冉仙果,胡 萍,楊 群,聶 云,舒亦菲

(1.貴州省沿河土家族自治縣氣象局，貴州 沿河 565300；2.貴州省銅仁市氣象局，貴州 銅仁 554300)

0 引言

貴州冬季凍雨天氣出現(xiàn)較多，雨夾雪次之，大雪或暴雪天氣(稱為降雪)偶有出現(xiàn)[1]，而一旦出現(xiàn)降雪天氣和凍雨天氣，將出現(xiàn)長時間的道路結冰、電線結冰等持續(xù)性災害天氣，對交通、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及人們的生活造成極大影響。宋丹[2]等發(fā)現(xiàn)北脊南槽型、橫槽南支型、平直多波動型和高空急流型是造成貴州降雪的主要環(huán)流特征；張迎新[3]對回流暴雪過程的診斷分析表明，回流暴雪的開始和結束與高低層的風向有關,中層來自南方的西南暖濕氣流，疊加在低層干冷氣團之上；何群英[4]等分析指出天津地區(qū)發(fā)生的回流降雪天氣過程始終是處于地面回流形勢中的；崔慧慧[5]等對2018年初豫南特大暴雪過程的特征與成因進行分析發(fā)現(xiàn)逆溫層上的西南暖濕氣流沿低空冷墊爬升，低空垂直風切變的變化對降雪強度變化有較好的指示意義；姚晨[6]等指出強降雪時段很好的對應了大氣可降水量的峰值；肖蕾[7]等發(fā)現(xiàn)700切變對降雪有較好的指示意義。2018年12月29—30日，銅仁市東部出現(xiàn)暴雪天氣，其過程總降雪量大，積雪深，并伴有持續(xù)低溫、道路結冰等災害，造成全市各個區(qū)縣受到不同程度的影響，道路結冰致使多處道路有車輛及人員的滯留，此次降雪還造成房屋損壞、養(yǎng)殖場坍塌、牲畜死亡及蔬菜、油菜等農(nóng)作物受災嚴重，總共經(jīng)濟損失9 292.69萬元。本文將利用常規(guī)探測資料、NCEP再分析資料和多普勒雷達資料，對2018年底銅仁市暴雪過程的環(huán)流形勢特征與成因進行分析，以期提高降雪天氣的預報準確率。

1 天氣概況

2018年12月27日夜間全市開始出現(xiàn)小雨，28日夜間地勢高處出現(xiàn)小雪，29日08時銅仁市自東向西開始轉(zhuǎn)小到中雪，29日夜間到30日白天全市出現(xiàn)了中到大雪，市東部出現(xiàn)暴雪，30日14時后雪逐漸停止，銅仁市各區(qū)縣均出現(xiàn)了電線結冰，最大為萬山38 mm(含電線直徑26.8 mm)。積雪深度分布圖顯示(圖1a)，此次降雪過程范圍較廣，降雪集中在29日夜間和30日上午，碧江、松桃、萬山和玉屏出現(xiàn)暴雪，碧江雪深最大達14 mm，思南、印江、石阡和江口出現(xiàn)大雪。松桃降雨時序圖中(圖1b)，29日18時之前為小雨天氣，18時之后由雨夾雪逐漸轉(zhuǎn)為純雪天氣，在30日03、04時降雪量最大。

圖1 29日20時—30日14時及銅仁市雪深圖(a)及松桃降雨量時序圖(b)Fig.1 Snow depth map of Tongren City (a) and Songtao rainfall time chart (b) from 20∶00 on the 29th to 14∶00 on the 30th

2 暴雪成因分析

2.1 環(huán)流背景

此次暴雪過程的主要影響系統(tǒng)為500 hPa南支槽、700 hPa西南急流和850 hPa東北回流。暴雪期間，500 hPa高緯度烏拉爾山以東地區(qū)有阻塞高壓的建立并加強，高壓脊前有冷平流輸送至阻塞高壓下游北疆地區(qū)的低壓槽內(nèi)，使得低壓槽發(fā)展加強，之后轉(zhuǎn)豎，冷空氣補充南下，27—29日低壓槽底部中緯度不斷有短波槽東移影響貴州，為暴雪長時間維持提供了穩(wěn)定的天氣尺度背景，并引導冷空氣的補充南下，有利于低層冷墊長時間維持，中低緯南支槽加強東移，位于槽前的銅仁市得到孟加拉灣源源不斷的水汽輸送。

29日08時(圖2a)，500 hPa中高緯阻塞高壓位于巴爾喀什湖附近，我國東北地區(qū)有一橫槽，新疆盆地受低槽影響；中緯度河套地區(qū)有波動槽發(fā)展；中低緯孟加拉灣則維持一南支槽；700 hPa西南急流位于云南東部—貴州東南部—長江中下游一帶，切變線位于四川東部，0 ℃線在貴州南部；850 hPa受高壓底部東北回流影響，四川東部有淺渦存在，沿海地帶有一冷切變，華北—東北地區(qū)有東北急流，加強冷空氣的輸送，0 ℃線在廣西北部，銅仁市有逆溫層存在，-4 ℃線在貴州省中部，溫度鋒區(qū)呈東西向，略向下彎曲，在云南東部—廣西中部一帶，切變線北側的東北風和溫度鋒區(qū)夾角很小，基本平行，有弱冷平流，而切變線南側有較強的暖平流輸送。

29日20時(圖2b)，500 hPa低槽和南支槽維持，四川中部的波動槽東移加深；700 hPa西南急流加強東伸北上，切變線消失；850 hPa東北回流南擴，強度略減弱，冷舌加深，貝加爾湖以西的冷中心加強，鋒區(qū)維持，冷暖平流輸送略增強；中低層溫度場基本維持。

30日08時(圖略)，500 hPa中高緯阻塞高壓向東北方向伸展，東北地區(qū)的橫槽加強，波動槽加強東移至四川東部，南支槽東移；700 hPa西南急流加強繼續(xù)北上，急流軸南段南壓廣西北部；850 hPa仍為東北回流影響，0 ℃線南壓，冷舌略微增強，西南渦維持，沿海切變北抬—廣西中部—廣東中部一帶，切變兩側的偏北風與偏南風與溫度鋒區(qū)的夾角達最大，冷暖平流顯著增強。

29日08時—30日08時，925 hPa (圖略)，東北干冷急流維持；地面上冷高壓位于巴湖以西，中心強度維持1 060 hPa，滇黔靜止鋒維持，銅仁市氣壓維持1 040 hPa，小雪范圍逐漸南擴。

綜上所述，此次暴雪為南支型。500 hPa穩(wěn)定的環(huán)流背景是此次暴雪時間較長的主要原因；700 hPa西南急流的加強北抬為暴雪提供了有利的水汽輸送條件；850 hPa東北回流不斷地補充冷空氣南下；冷空氣南下在近地面層形成淺薄冷墊，有利于暖濕氣流的抬升。

圖2 2018年12月29日08時(a)、20時(b)系統(tǒng)配置及850 hPa風場(單位: m·s-1)Fig.2 System configuration and 850 hPa wind field at 08∶00 (a) on December 29, 2018 and 20∶00(b) on December 29, 2018 (unit: m·s-1)

2.2 水汽條件

暴雪的發(fā)生需要充足的水汽供應條件。此次暴雪過程在對流層低層有持續(xù)強烈的水汽輸送與輻合。降雪期間850 hPa貴州均為東北氣流，由此推斷水汽的主要來源應該是700 hPa以上，因此分析700 hPa和500 hPa的水汽通量和風場。12月28日20時—29日08時(圖略)，四川東部有暖切變維持，29日20時(圖3)，銅仁市上空700 hPa高度上，暖切變減弱消散，在廣西西北—貴州東南一帶有水汽通道建立，對應西南急流不斷增強，將孟加拉灣水汽不斷輸送至銅仁市，此時水汽通量中心值為12～20 g·cm-1·hPa-1·s-1，急流軸上最大西南風速增強至20 m·s-1，銅仁市風速達14 m·s-1，銅仁市處于水汽通道梯度區(qū)，500 hPa高度上，銅仁市位于南支槽前，槽前西南氣流將孟加拉灣的水汽源源不斷的輸送至銅仁市，風速增至26～28 m·s-1，水汽通量中心值也為24 g·cm-1·hPa-1·s-1；30日02時(圖略)，700 hPa的四川東部風速為1～2 m·s-1，切變消失，急流南壓，銅仁市上空風速減小至16 m·s-1，水汽通量中心值減小至8～16 g·cm-1·hPa-1·s-1，銅仁市風速減小至16 m·s-1，500 hPa上的西南急流維持，波動槽移至四川東部，水汽通量值略減小，中心值為20 g·cm-1·hPa-1·s-1，可以看出隨著水汽的減少，降雪增加；30日14時(圖略)以后，700 hPa西南急流減弱且向東南移動，銅仁市逐漸轉(zhuǎn)為偏西風，水汽通量值減小，500 hPa波動槽移至省西北部邊緣，西南急流增強急流軸南下至貴州省東南部，銅仁市風速增至32 m·s-1，水汽通量值急劇減小至4～12 g·cm-1·hPa-1·s-1，降雪隨之減弱。

圖3 2018年12月29日20時700 hPa(a)、500 hPa (b)水汽通量(陰影，單位:g·cm-1·hPa-1·s-1)與風場(風向桿，單位: m·s-1)Fig.3 700 hPa (a) and 500 hPa (b) water vapor flux (shading, unit:g·cm-1·hPa-1·s-1) and wind field (wind bar, unit: m·s-1) at 20∶00 on December 29, 2018

從銅仁市水汽通量散度的剖面圖和相對濕度的時序圖上來看，降雪發(fā)生前，對流層中層水汽輻合，對流層低層水汽輻散，且相對濕度厚度??；降雪發(fā)生時，29日20時(圖4)，對流層中層為水汽輻散，水汽輻合中心降低，800～600 hPa為水汽輻合區(qū)，水汽輻合中心在700 hPa附近，最大值為20 g·cm-2·hPa-1·s-1，位于銅仁市東部，且相對濕度厚度(圖5)逐漸增加至400 hPa附近，說明此時大氣中水汽含量充足，中低層強輻合，高層強輻散的抽吸作用利于大范圍降雪的產(chǎn)生；30日02時水汽輻合高度不變，強度略減弱，水汽輻合中心仍處于銅仁市東部，相對濕度厚度持續(xù)增加，濕層深厚也是銅仁市東部降雪較西部區(qū)縣大的原因之一；直至30日14時(圖略)，銅仁市上空整層為水汽輻散，且相對濕度急速減弱，降雪過程隨之結束。

結合降雪實況可知，強降雪階段對流層低層同時有來自孟加拉灣和東海南部的水汽輸送，且有較強的水汽輻合，其中任一水汽通道的減弱或消失與水汽通量散度絕對值減小或轉(zhuǎn)為正值都將意味著降雪趨于減弱或停止。

2.3 動力抬升條件

從距離銅仁市最近的懷化探空站T-lnp圖上可見，暴雪過程中，低層溫度低于0 ℃，700 hPa存在西南急流，有逆溫層存在，濕層深厚，在1 000～880 hPa之間有偏北或東北風構成的冷墊。29日08時(圖6a)，880～800 hPa之間有逆溫層，溫差為12 ℃，850 hPa附近以下為偏東北風，形成冷墊，700 hPa以上有強烈的西南暖濕急流輸送水汽沿冷墊爬升，570 hPa以下為濕層，700 hPa西南偏西風速為16 m·s-1，750～700 hPa層溫度在0 ℃以上，925 hPa東北風速為8 m·s-1，925～700 hPa的垂直風切變?yōu)?3.8 m·s-1，相應的垂直速度剖面顯示(圖7)，500 hPa以上為上升運動區(qū)域，強度為-20 Pa·s-1，29日14時700 hPa垂直上升運動增強，銅仁市開始轉(zhuǎn)為小雪天氣；29日20時(圖6b)，低層溫度降至-3 ℃，逆溫層頂抬升至700 hPa附近，逆溫層增厚，溫差減小為11 ℃，500 hPa以上為冷平流，其厚度減小，暖濕氣流爬升至470 hPa，700 hPa西南急流維持，925 hPa東北風增強至10 m·s-1，兩層間的垂直風切變增強至25.8 m·s-1；且700～200 hPa為上升運動區(qū)，低層冷墊之上600 hPa高度處為最大抬升運動中心，強度增強至-50 Pa·s-1，700 hPa垂直上升運動持續(xù)到30日02時，降雪強度逐漸增強；30日08時(圖略)，低層溫度降至-4 ℃，逆溫層厚度減弱，溫差減小至9 ℃，冷暖平流強度減弱，濕層略增厚，925 hPa東北風速減弱至6 m·s-1，其兩層間垂直風切變減小至21.8 m·s-1，其垂直速度上升運動中心抬升至400 hPa，質(zhì)心升高，上升厚度減小至500～300 hPa，700 hPa的垂直上升運動減弱，降雪強度相應減弱；在14時整層轉(zhuǎn)為輻散下沉運動，降雪趨于結束。

圖6 2018年12月29日08時(a)、20時( b) 懷化站T-lnP圖和風廓線(左側短實線為距地面1 km、2 km、3 km、6 km 高度的位置; 右側短實線為 0 ℃、-10 ℃、-20 ℃、-30 ℃溫度層的高度;LFC為自由對流高度，單位為hPa;CCL為對流凝結高度，單位為hPa;LCL為抬升凝結高度，單位為hPa)Fig.6 T-lnP diagram and wind profile of Huaihua Station at 08∶00 (a) and 20∶00 (b) on December 29, 2018

圖7 2018年12月28日08時—30日20時銅仁市本站垂直速度(單位：Pa·s-1)時序圖Fig.7 Timing chart of vertical speed (unit:Pa·s-1) of Tongren City Station from 08 to 30 on December 30, 2018

可以看出，濕層厚度增強為暴雪提供了較好的水汽條件；持續(xù)的冷墊抬升為暴雪的不穩(wěn)定能量釋放提供了動力條件；700 hPa較強的垂直上升運動較好的對應了降雪的強度；對流層中低層較強的垂直風切變?yōu)楸┭┻^程的發(fā)生創(chuàng)造了良好的動力不穩(wěn)定條件。

2.4 熱力條件

圖8為沿27.8°N的溫度平流緯向垂直剖面圖。暴雪過程開始前28日20時(圖略),在700～850 hPa之間存在弱的暖平流，在103°E上空700 hPa為暖平流，500 hPa附近為強冷平流，強度達-70×10-3K·s-1，在29日08時(圖略)銅仁市上空850 hPa的暖平流得以增強，中心值達到6×10-3K·s-1，108°～109°E上空900～800 hPa為暖平流，800 hPa以上為冷平流，在103°E上空的暖平流及強冷平流也在增強且中心高度升高，冷平流中心強度達-95×10-3K·s-1，并且向銅仁市入侵，上空500 hPa處冷平流增強，強度達-35×10-3K·s-1，高空強暖平流處于106.5°E附近300 hPa上空處；29日14時(圖略)，銅仁市上空800 hPa轉(zhuǎn)為弱暖平流，900 hPa及近地面冷平流維持，在103°E上空的暖平流及強冷平流也隨之減弱，冷平流中心高度升高至250 hPa，強度減至-85×10-3K·s-1，向銅仁市入侵的冷平流加強，強度達-55×10-3K·s-1，高空強暖平流處于東移下傳，此時銅仁市西部開始出現(xiàn)小雨轉(zhuǎn)雪的天氣；29日20時(圖8a)，銅仁市上空800 hPa附近暖平流范圍增大，強度維持，其上為冷平流，尤其是400 hPa上空的強冷平流仍在繼續(xù)東移，中高空急流增強，而800 hPa以下則為冷平流，及近地層冷空氣墊，傍晚銅仁市東部開始轉(zhuǎn)為純雪天氣，暴雪區(qū)位于800 hPa以上高層冷平流、低層暖平流的疊加區(qū)域，“上冷下暖”為不穩(wěn)定大氣；30日02時(圖8b)，高層冷平流減弱，低層暖平流減小，中高層冷平流中心東移下傳至600 hPa附近，200 hPa高空強暖平流東移，中心升高，不穩(wěn)定能量逐漸釋放，此時銅仁市東部降雪達最大；30日14時(圖略)，銅仁市上空700 hPa以下無明顯的溫度平流，而700 hPa以上均為冷平流控制，強度減弱，高空強暖平流消散，不穩(wěn)定能量釋放完成，降雪逐漸減弱消散。

圖8 2018年12月29日20時(a)、30日02時(b)溫度平流沿27.8°N的緯向剖面圖Fig.8 Latitude cross-sectional view of temperature advection along 27.8 ° N at 20∶00 (a) on December 29, 2018 and 2∶00 on the 30th (b)

圖9是銅仁市本站上空假相當位溫(θse)和溫度隨高度的變化。定義鋒面的下界面為288 K，上界面為315 K，θse鋒區(qū)特征線下界下方來自中高緯地區(qū)的冷氣團，鋒區(qū)特征線上界上方來自熱帶海洋面的暖氣團，兩特征線上下界之間為冷暖氣團的過渡帶，即鋒區(qū)。 28日20時(圖略)850 hPa受冷氣團控制，冷區(qū)θse值小于284 K，東北風急流影響，700 hPa以上有暖濕氣團的爬升，θse值大于320 K，29日08時(圖9a)，暖舌不斷向鋒區(qū)上界面爬升北抬，在27°N上空附近750～650 hPa之間θse隨高度增加，表明在銅仁市南部上空為對流不穩(wěn)定大氣，有弱對流不穩(wěn)定能量的積聚，θse梯度變大，鋒區(qū)更為狹窄，鋒區(qū)下方冷氣團中心位于銅仁市近地面，高空急流增強，低空東北急流維持，29日20時(圖9b)，鋒區(qū)下方冷氣團加強，暖舌南移，強度減弱，不穩(wěn)定能量釋放，700 hPa西南急流加強，此時降雪強度增大，之后銅仁市上空θse隨高度增大，為穩(wěn)定大氣，造成持續(xù)性的降雪天氣，30日14時(圖略)，銅仁市近地層無冷暖氣團交匯，θse梯度減小，鋒區(qū)變寬，700 hPa轉(zhuǎn)為偏西風，急流消失，雪止轉(zhuǎn)晴。

綜上所述，強降雪時刻暴雪區(qū)上空冷平流疊加于低層暖平流之上為不穩(wěn)定大氣，800 hPa附近為冷暖平流交匯區(qū)，之后銅仁市上空轉(zhuǎn)為穩(wěn)定大氣，此次降雪初期為對流性降雪，之后轉(zhuǎn)為持續(xù)性降雪，造成暴雪的發(fā)生。

3 雷達資料分析

3.1 基本反射率

從此次暴雪過程的1.5°仰角的雷達反射率因子圖上看，主體呈層狀云降水回波，回波強度分布較均勻，邊緣模糊，局地有對流回波，具有混合性降水特征，與弱降水回波略有相似，此間有兩次增強的時間段，一次在29日17時，一次在30日02時，均為東北移向。降雪回波強度在15～40 dBz之間，回波頂高在4 km以下。

圖9 2018年12月29日08時(a)、20時(b)假相當位溫(黑色實線，單位：K)、溫度(紅色虛線，單位：℃)及風場沿109.2°E的垂直剖面圖Fig.9 8∶00 (a) on December 29, 2018, 20∶00 on 29 (b) false equivalent potential temperature (black solid line，unit: K), temperature (red dashed line，unit: ℃) and wind field edge 109.2°E vertical profile

29日17時12分在銅仁市西南部有20～25 dBz強度的層狀云回波生成，17時35分在江口縣西部的反射率因子強度增強至35 dBz，18時10分(圖10a)強回波中心開始進入雷達站，此時在雷達站西南方向100 km以內(nèi)有大片層狀云回波，平均回波強度25～35 dBz，江口縣南部最大回波強度達42 dBz，自西南向東北方向移動，在銅仁市西南部不斷有新的回波主體生成發(fā)展，移向雷達站方向，19時01分(圖10b)強回波中心移至江口縣南部，強度達45 dBz，此時回波范圍逐漸減小，之后回波呈斑點狀，在20時44分銅仁市回波強度在15～30 dBz之間，較為分散；21時13分、21時53分兩個時次在江口縣南部均有一對流云團生成發(fā)展，朝雷達站方向移動，雷達站附近區(qū)域降雪不斷增強，23時19分(圖10c)雷達站區(qū)域回波開始減弱，降雪減弱，此時在思南、印江的云團開始發(fā)展，強度增強至20～30 dBz，朝偏東方向移動，30日00時22分(圖10d)回波主體移至松桃中部，最大回波強度達37 dBz，回波范圍逐漸增大，00時45分銅仁市東部表現(xiàn)為大范圍的層狀云降水回波，尤其是萬山區(qū)降雪增強，01時54分(圖10e)強回波雨帶分成兩條，分別在銅仁市北部和東南部，朝偏東方向移動，04時17分在江口南部有回波發(fā)展，05時03分(圖10f)移至雷達站附近，再一次致使銅仁市東部降雪強度增加，07時03分回波減弱，范圍減小，09時27分回波減小至15 dBz以下，降雪減小，12時30分銅仁市沒有回波，降雪結束。

圖10 2018年29—30日1.5°仰角的多普勒雷達的反射率因子Fig.10 Reflectance factor of Doppler radar at 1.5 ° elevation from 29 to 30, 2018

3.2 徑向速度

從此次暴雪過程的1.5°仰角的雷達平均徑向速度圖上分析，雷達站上空徑向速度場中低層存在東北急流，徑向速度零線呈現(xiàn)較明顯的“S”型，低層吹北風，50km處吹東風，風隨高度順轉(zhuǎn)，暖平流強盛。

圖11 2018年29日18時10分1.5°仰角的多普勒雷達的徑向速度Fig.11 Radial velocity of Doppler radar at an elevation angle of 1.5 ° at 18∶10 on 29th, 2018

此次暴雪過程以對流性降水和穩(wěn)定性層狀云降水為主，在江口縣南部不斷有新的對流回波生成發(fā)展東移影響，形成列車效應，造成持續(xù)性的降雪從而形成暴雪天氣。

4 結論與討論

本文利用常規(guī)探測資料、NCEP再分析資料和多普勒雷達資料，對2018年12月29日銅仁市暴雪過程的環(huán)流形勢特征與成因進行了分析，得出以下結論：

①此次南支型暴雪過程持續(xù)時間長、范圍廣、積雪深，高空南支槽、700 hPa西南急流和850 hPa東北回流是此次暴雪發(fā)生的有利天氣尺度背景。

②強降雪階段對流層低層有來自孟加拉灣源源不斷的水汽輸送，濕層厚度增強，且有較強的水汽輻合，其中任一水汽通道的減弱或消失與水汽通量散度絕對值減小或轉(zhuǎn)為正值都將意味著降雪趨于減弱或停止。

③持續(xù)的冷墊抬升觸發(fā)了暴雪極不穩(wěn)定能量；700 hPa較強的垂直上升運動較好的對應了降雪的強度；對流層中低層較強的垂直風切變?yōu)楸┭┻^程的發(fā)生創(chuàng)造了良好的動力條件。

④強降雪時刻暴雪區(qū)800 hPa以上位于高層冷平流、低層暖平流的疊加區(qū)域，為不穩(wěn)定大氣；此次降雪初期為對流性降雪，之后轉(zhuǎn)為持續(xù)性降雪，有列車效應的現(xiàn)象，致使暴雪天氣的發(fā)生。

問題：此次降雪前在700 hPa四川東部有切變，之后切變消失，也有暴雪的發(fā)生，這與“700 hPa切變線對銅仁市暴雪天氣的發(fā)生有指示意義”的結論相悖，是否說明700 hPa切變線并不是銅仁市降雪的必要條件；而此次過程暴雪區(qū)域出現(xiàn)在銅仁市中東部地區(qū)，是否與梵凈山特殊地形阻擋的原因，低層東北回流侵入銅仁市，爬不過梵凈山，而700 hPa西南暖濕急流的輸送，形成的層結不穩(wěn)定天氣，高空槽前抬升觸發(fā)產(chǎn)生暴雪的原因，那么地形因素對暴雪是否產(chǎn)生了作用、作用有多大，還有待于今后進一步探討研究。