銅仁市降雪環(huán)流特征及環(huán)境指標(biāo)分析

李小蘭 陳軍 張軍 張明飛 陳超

摘要 利用Micaps、地面觀測(cè)等資料，對(duì)貴州省銅仁市2007—2016年降雪天氣過(guò)程進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果表明：（1）銅仁市降雪主要發(fā)生在市東部和南部，由東南向西北遞減;（2）根據(jù)地面冷空氣路徑將降雪環(huán)流類(lèi)型分為東北回流型和偏北路徑型，分別占90%和10%;南支槽、700 hPa低空急流和切變線、地面冷鋒是產(chǎn)生降雪的主要天氣影響系統(tǒng);降雪時(shí)，中層500 hPa南支槽位于95°～105°E之間，地面上貝加爾湖西側(cè)附近均存在一個(gè)1 060 hPa左右的強(qiáng)冷高壓中心，1 030 hPa海平面等壓線可作為銅仁市降雪開(kāi)始的特征線;（3）銅仁區(qū)域降雪水汽輸送主要靠700 hPa層，850 hPa層次之，渦度、垂直速度整層均為正值，且東部物理量條件比西部好;（4）合成探空顯示降雪時(shí)銅仁區(qū)域環(huán)境溫度從低層到高層基本為冷層，850～700 hPa存在明顯的逆溫層，500、700、850 hPa及地面平均溫度分別為-14℃、-2℃、-6℃和0.5℃。

關(guān)鍵詞 降雪;環(huán)流特征;預(yù)報(bào)指標(biāo)

中圖分類(lèi)號(hào)：S161.6 ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：2095–3305（2021）03–0084–03

雪是貴州冬季的災(zāi)害性天氣之一，常與凍雨相繼出現(xiàn)，形成低溫雨雪冰凍災(zāi)害天氣，對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、交通運(yùn)輸、居民財(cái)產(chǎn)等造成重大損失。如2008年的貴州持續(xù)低溫雨雪冰凍天氣，對(duì)貴州各行各業(yè)造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失[1]。近年來(lái)，不少專(zhuān)家學(xué)者對(duì)降雪天氣展開(kāi)了研究，陳海山等[2]研究指出，中國(guó)北方冬季暴雪發(fā)生頻次較高區(qū)域主要位于東北，在空間分布上呈現(xiàn)由西北向東南增加的態(tài)勢(shì)，且存在明顯的年代際變化特征;萬(wàn)瑜等[3]研究認(rèn)為，產(chǎn)生暴雪時(shí)對(duì)流層低層豫南地區(qū)同時(shí)存在兩個(gè)水汽來(lái)源，一是700 hPa西南急流對(duì)孟加拉灣水汽的輸送，二是850 hPa東南氣流對(duì)東海南部水汽的輸送，低層較強(qiáng)的水汽輸送及輻合、貫穿整個(gè)對(duì)流層的濕層、維持較高的比濕和整層可降水量對(duì)暴雪的形成與持續(xù)有一定的指示意義;楊祖祥等[4]分析指出雙偏振雷達(dá)的ML產(chǎn)品和HCL產(chǎn)品對(duì)安徽冬季降水粒子的探測(cè)和降水相態(tài)的判定有一定的參考價(jià)值。對(duì)于南方降雪而言，500 hPa南支槽及地面冷鋒是關(guān)鍵性影響因素，較深的南支槽和較強(qiáng)的鋒區(qū)利于貴州降雪。貴州首席預(yù)報(bào)員杜小玲等[5]對(duì)2011年初貴州持續(xù)低溫雨雪冰凍天氣進(jìn)行了深入研究，文章指出強(qiáng)凍雨、冰粒及降雪天氣的溫度場(chǎng)、鋒區(qū)結(jié)構(gòu)、大氣運(yùn)動(dòng)狀況等存在差異，當(dāng)出現(xiàn)降雪天氣時(shí)，鋒面逆溫高度較高、逆溫梯度最小、逆溫厚度薄，逆溫區(qū)無(wú)暖層，云層伸展高度超過(guò) 500 hPa，具有深厚的垂直上升運(yùn)動(dòng)和冷云降水的特點(diǎn)。吳哲紅等[6]把2011年降雪和凍雨過(guò)程與2008年進(jìn)行對(duì)比分析，結(jié)果表明，降雪與凍雨最明顯的特征是降雪時(shí)層結(jié)基本無(wú)逆溫，逆溫層的出現(xiàn)是降雪轉(zhuǎn)換成凍雨的重要原因。也有專(zhuān)家開(kāi)展了數(shù)值模擬研究，如趙美艷等[7]對(duì)2008年初南方冰雪天氣逆溫層特征進(jìn)行模擬分析，揭示了逆溫層維持的機(jī)制，認(rèn)為逆溫層底部的降溫主要是由近地面的西北冷平流及空氣的上升絕熱冷卻所致。盡管不少專(zhuān)家對(duì)低溫雨雪過(guò)程進(jìn)行了研究，但大部分研究局限于對(duì)一次過(guò)程的分析，且研究范圍較大，一些小區(qū)域氣候特征并不能表現(xiàn)出來(lái)。

貴州省銅仁市處于貴州東北部，冬季受北方強(qiáng)冷空氣影響頻繁，降雪過(guò)程較多，區(qū)域內(nèi)南北差異較大，對(duì)其進(jìn)行系統(tǒng)性的研究仍有必要。通過(guò)對(duì)銅仁市近10 a的降雪資料進(jìn)行分析，統(tǒng)計(jì)出降雪指標(biāo)，為今后預(yù)報(bào)提供一定的參考。

1 資料和方法

使用銅仁市2007—2016年地面觀測(cè)降雪數(shù)據(jù)，Micaps系統(tǒng)常規(guī)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)和探空數(shù)據(jù)。通過(guò)篩選近10 a銅仁市降雪天氣過(guò)程，并定義某日一個(gè)或多個(gè)國(guó)家觀測(cè)站點(diǎn)出現(xiàn)降雪現(xiàn)象為1次降雪過(guò)程，同1日≥4個(gè)國(guó)家觀測(cè)站同時(shí)出現(xiàn)降雪現(xiàn)象時(shí)為1次典型的降雪天氣過(guò)程（銅仁市共10個(gè)國(guó)家觀測(cè)站點(diǎn)），1次典型降雪過(guò)程持續(xù)時(shí)間不限，共采納30次典型的降雪天氣過(guò)程。采用統(tǒng)計(jì)分析、合成分析、插值處理等方法進(jìn)行研究。

2 銅仁市降雪時(shí)空特征分析

2.1 降雪時(shí)間變化特征

統(tǒng)計(jì)2007—2016年銅仁市10個(gè)國(guó)家觀測(cè)站點(diǎn)的降雪情況（圖1），近10 a除了2015年沒(méi)有典型的降雪天氣過(guò)程外，其余年份均出現(xiàn)了明顯的降雪過(guò)程。最多的年份為2008、2011、2012年，均出現(xiàn)了5次。從降雪持續(xù)時(shí)間來(lái)看，2008年降雪過(guò)程持續(xù)了21 d。

2.2 降雪空間分布特征

2007—2016年降雪過(guò)程主要發(fā)生在銅仁市的東部、南部，由東南向西北逐漸遞減，該市東部萬(wàn)山區(qū)、玉屏縣、松桃縣、碧江區(qū)降雪日最多，萬(wàn)山區(qū)達(dá)146 d，該市西部思南縣最少，僅有31 d（圖2）。

3 降雪環(huán)流特征

根據(jù)地面冷空氣路徑，總結(jié)了兩種環(huán)流類(lèi)型，即東北回流型和偏北路徑型（圖3）。結(jié)合統(tǒng)計(jì)分析地面冷中心位置、冷中心強(qiáng)度、冷空氣路徑、指標(biāo)等壓線、南支槽位置及高空風(fēng)等分布情況，得出如下環(huán)流特征：

（1）東北回流型：地面冷空氣從兩湖盆地南下，由于受到科氏力的作用向西回流，從貴州東北方向入境。該類(lèi)型個(gè)例占90%。分析該類(lèi)型環(huán)流特征（圖3a）可知，降雪時(shí)南支槽位于95°E～105°E之間，槽前西南風(fēng)速達(dá)到20 m/s以上，最大可達(dá)44 m/s;700 hPa為西南急流，位于貴州省南部至湖南南部一帶，切變線位于淮河上游至重慶北部到四川南部一帶，西南急流達(dá)14 m/s，最大達(dá)28 m/s，銅仁市位于西南急流左側(cè);850 hPa主要為東北氣流，有時(shí)為高壓后部的東南氣流，東北氣流或東南氣流形成降雪的冷墊，風(fēng)速在4 m/s以上，最強(qiáng)可達(dá)14 m/s;地面上，在貝加爾湖西側(cè)（95°E，45°N附近）存在一個(gè)強(qiáng)冷高壓中心，其中心強(qiáng)度在1 042.5～1 060 hPa，降雪時(shí)銅仁市區(qū)域海平面氣壓場(chǎng)上等壓線值在1 030 hPa左右，該特征等壓線可作為銅仁市降雪開(kāi)始的海平面氣壓指標(biāo)，當(dāng)大于1 040 hPa的等壓線向西推進(jìn)至銅仁市西部邊界時(shí)，同時(shí)，南支槽移出銅仁市上空，銅仁市降雪停止，天氣趨于轉(zhuǎn)好。

（2）偏北路徑型：地面冷空氣從青藏高原南下，經(jīng)四川盆地從偏北路徑影響貴州，該類(lèi)型個(gè)例占10%。分析該類(lèi)型環(huán)流特征（圖3b）可知，降雪時(shí)南支槽位于95°E～105°E之間，槽前西南風(fēng)速達(dá)到26 m/s以上，最大可達(dá)44 m/s;700 hPa西南急流位于貴州省南部至湖南南部一帶，切變線位于黃河下游至重慶北部到四川南部一帶，西南急流達(dá)14 m/s，最大達(dá)28 m/s，銅仁市位于西南急流左側(cè);850 hPa為東北氣流，風(fēng)速在6～20 m/s;地面上，在貝加爾湖西側(cè)偏南（95°E，45°N附近）存在一個(gè)強(qiáng)冷高壓中心，其中心強(qiáng)度在1 052.5～1 060 hPa之間，降雪時(shí)銅仁市海平面氣壓場(chǎng)上等壓線值均在1 030 hPa以上，該特征等壓線可作為銅仁市降雪開(kāi)始的氣壓指標(biāo)，當(dāng)大于1 040 hPa的海平面等壓線壓過(guò)銅仁市南部邊界時(shí)，此時(shí)南支槽移出銅仁市上空，銅仁市降雪停止，天氣趨于轉(zhuǎn)好。

4 降雪物理量指標(biāo)

統(tǒng)計(jì)2007—2016年銅仁市30次典型的降雪天氣過(guò)程相關(guān)物理量格點(diǎn)值，并采用插值方法將物理量數(shù)據(jù)插值到銅仁市10個(gè)國(guó)家站位置上，再計(jì)算出各類(lèi)物理量的平均值。由結(jié)果可知，在水汽條件方面，700 hPa比濕較大，在3.3～4.0 g/kg之間，850 hPa次之，說(shuō)明東北風(fēng)里仍帶有一定的水汽;水汽通量表明水汽輸送強(qiáng)度也主要靠700 hPa，強(qiáng)度在5.3～6.7 g/（cm·s）之間，而850 hPa與500 hPa南支槽前水汽輸送強(qiáng)度相當(dāng);相對(duì)濕度場(chǎng)850 hPa之下達(dá)到飽和;水汽通量散度場(chǎng)可知低層850 hPa為水汽輻合，700 hPa之上為水汽輻散;從環(huán)境場(chǎng)的動(dòng)力抬升來(lái)看，從低層到高層為深厚的垂直運(yùn)動(dòng)，渦度場(chǎng)上整層為正渦度，500 hPa達(dá)到最大。此外，從比濕、垂直速度物理量場(chǎng)上看，東部銅仁、萬(wàn)山、玉屏、松桃4個(gè)區(qū)縣的平均物理量值比其他區(qū)縣要大，東部區(qū)域比其它區(qū)域更利于產(chǎn)生降雪，這與圖2降雪空間分布一致。

5 降雪探空特征

降雪的產(chǎn)生對(duì)溫度層結(jié)有一定的要求，有研究指出，貴州不同相態(tài)降水是靜止鋒后冷氣團(tuán)一側(cè)鋒面降水造成的結(jié)果，溫度層結(jié)、濕層高度、逆溫梯度、云頂溫度、逆溫底溫度與地面溫度對(duì)不同降水相態(tài)的形成具有重要影響[8]。通過(guò)對(duì)銅仁市降雪日的平均物理量垂直分布進(jìn)行合成，從降雪日合成探空溫濕曲線可知，銅仁產(chǎn)生降雪時(shí)環(huán)境溫度從低層到高層基本為冷層，850 hPa～700 hPa存在明顯的逆溫層，500 hPa平均溫度在-14℃左右，700 hPa平均溫度在-2℃左右，850 hPa平均溫度在-6℃左右，地面平均氣溫在0.5℃左右（圖4）。少數(shù)降雪天氣過(guò)程700 hPa可出現(xiàn)淺薄暖層（逆溫強(qiáng)度達(dá)3℃），冰晶、雪花在中高層形成后，經(jīng)過(guò)淺薄的暖層并未完全融化，快速經(jīng)過(guò)淺薄暖層后進(jìn)入850 hPa冷層，然后下落至0.5℃左右的地面時(shí)，以降雪相態(tài)出現(xiàn);結(jié)合露點(diǎn)曲線可知，降雪時(shí)低層700 hPa以下水汽為飽和區(qū)，中層500 hPa以上水汽相對(duì)較干;從風(fēng)場(chǎng)垂直分布來(lái)看，850 hPa以下為東北風(fēng)，700 hPa以上為西南風(fēng)，地面風(fēng)速在2 m/s左右，850 hPa風(fēng)速在8 m/s左右，700 hPa風(fēng)速在16 m/s左右，500 hPa風(fēng)速在26 m/s左右。

6 結(jié)語(yǔ)

對(duì)2007—2016年貴州省銅仁市的降雪天氣過(guò)程，分別從降雪時(shí)空分布、環(huán)流特征、物理量、溫度層結(jié)等方面進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，得出了如下結(jié)論和降雪指標(biāo)：

（1）降雪時(shí)空分布上，近10 a銅仁市在2008、2011、2012年均出現(xiàn)了5次典型的降雪天氣過(guò)程，降雪時(shí)間最長(zhǎng)持續(xù)了21 d;降雪主要產(chǎn)生在市的東部、南部，由東南向西北逐漸遞減，降雪日東部萬(wàn)山最多達(dá)146 d，西部思南最少，為31 d。

（2）根據(jù)地面冷空氣路徑，將降雪環(huán)流形勢(shì)總結(jié)為兩種類(lèi)型，即東北回流型和偏北路徑型，分別占90%和10%，南支槽、700 hPa低空急流和切變線、地面冷鋒是產(chǎn)生降雪的主要天氣影響系統(tǒng)。降雪時(shí)南支槽位于95°E～105°E，700 hPa切變線位于四川南部至重慶北部一帶，850 hPa為東北風(fēng)或東南風(fēng)形成降雪的冷墊;地面上，在貝加爾湖西側(cè)（95°E，45°N附近）均存在一個(gè)強(qiáng)冷高壓中心，其中心強(qiáng)度在1 047.5～1 060 hPa，1 030 hPa海平面等壓線可作為銅仁市降雪特征線。

（3）物理量場(chǎng)上，銅仁區(qū)域水汽輸送主要靠700 hPa，850 hPa次之;環(huán)境場(chǎng)動(dòng)力抬升方面，從低層到高層為深厚的上升運(yùn)動(dòng)，渦度場(chǎng)上整層為正渦度，500 hPa達(dá)到最大。

（4）銅仁區(qū)域降雪時(shí)環(huán)境溫度從低層到高層基本為冷層，850 hPa～700 hPa存在明顯的逆溫層，500 hPa平均溫度在-14℃左右，700 hPa平均溫度在-2℃左右，850 hPa平均溫度在-6℃左右，地面平均氣溫在0.5℃左右;降雪時(shí)低層700 hPa以下水汽為飽和區(qū)，中層500 hPa以上水汽相對(duì)較干。從風(fēng)場(chǎng)看，850 hPa以下為東北風(fēng)，700 hPa以上為西南風(fēng)，地面風(fēng)速在2 m/s左右，850 hPa風(fēng)速在8 m/s左右，700 hPa風(fēng)速在16 m/s左右，500 hPa風(fēng)速在26 m/s左右。

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責(zé)任編輯：黃艷飛