，850 hPa、925 hPa、1000 hPa分别降至-1.9 ℃、-1.4 ℃、-1.2 ℃，达到赣北出现纯雪的温度阈值标准。这与张晓芳[11]等研究结论基本一致。14日20：00(图2d)，冷空气进一步南下，赣北处于高压底部，原本500 hPa以下湿度饱和的层结被破坏，850 hPa以下湿度转干，降水条件消失。

3 雷达回波特征

3.1 单部雷达回波特征

2020-12-14T14：59，景德镇雷达观测到赣北纯雪回波，呈丝缕状结构，强度普遍在5～15 dBz左右，局部点可达20～25 dBz(此时赣北为小雪天气)；而在上饶南部为小雨或雨夹雪回波，回波呈块状，最大回波强度达25～30 dBz。

2020-12-14T14：58，抚州雷达观测到的赣北纯雪回波也表现为丝缕状结构，但探测范围大大缩小。抚州附近则为絮状小雨回波，强度在20～30 dBz左右，局部可达30～35 dBz。受到单部雷达探测范围限制，景德镇雷达对抚州附近的降水回波探测失效；而抚州雷达对赣北降雪回波探测不佳，导致回波范围与强度有明显误差。

3.2 雨雪回波垂直结构

13日20：00，赣北已处于锋区之中，850 hPa温度已降至0 ℃左右，但由于700 hPa以下仅有1.5～1.8 km位于0 ℃以下，其余高度均在0 ℃以上，地面气温高达8 ℃；因此，回波表现为絮状回波团结构，CR回波强度在30～35 dBz，以降水为主，地面还没有出现降雪。从雷达剖面图发现，降水回波最大高度在6～8 km，25～35 dBz降水回波位于4 km以下，降水回波垂直结构表现为柱状弱对流泡结构。

14日15：00，江西北部为纯雪，中部为小雨。雷达拼图上表现为北部雪回波，南面雨回波，在同一个屏幕上可以看到雨雪回波共存图像。雪回波为片状丝缕结构，雨回波为絮状混合型结构。从剖面图可以看出，降雪回波强度在5～20 dBz，回波呈片状丝缕结构，无明显对流；降水回波强度在30 dBz左右，回波呈柱状弱对流泡结构。

3.3 雨雪回波STI特征

风暴跟踪信息STI可以较好地反映降水回波移动趋势和速度，在此次雨雪过程中，雷达拼图CR产品、STI产品能较好地反映回波移动方向和速度，为判断雨雪天气的演变和持续时间提供可靠依据。

2020-12-13T17：00，江西北部存有以大片层状云为主的混合型降水回波，层状云回波强度在20 dBz以下，分布在湖北东部和安徽南部；赣北是混合型絮状回波，回波强度在35 dBz以下，以小雨天气为主；江西中部是絮状回波结构的混合型降水回波，中心回波强度达到35 dBz。由于回波强度达到35 dBz，风暴跟踪信息STI 开始出现，并指向东北方向，与500 hPa引导气流方向一致。

20：00，南北回波合并在一起，范围扩大，强度增强，最强降水回波达到35～40 dBz；江西以北仍以层状云回波为主，赣中、赣北被混合型絮状回波团所覆盖。由于回波增强，STI开始增多，回波平均移动方向和速度与17：00数据一致，仍以东北方向为主，移动速度较快。

2020-12-14T11：00，回波团范围有所减小，但上饶地区的回波增强到35～45 dBz，地面雨量加大；抚州地区降水保持与前期相近的强度；景德镇等地出现雨夹雪回波。STI 平均移动方向没有变化，朝80°方向移动；平均移动速度有所减慢，但仍然维持在80 km/h。由于雨雪回波团范围缩小，九江及赣北以西地区降雪有所减弱或停止。

15：00，降水回波移至上饶南部和抚州地区，强度明显减弱，上饶回波仍然有少量STI 指向，表明整个回波系统在持续减弱。

4 结束语

文章利用常规MICAPS资料、区域自动气象站数据和雷达回波拼图产品对2020-12-13—2020-12-14赣北地区1次雨雪天气过程进行了总结分析，结论如下：

1)受冷空气影响，江西24 h降温幅度达8～10 ℃，赣北最低气温均降至0 ℃附近，达到寒潮标准；多地伴有8级以上大风，最大风力达9～10级；九江、景德镇、上饶先后出现降雪，但雪量不大。

2)极涡和横槽南移，槽后西北气流引导冷空气大举南下，侵入中国造成明显寒潮天气。由于南北气压差大，地面等压线密集，造成江西出现大范围的冷空气大风。降雪需要合适的温度层结和湿度条件，随着冷空气主体分裂南下，700 hPa以下高度温度均在0 ℃以下，达到出现纯雪的温度阈值标准，导致赣北多地出现小雪天气。

3)单部雷达显示赣东北的降雪回波呈丝缕状结构，赣中抚州的小雨回波呈絮状结构，雨雪回波有明显区别。由于单部雷达探测距离受限，使得较大尺度雨雪回波结构探测不完整。雷达拼图能够探测到赣中、赣北较大范围雨雪回波的全貌，片状结构的降雪回波的强度明显弱于絮状结构的降雨回波，在垂直剖面图上，降雨回波呈柱状弱对流泡结构，降雪回波呈片状丝缕结构。

4)在雷达拼图上叠加风暴跟踪信息STI 产品，能直观反映≥35 dBz回波系统的移动方向与移动速度和STI平均移向与移速，为判断降水的落区与持续时间提供了可靠依据和参考。

江西雨雪天气的预报难点是雨雪天气出现和结束的时间、地点和强度。对于3 h内的短时预警预报来说，了解大尺度环境条件，把握雷达拼图特征，是开展好江西雨雪天气预报的重要环节。