2022 年“2.13”冀中大雪過程多源氣象資料分析

馬鴻青，董疆南，徐義國，于 雷，王亞婷

保定市氣象局 河北保定 071000

0 引 言

強降雪是我國冬季主要影響天氣之一，強降雪引起的道路結冰、積雪等往往會給交通出行、設施農業、配電設施等帶來不利影響，引發交通事故和人員傷亡。但另一方面，我國水資源短缺，冬季降雪對水資源的補充和農牧生產十分珍貴。因此，氣象專家對強降雪的研究越來越多。宋丹等［1］對貴州9 次大范圍降雪天氣過程的環流場、水汽和動力條件進行了診斷分析，結果表明，橫槽南支型、平直多波動型、北脊南槽型和高空急流型是貴州降雪的4 種主要環流特征。蔣大凱等［2］對遼寧一次暴雪過程進行了動力條件診斷，發現850 hPa正渦度中心先于強降雪出現。隨著高時空分辨率風廓線雷達資料的增多，許多氣象學者利用風廓線雷達資料對重大天氣過程進行了研究并取得了成果［3-9］，但大部分是針對強降雨開展的研究，在降雪方面比較少。本文利用風廓線雷達等多源觀測資料，對冀中一次強降雪過程進行分析研究，旨在尋找多源觀測資料對降雪的預報指示意義。

1 天氣概況

2022 年2 月12—13 日，保定全區出現明顯降雪天氣，全市累計平均降雪量7.2 mm，主城區降雪量8.7 mm，除淶源為小雪（2.3 mm）外，其他縣市均為大雪。最大降雪出現在高陽，為9.6 mm，最大小時降雪量1.3 mm（2 月13 日13—14 時出現在滿城、涿州和高陽）。全區積雪深度在6～10 cm。降水過程中，降雪區域的整層大氣溫度都低于0 ℃（圖1），降水形式為雪。從降水時間來看，12 日傍晚中南部最早出現降雪，其次是西北部，最后為東北部。此次大范圍強降雪正值春運期間，對交通出行造成了一定不利影響。

圖1 12 日20 時溫度垂直廓線Fig.1 Vertical profile of temperature at 20 o’clock on 12

2 影響系統

500 hPa中高緯為兩槽一脊環流形勢，貝加爾湖阻塞高壓南北兩側的冷空氣在河套地區匯合并東移南下影響河北。整個降雪過程按照影響系統分成2 個階段。第一階段為12 日傍晚至前半夜，受河北南部高空槽的影響，保定中南部出現降雪；第二階段為12 日后半夜至13 日白天，隨著冷空氣的不斷東移，40°N附近河套高空槽發展加強，受其影響，西北部和北部先后出現降雪。降雪期間，850 hPa存在東南和西南兩支水汽通道,兩支偏南氣流在河北交匯，為本地降雪提供了充足的水汽條件。降雪初期，蒙古冷高壓在河北形成了弱回流形勢，低層出現偏東風，高空槽前西南氣流沿冷墊爬升，降雪發生。13 日凌晨，隨著河套高空槽的發展東移，槽前正渦度平流增加，地面減壓，河套倒槽發展加強，河北中部形成了典型的東高西低形勢，全區陸續出現降雪。13 日入夜之后，高空槽移出，地面倒槽減弱消失，蒙古高壓整體南壓，降水結束。

3 大氣可降水量演變

地基GPS/MET可全天候監測整層大氣水汽含量的實時變化，其時空分辨率較高，在降水短期短臨預報中有較大的參考價值和指示作用。由圖2 分析得出：降雪發生之前的36 h內，4 個代表站大氣可降水量（precipitable water vapor，PWV）均呈增長態勢，最初的0～12 h上升最快，12 h內PWV增加了4 mm左右，12～36 h呈緩慢上升趨勢。降雪出現前，保定、安國和涿州的最大PWV達13～16 mm，淶源最小10.3 mm。保定、安國、涿州、淶源降雪開始時間與PWV峰值出現時間分別相差2、1、1、5 h。本次降雪過程中，淶源PWV最小，降水量也最小，其他3 站相近?？梢?，降水量和PWV呈一定的正相關關系。降雪期間，PWV變化平穩，隨著PWV出現連續下降，降水結束。

圖2 4 個代表站大氣可降水量和實況降水量演變對比Fig.2 Comparison between precipitable water vapor and actual precipitation evolution at four representative stations

4 風廓線雷達資料分析

4.1 水平風向風速

降雪開始之前的12 h 內，偏東風的厚度逐漸增加，2 月12 日傍晚，偏東風厚度由500 m 上升到1 000 m左右（圖3a），冷空氣從底層侵入，同時中低空垂直風切變形成，西南氣流所攜水汽在風場擾動作用下得到抬升，中南部開始出現降雪。12 日夜間，東風厚度繼續增加，中高空出現12 m/s的西南低空急流，降雪維持并略增大。13 日上午，隨著河套低壓倒槽的發展東移，偏東風高度下降至1 000 m以下，1 000 m高度處由偏東氣流向東南氣流轉變；11 時，3 000 m突然出現20 m/s的西南低空急流；13 時，20 m/s的西南低空急流向下延伸至2 500 m高度，中低空風向隨高度發生順時針旋轉，暖濕平流加強，水汽輸送增加，大部分地區降雪量加大。13 日傍晚至夜間，隨著地面冷高壓的整體南移，低空由偏東風轉為偏北風，高空由西南風逐漸轉為西北風，降雪逐漸結束。第一階段，偏東風形成的冷墊較厚，高空西南氣流偏弱，水汽輸送較差，降雪較??；第二階段，中高空西南急流所挾水汽增加，厚度增大，低層偏東風厚度降低，水汽需要爬升的高度減小，高空槽前正渦度增加，動力條件增強，降雪加大。

圖3 2 月12—13 日保定風廓線雷達垂直觀測特征（圖中橫坐標為世界時）（a）水平風時間-高度分布圖，（b）垂直速度時間-高度分布圖，（c）大氣折射率結構常數時間-高度分布圖Fig.3 Vertical observation characteristics of Baoding wind profile radar on February 12-13 （Abscissa in the figure is universal time）Time-height profile of horizontal wind （a） Time-height profile of vertical velocity（b）Time-height profile of atmospheric refractive index structure constant （c）

綜上所述，本次降雪過程中，風廓線雷達的水平風向風速演變對降雪的預報有一定指示意義：回流降雪出現之前，偏東風的層次是一個逐漸升高的過程，偏東風之上為西南氣流，西南氣流使水汽不斷集聚，一旦出現風場擾動，則降雪開始。3 000 m突然出現20 m/s的西南低空急流，之后20 m/s的西南低空急流向下延伸至2 500 m高度，降雪增強。

4.2 垂直速度

風廓線雷達測得的垂直速度是空氣垂直運動和降水粒子末速度之和，可以揭示大氣中低層湍流活動和動力條件，風廓線垂直速度的突變是天氣系統經過的一個重要指標。12 日15—19 時（圖3b），因影響河北中南部的高空槽較遠，0.5 m/s及以上的正速度主要位于1 500 m以上，20 時開始，隨著南部高空槽的臨近，高低空風場擾動增強，2 000 m 以下突然出現1.0 m/s 及以上的正速度，中南部降雪發生。13 日07—13 時，河套地區高空槽東移影響河北，1 000 m 以下垂直速度增加到1.5 m/s 及以上，降雪加強。降雪期間低層垂直速度一直維持在1.0 m/s左右，入夜之后，整層垂直速度降到0.5 m/s以下，降雪結束。

綜上所述，本次降雪期間1.0 m/s 以上的垂直速度主要集中在2 000 m 及以下高度。降雪之前，0.5 m/s 及以上的正速度首先出現在1 500 m 以上，2 000 m 以下突然出現1.0 m/s 以上的正速度后，0～3 h 內降雪發生。1 000 m 以下垂直速度增加到1.5 m/s及以上，降雪增強。整層垂直速度降到0.5 m/s以下，降雪結束。

4.3 大氣折射率結構常數（）

5 物理量診斷

5.1 渦度平流

12 日20 時，河北南部出現一個正渦度平流中心，說明南部的高空槽開始影響河北南部地區，受其北段影響，12 日夜間，保定中南部出現降雪。13 日白天，隨著中緯度冷空氣的加強，40°N附近河套高空槽發展東移，13 日09 時左右，500 hPa高空槽前最大正渦度平流移至山西上空，保定大部分地區開始降雪。13 日中午前后，最大正渦度平流范圍擴大并東移至河北境內，保定降雪增強。

5.2 垂直速度

2 月12 日傍晚（圖4a），河北中南部高空槽前出現較強的上升運動，最大上升運動中心位于400～500 hPa 之間，最大值-0.7 Pa/s，保定中南部開始降雪。13 日白天，隨著河套高空槽的東移加強，40°N附近垂直上升速度明顯增大（圖4b），最大上升中心位于中高層，受其影響，北部陸續出現降雪。13 日09—12 時（圖4c），河套高空槽加強，最大上升中心向40°N以南擴展，500 hPa最大上升速度達-1 Pa/s 以上，降雪強度有所增大。13 日傍晚至夜間，高空槽東移，保定上空逐漸轉為下沉運動（圖4d），降雪結束。

圖4 垂直速度沿115°E 經向剖面(單位：Pa/s ）（a）2 月12 日21 時， （b）2 月13 日09 時，（c）2 月13 日12 時，4 個代表站垂直速度時間-高度分布圖（叉號為保定，空心圓為安國，實心圓為涿州，方框為淶源），（d）2 月13 日21 時，（e）2 月12 日21 時， （f）2 月13 日09 時，（g）2 月13 日12 時， （h）2 月13 日20 時Fig.4 Longitude profile of vertical velocity along 115 °E and vertical velocity time-height distribution diagram of four representative stations （cross number is Baoding, hollow circle is Anguo, solid circle is Zhuozhou, box is Laiyuan）

12 日傍晚，受河北中南部高空槽影響，保定和安國站中高層的上升運動強于北部的淶源和涿州站（圖4e），中南部地區最先出現降雪。13 日上午，隨著河套高空槽的發展東移，北部的涿州和淶源站垂直上升速度很快超越保定和安國站（圖4 f ～ g），北部開始降雪。13 日傍晚至夜間，高空轉為西北氣流控制，對流層中層上升運動減弱（圖4h）。

6 結 論

①本次降雪分為2 個階段：第一階段，蒙古冷高壓在河北形成弱的回流形勢，河北南部高空槽前西南氣流沿冷墊爬升，保定中南部出現降雪；第二階段，隨著河套高空槽的發展東移，槽前正渦度平流增加，地面倒槽發展加強，河北中部形成典型的東高西低形勢，全區性降雪出現。

②降雪發生之前的36 h內，大氣可降水量（PWV）呈增長態勢，最初的0～12 h上升最快，12 h內PWV增加了4 mm左右，12～36 h呈緩慢上升趨勢。降水量和PWV呈一定的正相關關系。降雪期間PWV變化平穩，隨著PWV出現連續下降，降水結束。

③風廓線雷達的水平風向、風速演變對降雪預報有一定的指示意義：降雪出現之前，偏東風的層次是一個逐漸升高的過程，偏東風之上為西南氣流，西南氣流使水汽不斷集聚，風場出現擾動，降雪開始。3 000 m突然出現20 m/s的西南低空急流，隨著20 m/s的西南低空急流向下延伸至2 500 m高度，降雪增強。降雪之前，0.5 m/s 及以上的正速度首先出現在1 500 m以上，當2 000 m以下突然出現1.0 m/s以上的正速度后，0～3 h 內降雪發生。1 000 m 以下垂直速度增加到1.5 m/s 及以上時，降雪增強。整層垂直速度降到0.5 m/s 以下時，降雪結束。降雪期間，一直穩定在-180～-165 dB 之間，值小于-180 dB，最大探測高度降至3 500 m 以下，降雪逐漸結束。

④本次降雪期間最大上升速度中心位于對流層中層，500 hPa最大上升速度達到-1 Pa/s以上時，降雪增強?！?/p>