湖北省丹江口市气象局，湖北 丹江口

收稿日期：2020年11月5日；录用日期：2020年11月19日；发布日期：2020年11月26日

摘要

利用常规观测资料、NCEP 1˚ × 1˚ FNL资料对2015年1月27~28日鄂西北东部的一次暴雪过程进行诊断分析，结果表明：高空东移槽、中低层切变线、低空急流与地面冷空气是主要的影响系统，边界层辐合与高层辐散的增强，有利于低层上升运动增强，从而触发了不稳定能量不断释放；中低层正涡度与高层负涡度的稳定维持，促使低层气旋性涡度环流增强，这为暴雪提供了动力条件，冷暖空气稳定对峙，造成暴雪持续，暴雪发生700 hPaMPV1强中心与MPV2绝对值迅速增大的重叠区域。

关键词

鄂西北东部，暴雪，散度，度平流，湿位涡

Diagnostic Analysis of a Snowstorm Weather Process in January of 2015 over the Eastern Part of Northwest Hubei Province

Zhiyong Liu, Puping Yang

Danjiangkou Meteorological Bureau of Hubei Province, Danjiangkou Hubei

Received: Nov. 5^th, 2020; accepted: Nov. 19^th, 2020; published: Nov. 26^th, 2020

ABSTRACT

Diagnostic analysis of a blizzard process on 27 - 28 January 2015 over the eastern region of northwest of Hubei Province based upon the observational data and 1˚ × 1˚ FNL data from the NCEP reanalysis center. Results show that the upper-level eastward trough, mid-level shear line, low-level jet, convergence of boundary layer and upper-level divergence cause intensified vertical motion and release of unstable energy. Stable condition of mid-level positive vorticity and upper-level negative vorticity will intensity the low-level cyclonic circulations. These provide a favorable dynamical condition for such blizzard. Meanwhile, the rapid intensification of 700 hPa MPV1 and MPV2 is in accordance with the place where such blizzard occurs.

Keywords:Eastern Region of Northwest Hubei of Province, Blizzard, Divergence, Advection, MPV

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1. 引言

暴雪天气是冬季中一种极具灾害性的天气，多伴有低温冻害、结冰等其他气象灾害发生，相对于暴雨天气来说，暴雪(特别是南方地区)出现的机率相对较小，但一旦发生将会对农业、公路交通等造成严重影响，因此很有必要对一些典型的暴雪灾害天气过程进行总结分析，以提高对暴雪天气的预报水平。

对于冬季暴雪灾害天气，被普遍关注，施晓晖 [1] 等人对2008年雪灾过程高原上关键区水汽运送机制及其先兆性“强信号”特性进行分析，指出灾害发生时期“冷垫”上空的“暖盖”及“南槽北脊”反位相环流汇合锋区的垂直环流构造；赵桂香等 [2] 在“04·12”华北大到暴雪过程切变线的动力特点进行了诊断及分析，认为切变线的东移、北抬发展和正涡度区的演变密切相关；朱坤等 [3] 对2008年1月25~29日长江中下游区域发生的强雨雪天气过程进行分析诊断，认为700~850百帕的锋生函数正值区和强雨雪对应较好；强雨雪发生在层结并稳定不变的大汽中与垂直涡度发生较强；尚有一些研究人员 [4] - [13] 从地面倒槽、湿位涡特征、数值模拟分析、云图特征对暴雪天气进行了比较分析，然而，对于鄂西北东部地区的暴雪气候过程进行诊断分析的资料仍较少。

2015年1月27~29日湖北省自西向东出现了一次全省性雨雪天气过程，据省民政厅统计：27日以来低温雨雪天气已造成全省武汉、黄石、十堰、襄阳、宜昌、宜城、孝感、黄冈、随州、潜江等9市28县(市、区) 33.87万人受灾，紧急转移安置549人，农作物受灾面积高达28.49千公顷，坍塌房屋110户257间，不同程度损坏475间，直接经济损失1.64亿元，在这次全省性雨雪天气过程中，27日20时到28日20时(北京时，下同)鄂西北东部出现了暴雪天气，暴雪及积雪造成汉十高速十堰东到襄阳、麻竹高速交通受阻，出现了车辆滞留现象。本文利用常规观测资料及NCEP 1˚ × 1˚ FNL资料，对此次暴雪天气过程进行了诊断分析与总结，为以后该区区域性暴雪天气的预报与服务提供一些有益的思路。

2. 数据资料

本文物理量场分析资料采用的是2015年1月27日08时~28日20时美国国家环境预报中心(NCEP)提供的FNL全球分析资料(Final Operational Global Analysis，以下简称“FNL资料”)，FNL资料空间分辨率为1˚ × 1˚、时间间隔为6h的GRIB1码全球资料。该资料包含了地表26个标准等压层(1000~10 hPa)、地表边界层(部分为σ层)和对流层顶的要素信息。天气资料使用同时期常规高空观测资料，降雪数据为鄂西北东部(十堰城区、丹江口、郧阳区、老河口、谷城、南漳、襄阳、枣阳、宜城、随州、广水)十一个国家气象观测站观测降水资料。2015年1月27日白天受北方冷空气南下影响，鄂西北东部开始出现降温与雨雪天气，27日下午到傍晚自西向东全部转为降雪天气，27日20时到28日08时鄂西北东部以小雪天气为主，28日白天降雪加大，直到20时后降雪逐渐减弱停止，鄂西北东部11个国家气象观测站监测到了暴雪天气，平均降雪量达到14.0毫米，最大降雪量出现在枣阳，降雪量达到23.1毫米，最大雪深出现在枣阳与老河口市，达到12厘米。

图1. 1月27日20时到28日20时湖北省降水量分布图(单位：mm，其中红线以北位置为鄂西北东部11个测站)

3. 环流特征与影响系统

3.1. 500 hPa环流形势

26日08~27日08时500 hpa欧亚大陆高纬度地区维持“两槽两脊”形势，乌拉尔山以东到咸海、贝加尔湖以东到雅库次克为高压脊、贝湖以西到巴湖为西风槽，东亚大槽位于东西伯利亚到我国东海上空，中纬度地区为平直的西风气流，多小波动东传；588线呈带状分布稳定维持在我国南海。27日08~20时(图略)，东亚大槽发展东移，贝湖西到巴湖的西风槽分裂出来的西北槽东移到我国新疆西部，青藏高原东部有短波槽发展，鄂西北东部受平直西风气流控制，28日08时(图略)西北槽东移，引导高原东部的短波槽东移至四川中部，鄂西北东部受槽前弱的西南气流控制，28日20時到29日08時短波槽快速移到陝南－鄂北一带，受弱的西北气流的控制，降雪减弱。

3.2. 700 hPa与850 hPa环流形势

27日08时700 hPa图上，我国中东部地区为南北向高压脊控制，竖切变位于甘肃南部到云南东部一线，鄂西北东部处于切变线前的西南暖湿气流控制中，随着冷空气南下，27日上午鄂西北出现雨夹雪天气，下午全部转为降雪天气，27日20时后，切变线稳定少动，其左前侧西南暖湿气流明显加强，贵州–湖南西北–湖北中部出现了一支西南急流，急流上最大风速达到24 m∙s⁻¹，28日08时(图略)竖切变线东移到四川中部，左前侧的西南急流加强，宜昌、武汉风速分别达到15、17 m∙s⁻¹，此时降雪开始加强，28日20时~29日08时竖切变线北端移到陕南，西南急流南撤，降雪减弱。

28日08时，850 hPa华北平原为一冷高压控制中，鄂西北东部处于高压底部的偏东气流控制中，南阳风速达到10 m∙s⁻¹，这支偏东气流不仅把来自黄海上的水汽输送到暴雪区，同时也源源不断地将来自北方的冷空气输送到南方，28日20~29日08时冷高压南压，受高压控制，降雪减弱停止。

3.3. 地面冷空气

地面图上，27日08时(图略)开始贝加尔湖以西地区至蒙古国北部维持庞大的冷高压系统，中心强度达1060 hPa，地面冷锋已到江南地区。随着西北地区东部倒槽形成，冷高压坝不断向东南方向伸展，冷空气在高空气流引导下一路沿华北平原南下到达鄂西北地区，加上不断从冷空气主体分裂出冷高压控制我国东部地区，由于持续有南下的冷空气补充，为鄂西北及其以东区域大范围强降雪的形成提供了极有利的前提，此形势一致维持到28日17时。28日20时开始冷空气东移入海，贝加尔湖至内蒙古地区被低压控制，冷高压坝被阻断，少了冷空气的补充，本地降雪逐渐减弱。

4. 暴雪的成因分析

4.1. 温度层结分析

冷空气形成的“冷垫”是降雪发生的必需前提条件，当700 hPa以下有明显逆温，从地面至高层气温均小于0℃时，常常形成降雪天气 [14] [15] [16]。27日08~20时尽管暴雪区从地面到高空温度小于0℃，但没有出现逆温层；28日08时沿112˚E (暴雪中心)温度–高度剖面图(图2a)可以看出：暴雪区近地层温度在0度以下，700~850 hPa出现一明显逆温层，这种温度结构持续到28日20时，29日08时后逆温层消失，当逆温层出现时，也是锋区最强时，锋区加强有利于辐合上升动加强，同时也表征了该层有暖温空气的存在，可阻挡冷空气的南下速度；从图上看出：28日07~20时，暴雪区整层温度在0℃以下，近地层温度−3.5℃，850 hPa为−6℃，700 hPa −4℃，500 hPa为−12℃，极有利于降大到暴雪。27日09时暴雪区900 hPa以下为弱的冷平流节制，900~600 hPa为弱的暖平流控制，27日20时(图2b)随着地面冷空气的持续南下，900 hPa以下为强的冷平流控制，强中心出现在925 hPa，中心强度为−12 × 10⁻⁵K∙S⁻¹，900~600 hPa为强的暖平流控制，强中心出现700 hPa，中心强度达到32 × 10⁻⁵K∙S⁻¹，温度平流的垂直分布特征有利于逆温层的形成与持续，同时这种分布结构先于暴雪出现，对暴雪的预报有一定的指示意义。

图2. 1月28日沿112˚E 08时(a)温度垂直剖面图(单位：℃，红色短线为暴雪发生区域，下同)、1月27日沿112˚E 20时(b)温度平流垂直剖面图(单位：10⁻⁵K∙S⁻¹)

4.2. 假相当位温

假相当位温(θse)可以用来分析大气的热力、水汽性质，26日08~28日08时925 hPa山东–河南–鄂西北持续一支 ≥ 10 m∙s⁻¹的东北气流，其中28日08时南阳站风速达到15 m∙s⁻¹，随着这支东北气流带来的干冷空气侵入，925百帕上暴雪区假相当位温迅速从291 K减到276 K，48小时减小了15 K，由于东北风气流的出现，阻挡了水汽和能量向北的运送和扩散；500 hPa暴雪区假相当位温有一明显的增强过程，从26日08时315 K迅速增大到324 K，高温高湿的不稳定能量沿冷空气楔在暴雪区聚集。从假相当位温垂直分布图(图3)中能够观察到，28日08时暴雪区800 Pa以下等θse线密集分布，略随高度向东北倾斜，800 hPa以上等θse线陡峭且随高度向北明显倾斜，说明中低空急流向北输送的暖湿气流与低层的冷空气在暴雪区相遇且稳定对峙，造成暴雪持续。

图3. 28日08时沿112˚E假相当位温垂直剖面图(单位：k红色短线为暴雪发生区域)

4.3. 湿位涡分析

4.3.1. 湿位涡正压项场

27日08时到20时，700 hPa MPV1陕西南部－鄂西北一带为正值区，其中陕南有一0.6 PVU的正值中心，暴雪区MPV1值仅为0.1PVU，28日8时~14时(图4a)位于陕南的MPV1正值中心向鄂西北移动，暴雪区的MPV1值迅速增大，14时，暴雪区的MPV1大于0.5 PVU，强中心位于襄阳到枣阳一带,强度达到0.9 PVU，此时降雪最强，20时后暴雪区的MPV1值迅速减小，降雪减弱。

4.3.2. 湿位涡斜压项场

27日08时到20时，700 hPa暴雪区的MPV2均大于−0.02 PVU，28日8~14时(图4b)，暴雪区MPV2绝对值明显增大，中心值均小于−0.04 PVU，强中心位于枣阳到随州一带，中心强度为−0.07 PVU，此时降雪最强，暴雪区的MPV2绝对值明显增大，说明大气的斜压性加强，有利于强降水的产生。

上述分析说明：强降雪区域发生在700 hPa MPV1强中心与与MPV2绝对值得到较大增长的重叠区域，强降雪满足MPV1 > 0且MPV2 < 0条件，MPV1越大说明层结越稳定，同时强中心对应的暴雪中心；MPV2的绝对值越高表明风的垂直切变与水平梯度越高，大气的斜压性升高，促进了下滑倾斜涡度的进展，便于强降雪的出现并维持。

图4. 28日14时700 hPa湿位涡正压项场(a)、湿位涡斜压项场(b) (单位：PVU，1PVU = 10⁻⁶m⁻²∙s⁻¹K∙kg⁻¹，图中红三角为暴雪中心)

4.4. 水汽分析

水汽是降水形成的一个重要前提，而水汽运送机制的成立为暴雪的产生奠定了根基。这次暴雪天气过程，沿着32˚N水汽通量–纬度剖面图上可以看出：此次暴雨的水汽主要集中在700 hPa，27日08~20时，700 hPa鄂西北水汽通量值普遍小于4 g∙cm⁻¹∙s⁻¹∙hPa⁻¹，贵州中部有水汽通量大值中心，28日08时(图5a)随着西南急流加强，水汽通量中心移到贵州东北–恩施，中心值达到8 g∙cm⁻¹∙s⁻¹∙hPa⁻¹，暴雪区的水汽通量值迅速增大到5 g∙cm⁻¹∙s⁻¹∙hPa⁻¹，此时降雪达到最强，20时后随着西南急流减弱南撤，暴雪区的水汽通量值迅速减小，沿112E的相对湿度–高度剖面图上可以看出：暴雪区上空维持深厚的湿层，饱和层主要集中在700 hPa附近，其中相对湿度 > 90%的区域从地面延伸到600 hPa，并随高度向北倾斜，从水汽通量散度场上可以看出，28日08时700 hPa水汽通量散度场上鄂西北到鄂东南存在水汽辐合，其中14时(图5b)水汽辐合加强，区域扩大，强中心位于随州一带，中心强度小于−2 × 10⁻⁷ g∙cm⁻²∙s⁻¹∙hPa⁻¹，对应这时降雪最强，20时后水汽辐合减弱，强度变小，此时降雪减弱，深厚的湿层和持续的水汽辐合为暴雪的产生提供了充沛的水汽条件。

4.5. 动力分析

4.5.1. 边界层的辐合与高层辐散结构持续

分析散度场垂直演变特征，27日08~28日08时暴雪区上空1000~200 hPa为辐合辐散相间，28日08时850~925 hPa为弱的辐合区，中心位于900 hPa；850~600 hPa为辐散区，600~500 hPa为弱的辐合区，400 hPa以上为辐散区，14时(图6a) 200 hPa的辐散明显加强，暴雪区平均散度值大于2 × 10⁻⁵ s⁻¹，最强处达到3.6 × 10⁻⁵s⁻¹，说明高层的抽吸在加强；对应的900 hPa (图6b)的辐合明显加强，辐合中心位于随州一带，中心强度达到−4 × 10⁻⁵ s⁻¹。边界层的辐合与高层的辐散有利于低层垂直上升运动持续加强，为暴雪的持续发展提供了动力条件。

图5. 28日08时(a) 700 hPa水汽通量(单位：g∙cm⁻¹∙s⁻¹∙hPa⁻¹)、14时(b)水汽通量散度场(单位g∙cm⁻²∙s⁻¹∙hPa⁻¹，图中红三角为暴雪中心)

图6. 28日14时200 hPa (a)，900 hPa (b)散度场(单位：10⁻⁵s⁻¹图中红三角为暴雪中心)

4.5.2. 中低层正涡度、中高层负涡度构造的稳定不变

垂直涡度的产生多伴有剧烈的灾害性气候表现。27日20时~28日08时500 hPa正涡度平流中央移至鄂西北，中心数值由2.2 × 10⁻¹⁰ s⁻²增至6 × 10⁻¹⁰ s⁻²。正涡度平流中央自西向东发展和传播，有利于垂直运动的进展。从涡度的纬向–垂直剖面图可看出(图略)，28日08时~20时，自西向东有深厚的正涡度柱向暴雪区上空移动，其中925~400 hPa为正涡度控制，400以上为负涡度控制，700 hPa附近为正“涡度核”，中低层正涡度、高层负涡度结构的稳定维持，促使低层气旋性涡度环流增强，为28日鄂西北东部的暴雪天气提供了动力条件。

5. 小结与讨论

1) 暴雪天气是在比较有利的天气背景下产生的，高空东移槽、中低层切变线、低空急流与地面冷空气是主要的影响系统。

2) 低层强冷平流与中层强暖平流的垂直分布有利于逆温层的形成与持续，同时这种结构优先于暴雪出现，对暴雪的预报有一定的指示意义。800 Pa以下等θse线密集分布，略随高度向东北倾斜，800 hPa以上等θse线陡峭且随高度向北明显倾斜，低层冷空气较强，中层暖湿空气较强，形成冷暖空气稳定对峙，造成暴雪持续。

3) 暴雪满足MPV1 > 0且MPV2 < 0的条件，同时暴雪发生在MPV1强中心与MPV2绝对值迅速增大重叠区域，MPV2绝对值越高表明风的垂直切变与水平梯度越高，大气的斜压性升高，促进了下滑倾斜涡度的进展，便于强降雪的出现并维持。

4) 边界层辐合与高层辐散的增强，有助于低层上升运动增强；中低层正涡度与高层负涡度的稳定维持，增强了低层气旋性涡度环流，这为暴雪提供了动力前提。

文章引用

刘志勇,杨普平. 2015年1月鄂西北东部一次暴雪天气过程的诊断分析
Diagnostic Analysis of a Snowstorm Weather Process in January of 2015 over the Eastern Part of Northwest Hubei Province[J]. 气候变化研究快报, 2020, 09(06): 760-767. https://doi.org/10.12677/CCRL.2020.96083

参考文献