一次雨雪天气过程成因分析

李 琛，董疆南，马鸿青

保定市气象局，河北保定 071000

华北地区暴雪灾害主要发生在初冬、初春的过渡季节[1]。河北省过渡季节较大范围的降水天气近30%与回流有关，华北回流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[2]。由于气温变化明显，降水相态容易出现转变，严重影响交通运输以及工农业生产，造成大量经济及财产损失，给正常人民群众的生产、生活带来巨大的负面影响[3-4]。近年来，许多气象专家对华北暴雪发生、发展的物理机制及回流冷空气性质等方面开展了大量工作。时青格等[5]对2009年11月10—12日河北省一次暴雪天气进行分析，发现中低层存在较强的垂直上升运动，暖空气被冷空气抬升是暴雪发生的动力机制。张守保等[6]对华北回流天气的特征进行了分析，结果表明：华北回流性质是干冷的，回流降水过程的水汽伴随中层的西南气流来自南方，并且在强降水时段出现前常伴有区域性的冷平流层。另外，降水相态也是预报的重点之一，张迎新等[7-8]通过分析多次雨雪转换过程总结出雨雪转换指标。

选取了2021年11月6—7日河北省保定市出现的一次雨雪天气过程，从环流形势、降水相态转换、物理量场等多角度深入分析，探讨了此次雨雪过程的成因。

1 雨雪天气实况

2021年11月6—7日，保定迎来一次雨雪天气，6日白天降水以雨为主，受冷空气的影响，涞源在6日17:00～18:00发生雨转雪，涿州、阜平、高碑店在6日21:00左右陆续转雪。至7日01:00左右，全市降水相态基本为纯雪。此次过程降水分布不均，全市大部分地区的过程降水量为中到大雨转大雪，涞源为大暴雪，全市平均降水量33.8 mm，望都最大，为51.6 mm。全市均有积雪，最大积雪深度10 cm。

2 环流背景分析

2.1 500 hPa环流形势

11月6日08:00，亚欧大陆上空500 hPa呈两槽一脊形势，我国内蒙古西部至青海有一高空槽，温度槽落后于高度槽，槽后有明显冷平流。随着系统东移，槽不断加深，6日20:00东移至甘肃东部、内蒙古中西部一带，并且切断出闭合温度中心，中心值-32℃，温度槽仍落后于高度槽，此时河北位于槽前，西南气流发展旺盛。7日08:00高空槽继续加强东移至陕西一带，切断出闭合低压中心，中心值548 dagpm，保定位于低涡东侧，西南气流旺盛，受其影响，保定地区出现了大范围雨雪天气。7日20:00，500 hPa高空槽移至我省中部地区，保定地区逐渐转为西北气流控制，降水基本结束（图1a）。

2.2 700 hPa环流形势

6日08:00，700 hPa有一低槽在蒙古地区并逐渐南压，西部地区存在一冷中心，等温度线与等位势高度线交角接近垂直，冷平流较强。6日20:00，低槽转为南北向从内蒙古延伸至我省，东南侧有西南急流输送水汽，此时保定受偏南气流控制。6日夜间，700 hPa槽东移至河北中部，冷中心东移至河套地区，等温线较密集（图1b）。

2.3 850 hPa环流形势

6日08:00，850 hPa河北处在大陆高压和海上高压之间，河北北部也有东北—西南向切变线配合，保定主要受偏南气流控制，锋区明显，等温线密集，风向和等温线近乎垂直，冷平流较强。6日夜间，850 hPa切变线移至河北南部，锋区南压，冷平流明显，保定逐渐转为偏北气流控制，使得中层暖湿空气在冷垫上爬升，为典型的华北回流形势，随着850 hPa温度降至-4℃以下，保定地区转雪（图1c）。

2.4 地面形势

6日08:00，高压位于蒙古国境内，冷锋自东北向南移动。随着蒙古冷高压不断发展加强，6日20:00，冷高压中心强度达1 052.5 hPa。夜间，冷高压进一步加强至1 055 hPa，保定处于锋后，降温明显，偏东路径冷空气自北向南影响保定地区，为雨转雪提供良好的层结条件，保定自北向南逐渐转为降雪天气（图1d）。

图1 2021年11月6日08:00 位势高度场（实线，单位：dagpm）、温度场（虚线，单位：℃）、 风场（风羽，单位：m/s）

3 降水相态转换成因分析——温度平流

受切变线和地面冷锋前暖区影响，6日14:00保定地区上空仍为暖平流，白天降水以雨为主（图2a）。随着锋区南压，冷空气入侵，保定西北部地区850 hPa温度开始明显下降，涞源在6日17:00～18:00降至-4℃以下并发生雨转雪。6日20:00前后，850 hPa保定北部锋区附近存在东南气流和东北气流的明显辐合，冷空气在东北部交汇，并且有一部分从保定北部南下，低层逐渐转为偏北风，中层暖湿空气在低层冷垫上爬升，造成涿州和高阳先于平原其他地区出现相态转换，开始形成大范围的雨雪天气（图2b）。

图2 6日14:00（a）、20:00（b）850 hPa风场—温度平流

利用ERA5资料分析温度平流（图3），从经向温度平流来看，北部一股冷空气东移南下，对应地面冷锋，与温度场的冷中心也正好对应，温度明显下降，6日22:00向东北方向伸出一暖舌，为西南—东北向暖舌，使得中部地区温度较高，转雪时间相对较慢。另外，低层暖舌的存在为大(暴)雪的形成提供了较好的热力条件。

图3 6日22:00沿115°E的温度平流垂直剖面图

4 物理量诊断分析

4.1 水汽条件

4.1.1 比湿由于前期受地面辐合的影响，有连续的大雾天气，近地层湿度较大，保定地区的水汽含量比较丰富。加之来自海面上的东南气流输送水汽，6日14:00即降水开始时850 hPa比湿达到6～7 g/kg，低层水汽充足（图4a）。到20:00，700 hPa西 南 急流建立，比湿维持在4～6 g/kg，南部仍然在7 g/kg左右（图4b），这也有利于19:00～20:00南部的强降水发生，充足的水汽为雨雪天气的维持提供了条件。

图4 6日14:00（a）、20:00（b）850 hPa风场—比湿场

4.1.2 水汽通量及水汽通量散度降水开始时，850 hPa有一水汽通量散度大值区，低层存在着较好的水汽输送。随着各站转为降雪并且强度减弱后，低层水汽条件变差，850 hPa上的水汽通量散度大值区向东南方向移动。但从700 hPa来看，受西南急流影响，6日20:00在700 hPa仍有一大值中心。与700 hPa水汽通量散度配合来看，有一负值区位于保定北部，说明700 hPa水汽辐合条件良好，形成了东北—西南向的水汽通道。随着切变线向东南移动，7日白天，负值中心和水汽通量大值区均自西北向东南移出保定地区，降水逐渐减弱（图5）。

图5 6日20:00 700 hPa风场—水汽通量（a）、风场—水汽通量散度（b）

4.2 动力条件

4.2.1 散度从散度来看（图6），850hPa以下为散度负值区域，即保定地区低层存在明显的辐合上升运动，而200 hPa上则一直维持正散度，对应辐散，在这种低层辐合、高层辐散的形势下，使得上升运动发展剧烈，更加有利于强降水的发生。

4.2.2 涡度从 涡 度 来 看（图6），6日 08:00，保定大部分地区处于负涡度区，为弱的下沉气流。6日14:00，700～900 hPa出现正涡度区，对应6日白天的降水。6日20:00以后，正涡度发展加强，对应低涡东移，并且随着低层的东北风逐渐加强，暖湿空气在冷垫上的爬升高度逐渐上升，在散度—涡度叠加图上，可以看出负散度中心明显升高，对应的降水相态开始发生转换。到7日08:00，900 hPa以上正涡度中心迅速加强，对应7日白天段的降雪。

5 结论

（1）本次过程是由高空槽、700 hPa低槽、低空急流、低层低涡切变线，以及地面冷锋共同影响而造成的，并且后期转为回流形势影响。

（2）冷空气自西向东、自北向南移动，同时受850 hPa暖舌的影响，使得此次过程中部地区降温时间晚于东部和西部，转雪时间相对较慢。

（3）低层切变线两侧变温幅度较大，有强的冷暖空气交汇，并且低层辐合、高层辐散的形势使得上升运动发展剧烈，有利于强降水的发生。

（4）700 hPa急流和850 hPa以下回流产生的偏东南气流为该次暴雪天气过程提供了必要的水汽条件，配合良好的动力条件，有利于此次雨雪过程的发生。

图6 保定地区散度（线条）和涡度（填色）随时间变化特征