鈐偉妙 羅亞麗 曹 越 張 曉 車少靜

1.石家莊市氣象局，石家莊，050081

2.中國(guó)氣象科學(xué)研究院災(zāi)害天氣國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京，100081

3.河北省氣象與生態(tài)環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，石家莊，050021

4.石家莊學(xué)院，石家莊，050035

5.河北省氣候中心，石家莊，050021

1 引言

暴雪是中國(guó)北方冬季的高影響天氣。根據(jù)中央氣象臺(tái)規(guī)定，以24 h累計(jì)降雪量為劃分標(biāo)準(zhǔn)，降雪量5.0—9.9 mm為大雪，降雪量達(dá)到或超過10 mm為暴雪（Sun，et al，2010）。大雪和暴雪發(fā)生時(shí)伴隨較強(qiáng)的上升運(yùn)動(dòng)、豐富的水汽輸送和近地面氣溫快速下降（Wang，et al，2013；Yang，et al，2019），近地面偏北冷平流和偏南水汽輸送是發(fā)生降雪的關(guān)鍵因子（Sun，et al，2013，2019a），異常大的偏南水汽輸送是華北暴雪的決定性因子（Xie，et al，2019），這些因子跟天氣尺度系統(tǒng)配置關(guān)系密切。

華北冬半年暴雪的主要環(huán)流形勢(shì)之一為“回流”型，回流指的是自東北平原經(jīng)渤海向西入侵華北平原的低層冷性偏東氣流?；亓鞯某霈F(xiàn)與華北地區(qū)地面呈東北高、西南低的氣壓場(chǎng)密切相關(guān)，偏東風(fēng)多出現(xiàn)在2 km以下邊界層內(nèi)，在降雪過程中起“冷墊”的作用（張迎新等，2006；于波等，2022），對(duì)應(yīng)地面天氣系統(tǒng)有回流冷鋒（張迎新等，2007；周雪松等，2008；侯瑞欽等，2011）、華北錮囚鋒（易笑園等，2010；葉晨等，2011）、地面倒槽（Li，et al，2010）等。回流暴雪天氣發(fā)生時(shí)，高空為兩槽一脊（烏拉爾山地區(qū)和河套地區(qū)有低槽）或高緯度低壓帶型（50°—65°N，75°—130°E為低壓帶，河套及以西地區(qū)有低壓槽）（張守保等，2008），中低層往往有西南急流，將源自孟加拉灣和中國(guó)南海的水汽向暴雪區(qū)輸送（Sun，et al，2019a，2019b）?？梢?，華北回流暴雪是暖濕空氣在自東北平原南下經(jīng)渤海影響華北的冷空氣上爬升造成的（張迎新等，2006；Li，et al，2010；Jiao，et al，2019），并且太行山地形在華北回流暴雪過程中對(duì)低層偏東氣流有阻擋、匯聚和抬升作用（周雪松等，2008；張迎新等，2011a，2011b）。由于以往缺乏精密監(jiān)測(cè)資料，如何甄別邊界層偏東風(fēng)回流的厚度、溫濕特性、中低層水汽輸送對(duì)降雪強(qiáng)度演變的影響仍不清楚。

大尺度天氣背景為降雪提供水汽輸送和垂直上升運(yùn)動(dòng)，而云的微物理特征決定云內(nèi)水凝物的增長(zhǎng)方式和下落速度，從而影響降雪的強(qiáng)度和總量（Stewart，et al，2015；Gehring，et al，2020）。新型高精密非常規(guī)氣象觀測(cè)資料，如雨滴譜儀、風(fēng)廓線雷達(dá)、微波輻射計(jì)等觀測(cè)資料開始應(yīng)用于分析暴雪的云微物理過程及環(huán)境動(dòng)、熱力狀況。風(fēng)廓線雷達(dá)資料能揭示高、低空急流的精細(xì)演變（Miao，et al，2018），微波輻射計(jì)資料（Xu，et al，2015；Sun J，et al，2019）能顯示云層和環(huán)境大氣精細(xì)的溫濕垂直結(jié)構(gòu)特征，對(duì)降雪強(qiáng)度及水凝物相態(tài)變化有指示意義（李德俊等，2012，2013）。基于雨滴譜儀觀測(cè)資料研究表明，雪花粒子直徑（D）和雪花下落速度（V）呈冪指數(shù)關(guān)系（Zawadzki，et al，2010；Szyrmer，et al，2010），雪花粒子譜與速度譜分布與雪花粒子大小、密度和降雪強(qiáng)度演變均有關(guān)系，而兩種譜分布形成受大氣溫、濕層結(jié)的直接影響（周黎明等，2014；胡云濤等，2017；李遙等，2019）。利用數(shù)值模式模擬研究分析發(fā)現(xiàn)，當(dāng)水汽輸送較強(qiáng)時(shí)，降雪以凝華增長(zhǎng)和凇附增長(zhǎng)為主，水汽輸送較弱時(shí)，以凝華增長(zhǎng)和聚并增長(zhǎng)為主，且冰晶、雪晶生成和增長(zhǎng)過程與垂直上升速度成正相關(guān)（高茜等，2020）。然而，對(duì)于華北降雪的微物理特征的研究極為稀少，非常規(guī)觀測(cè)資料應(yīng)用于降雪預(yù)報(bào)的潛力有待挖掘。

作為中國(guó)政治、文化中心和中國(guó)三大城市群之一，位于華北中部的京津冀地區(qū)（圖1a）對(duì)天氣預(yù)報(bào)的精準(zhǔn)度要求極高。2020年1月5日華北中部出現(xiàn)2019年冬季唯一的一場(chǎng)暴雪，降雪量為5.6—15.5 mm，石家莊（SJZ）-邢臺(tái)（XT）-衡水（HS）存在一條西北—東南向的暴雪區(qū)，關(guān)鍵區(qū)內(nèi)共15個(gè)國(guó)家級(jí)氣象站出現(xiàn)暴雪（圖2a）。降雪從1月5日07時(shí)自邯鄲（HD）開始，由南向北推進(jìn)，10—11時(shí)邢臺(tái)和石家莊相繼出現(xiàn)降雪，12—15時(shí)降雪強(qiáng)度較大，大部分站點(diǎn)小時(shí)降雪量在1 mm以上，其中，邢臺(tái)南宮（NG）13時(shí)測(cè)得本次暴雪過程的最大小時(shí)降雪量（3 mm），降雪過程于6日04時(shí)結(jié)束，共持續(xù)21 h（圖2b）。ECMWF、CMA-GFS模式和河北省氣象局、石家莊市氣象臺(tái)對(duì)此次降雪的降雪量預(yù)報(bào)均偏小，漏報(bào)了暴雪過程。

圖2 （a） 2020年1月5日07時(shí)—6日04時(shí)（北京時(shí)）累計(jì)降雪量空間分布，以及（b）石家莊和邢臺(tái)南宮（圖（a）中分別標(biāo)記“三角”和“圓圈”）5日11時(shí)至6日01時(shí)逐時(shí)降雪量（紅色方框?yàn)楸┭╆P(guān)鍵區(qū)，黑色方框?yàn)楸┭┥嫌螀^(qū)域）Fig.2 Accumulated snowfall （a） from 07：00 BT 5 January to 04：00 BT 6 January and （b）hourly snowfall at SJZ（triangle）station and NG （circle）station from 11：00 BT 5 January to 01：00 BT 6 January（red rectangle outlines the key region of heavy snowfall and black rectangle outlines the upstream region of the key region）

文中利用ERA5再分析資料分析了此次暴雪過程的環(huán)流背景、低空暖濕急流和近地面“回流”冷空氣的強(qiáng)度、時(shí)間和位置，并綜合多種高分辨率觀測(cè)資料揭示暴雪完整過程的本地中尺度動(dòng)、熱力場(chǎng)和云微物理特征，及其與降雪強(qiáng)度演變的關(guān)系，以期為提高強(qiáng)降雪的監(jiān)測(cè)、預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率和精細(xì)化程度提供科學(xué)基礎(chǔ)。

2 資料和方法

應(yīng)用0.25°×0.25°、逐時(shí)ERA 5再分析資料，分析華北中部2020年1月5日暴雪過程的降雪實(shí)況、環(huán)流背景；將稠密的自動(dòng)氣象站逐時(shí)觀測(cè)資料、風(fēng)廓線雷達(dá)和微波輻射計(jì)資料用于研究暴雪發(fā)生的大氣環(huán)境、云層結(jié)構(gòu)特征；地面雨滴譜儀資料用于分析降雪的云微物理特征。風(fēng)廓線雷達(dá)、微波輻射計(jì)和雨滴譜儀位于暴雪關(guān)鍵區(qū)內(nèi)，具體位置見圖1b。

圖1 （a）華北地形（色階）、風(fēng)廓線雷達(dá)（“×”）和（b）主要觀測(cè)設(shè)備分布：石家莊市風(fēng)廓線雷達(dá)與微波輻射計(jì)（加號(hào)）、雨滴譜儀（三角），石家莊（加號(hào)）、邢臺(tái)（圓圈）和邯鄲（圓圈）GPS水汽含量探測(cè)儀（圖a中藍(lán)色實(shí)線為黃河，紅色字體BJ、SH分別為北京和上海，虛線矩形為圖b顯示范圍；圖b中的黑色實(shí)線為京津冀各市邊界，紅色矩形為研究的暴雪關(guān)鍵區(qū)；圖a和b中的橙色實(shí)線為石家莊市界）Fig.1 Topography in North China （shaded），wind profilers（"×"）and distribution of major instruments：wind profiler and microwave radiometer （cross），disdrometer （triangle）in SJZ，and GPSstations in SJZ（cross），XT （circle）and HD（circle）（blue line represents the Yellow River，the red letters"BJ"and"SH"denote Beijing and Shanghai，black rectangle in Figure a indicates the area shown in Figure b，the regions enclosed in black solid lines denote the cities of Beijing-Tianjin-Hebei，orange thick lines in（a）and （b）denote the boundary of SJZ city，red rectangle in （b）outlines the key region of heavy snowfall）

2.1 地基微波輻射計(jì)

本研究使用的石家莊市國(guó)家基本氣象站布設(shè)的地基微波輻射計(jì)，為北京愛爾達(dá)電子設(shè)備有限公司的Airda-HTG4型，每分鐘完成1次全天空掃描觀測(cè)，它在典型的微波V波段（大氣氧氣窗口）和微波K波段（大氣水汽窗口）通過對(duì)大氣微波輻射的遙感測(cè)量得到亮溫?cái)?shù)據(jù)，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、線性/非線性統(tǒng)計(jì)回歸反演，最后獲得天頂方向地面至10 km高度各層的溫度、濕度、液態(tài)水含量廓線等數(shù)據(jù)。微波輻射獲取的溫度廓線較濕度廓線精度高，低層優(yōu)于高層，多云天好于晴天（Xu，et al，2015）。

2.2 風(fēng)廓線雷達(dá)

本研究使用石家莊市國(guó)家基本氣象站布設(shè)的CFL-06L波段對(duì)流層風(fēng)廓線雷達(dá)，它是以大氣湍流為探測(cè)目標(biāo)的晴空探測(cè)脈沖多普勒雷達(dá)（Liu，et al，2020），由中國(guó)航天科工集團(tuán)二院二十三所生產(chǎn)，每6 min完成1次掃描，可連續(xù)提供0.15—10 km高度的大氣水平風(fēng)矢量、垂直氣流速度、大氣折射率等氣象要素隨高度的分布，垂直分辨率0.15—4 km為120 m，4—10 km為240 m。

2.3 雨滴譜儀

本研究使用的雨滴譜儀是德國(guó)OTT公司第二代激光雨滴譜儀（OTT Parsivel），布設(shè)在石家莊東北方向約20 km的正定縣，它通過激光傳感器產(chǎn)生的水平激光測(cè)量降水粒子的直徑和通過時(shí)間，得到降水粒子的尺度譜和速度譜，可通過尺度譜和速度譜對(duì)降水粒子分類，并計(jì)算降水時(shí)的能見度和雷達(dá)反射率因子。石家莊雨滴譜儀的時(shí)間分辨率為1 min。

3 天氣尺度背景

2020年1月5日08時(shí)，即關(guān)鍵區(qū)降雪開始時(shí)，海平面氣壓場(chǎng)為高壓—倒槽回流形勢(shì)（圖3a），華北東北部為高壓，河套地區(qū)為“Ω”型氣壓場(chǎng)的低壓倒槽，河 套（37.5°N，105°E）低 壓 與 東 北 部（40°N，120°E）高壓差約為8 hPa，氣壓差為近地面帶來偏東風(fēng)（閻訪等，2015），冷空氣自東北平原經(jīng)渤海到達(dá)華北中部（紅色風(fēng)矢線），華北南部存在鋒面（黑色粗實(shí)線）。925 hPa到850 hPa有水平尺度約4°×4°的西南低渦（圖3b、3c中“D”）存在，低渦東南側(cè)的西南低空急流（風(fēng)速超過12 m/s）穿越長(zhǎng)江流域一帶，由于東部高壓阻擋而轉(zhuǎn)為東南氣流，影響華北中部，東南風(fēng)向與等溫線基本正交，暖平流強(qiáng)盛（圖3b、3c）；500 hPa高空形勢(shì)為兩槽一脊型，烏拉爾山附近為低壓槽，貝加爾湖及以西地區(qū)為高壓脊，河套及以西地區(qū)為低槽，華北地區(qū)位于高空槽前，西南風(fēng)速達(dá)16 m/s（圖3e）。重要的是，對(duì)應(yīng)500 hPa槽的位置700 hPa存在南北走向的切變線，京津冀地區(qū)位于切變線東側(cè)低空西南急流左前方（圖3d），急流向暴雪關(guān)鍵區(qū)輸送水汽。而200 hPa高空從長(zhǎng)江流域到黃海上空（28°—35°N）存在風(fēng)速大于70 m/s的西南高空急流，華北中部位于高空急流左側(cè)較強(qiáng)的輻散區(qū)內(nèi)（圖3f），有利于700 hPa低空急流北伸發(fā)展。6日05時(shí)前后，地面高壓東移，華北地區(qū)轉(zhuǎn)受均壓場(chǎng)控制，近地面東北風(fēng)轉(zhuǎn)為偏北風(fēng)；700 hPa切變線也逐漸東移，華北地區(qū)受偏北氣流影響，降雪過程結(jié)束。

圖3 1月5日08時(shí) （a）地面氣壓場(chǎng)（黑實(shí)線，單位：hPa）、溫度場(chǎng) （色階）、風(fēng)場(chǎng) （紅色風(fēng)矢）和地面鋒面 （粗黑實(shí)線），（b）925 hPa高度場(chǎng) （黑實(shí)線，單位：dagpm）、風(fēng)場(chǎng)和溫度場(chǎng) （色階），（c）850 hPa高度場(chǎng) （黑實(shí)線，單位：dagpm）、風(fēng)場(chǎng)和溫度場(chǎng) （色階），（d）700 hPa高度場(chǎng)（黑實(shí)線，單位：dagpm）、風(fēng)場(chǎng)和水汽通量（色階，單位：g/（cm·hPa·s），（e）500 hPa高度場(chǎng)（黑實(shí)線，單位：dagpm）、風(fēng)場(chǎng)（色階），（f）200 hPa高度場(chǎng)（黑實(shí)線，單位：dagpm）、散度場(chǎng)（色階，單位：10-5 s-1）、水平風(fēng)速（綠色等值線，單位：m/s）和急流核（風(fēng)向桿，風(fēng)速大于60 m/s）（紅色矩形為暴雪關(guān)鍵區(qū)，黑色圓點(diǎn)為石家莊，紅色圓點(diǎn)為北京，（d）中的紅色雙實(shí)線為700 hPa切變線）Fig.3 Synoptic analysis at 08：00 BT 5 January（a.surface pressure（black solid line，unit：hPa），temperature（shaded），wind （red vector）and surface front（thick black solid line），b.925 hPa geopotential height（black solid line，unit：dagpm），wind and temperature（shaded），c.850 hPa geopotential height （black solid line，unit：dagpm），wind and temperature（shaded），d.700 hPa geopotential height（black solid line，unit：dagpm），horizontal wind and water vapor flux（shaded，unit：g/cm·hPa·s），e.500 hPa geopotential height （black solid line，unit：dagpm）and horizontal wind（shaded），f.200 hPa geopotential height（black solid line，unit：dagpm），divergence（orange shaded，unit：10-5 s-1）and horizontal wind（green contour，unit：m/s）；red rectangle denotes the key region of heavy snowfall；red and black dots denote Beijing and SJZ，respectively）

利用ERA5再分析資料進(jìn)一步揭示近地面東北回流和低空暖濕急流的水平及垂直分布，分析兩者在強(qiáng)降雪過程中的作用。由1月5日11時(shí)（即關(guān)鍵區(qū)降雪即將快速增強(qiáng)時(shí)）1000 hPa等壓面風(fēng)場(chǎng)和假相當(dāng)位溫（θse）的水平分布（圖4a）可見，近地面來自東北平原的冷空氣（θse低于275 K）經(jīng)渤海吹向高θse（約283 K）的暴雪區(qū)。沿1000 hPa等壓面東北氣流方向，取西南—東北向AB線作θse垂直剖面及映射于剖面上的風(fēng)場(chǎng)（圖4b，粉色風(fēng)矢表示西南氣流，藍(lán)色表示東北氣流），冷空氣呈楔形自東北向西南滲透，厚度逐漸變薄，低于281 K的東北向冷空氣自B點(diǎn)延伸至118.5oE附近，可見偏東風(fēng)回流位于900 hPa以下。地面到850 hPa附近有鋒面存在（如圖4b紫色虛線所示），暴雪區(qū)位于鋒面相對(duì)暖濕的南側(cè)。以850 hPa上θse=293 K線為界作鋒面，可見鋒面（粗黑線）自南向北穿過暴雪區(qū)（圖4a、c）。1000 hPa東北風(fēng)自B處直達(dá)暴雪區(qū)，這與地面東北風(fēng)（圖5）一致，但1000 hPa以上轉(zhuǎn)為西南風(fēng)；暴雪區(qū)900 hPa以下同高度θse向山前增大，山前的空氣可能同時(shí)包含來自南方的暖濕氣流，其轉(zhuǎn)為東北風(fēng)進(jìn)入關(guān)鍵區(qū)（圖4a）；受太行山脈阻擋，山前東北風(fēng)厚度更大，但氣流并未翻越山頂，西南暖濕氣流在東北氣流上爬升，上升運(yùn)動(dòng)層超過500 hPa。

圖4 ERA5再分析資料顯示5日11時(shí)（a）1000 hPa、（c）850 hPa水平風(fēng)和假相當(dāng)位溫θse（等值線，單位：K）水平分布以及沿（b） AB線、（d）CD線的θse垂直剖面和剖面內(nèi)風(fēng)矢量（a、c圖中的紅色矩形和b、d圖中兩條黑色豎線之間為暴雪區(qū)，a、c圖中黑色粗實(shí)線和b圖中紫色虛線為鋒面位置；b、d圖中黑點(diǎn)表示上升運(yùn)動(dòng)處，黑色陰影表示地高度）Fig.4 Spatial distributions of horizontal wind and pseudo-equivalent potential temperature（θse，contour，K）at 1000 hPa （a）and 850 hPa（c），vertical cross sections of θse and composite in-plan flow vectors along the line AB（b）and CD（d）from ERA5 reanalysis at 11：00 BT 5 January（red rectangles（a，c）and black lines（b，d）outline the key region of heavy snowfall，the fronts below 850 hPa is denoted by the purple dotted line（b）and thick black lines （a、c），black dots represent ascending motion，black shadings represent terrain height）

圖4c為5日11時(shí)850 hPa等壓面風(fēng)場(chǎng)和假相當(dāng)位溫的水平分布，東南氣流將南方θse高于310 K的暖濕空氣吹向暴雪區(qū)。沿850 hPa風(fēng)向取東南—西北向CD線作θse的垂直剖面及映射于剖面上的風(fēng)場(chǎng)（圖4d；粉色風(fēng)矢表示東南氣流，藍(lán)色風(fēng)矢表示西北氣流），可見850 hPa以下東南風(fēng)朝著華北中部輸送暖濕空氣，暴雪區(qū)上空有深厚垂直上升運(yùn)動(dòng)。暴雪區(qū)900 hPa以下θse低于同高度的東南區(qū)域，且θse水平梯度大，暖濕空氣與干冷空氣在暴雪區(qū)上空相遇而上升。暴雪區(qū)靠近D點(diǎn)受地形阻擋，900 hPa以下東南風(fēng)轉(zhuǎn)為弱西北風(fēng)，隨著靠近山地西北風(fēng)厚度增加，因此地形可能是造成地面西北—東北向輻合線（圖5）的原因之一。

4 本地環(huán)境條件

4.1 近地面東北風(fēng)回流

此次華北暴雪過程開始前，5日02時(shí)地面氣壓場(chǎng)為東高西低形勢(shì)（圖略），高壓中心位于東北地區(qū)，地面東北風(fēng)首先在靠近高壓中心的保定（BD）、滄州（CZ）建立，接著向西南方向擴(kuò)展至暴雪關(guān)鍵區(qū)，因此將保定（BD）、滄州（CZ）一帶定義為暴雪上游區(qū)域（圖2、4、6）。從華北中部地面加密自動(dòng)氣象站逐時(shí)10 m風(fēng)場(chǎng)（圖6）看，5日03—04時(shí)，暴雪上游區(qū)域一支風(fēng)速小于1.5 m/s的東北氣流自渤海吹向華北中部，受太行山地形影響，暴雪關(guān)鍵區(qū)內(nèi)為弱西北風(fēng)；05—09時(shí)上游區(qū)域東北風(fēng)向南擴(kuò)展，且風(fēng)速增強(qiáng)為2—3 m/s，此時(shí)暴雪關(guān)鍵區(qū)風(fēng)速僅1.0 m/s左右，關(guān)鍵區(qū)形成一條風(fēng)速輻合線，降雪逐漸開始；11—14時(shí)上游區(qū)域東北風(fēng)增強(qiáng)至2—5 m/s，12時(shí)以后關(guān)鍵區(qū)西部和南部轉(zhuǎn)為西北風(fēng)，對(duì)應(yīng)暴雪區(qū)形成地面中尺度輻合線，該輻合線由太行山地形（圖5）和地面倒槽天氣系統(tǒng)共同造成，且風(fēng)速越大地面輻合線越明顯（圖6c）。地面輻合線附近小時(shí)降雪量大，10—16時(shí)石家莊、南宮氣象站小時(shí)降雪量在1—3 mm。17時(shí)地面低壓中心仍位于蒙古國(guó)，華北中部位于低壓底部，暴雪關(guān)鍵區(qū)逐漸轉(zhuǎn)為偏北風(fēng)，風(fēng)力減弱，降雪量也逐漸減小。

圖5 1月5日04—16時(shí)（a—d）間隔4 h的地面自動(dòng)氣象站10 m風(fēng)場(chǎng)（色階表示地形高度，風(fēng)向桿表示10 m水平風(fēng)，藍(lán)色粗虛線為地面輻合線，暴雪關(guān)鍵區(qū)和暴雪上游區(qū)域同圖2）Fig.5 10 m winds collected at dense automatic weather stations from 04：00 to 16：00 BT 5 January（a—d，shaded area indicates the terrain height，wind bars indicate 10 m horizontal winds，blue thick dotted lines indicate surface convergence line，red rectangle represents the key region of heavy snowfall and black rectangle outlines the upstream region of the key region，which are same as in Fig.2）

圖6 （a）石家莊風(fēng)廓線雷達(dá)觀測(cè)的逐30 min水平風(fēng)時(shí)間-高度分布和微波輻射計(jì)監(jiān)測(cè)的地面（紅線）、500 m（橙線）和1000 m （綠線）氣溫逐分鐘變化（藍(lán)色實(shí)線為12、14、16、18 m/s風(fēng)速等值線，兩條黑色豎線表示石家莊降雪開始和結(jié)束的時(shí)間），以及（b）石家莊及周邊6部風(fēng)廓線雷達(dá)觀測(cè)的5日11時(shí)水平風(fēng)垂直分布（藍(lán)色風(fēng)矢表示風(fēng)速≥12 m/s）Fig.6（a）Time-height distribution of 30 min horizontal winds（barb）observed by the wind profiler，and time series of temperature at 0，500 and 1000 m heights（red，orange，green line）from the microwave radiometer in SJZ（blue contours denote the speed of horizontal wind of 12，14，16，18 m/s and two vertical lines indicate the beginning and ending time of snowfall in SJZ），（b）vertical distribution of horizontal wind from six wind profilers near SJZ at 11：00 BT 5 January（blue barbs represent horizontal wind speed greater than 12 m/s）

上述分析表明，暴雪上游區(qū)域在降雪前7小時(shí)出現(xiàn)東北風(fēng)，向南擴(kuò)展至暴雪關(guān)鍵區(qū)時(shí)，降雪開始；受太行山和倒槽東移影響，暴雪關(guān)鍵區(qū)內(nèi)為西北風(fēng)，與上游區(qū)域東北風(fēng)形成輻合線，輻合線存在時(shí)（10—16時(shí)）降雪強(qiáng)度大，小時(shí)降雪量在1—3 mm。近地面風(fēng)場(chǎng)輻合有助于暴雪關(guān)鍵區(qū)降雪加強(qiáng)或維持，這與王麗榮等（2013）對(duì)“09.11.10”石家莊特大暴雪中尺度風(fēng)場(chǎng)分析結(jié)果一致。

利用ERA5資料分析1000—925 hPa風(fēng)場(chǎng)空間分布（圖略），可見本次過程的輻合線較淺薄，僅維持在地面（1032 hPa）到1000 hPa附近，輻合線厚度約110 m。隨著高度上升，地面的偏東風(fēng)回流（圖3a、圖5）逐漸轉(zhuǎn)為東南風(fēng)，主要受低層西南渦外圍東南氣流影響，975 hPa以上太行山東麓偏北風(fēng)的范圍越來越小，轉(zhuǎn)為一致的東南風(fēng)。

石家莊風(fēng)廓線雷達(dá)資料（圖6a）顯示，5日09—10時(shí)，石家莊近地面0.8 km（約925 hPa）以下轉(zhuǎn)為東北風(fēng)。地面自動(dòng)氣象站觀測(cè)到石家莊、邢臺(tái)和邯鄲地面2 m氣溫由08時(shí)0.5、2.6和3.1℃下降至11時(shí)的-1.2、0.0和0.5℃，最大降溫率約2℃/h。從石家莊微波輻射計(jì)監(jiān)測(cè)的0、500和1000 m逐分鐘溫度變化（圖6a）看，5日09時(shí)1 km（約900 hPa）以下氣溫開始下降，至10時(shí)30分降雪開始時(shí)1 km高度氣溫降至約-4℃，近地面（500 m以下）氣溫在-1—-3℃，“冷墊”形成并維持整個(gè)降雪階段，降雪粒子在下降過程中不易融化，因此，人工觀測(cè)本次降雪過程為純雪（無降雨）。分析5日11時(shí)石家莊及周邊6個(gè)風(fēng)廓線雷達(dá)（保定、衡水、滄州、北京、唐山和秦皇島，具體位置見圖1a）觀測(cè)的水平風(fēng)垂直分布（圖6b）發(fā)現(xiàn)：位于最偏東位置的秦皇島600 m以下為不足1.5 m/s的東北風(fēng)；而靠近內(nèi)陸的北京、唐山主要為東南風(fēng)，風(fēng)速較小，伸展至約800 m；這與圖4a中近地面偏東風(fēng)氣流更靠近渤海一致。位置偏南的衡水、滄州地區(qū)以偏東風(fēng)為主，伸展至1 km，風(fēng)速為3—4 m/s，而石家莊、保定以東到東北風(fēng)為主，石家莊偏東風(fēng)延伸高度較保定略高，同時(shí)風(fēng)速小于3 m/s，有利于風(fēng)速在石家莊地區(qū)的輻合。與圖4b中冷空氣呈楔形自東北向西南方向厚度逐漸變薄的結(jié)論一致。同時(shí)，西南低空急流自南方伸展至華北中部一帶，而未及北京以北地區(qū)，位置更偏南的石家莊、衡水的低空急流高度更低。低空急流最大風(fēng)速核在3.5 km附近。

4.2 低空暖濕氣流

利用ERA5資料分析石家莊氣象要素時(shí)間-高度剖面（圖7），5日09時(shí)，中低層800—700 hPa形成偏南急流，上升運(yùn)動(dòng)層自近地面延續(xù)到500 hPa以上，最大上升速度中心（6×10-3m/s）在600 hPa左右，即偏南暖濕氣流在東北風(fēng)“冷墊”上爬升（圖4b）。低空急流維持至5日16時(shí)，5日10—16時(shí)降雪強(qiáng)度大于1 mm/h。5日17時(shí)低空急流消失，降雪強(qiáng)度減弱，6日01時(shí)前后，石家莊降雪過程結(jié)束。張迎新等（2007）研究2002年12月22—23日華北中南部回流暴雪過程發(fā)現(xiàn)700 hPa附近偏南氣流與近地層偏東風(fēng)同時(shí)存在時(shí)發(fā)生降雪，本研究揭示這種情況下，降雪時(shí)還存在上升運(yùn)動(dòng)，且上升運(yùn)動(dòng)極值（6×10-3m/s）時(shí)段對(duì)應(yīng)降雪強(qiáng)度較強(qiáng)。Yang等（2019）研究1979—2017年華北強(qiáng)降雪過程也發(fā)現(xiàn)強(qiáng)于常年平均的上升運(yùn)動(dòng)。

從石家莊附近水汽通量垂直分布的時(shí)間演變（圖7）看，800—600 hPa是水汽通量輸送的主要高度區(qū)間，水汽通量極大值在700 hPa高度附近。5日08時(shí)700 hPa西南急流軸最大風(fēng)速為22 m/s（圖3c），水 汽 通量 最 大 為3 g/（cm·hPa·s），5日12時(shí)700 hPa偏南風(fēng)最大風(fēng)速增大至24 m/s，華北中部700 hPa水汽通量增大至5 g/（cm·hPa·s）。低層水汽輸送和風(fēng)場(chǎng)輻合為本次暴雪過程提供了充足的水汽，降雪時(shí)段內(nèi)持續(xù)存在深厚的濕層，地面到500 hPa的相對(duì)濕度在90%以上。

圖7 1月5日02時(shí)—6日07時(shí)石家莊相對(duì)濕度高于90%（陰影）、水平風(fēng)、溫度（紅色實(shí)線，單位：℃）、水汽通量（淺藍(lán)色實(shí)線，單位：g/（cm·hPa·s））和垂直速度（藍(lán)色實(shí)線，單位：10-3 m/s）剖面（黑色豎線表示石家莊降雪開始和結(jié)束時(shí)間）Fig.7 Time-height cross section of relative humidity higher than 90%（shaded），horizontal wind barbs，temperature （red solid line，unit：℃），water vapor flux（light blue solid line，unit：g/（cm·hPa·s））and vertical velocity（blue solid line，unit：10-3 m/s）in SJZ from 02：00 BT 5 January to 07：00 BT 6 January（two vertical lines denote the beginning and ending time of snowfall in SJZ）

5日08時(shí)700 hPa低空急流抵達(dá)華北中部地區(qū)，關(guān)鍵區(qū)降雪前3 h邢臺(tái)和石家莊GPS測(cè)量的大氣可降水量迅速增長(zhǎng)，增長(zhǎng)率約3 mm/h。本次降雪過程（1月5日07時(shí)至6日04時(shí)）石家莊、邢臺(tái)和邯鄲GPS探測(cè)的平均大氣可降水量分別為12.0、15.1和17.7 mm，5日12時(shí)最大可降水量分別為13.4、16.7和19.7 mm，而這3個(gè)地區(qū)近5年1月平均大氣可降水量分別為3.3、7.1和7.7 mm，可見本次過程整層大氣含水量顯著偏高。

5 降雪強(qiáng)度演變及微物理特征

5.1 低空急流指數(shù)與降雪強(qiáng)度的關(guān)系

研究表明，低空急流演變能引起大氣層結(jié)變化、造成急流前端輻合，從而影響降水強(qiáng)度。低空急流增強(qiáng)可使?jié)駥釉鰸裨龊?，增?qiáng)大氣層結(jié)不穩(wěn)定性，使對(duì)流有效位能、K指數(shù)增大等；增強(qiáng)風(fēng)垂直切變，如果急流向下擴(kuò)展至地形高度以下，則有利于地形抬升作用增強(qiáng)（孫繼松，2017；黃小彥等，2020）。風(fēng)廓線雷達(dá)數(shù)據(jù)可定量表征當(dāng)?shù)氐涂占绷鞯难葑兲卣?，為精?xì)化預(yù)報(bào)、預(yù)警提供指標(biāo)依據(jù)。挑選風(fēng)速不小于12 m/s的低空急流（Stensrud，1996），將低空急流最低高度定義為水平風(fēng)速達(dá)12 m/s的最低高度（D），低空急流最大風(fēng)速為風(fēng)速最大值（V），低空急流指數(shù)（周芯玉等，2015）定義為I=V/D。急流風(fēng)速加強(qiáng)或高度向下擴(kuò)展將使急流指數(shù)增大，該指數(shù)對(duì)暖季短時(shí)強(qiáng)降水和對(duì)流風(fēng)暴發(fā)生、發(fā)展也有指示意義（周芯玉等，2015；黃小彥等，2020）。據(jù)石家莊風(fēng)廓線雷達(dá)資料顯示，1月5日08時(shí)18分至16時(shí)30分石家莊出現(xiàn)低空急流，低空急流指數(shù)先增大后減小（圖8），08時(shí)18分—10時(shí)低空急流最大風(fēng)速維持在13—15 m/s，09時(shí)48分—10時(shí)42分急流下邊界由2.8 km下降至本次降雪過程的最低高度2 km（圖6、8），此階段低空急流指數(shù)增大與急流最低高度下降有關(guān)。10時(shí)低空急流指數(shù)達(dá)峰值（約8），整層大氣濕度增大（圖7），石家莊開始出現(xiàn)降雪。10時(shí)48分—12時(shí)54分低空急流底回升至2.3 km，最大風(fēng)速增至17—19 m/s，該時(shí)段低空急流指數(shù)峰值由風(fēng)速加大造成，對(duì)應(yīng)700 hPa附近水汽輸送通量和上升運(yùn)動(dòng)大值中心（圖7），11—12時(shí)和12—13時(shí)石家莊降雪強(qiáng)度最大為1.5和2 mm/h。12時(shí)54分—14時(shí)12分低空急流最大風(fēng)速減小至17.5 m/s，指數(shù)約為7，13—14時(shí)降雪強(qiáng)度減弱為約1 mm/h。14時(shí)12分以后低空急流最大風(fēng)速下降速率增大，至14時(shí)36分指數(shù)小于6，此后降雪強(qiáng)度小于1 mm/h。15時(shí)06分低空急流下邊界迅速抬升，指數(shù)快速下降，降雪強(qiáng)度繼續(xù)減小。16時(shí)42分低空急流下邊界抬升至5 km，急流消失，1 km以下風(fēng)速小于2 m/s。

圖8 1月5日08時(shí)18分—17時(shí)18分石家莊低空急流（LLJ）指數(shù)、低空急流最低高度、低空急流最大風(fēng)速和降雪量的逐6 min演變Fig.8 Temporal evolutions of 6 min LLJ index，minimum height，maximum wind speed of LLJ and snowfall from 08：18 to 17：18 BT 5 January in SJZ

上述分析表明，暴雪區(qū)上空低空急流出現(xiàn)較降雪早2 h，急流高度向下伸展至2 km，急流指數(shù)增大至峰值8，觸發(fā)降雪；低空風(fēng)速增大為17—19 m/s，急流指數(shù)維持峰值，降雪強(qiáng)度最大為2 mm/h；急流風(fēng)速減弱，底高上升，對(duì)應(yīng)急流指數(shù)減小，降雪強(qiáng)度減弱。利用大尺度環(huán)流場(chǎng)中700 hPa附近西南低空急流的位置、強(qiáng)度及出現(xiàn)時(shí)間，結(jié)合風(fēng)廓線雷達(dá)揭示的低空急流本地指數(shù)，有助于預(yù)報(bào)當(dāng)?shù)亟笛┢鹬箷r(shí)間和強(qiáng)度變化。

5.2 微物理因子與降雪強(qiáng)度演變

分析云微物理屬性和地面降雪粒子特征與降雪時(shí)間及強(qiáng)度的關(guān)系。從雨滴譜儀監(jiān)測(cè)的本次過程水凝物粒子直徑、粒子數(shù)濃度、降雪強(qiáng)度逐分鐘時(shí)序（圖9）看，整個(gè)降雪過程中，雪花粒子直徑為0.35—0.55 mm，與降雪強(qiáng)度無明顯相關(guān)，而粒子數(shù)濃度與降雪強(qiáng)度成正相關(guān)，在降雪強(qiáng)度較大時(shí)段（12時(shí)30分—14時(shí)30分；0.1—0.5 mm/h），粒子數(shù)濃度由200 m-3升至1500 m-3，14時(shí)30分以后降雪強(qiáng)度僅0.02—0.1 mm/h，對(duì)應(yīng)粒子數(shù)濃度降低到100—200 m-3，當(dāng)降雪強(qiáng)度繼續(xù)降低到小于0.02 mm/h時(shí)，粒子數(shù)濃度也下降至100 m-3以下。相對(duì)李遙等（2019）研究的南京4次強(qiáng)降雪過程，本次強(qiáng)降雪階段以高濃度、小粒子的雪花為主。降雪強(qiáng)度是單位時(shí)間內(nèi)通過單位面積的降雪通量，由粒子質(zhì)量和落速?zèng)Q定，而粒子質(zhì)量跟粒子數(shù)濃度和譜分布有關(guān)，落速與粒徑有關(guān)。本次降雪以小粒子為主，粒子體積差別不大、落速差別小，因此主要由數(shù)濃度決定粒子質(zhì)量，進(jìn)而決定降雪強(qiáng)度。粒子數(shù)濃度與降雪強(qiáng)度的擬合線性關(guān)系式為N=4025.3R+3.6，相關(guān)系數(shù)達(dá)0.93。

圖9 降雪過程中雪花粒子直徑、粒子數(shù)濃度、降雪強(qiáng)度的時(shí)序Fig.9 Temporal evolutions of snow particle diameter，particle number concentration，and snowfall intensity during the heavy snowfall

以往研究表明，雪花主要在冰晶和過冷水滴并存的冰水混合層內(nèi)形成，當(dāng)冰晶和過冷水滴同時(shí)存在時(shí)，相互碰撞增長(zhǎng)，雪花才會(huì)長(zhǎng)大。-18—-9℃為冰雪層，其中50%—75%的云層含冰結(jié)構(gòu)，是雪花形成的主要層次（Junker，2000），當(dāng)冰雪層內(nèi)飽和度較高時(shí)，冰晶多，更易形成高密度雪花（Jiusto，et al，1973；翟亮等，2018）。-9—-4℃為冰雪混合層，含有冰結(jié)構(gòu)的云層比率小于50%；-4—0℃過冷卻水區(qū)以過冷水滴為主，而0℃以上為暖云區(qū)（Pruppacher，1997）。冰晶間的碰并效率在冰晶表面溫度為0℃附近最大，當(dāng)環(huán)境溫度在0℃以下或接近時(shí)，冰晶間碰并效率低，不易形成大雪花粒子。

將1月5日08時(shí)邢臺(tái)探空、石家莊微波輻射計(jì)與ERA5再分析資料附近格點(diǎn)的溫、濕度廓線進(jìn)行對(duì)比（圖略）發(fā)現(xiàn)，3種資料的溫度廓線基本一致，且誤差較小，4 km以下誤差在2℃內(nèi)，但濕度廓線誤差相對(duì)較大，6 km以下微波輻射計(jì)反演的相對(duì)濕度較邢臺(tái)探空（接近飽和）偏小15%左右，垂直變化小，對(duì)3 km附近干層的表征能力有限。這與Xu等（2015）利用探空站資料對(duì)湖北武漢微波輻射計(jì)濕度廓線檢驗(yàn)結(jié)果定性一致，即溫度廓線質(zhì)量高于濕度廓線，低層質(zhì)量高于高層。本次過程石家莊微波輻射計(jì)反演的溫度和相對(duì)濕度的時(shí)間-高度分布如圖10，將相對(duì)濕度大于85%作為飽和區(qū)，代表云體（楊曉亮等，2017；周毓荃等，2010）。由圖可見，降雪初期（10—12時(shí)），云頂高度在5.5 km附近，云頂溫度約-20℃，-18和-10℃等溫度線位于5和3 km高度處。即降雪初期，3—5 km高度為適宜雪晶生長(zhǎng)的冰雪層，且3—4 km大氣接近飽和，濕度條件有利于雪花粒子的形成，因此雪粒子的數(shù)濃度大；由于云體內(nèi)溫度低于0℃，雪晶間碰并粘連作用較小，不易形成大雪花，因此雪花粒子平均直徑小。13時(shí)以后云頂高度下降至約4 km，云體內(nèi)冰雪層的厚度和相對(duì)濕度均減小，導(dǎo)致雪花粒子數(shù)濃度下降。6日00時(shí)，云頂高度下降至3 km以下，降雪逐漸結(jié)束。

圖10 1月5日08時(shí)至6日08時(shí)石家莊微波輻射計(jì)觀測(cè)的（a）積分水汽含量（IWV，曲線）和石家莊小時(shí)降雪量（柱）、（b）0—8 km溫度 （虛線從上至下對(duì)應(yīng)5、4、3 km高度，實(shí)線為云底高度）和 （c）相對(duì)濕度 （虛線從上至下對(duì)應(yīng)5、4、3 km高度，實(shí)線為云底高度） 廓線的時(shí)間演變Fig.10 Temporal evolution of （a）integrated water vapor （IWV，solid line）and hourly snowfall in SJZ（column），（b）0—8 km temperature and （c） relative humidity observed by microwave radiometer from 08：00 BT 5 January to 08：00 BT 6 January（black dotted lines in （b，c）indicate 5，4，3 km respectively，and the black solid lines represent the cloud base height）

5.3 降雪強(qiáng)度的定量估測(cè)

雷達(dá)反射率因子（Z）與降雨強(qiáng)度（R）呈冪指數(shù)關(guān)系，即滿足Z-R關(guān)系（Z=aRb），Z-R關(guān)系的a和b變化區(qū)間分別為30—1000和0.8—2.0，隨著降水粒子譜和地域不同，a、b值差異較大（Smith，et al，1993；Zeng，et al，2021）。文中應(yīng)用石家莊雨滴譜儀探測(cè)資料反演的地面逐分鐘雷達(dá)反射率因子與降雪強(qiáng)度擬合新的Z-R關(guān)系，得到最優(yōu)系數(shù)a為149.85、b為1.14（圖11）?；谛碌腪-R關(guān)系反演本次降雪強(qiáng)度，平均相對(duì)誤差僅0.0004 mm/h，如果采用適合于深對(duì)流估測(cè)降水的關(guān)系式Z=300R1.4和層云降水關(guān)系式Z=200R1.6（Dhiram，et al，2016），則平均相對(duì)誤差大一個(gè)量級(jí)（0.0215 mm/h和-0.0372 mm/h）。3個(gè)關(guān)系式反演降雪量與實(shí)況降雪量序列的相關(guān)系數(shù)分別為0.96、0.92和0.91?？梢姡碌腪-R關(guān)系更合適于穩(wěn)定層狀云定量估測(cè)降雪，得到的相對(duì)誤差更小、時(shí)間序列相關(guān)度更高的定量降雪估計(jì)。

圖11 降雪強(qiáng)度與粒子數(shù)濃度（a）和雷達(dá)反射率因子（b）關(guān)系擬合（R2為決定系數(shù)）Fig.11 Linear fitting between snowfall intensity and particle number concentration（a），and Z-R relationship fitting between snowfall intensity and radar reflectivity factor （b）（R2 is coefficient of determination）

李遙等（2019）利用逐時(shí)雨滴譜儀觀測(cè)資料分析南京4次不同暴雪過程最優(yōu)Z-R關(guān)系式中a、b值的變化，發(fā)現(xiàn)a、b值離散度較小，表明層狀云降雪過程Z-R關(guān)系穩(wěn)定。本次過程擬合得到的Z-R關(guān)系與李遙等（2019）分析的第4次過程最接近。盡管本次過程降雪粒子直徑、降雪強(qiáng)度、粒子數(shù)濃度相對(duì)較小（平均直徑為0.43 mm，平均降雪強(qiáng)度為0.03 mm/h，粒子數(shù)濃度為43.4 m-3），李遙等（2019）第4次過程的平均降雪強(qiáng)度為0.33 mm/h，粒子數(shù)濃度為1260 m-3，平均直徑為0.65 mm，其擬合的Z-R關(guān)系為Z=142.34R1.51，估測(cè)降雪強(qiáng)度與實(shí)況降雪強(qiáng)度相關(guān)系數(shù)為0.95，但是，兩次過程的溫度層結(jié)較相似，云體溫度均在0℃以下。

6 總結(jié)與討論

2020年1月5日華北中部出現(xiàn)了一次回流暴雪天氣，華北中部的石家莊-邢臺(tái)-衡水形成一條西北—東南向的暴雪區(qū)，降雪量為5.6—15.5 mm，共15個(gè)國(guó)家級(jí)氣象站出現(xiàn)暴雪。降雪過程自1月5日07時(shí)開始，到1月6日04時(shí)結(jié)束，共持續(xù)21 h，強(qiáng)降雪時(shí)段為1月5日12—15時(shí)，期間大部分觀測(cè)站小時(shí)降雪量在1 mm以上。EC、CMA_GFS等數(shù)值模式和河北省、石家莊市氣象臺(tái)預(yù)報(bào)的降雪量均偏小，漏報(bào)了此次暴雪過程。文中結(jié)合多種地基和衛(wèi)星高分辨率探測(cè)資料分析本次暴雪過程的降雪特點(diǎn)、天氣尺度背景、本地環(huán)境條件，以提高對(duì)降雪起止時(shí)間、降雪強(qiáng)度演變及云微物理特征的成因認(rèn)識(shí)和監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)能力。主要結(jié)論如下：

本次華北回流暴雪過程的天氣概念模型如圖12所示。受河套地面倒槽和東北地區(qū)地面高壓影響，近地層來自東北平原的東路冷空氣經(jīng)渤海到達(dá)華北地區(qū)，致使氣溫下降在900 hPa以下形成“冷墊”，850 hPa有淺薄西南渦，低渦東南側(cè)的西南暖濕低空急流穿越長(zhǎng)江一帶，由于東部高壓阻擋而轉(zhuǎn)為東南氣流，影響華北中部，500 hPa高空槽與700 hPa切變線位置幾乎垂直，暴雪區(qū)位于南北走向切變線東側(cè)約10個(gè)經(jīng)度的高壓脊區(qū)，此處是低空西南急流左前方輻合區(qū)，為暴雪區(qū)輸送水汽。暖濕氣流在“冷墊”上爬升以及西側(cè)太行山地形抬升造成強(qiáng)降雪。

圖12 華北中部回流暴雪的天氣概念模型Fig.12 Schematic diagram depicting the synoptic circulation in central North China

以往華北回流暴雪過程的偏東風(fēng)“冷墊”一般可 延 伸 至850 hPa，如2009年11月10—12日，2011年11月29—30日（王叢梅等，2015），2002年12月22—23日（張迎新等，2007）和2008年12月21日（易笑園等，2010）等回流暴雪過程，且低層偏東風(fēng)的風(fēng)速可達(dá)8 m/s，有的甚至達(dá)急流強(qiáng)度（≥12 m/s），這是因?yàn)榈孛娴?50 hPa均為東北高、西邊低的形勢(shì)，而本次暴雪過程850 hPa上有淺薄的西南低渦，其外圍東南氣流吹向華北，因此“冷墊”較淺薄，且偏東風(fēng)風(fēng)速小于8 m/s。通過實(shí)況與水平分辨率為0.25°×0.25°的EC細(xì)網(wǎng)格預(yù)報(bào)場(chǎng)對(duì)比檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)EC漏報(bào)了850 hPa上約4°×4°較小水平尺度的西南低渦系統(tǒng)，而對(duì)于預(yù)報(bào)員來說，本次過程并非典型的回流暴雪過程，偏東風(fēng)回流較淺薄，且華北中部850 hPa以下風(fēng)速較小，預(yù)報(bào)員忽略了西南渦對(duì)降雪的影響，這可能是造成本次過程降雪量預(yù)報(bào)偏小的主要原因。

此次強(qiáng)降雪形成的時(shí)間、地點(diǎn)和強(qiáng)度由華北地區(qū)近地面“冷墊”、低空暖濕急流、地形共同影響形成的中尺度熱、動(dòng)力環(huán)境條件決定。受在河套地區(qū)形成、東移的地面倒槽影響，近地面東北風(fēng)較降雪早7 h在暴雪區(qū)上游地區(qū)（東北方向的保定—滄州一帶）建立，09時(shí)暴雪區(qū)近地面東北風(fēng)建立，近地面氣溫明顯下降，且地面風(fēng)速增至2 m/s時(shí)降雪開始。受西側(cè)太行山地形影響，10—16時(shí)降雪區(qū)出現(xiàn)地面輻合線，對(duì)應(yīng)強(qiáng)降雪階段，強(qiáng)降雪落區(qū)與輻合線位置一致。石家莊風(fēng)廓線雷達(dá)監(jiān)測(cè)的逐6 min低空急流指數(shù)演變由急流最大風(fēng)速和急流觸及最低高度變化引起：08時(shí)18分石家莊出現(xiàn)低空急流，較降雪早2 h，08時(shí)18分—10時(shí)低空急流高度由2.8 km下降至2 km，對(duì)應(yīng)急流和暖濕層增厚，觸發(fā)降雪，10時(shí)—12時(shí)54分急流最大風(fēng)速增大為17—19 m/s，急流指數(shù)達(dá)峰值（8），對(duì)應(yīng)降雪強(qiáng)度最大為2 mm/h，此時(shí)700 hPa附近為上升運(yùn)動(dòng)和水汽輸送的大值中心。15時(shí)06分以后急流風(fēng)速減弱，底高上升，對(duì)應(yīng)急流指數(shù)減小，降雪強(qiáng)度減弱。本次降雪過程的云體高度為1.3—5.5 km，云底和云頂溫度約為-5和-20℃，3 km以下云層溫度為-5—-10℃，為冰雪混合層，3—5.5 km高度溫度為-10—-18℃，為冰雪層。降雪初期（10—12時(shí)），3—4 km大氣接近飽和狀態(tài)，云內(nèi)溫度低，有利于形成高密度的小雪花，13時(shí)以后云頂下降，冰雪層厚度減小，相對(duì)濕度下降，雪花粒子數(shù)濃度降低，降雪強(qiáng)度減弱。此次過程的降雪強(qiáng)度與粒子總濃度的線性擬合關(guān)系為N=4025.31R+3.6，降雪強(qiáng)度觀測(cè)值與擬合值相關(guān)系數(shù)為0.93，強(qiáng)降雪階段以高濃度、小粒子為主。應(yīng)用雨滴譜儀獲取地面反射率因子（Z）與降雪強(qiáng)度（R）的測(cè)值，擬合得到Z-R關(guān)系的系數(shù)：a＝149.85、b＝1.14，降雪強(qiáng)度觀測(cè)值與擬合值的相關(guān)系數(shù)和平均相對(duì)誤差分別為0.96和0.0004 mm/h，優(yōu)于普遍應(yīng)用于深對(duì)流估測(cè)降水的關(guān)系式Z=300R1.4和層云降水關(guān)系式Z=200R1.6。

本研究表明綜合分析多種新型遙感探測(cè)資料可以反映大尺度天氣系統(tǒng)影響下局地氣象要素及物理量的演變特征，揭示地面輻合線、楔形東北風(fēng)回流“冷墊”、本地低空急流演變等本地?zé)帷?dòng)力環(huán)境條件和降雪粒子數(shù)濃度、直徑等微物理特征，為本地降雪強(qiáng)度變化、降雪落區(qū)分布等精細(xì)化天氣預(yù)報(bào)提供指標(biāo)依據(jù)。顯然，這只是1個(gè)個(gè)例分析的結(jié)果，尚需研究更多降雪個(gè)例來檢驗(yàn)本研究結(jié)論的普適性。