王剛 王峰 宋岷釜 趙曉鈺 白帆

摘要：應(yīng)用NCEPFNL分析資料，對(duì)2016年初遼寧地區(qū)一次暴雪過(guò)程預(yù)報(bào)偏差的形成機(jī)理進(jìn)行了分析。結(jié)果表明：暴雪過(guò)程強(qiáng)降雪區(qū)域伴有鋒生活動(dòng)，鋒生是暴雪增強(qiáng)的直接原因。降雪期間出現(xiàn)持續(xù)鋒生，總鋒生函數(shù)隨時(shí)間向高層發(fā)展，在強(qiáng)降雪階段水平變形項(xiàng)對(duì)鋒生起正貢獻(xiàn)，水平散度項(xiàng)起鋒消作用。鋒生作用下，鋒面次級(jí)環(huán)流加強(qiáng)，利于水平輻合增強(qiáng)進(jìn)而導(dǎo)致正渦度發(fā)展，對(duì)上升運(yùn)動(dòng)有正反饋?zhàn)饔茫谏仙\(yùn)動(dòng)的維持，使得動(dòng)力抬升和水汽輻合作用增強(qiáng)導(dǎo)致強(qiáng)降雪天氣，是導(dǎo)致降雪量預(yù)報(bào)偏差的主要原因。

關(guān)鍵詞：暴雪;鋒生;水平變形項(xiàng);伸長(zhǎng)變形

中圖分類(lèi)號(hào)：P458

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1674-9944（2018）6-0098-03

1引言

暴雪是遼寧地區(qū)冬半年主要災(zāi)害性天氣之一，自2007年3月4日東北地區(qū)百年一遇的暴風(fēng)雪過(guò)程后，遼寧地區(qū)雖未再出現(xiàn)如此罕見(jiàn)的暴雪天氣，但每年都會(huì)有幾次暴雪過(guò)程。雖然這些暴雪過(guò)程沒(méi)有臺(tái)風(fēng)、突發(fā)性強(qiáng)對(duì)流和罕見(jiàn)暴雪等的災(zāi)害性大，但其出現(xiàn)的頻次高，與人們?nèi)粘Ｉ钕⑾⑾嚓P(guān)，尤其是對(duì)交通、電力和設(shè)施農(nóng)業(yè)的影響明顯。每當(dāng)有暴雪天氣出現(xiàn)，交通部門(mén)都要根據(jù)降雪預(yù)報(bào)確定融雪劑和環(huán)衛(wèi)工人的部署，高速公路確定封路時(shí)間和路段等，因而提供準(zhǔn)確的降雪預(yù)報(bào)是氣象部門(mén)做好決策服務(wù)的關(guān)鍵。

2降水實(shí)況

2016年2月12日20時(shí)到13日20時(shí)，遼寧出現(xiàn)較強(qiáng)降雪天氣。由24h總降水量分布可見(jiàn)（圖1（a）），全省大部分地區(qū)出現(xiàn)了大到暴雪天氣（降雪量≥5mm），其中有19個(gè)站出現(xiàn)了暴雪（降水量≥10mm），主要集中在東南部地區(qū)，占全省總站次（61站次）的30.6%，強(qiáng)中心位于旅順和風(fēng)城，降雪量分別為23.4和23.3mm。最大小時(shí)雪強(qiáng)空間分布圖（圖1（b））顯示出與24h累計(jì)降雪量類(lèi)似的分布特征，自西北向東南逐漸增強(qiáng)，東南部普遍在2mm/h以上，最大達(dá)到5mm/h。

與實(shí)況相比，大部分地區(qū)降雪量預(yù)報(bào)較理想，但遼寧南部降雪量預(yù)報(bào)偏小明顯，特別旅順附近降雪量實(shí)況較預(yù)報(bào)偏多將近10mm，誤差接近100%，因此文章中重點(diǎn)針對(duì)遼寧南部降雪量預(yù)報(bào)偏差較大的地區(qū)降雪形成機(jī)制進(jìn)行分析。

3鋒生對(duì)動(dòng)力增強(qiáng)作用分析

動(dòng)力條件是降水產(chǎn)生的關(guān)鍵之一，本次強(qiáng)降雪區(qū)的垂直速度、散度、渦度區(qū)域平均（120～123°E，37～41°N）時(shí)空剖面如圖2所示。從垂直速度演變情況（圖2（a））看，13日03～08時(shí)，降水較弱階段，在800hPa以上層次開(kāi)始有弱的上升運(yùn)動(dòng)發(fā)展，08時(shí)700～500hPa高度間最大上升運(yùn)動(dòng)已達(dá)到-0.6×10^-3hPa/s，與降水時(shí)序?qū)Ρ龋▓D2（c））發(fā)現(xiàn)，強(qiáng)上升運(yùn)動(dòng)先于降水增強(qiáng)發(fā)展，動(dòng)力上升增強(qiáng)是降水增強(qiáng)的原因之一。從散度場(chǎng)演變情況看，13日08時(shí)之前900hPa以下低層有弱輻合，對(duì)應(yīng)低層下沉，而800hPa以上層次開(kāi)始有弱的輻合發(fā)展，對(duì)應(yīng)弱上升運(yùn)動(dòng)和弱降降水;13日08時(shí)之后，850hPa以上輻合作用增強(qiáng)，其增強(qiáng)從時(shí)間上落后于上升運(yùn)動(dòng)的發(fā)展，輻合最強(qiáng)階段是13日08-14時(shí)，正是強(qiáng)降雪出現(xiàn)的時(shí)間段。渦度演變（圖2（c））情況與散度演變?cè)跁r(shí)間上存在一致性.正渦度發(fā)展也滯后于上升運(yùn)動(dòng)的發(fā)展，13日08時(shí)之前800hPa以下層次為弱正渦度，對(duì)應(yīng)弱輻合，但低層下沉運(yùn)動(dòng);13日08時(shí)之后渦度開(kāi)始從低層向高層發(fā)展，14時(shí)發(fā)展到最強(qiáng)，達(dá)到6×10^-5/s。

對(duì)比鋒生的水平散度項(xiàng)和水平變形項(xiàng)對(duì)總鋒生函數(shù)貢獻(xiàn)及動(dòng)力演變情況，13日02時(shí)之前水平散度項(xiàng)比水平變形項(xiàng)貢獻(xiàn)大，由于中層輻合導(dǎo)致垂直氣流有下沉分量（圖2（a）），上升作用不強(qiáng)，降水強(qiáng)度弱;13日02～08時(shí)水平變形項(xiàng)對(duì)鋒生起到關(guān)鍵作用，鋒生進(jìn)一步導(dǎo)致中層上升運(yùn)動(dòng)加強(qiáng)（圖2（a）），利于水汽輻合、動(dòng)力抬升增強(qiáng)，降雪加強(qiáng);13日08～14時(shí)水平變形項(xiàng)對(duì)總鋒生貢獻(xiàn)更明顯，并且其出現(xiàn)先增后減的趨勢(shì)，與該階段降雪先增后減趨勢(shì)類(lèi)似，因此水平變形項(xiàng)鋒生作用對(duì)此次降雪動(dòng)力發(fā)展起到重要作用。

4鋒生對(duì)水汽條件增強(qiáng)作用分析

冬季是北方的干季，預(yù)報(bào)降水時(shí)，水汽分析尤為重要。整層水汽通量既能顯示大尺度的環(huán)流系統(tǒng)，又能顯示明顯的水汽輸送特征，應(yīng)用下面公式計(jì)算13日08時(shí)整層水汽通量，分析其空間分布特征。

水汽通量散度用來(lái)表征水汽輻合、輻散的物理量，水汽通量散度為負(fù)，為水汽輻合，其公式如下：

上述式中PS為地表面氣壓，P取300hPa，q為比濕，g為重力加速度。

從13日08時(shí)整層水汽通量空間分布圖（圖3）可以看出，看出海上的偏南水汽通量向北輸送到遼寧北部附近，最大達(dá)到60*g· s^-1·cm^-1·hPa^-1，頂端到達(dá)北緯44°N附近。而從850hPa水汽通量時(shí)間演變顯示（圖4），降雪前到降雪結(jié)束后，850hPa水汽通量一直較好，13日02～14時(shí)水汽通量逐漸增強(qiáng)，且從南向北延伸，13日14時(shí)之后水汽輸送逐漸減弱。

13日08時(shí)，水汽通量散度空間分布圖（圖5）可以看出，水汽輻合中心（負(fù)值中心）與強(qiáng)降水空間分布（圖1（a））存在較好對(duì)應(yīng)。水汽輻合（圖6）與降水時(shí)間（圖1（c））同樣有較好的對(duì)應(yīng)，13日02～08時(shí)水汽輻合逐漸增強(qiáng)，08～11時(shí)達(dá)到最強(qiáng)，且延伸到42。N附近，中心最大值達(dá)到-20×10^-6kg/㎡·s;ll-14時(shí)水汽輻合逐漸減弱，位置南落;14時(shí)之后基本上為水汽輻散。

綜上分析，鋒生活動(dòng)使得上升運(yùn)動(dòng)加強(qiáng)，鋒面次級(jí)環(huán)流發(fā)展，導(dǎo)致低層水平輻合加強(qiáng)，對(duì)次級(jí)環(huán)流上升支起到正反饋?zhàn)饔茫吖餐饔檬菑?qiáng)降雪發(fā)展的主要?jiǎng)恿C(jī)制。上升運(yùn)動(dòng)發(fā)展、水汽輻合加強(qiáng)造成遼寧東南部降雪加強(qiáng)。

5結(jié)論

2016年2月12～13日遼寧地區(qū)出現(xiàn)較強(qiáng)暴雪過(guò)程，且遼寧南部預(yù)報(bào)與實(shí)況降雪量偏差較大，通過(guò)重點(diǎn)針對(duì)遼寧南部強(qiáng)降雪形成機(jī)理的分析，發(fā)現(xiàn)其特點(diǎn)是鋒前暖區(qū)鋒生導(dǎo)致垂直上升運(yùn)動(dòng)加強(qiáng)是產(chǎn)生暴雪的動(dòng)力因素。

通過(guò)進(jìn)一步分析鋒生及動(dòng)力機(jī)制：降雪期間出現(xiàn)持續(xù)鋒生，在強(qiáng)降雪階段水平變形項(xiàng)對(duì)鋒生起正貢獻(xiàn)。而伸長(zhǎng)變形Af對(duì)水平變形項(xiàng)的貢獻(xiàn)最顯著，遼寧以南地區(qū)的偏南風(fēng)穿過(guò)等θse線(xiàn)，遼寧西北部西北風(fēng)穿過(guò)等θse線(xiàn)，在遼寧東南部?jī)晒蓺饬鲄R合使得等θse線(xiàn)密集并向西南方向拉伸，驅(qū)動(dòng)θse梯度增大，形成溫濕對(duì)比明顯的一條狹帶，是促進(jìn)鋒生的關(guān)鍵。鋒生作用下，鋒面強(qiáng)度增加，坡度變陡，鋒面次級(jí)環(huán)流加強(qiáng)，利于水平輻合增強(qiáng)進(jìn)而利于正渦度發(fā)展，正渦度發(fā)展對(duì)上升運(yùn)動(dòng)有正反饋?zhàn)饔?，利于上升運(yùn)動(dòng)的發(fā)展和維持，使得動(dòng)力抬升和水汽輻合作用增強(qiáng)導(dǎo)致遼寧東南部強(qiáng)降雪天氣。通過(guò)以上分析，得出在預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)中，要關(guān)注氣流交匯導(dǎo)致伸長(zhǎng)變形增強(qiáng)是強(qiáng)降雪預(yù)報(bào)著眼點(diǎn)之一，預(yù)報(bào)中可以將相應(yīng)區(qū)域的降雪量向大訂正。