2020, Vol. 40
关于冬季降雪的发生成因以及机理分析, 气象工作者进行了大量分析研究, 并取得了很多成果[1-11]。徐双柱等[11]对1988-2005年发生在湖北冬季的15次大雪过程进行分析, 指出地面冷空气、700 hPa江南西南急流和500 hPa西风带低槽是决定湖北冬季大雪的三个主要天气系统, 700 hPa江南西南急流强度决定湖北大雪强度, 地面冷空气强度决定湖北降温幅度, 并归纳出有利于湖北大雪的温度条件的垂直分布特征。尹东屏等[12]对比分析2006年发生在江苏冬季的2次不同量级降雪后得到, 无论是在急流的强度还是在物理量场上, 中雪和暴雪有着明显的区别, 相对于中雪而言, 暴雪有配置完善的低空辐合和高空辐散以及强盛的上升运动。张芹等[13]对山东春季的2次强降雪过程分析发现, 形成暴雪灾害的环境场具有一定的共性和差异。张备等[14]对2008年1月下旬江苏持续性低温雨雪天气进行分析, 发现中高纬度大气环流异常, 冷暖空气在长江中下游地区交汇, 对流层中低层切变的维持和有利的温度层结是持续性低温雨雪天气和暴雪产生的必要条件。江苏冬季出现暴雪, 尤其是区域性暴雪的次数虽然不多, 但暴雪会给交通、设施农业、电力等带来较大的危害, 给国民经济和人民生命财产造成巨大损失。对暴雪天气的准确预报能有效降低其带来的不利影响, 因此暴雪也是江苏冬季日常预报和服务工作中的重点和难点。2018年1月江苏频繁出现区域性暴雪天气, 频次之高为历史罕见。本轮连续低温暴雪天气过程是自2009年以来持续时间最长、灾害损失最重、影响程度最大的天气过程。据不完全统计, 全省因暴雪受灾人口2 522人, 直接经济损失4 060.8万元, 农作物受灾面积439 km2, 农业经济损失3 337.4万元, 并且对交通、人民生活等造成了巨大的影响, 强降雪造成南京禄口机场300余架次航班取消, 数万名旅客行程受阻, 多地中小学停课, 对这类区域性致灾暴雪天气过程进行分析研究是十分必要的, 可为以后类似的暴雪预报提供一定参考依据。
1 暴雪过程概况2018年1月, 江苏出现了3次暴雪天气过程, 分别出现在3-5日、24-25日和27-28日。1月3-4日受强冷空气影响, 江苏出现大范围暴雪降温天气。2日江苏出现了降雨, 3日11:00(北京时, 下同)起自北向南出现雨夹雪天气, 3日17:00前后, 随着2 m气温的进一步下降, 江淮之间西部地区开始转为纯雪, 4日除江苏东南部地区以降雨为主外, 其余地区都为降雪, 5日08:00降雪基本停止。3日08:00-5日08:00(图 1a), 各站的降水量在3.9(赣榆)~ 60.8 mm(浦口)之间, 有4站积雪深度超过20cm, 最大积雪深度出现在浦口, 达29 cm, 最大小时降雪量为10.6 mm, 体现出一定的对流性。图 1b给出了暴雪中心浦口站逐时雨雪量与气温叠加图, 可以发现, 过程开始时气温比较高, 在5 ℃以上, 此时为雨, 3日17:00前后气温降至1 ℃以下, 开始转为降雪, 降雪集中时段在3日20:00-4日20:00, 期间2 m气温始终维持在0 ~ 1 ℃, 强降雪期间小时降雪量基本在2 mm以上。
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图 1 2018年1月3次降雪过程的降水量及其暴雪中心逐时降水量(单位:mm)和气温(单位:℃)(a. 3-5日, b.浦口站, c. 24-26日, d.高淳站, e. 27-28日, f.宜兴站) Fig.1 Precipitation of the three snowfall processes in January 2018 and hourly precipitation (units:mm)and temperature (units:℃)in the snowstorm centers (a. from 3 to 5, b. Pukou Station, c. from 24 to 26, d. Gaochun Station, e. from |
1月24日13:00起, 江苏自西向东再次出现暴雪, 除江苏北部外其他地区均出现降雪天气, 整个过程均为降雪。24日08:00-26日08:00(图 1c)各站的降水量在0.1(灌南)~ 23.4 mm(高淳)之间, 降雪集中在24日20:00-26日02:00。江苏有28站积雪深度超过10 cm, 最大积雪深度19 cm(浦口), 最大小时降雪量为2.5 mm。由暴雪中心高淳站(图 1d)可以发现, 过程开始前气温已经降至1 ℃以下, 随着降雪的开始, 2 m气温进一步下降至0 ℃以下, 且整个过程中均维持在0 ℃以下, 小时降雪量都在2 mm以下。
1月26日降雪暂歇之后, 27-28日江苏迎来了第3次全省范围的强降雪。27日08:00-28日20:00(图 1e)各站的降水量在1.0(沛县)~ 23.7mm(宜兴)之间, 过程以纯雪为主, 最大小时降雪量2.5 mm, 江苏有33站积雪深度超过10 cm, 最大积雪深度29 cm(宜兴)。宜兴站在过程刚开始时, 2 m气温在-2 ℃以下, 随后略有升高, 强降雪期间维持在0 ℃左右, 小时降雪量基本在2 mm以下(图 1f)。
综上分析可以发现, 3次暴雪过程持续时间都较长, 但"01·04"过程刚开始为湿雪, 3日17:00前后才转为纯雪, 强降雪期间, 降雪强度大。"01·25"过程和"01·27"过程基础温度低, 过程一开始就为纯雪, 但小时降雪量明显不如"01·04"过程, 以稳定性降雪为主。
2 环流形势与主要影响系统"01·04"过程主要影响系统是500 hPa高空槽、700 hPa切变线和西南急流、850 hPa切变线和东南急流(图 2a)。此次过程中副热带高压(简称"副高")整体偏强, 584 dagpm线位于25°N附近, 副高西北侧的西南气流将南海和孟加拉湾的水汽源源不断地向江苏输送, 700 hPa西南急流在降雪前就已建立, 在降雪过程中江苏地区的急流维持在18 ~ 24 m·s-1; 850 hPa从贵州、湖南至江西一线有暖式切变线东伸, 江苏沿江地区处于切变线北侧的东南或偏东气流中, 沿江以北为东北气流, 江苏中部存在明显的风向辐合。降雪前850 hPa江苏为暖脊控制, 受东南风影响, 925 hPa为偏东或东南风, 地面图上有西南倒槽东伸, 2日江苏已出现降雨, 3日随着低层冷空气从东北楔入, 925 hPa至地面江苏转为东北风, 850 hPa沿江以北转为东北气流, 东风风力大, 风向与等温线几乎平行, 冷平流较弱, 弱冷空气在低层形成浅薄冷垫, 沿江以南仍为东南风, 4日08:00发展成东南急流, 在此过程中850hPa的-4 ℃线维持在江苏沿江一带。3日20:00, 江苏沿江及以北地区2 m气温降至1 ~ 2 ℃, 开始转为雨夹雪或雪, 而沿江以南仍维持在3 ℃以上, 以雨为主, 至4日凌晨沿江以北都降至-1 ~ 0 ℃, 降水相态为纯雪, 江苏沿江及以北地区雨雪转换时间早, 降雪持续时间长, 而苏南地区气温高, 前期以湿雪为主, 4日23:00左右转为纯雪。
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图 2 2018年1月4日08:00 (a)、25日08:00(b)和27日08:00(c)高低空配置 Fig.2 ynoptic sketch of high and low altitudes at 08:00 BST on 4 (a), 08:00 BST on 25 (b), and 08:00 BST on 27 (c)January 2018 |
"01·25"过程主要影响系统是500 hPa高空槽、700 hPa切变线和西南急流、850 hPa切变线(图 2b)。24日08:00, 700 hPa江苏地区为一致的西北风, 24日20:00, 700 hPa西南急流建立, 急流伸至沿江, 江苏地区的急流维持在16 ~ 20 m·s-1。降雪开始前东路冷空气已南下, 850 hPa到地面为一致的东北气流, 850 hPa江苏处于冷槽中, 风向与等温线几乎垂直, 冷平流显著, 24日08:00, 850 hPa的-4 ℃线就已位于浙北, 25日随着850 hPa切变线逐渐北抬, 苏南地区转为偏东风, 以北为东北风, 中部存在明显的辐合。在强降雪期间, 850 hPa的-8 ℃线南压至苏南地区, 由于近地层温度更低, 因此过程一开始即为纯雪。
"01·27"过程主要影响系统是500 hPa高空槽、700 hPa低槽和西南急流、850 hPa切变线(图 2c)。26日08:00, 江苏受弱脊控制, 高、中、低三层转为一致的西北气流控制, 降雪停止。26日20:00, 随着弱脊东移, 脊后有高空槽东移, 江苏逐渐转为槽前西南气流, 700 hPa西南急流开始建立, 27日08:00, 西南急流进一步增强, 急流北抬至淮北, 27日20:00, 南京站西南风增大至20 m·s-1。降雪期间, 850 hPa的-4 ℃线位于苏浙交界, 较"01·25"过程略有北抬, 低层温度较前期也略有升高, 但仍满足纯雪的温度条件。28日08:00, 700 hPa低槽已东移南压至江苏东南一带, 此时江苏大部转为西北气流, 降雪减弱并趋于停止。"01·25"和"01·27"两次过程间隔时间比较短, "01·27"过程发生时, 地面温度已经比较低, 冷垫条件已满足, 降雪期间地面无冷空气补充南下, 中低层暖湿气流在此冷垫上爬升, 促使暴雪天气发生。
综上分析可以发现, 3次暴雪过程500 hPa在100° ~ 110° E河套以南地区都有高空槽东移, 700hPa 3次过程均有西南低空急流, 850 hPa均有暖式切变线, 江苏位于切变线北侧。不同的是:"01·04"过程江苏北部地区以东北风为主, 南部为东南低空急流; "01·25"过程江苏以东北风为主; "01·27"过程江苏为一致东南风。前两次过程中, 700 hPa西南急流叠加在850 hPa东北气流上, 是江苏暴雪比较典型的形势特征, "01·27"过程700hPa为西南急流, 850 hPa为东南气流, 是一次非典型暴雪过程; 另外, "01·04"过程副高整体偏强, 在降雪前700 ~ 500 hPa便已先形成西南暖湿气流, 随着冷空气自低层楔入, 低层形成浅薄冷垫, 使得暖湿气流抬升; "01·25"过程在降雪前850 hPa至地面为一致的东北气流, 低层形成深冷垫, 随着中层西南气流的加强, 暖湿气流在此深厚冷垫上爬升。"01·27"过程与"01·25"过程相似, 都是低层先有冷垫, 而后中层暖湿气流沿冷垫爬升, 只是"01·27"过程冷垫更为浅薄。
3 物理量场诊断分析 3.1 水汽条件分析分析3次过程暴雪区域(31° ~ 34° N, 116° ~121°E)平均水汽通量和平均水汽通量散度。"01·04"过程(图 3a)在降雪前700 ~ 600 hPa存在一个水汽通量为7 g·cm-1·hPa-1·s-1的大值区, 表明水汽通道在降雪前已建立, 3日08:00起中层的水汽通量有一个明显增大的过程, 至4日出现10 g·cm-1·hPa-1·s-1的大值区, 水汽输送明显加强, 正好对应此时段700 hPa西南急流加强, 且在暴雪区上空从低层至500 hPa均为水汽辐合区(图 3c), 强辐合区位于850 ~ 700 hPa, 中心值为-0.8×10-7 g·hPa-1·cm-2·s-1; "01 · 25 "过程和"01·27"过程水汽通量剖面(图 3b)显示, 25日和27日在700 ~ 600 hPa都有一个水汽通量为8 gcm-1·hPa-1·s-1的大值中心, 由水汽辐合情况(图 3d)来看, 24-25日800 ~ 600 hPa为强水汽辐合区, 中心值为-0.8×10-7 g·hPa-1·cm-2·s-1, 850 hPa以下为水汽辐散区。26日上下层都转为西北气流, 水汽输送通道被切断, 整层都转为水汽辐散, 降雪暂歇, 27日随着水汽通量的再次建立以及850 hPa暖式切变线的北抬, 500 hPa以下都为水汽辐合区, 且强水汽辐合中心明显下传, 强中心位于800 ~ 700hPa, 中心值为-0.6×10-7g·hPa-1·cm-2·s-1。同时也注意到, "01·25"过程850 hPa以下水汽通量值都比较小, 明显小于"01·04"过程和"01·27"过程, 表明低层没有建立明显的水汽通道, 这由4日14:00(图 3e)、25日08:00(图 3f)和27日14:00(图 3g)850 hPa水汽通量场也可以看出, "01·04"过程和"01·27"过程低层存在一支东南向水汽输送, 且伴随水汽辐合, "01·04"过程水汽辐合更强, 说明这两次过程除了中层的水汽通道外, 850 hPa东南气流对水汽输送也起到了一定作用。
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图 3 暴雪区域平均水汽通量(a. 31° ~ 34°N, b. 116° ~ 121°E)和平均水汽通量散度(c. 31° ~ 34°N, d. 116° ~ 121°E)时间-高度垂直剖面; 850 hPa水汽通量场(箭头线)与水汽通量散度场(填色)叠加图(e. 4日14:00, f. 25日08:00, g. 27日14:00)(水汽通量, 单位:g·cm-1·hPa-1·s-1; 水汽通量散度, 单位:10-7g·hPa-1·cm-2·s-1) Fig.3 Time-height vertical profile of mean water vapor flux (a, b)and mean water vapor flux divergence (c, d)in the snowstorm area (a, c. 31°-34°N; b, d. 116° - 121° E)&stacking chart of water vapor flux field (arrow line)and water vapor flux divergence field (colored)at 850 hPa at 14:00 BST on 4 (e), 08:00 BST on 25 (f), and 14:00 BST on 27 (g)January 2018 (water vapor flux, units:g·cm-1·hPa-1·s-1; water vapor flux divergence, units:10-7g·hPa-1·cm-2·s-1) |
由以上分析可见, 3次暴雪过程水汽主要来源于中层, 由西南急流输送过来, 水汽强辐合时段对应强降雪发生时间; 不同的是, "01·04"过程水汽条件更好, 且"01·04"过程和"01·27"过程850hPa东南气流对水汽输送也起到了一定作用, 水汽来源相对更为丰富; "01·25"过程850 hPa以下一直为干冷气流, 低层没有建立水汽输送通道。
3.2 动力条件分析沿3次过程暴雪中心点分别作涡度和垂直速度的时间剖面发现, "01· 04"过程(图 4a)3日800 hPa以下为负涡度, 800 ~ 400 hPa为正涡度, 400hPa以上又转为负涡度, 强降雪发生时, 中层的正涡度向低层扩展, 正涡度中心也下传至800 hPa, 中心值为6×10-5 s-1, 650 ~ 500 hPa为负涡度, 中心值为-4×10-5s-1, 400 hPa附近为正涡度, 400 hPa以上又转为负涡度, 从低层到高层涡度的分布表现为辐合-辐散-弱辐合-辐散, 400 hPa以下以低层辐合、高层辐散为主, 有利于上升运动的发展。垂直速度剖面显示900 ~ 200 hPa为一个深厚的上升气流区, 表明上升运动发展旺盛, 3日20:00-4日08:00, 强上升运动区位于600 ~ 400 hPa, 500 hPa附近有-0.8 Pa·s-1的中心值, 4日此强上升运动区明显向中低层下传, 900 ~ 500 hPa都为强上升运动区, 中心值为-0.7 Pa·s-1, 相比3日, 上升运动区发展得更为深厚。"01·25"过程(图 4b)800 hPa以下为一致负涡度, 中心值为-4×10-5 s-1, 800 ~ 300 hPa为正涡度区, 中心值为8×10-5s-1, 位于400 hPa附近, 300hPa以上为负涡度, 涡度分布表现为辐散-辐合-辐散, 对应垂直速度在低层为弱下沉运动, 800 ~ 400hPa为上升运动区, 强上升运动中心位于650 hPa附近, 中心值为-0.7 Pa· s-1。"01·27"过程(图 4c)600 hPa以下都为正涡度区, 正涡度中心位于800 hPa, 中心值为6×10-5 s-1, 600 ~ 500 hPa为负涡度区, 中心值为-4×10-5 s-1, 400 ~ 300 hPa为正涡度区, 300 hPa以上为负涡度区, 涡度分布表现为辐合-辐散-辐合-辐散, 400 hPa以下以低层辐合、高层辐散为主, 垂直速度在900 ~ 300 hPa为上升运动区, 中心值为-0.7 Pa·s-1。可以发现, "01·04"过程和"01·27"过程涡度的垂直分布400 hPa以下满足低层辐合、高层辐散的结构, 垂直上升运动中心与辐合辐散中心基本耦合, 为暴雪发生提供了有利的动力抬升条件, 这两次过程上升运动发展的高度更高, 强上升运动发展更为强烈, 而"01·25"过程涡度分布低层以辐散为主, 800 ~ 400 hPa为辐合, 高层为辐散, 相比较另外两次过程, 上升运动发展高度不高, 且强上升运动区相对浅薄, 只集中在中层。
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图 4 次暴雪中心涡度(黑线, 单位:10-5s-1)和垂直速度(红线, 单位:Pa·s-1)的时间-高度剖面(a."01·04"过程浦口, b."01·25"过程高淳, c."01·27"过程宜兴) Fig.4 Time-height vertical profile of vorticity (black line, units:10-5s-1)and vertical velocity (red line, units:Pa·s-1)in the three snowstorm centers (a. "01·04"process of Pukou Station, b. "01·25"process of Gaochun Station, c. "01·27" process of Yixing Station) |
在3次降雪过程前夕, 降雪区上空都存在一条随高度向北倾斜的假相当位温密集带, 即能量锋区, 随着纬度升高, 锋区高度变高, 锋区上部为假相当位温高值区, 下部为低值区。所不同的是, "01·25"过程和"01·27"过程降雪前低层冷空气已入侵, 冷垫已经形成, 这从假相当位温低值可以反映出来, 尤其是"01·27"过程降雪区上空低层的假相当位温值仅为274 ~ 278 K, 而"01·04"过程此时假相当位温值为294 K。温度平流剖面更清晰地揭示了这一点:"01·04"过程2日14:00(图 5a)在31° ~ 34°N之间800 hPa以上为明显的暖平流, 35°N以北从600 hPa至地面为冷平流, 江苏区域31° ~35°N低层仍为弱暖平流控制, 表明冷空气还未侵入; 而"01·25"过程在24日08:00(图 5d)31° ~35°N 500 hPa以下都为冷平流, 900 hPa以下冷平流更显著, 中心值为-10×10-5K·s-1, 而暖平流还主要位于30°N以南, 强度也较弱; "01·27"过程27日08:00(图 5g)虽由低层到中层都为暖平流, 近地层也无冷平流南侵, 表明此次过程地面没有新冷空气补充南下, 主要是由于前期冷空气已经入侵, 低层已形成冷垫。
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图 5 沿119°E假相当位温(等值线, 单位:K)和温度平流(填色区, 单位:10-5K·s-1)高度剖面(a. 1月2日14:00, b. 3日14:00, c. 4日08:00, d. 24日08:00, e. 24日20:00, f. 25日14:00, g. 27日08:00, h. 27日14:00, i. 27日20:00) Fig.5 Height vertical profile of pseudo-equivalent potential temperature (isoline, units:K)and temperature advection (colored area, units:10-5K·s-1)along 119°E (a. 14:00 BST on 2, b. 14:00 BST on 3, c. 08:00 BST on 4, d. 08:00 BST on 24, e. 20:00 BST on 24, f. 14:00 BST on 25, g. 08:00 BST on 27, h. 14:00 BST on 27, i. 20:00 BST on 27 January 2018) |
"01·04"过程3日14:00(图 5b)900 hPa以下转为冷平流, 表明低层冷空气已入侵, 冷平流中心值为-10×10-5 K·s-1, 暖平流被抬升至900 hPa以上, 且强度增强, 中心值为10×10-5K·s-1, 中层暖平流叠置在低层冷平流之上, 高低空温度平流的差异导致锋区界面冷暖差异增大, 假相当位温等值线变得更为密集, 锋区加强。4日(图 5c)31° ~ 34° N500 hPa以下都为暖平流, 中心值增强为30 × 10-5K·s-1, 表明此次过程低层冷空气势力弱。根据ω方程, 暖平流有利于上升运动发展, 江苏正好处于暖平流中心, 上升运动显著, 有利于暴雪的产生。"01·25"过程24日20:00(图 5e)随着暖湿气流向北输送, 降雪区上空800 hPa为明显暖平流, 中心值为20×10-5 K·s-1, 900 hPa以下为冷平流, 中心值仍为-10×10-5K·s-1。25日14:00(图 5f)中层的暖平流增强至50×10-5 K·s-1, 低层仍维持冷平流, 中心值仍为-10×10-5K·s-1, 冷暖差异进一步加大, 锋区加强, 在整个强降雪期间, 江苏始终处在低层冷平流和中层暖平流叠置区, 冷暖空气的汇合使得辐合上升运动加强。"01·27"过程27日14:00(图 5h)中层的暖平流进一步增强, 中心值为30 × 10-5K·s-1, 降雪区上空整层都为暖平流, 引起了强上升运动, 在整个降雪过程中, 低层都没有明显冷平流, 中低层暖湿气流北抬, 在前期形成的冷垫上爬升, 促使暴雪天气发生。
可以看出, 3次暴雪过程都发生在锋区密集区, 降雪的形成和加强与锋面的发展关系密切。所不同的是"01·04"过程冷空气自低层南下, 势力较弱, 南下弱冷空气遇西南暖湿气流时, 冷空气作为弱冷垫楔入中低层暖湿气流内, 促使中层暖湿气流沿冷垫被迫抬升, 形成强烈的上升运动, 为暴雪的发生提供有利的动力条件。"01· 25"过程和"01·27"过程都是中层暖湿气流增强后沿冷垫主动爬升, 只不过"01·25"过程低层冷垫强, 冷暖气流交汇产生辐合上升运动。
3.3.2 逆温层结的维持由3次暴雪中心点分别作温度垂直剖面可以发现, 在降雪发生前和发生时, 中低层的逆温始终存在, 逆温层内的温度均在0 ℃以下, 强降雪时段, 逆温明显加强。"01·04"过程随着近地层温度的下降, 降水相态由湿雪转为干雪, 3日14:00(图 6a)近地层温度为2 ~ 3 ℃, 降水相态为雨或雨夹雪, 3日20:00温度降至0 ℃以下, 降水相态为纯雪, 强降雪发生时, 4日08:00逆温层维持在900 ~ 700 hPa, 逆温强度达3 ~ 4 ℃; "01·24"(图 6b)整个降雪过程中近地层温度都在0 ℃以下, 温度明显低于"01·04"过程, 降水相态一开始就为纯雪, 900 ~ 700hPa之间为逆温层, 最大逆温强度达5 ~ 6 ℃; "01·27"(图 6c)过程与"01·25"过程一样, 近地层温度比较低, 始终低于0 ℃, 27日强降雪发生时, 900 ~ 750 hPa之间存在逆温, 逆温强度3 ~ 4 ℃, 28日随着700 hPa低槽东移南压, 江苏基本上转为西北气流, 中低层温度进一步下降, 逆温层有所抬高, 逆温强度也有所减弱。
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图 6 3次暴雪中心的温度垂直剖面(单位:℃; a."01·04"过程浦口, b."01·25"过程高淳, c."01·27"过程宜兴) Fig.6 Vertical profile of temperature in the three snowstorm centers (units:℃; a. "01·04"process of Pukou Station, b. "01·25"process of Gaochun Station, c. "01·27"process of Yixing Station) |
综上分析, 3次暴雪过程在中低层都出现逆温层, 中层强盛的暖湿气流叠置在低层东北气流上, 中层暖下层冷, 有利于逆温层结的维持和加强。不同点在于, 与"01·04"过程相比, "01·25"过程和"01· 27"过程近地层温度更低, 冷垫更冷, 且"01·25"过程逆温也是最强的, 这与前面的分析结论是一致的。
4 雷达回波与云顶亮温（ＴＢＢ）演变特征分析分析降雪时段南京雷达回波反射率因子图发现, "01·04"过程反射率因子以层状云降水回波为主, 回波主体强度在15 ~ 30 dBZ, 在大片弱回波区中存在不小于35 dBZ的较强块状回波(图 7a), 最强反射率因子46 dBZ, 表明有弱的对流回波发展, 但总体看反射率因子梯度不大; "01·25"过程(图 7b)和"01·27"过程(图略)表现为稳定的层状云降水回波特征, 结构比较松散, 回波强度均匀, 都在30 dBZ以下。可见, 3次暴雪过程都以层状云降水回波为主, 回波分布比较均匀, 回波强度多在30dBZ以下, 反射率因子梯度不大, 但"01·04"过程中有弱对流发展, 造成降雪强度大。
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图 7 南京市2018年1月4日06:26(a)和25日03:24(b)多普勒天气雷达1.5°仰角反射率因子(单位:dBZ)及3次过程暴雪中心TBB的演变(单位:℃; c."01·04"过程浦口, d."01·25"过程高淳, e."01·27"过程宜兴) Fig.7 Reflectivity factor (units:dBZ)at 1.5° elevation at 06:26 BST on 4 (a)and 03:24 BST on 25 (b)January 2018 from Nanjing Doppler radar and evolution of TBB in the three snowstorm centers (units:℃; c. "01·04"process of Pukou Station, d. "01·25"process of Gaochun Station, e. "01·27"process of Yixing Station) |
图 7还给出了3次过程中暴雪中心点在降雪前后TBB的逐时演变, "01·04"过程3日11:00起TBB有一个明显下降的过程(图 7c), 4日01:00下降到-48 ℃, 随后TBB开始缓慢回升, 4日21:00回升到-10 ℃, 3日20:00-4日20:00前, TBB为一稳定的低值期, TBB值在-48 ~ -25 ℃之间, 对应此时为强降雪集中时段; "01·25"过程24日08:00TBB还大于- 6 ℃ (图 7d), 之后迅速下降, 24日23:00下降到最低值-27 ℃, 之后略有回升, 但依旧处于波谷, 其值维持在-24 ~ -15 ℃, 与强降雪发生时段相对应, 25日21:00时开始回升, 26日09:00回升到-6 ℃左右; "01·27"过程27日08:00起TBB值为迅速下降期(图 7e), 12:00达最低值, 其值为-24 ℃, 一直到27日23:00都处于低值期, 虽然在此期间TBB略有起伏, 但基本上为一个波谷, 28日00:00TBB迅速回升。研究[15]表明, TBB值越低, 云顶发展高度越高, 对流越旺盛, 由这3次暴雪过程TBB值演变特征可见, "01·04"过程对流性更明显。
5 结论通过对2018年1月3-4日、1月24-25日和1月27-28日发生在江苏的3次致灾区域性暴雪天气对比分析后, 得出以下主要结论:
1) 3次暴雪过程的共同点是, 500 hPa均有高空槽, 700 hPa有切变线且有西南急流维持, 850 hPa均有暖式切变线, 江苏位于切变线北侧, 地面有冷空气南下, 冷暖气流交汇于江苏地区, 造成了暴雪天气的出现。3次暴雪过程中水汽主要来源于中层700 hPa, 水汽辐合增强与强降雪时段对应较好。3次暴雪过程都发生在锋区密集区, 且在中低层都出现逆温层, 中层强盛的暖湿气流叠置在低层冷垫上, 有利于逆温层结的维持和加强。
2)"01·04"和"01·27"这两次过程除了中层700 hPa的水汽通道外, 850 hPa存在一支东南向水汽输送, 且伴随水汽辐合, 说明850 hPa东南气流对降雪过程中水汽输送也起到了一定作用, "01·04"过程水汽输送和水汽辐合更强, 水汽条件更好; 而"01·25"过程850 hPa以下一直为干冷气流, 对降雪过程中水汽输送无明显作用。
3)"01·04"过程和"01·27"过程涡度的垂直分布满足低层辐合、高层辐散的结构, 垂直上升运动中心与辐合辐散中心基本耦合, 为暴雪发生提供了有利的动力抬升条件, 这两次过程上升运动发展的高度更高, 强上升运动发展更为强烈。而"01·25"过程涡度垂直分布低层以辐散为主, 中层为辐合, 高层为辐散, 相比较另外两次过程, 上升运动发展高度不高, 且强上升运动区相对浅薄, 只集中在中层。
4)"01·04"过程开始前中层暖湿气流先形成, 而后弱冷空气自低层楔入, 南下弱冷空气遇西南暖湿气流时, 冷空气作为弱冷垫楔入中低层暖湿气流内, 促使中层暖湿气流沿冷垫被迫抬升, 使得上升运动发展高度更高, 强上升运动发展更为强烈; "01·25"过程和"01·27"过程都是低层先形成冷垫, 而后中层暖湿气流增强后沿冷垫主动爬升, 冷垫更冷, "01·25"过程逆温更强。
5) 3次暴雪过程中, TBB稳定低值期基本可以反映强降雪时段。"01·04"过程中有弱对流发展, 造成降雪强度大。
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