内蒙古西中部一次春季暴雪特征分析

韩 理

内蒙古自治区气象台，内蒙古呼和浩特 010051

国内许多气象学者对大雪和暴雪进行了深入研究，但对降水相态的研究较少[1-6]。 内蒙古自治区西中部位于内蒙古高原，属于温带大陆性季风气候区。内蒙古自治区的春季是冬季风转换为夏季风的过渡性季节，由于冷暖空气交汇频繁，天气变化无常，时冷时热，所以春季雨雪交替造成大到暴雪过程不少，这一时期也是雪灾经常发生的时期。因此在每年的过渡季节，对降水相态的预报显得非常重要，进一步提高雨雪转换季节降水的综合预报水平，提前做好预防灾害的准备，更好地为各行业、各部门防灾减灾提供专业气象服务是非常必要的。

1 天气实况

22日08:00～24日08:00，内蒙古自治区自阿拉善盟向东至锡林郭勒盟西部出现了持续性降雨转雨夹雪或小雪，总降水量较大的站点出现在乌拉特中旗（32.5 mm）及杭锦后旗（22.8 mm），均突破了历史极值。乌拉特后旗海力素和呼和浩特市降雪量为11 mm，达到暴雪量级。

2 天气形势分析

22日08:00～20:00，500 hPa新疆北部冷涡有短波槽从河套西部移向河套东部地区，并且20:00槽后西北气流风速加大，指示出短波槽会迅速东移。23日08:00，300 hPa高空存在较强的高空急流，其中心轴风速达到66 m/s以上，强降雪区位于高空急流出口区的左侧辐散区，高空强烈的抽吸作用加强了整层的上升运动，为强降雪的发生提供了有利的大尺度环境场。500 hPa内蒙古西部的斜压槽迅速加深东移至河套西部，至20:00形成冷涡，冷平流自西部开始东移控制河套，到24日08:00，冷涡发展到最强盛时期，且东移至河套东部，涡后冷平流控制内蒙古自治区西中部地区。

对应700 hPa和850 hPa在22日08:00～20:00，均有明显的温度脊控制，且在黄河以北与阴山以南明显的暖式切变，700 hPa及850 hPa显示23日08:00河套仍处于暖脊内，河套以北地区暖切明显。但850 hPa西部温度槽开始影响，0℃线压到西部，并且形成西北风与偏南风的冷式切变，且西北风达到急流量级，预示冷空气东移迅速。23日20:00，冷切已位于河套东部，850 hPa温度槽开始移入河套，其后依然维持较强的西北风，冷空气向东扩散较快，850 hPa的0℃线压到河套东部。24日08:00，冷空气（850 hPa 0℃线、西北急流）彻底控制河套地区。

22日08:00～20:00配合在河套西中部地区暖锋内形成的地面倒槽，且地面辐合线从河套西侧沿黄河向北部阴山延伸，呈西南—东北走向，形成以黄河西侧到阴山南部为辐合中心的河套地区辐合降水的动力条件。23日08:00，冷锋已侵入西中部偏北地区，西北部转为降雪，地面气温降到0℃以下。河套仍处于冷风前暖锋内，沿着黄河西侧向北至阴山南麓仍存在辐合线，形成暖切降雨。冷锋后部温度转为0℃以下，降水相态转为雪。14:00冷锋位于河套中部，倒槽加强为河套气旋，17:00冷锋东移至鄂尔多斯东北部东胜一带，20:00河套气旋稳定维持，冷锋逐渐移出河套，西北部产生副冷锋。因此冷锋移速非常快，冷空气活动明显，锋后地面温度均在0℃以下，降水相态皆转为雪。且冷锋移动的方向基本是低层冷槽移动的方向，850 hPa 0℃线的位置基本对应地面冷锋的位置。

3 物理量分析

3.1 热力条件

3.1.1 大气温度层结利用乌拉特中旗探空站，分析此次降雪温度层结的演变。在出现降水前，3月22日20:00（图1a），内蒙古自治区中部中高层大气干燥，0℃层高度位于1 825 m，高于抬升凝 结 高 度（1 194.8 m）。23日08:00（图1b），由于对流层中层偏西南风加强，导致增湿明显，受冷平流影响，0℃层高度下降到1 670 m，高于抬升凝结高度（1 140.3 m）。大气层结在降雪发生前期和降雪刚开始的时候对流稳定，不存在对流不稳定的条件，说明在这2个时刻，大气层结是稳定的。同时，在这2个时刻的探空图的600 hPa至850 hPa层次上，露点温度与层结温度都几乎重合，说明在上述层次上的空气接近饱和，水汽比较充沛。而08:00的空气饱和度明显大于20:00，主要表现在中高层的水汽条件上。23日20:00，对流层中上层750 hPa以上有明显的干冷空气入侵，整层大气温度都≤-5℃，降水相态以雪为主，同时饱和区顶高降低，抬升凝结高度（1 529.2 m）有所上升，预示着降水减弱。

图1 乌拉特中旗探空图（a.22日20:00；b.23日08:00）

3.1.2 能 量 条 件22日02:00（图2a、图2b）强降雪开始前，850 hPa在内蒙古西部地区出现Ω型的高能舌，未来12 h强降雪出现在高能轴东侧能量梯度大值区；700 hPa西北路冷空气的南下，开始影响内蒙古西部地区。23日08:00，随着偏东南暖湿气流的加强，各层的高能区明显向西北方向扩展，降雪开始，高能区强度减弱，700 hPa西北路冷空气的东移，冷空气强度增强，850 hPa暖平流明显。到23日14:00，随着上游冷空气的继续东移，暖平流高度下降，高能区仍然东移北上，700 hPa能量锋区的高能区移到内蒙古中部，西部降雪开始减弱，中部降雪开始加强。23日20:00，内蒙古西部整层转为冷平流影响，上空能量锋区不复存在，降雪结束。

图2 22日02:00 850 hPa假相当位温场（a）、700 hPa温度平流（b）

3.2 动力条件

3.2.1 垂直速度23日02:00(图3a）109°E低层至300 hPa强上升运动区，出现了3个中心，分别位于870 hPa、650 hPa和400 hPa，值 为 -1 Pa/s。23日08:00(图3b），109°E低层至300 hPa强上升运动区，合并为2个中心，分别位于700 hPa和400 hPa，强度有所增强，在暴雪区两侧的正反2个环流圈，伸展高度到300 hPa附近，呈西北—东南走向的倾斜结构，反环流圈强于正环流圈，这种垂直结构更有利于中低层大范围抬升运动的加强，导致强降雪增加并持续。23日14:00后，上升运动区强度减弱，位置东移，其两侧的正反环流圈变为反环流圈弱于正环流圈，降水强度开始减弱。

图3 23日ω沿41°N纬向垂直剖面图 (a.23日02:00；b.08:00，单位：Pa·s－1)

3.2.2 涡度和散度在降雪发生前23日02:00(图4a）41°N存在低层正涡度负散度，高层负涡度正散度辐合的有利降 水 配 置。23日08:00(图4b）41°N附近辐合中心强度明显增强,低层正涡度负散度向上延伸加强，使得在中高层形成了2个上升运动大值区，并且绝对值大于1 Pa/s。23日14:00后，降水区域低层转为辐散，高层辐合,上升运动区强度减弱，降水开始减弱。

图4 23日沿108°E涡度（矢量）和散度（阴影）（a.02:00；b.08:00）

3.3 水汽条件

强降雪发生前，23日02:00（图5），850 hPa指示出东南风将东海的水汽输送到内蒙古西部。河套偏西地区存在明显水汽辐合。23日08:00，随着系统逐渐东移，河套地区水汽辐合明显增强；14:00，水汽辐合区继续东移并北抬，辐合大值区位于乌兰察布市，内蒙古西部降水开始减弱，中部降水加强。

图5 23日02:00 850 hPa水汽通量（矢量）和水汽通量散度（阴影）

沿大雪区108°E水汽通量散度垂直剖面可以看出，23日02:00开始降水前，内蒙古西部有2个水汽辐合中心，乌拉特中旗位于南北2个辐合中心之间。23日08:00（图6），乌拉特中旗南部水汽辐合中心明显加强，北部水汽辐合中心略有减弱，受低层偏南气流影响，降水开始加强，降水量超过历史极值。23日14:00，水汽辐合上升高度下降，强度减弱，预示着降水减弱。

图6 23日08:00沿 108°E水汽通量散度垂直剖面

3.4 等压面上的湿位涡分析

大气运动中动力过程与热力过程是同等重要的，湿位涡是综合反映大气动力学、热力学性质和水汽作用的物理量[7-8]。王宏等[9]应用湿位涡理论诊断发现，降雪过程的湿位涡正压场MPV1基本为正值，湿位涡斜压场（MPV2）为负值。MPV1绝对值大于MPV2的绝对值，说明湿对称性不稳定。

3.4.1 湿正压场与暴雪的发展从700 hPa上MPV1分布图（图7）上可看出，降水前期23日02:00（图7a）内蒙古西部存在MPV1为0.6 PVU的正值中心，与700 hPa上高空槽相对应。23日08:00(图7b)与冷平流相对应的MPV1正值区东移，同时MPV1正值区范围扩大，中心强度加强。强降水时段，内蒙古西部偏北的MPV1值在0.3～1.8 PVU之间。23日14:00随着 MPV1正值中心区逐渐移出，该地区降水也随之减弱。

图7 23日700 hPa上MPV1分布（a.02:00；b.08:00，单位:PVU）

3.4.2 湿斜压场与暴雪的发展3月23日02:00(图8a)，在内蒙古西部存在由东向西伸展的MPV2负值高值区，23日08:00(图8b)，随着干冷空气不断分裂南下，锋区逐渐加强，等θse线水平梯度增大。暴雪落区位于MPV2大值中心脊线位置的东侧，落区同时位于MPV2负值得到较大增长区域。23日14:00，41°N附近等θse线变得平直稀疏，MPV2负值的绝对值减小，降水也随之减弱。

图8 23日700 hPa上MPV2分布（a.02:00；b.08:00，单位:PVU）

4 雷达分析

从地面天气实况表现看，鄂尔多斯市的降水以雨开始，23日11:00前开始，11:00之前均为雨，14:00转为雪，且累积雪量达10 mm，达到暴雪标准。选择过程降水较强时段(3月23日16:21:46)对雷达的基本反射率因子、平均径向速度、垂直风廓线(VWP)产品进行比较,鄂尔多斯市雷达显示时间为世界时。

反射率因子回波强度小于35 dBz，呈片状，比较均匀，回波梯度小；径向速度上存在 “牛眼”结构，表示中低空存在明显急流区，零速度线有反“S”型结构，说明存在冷平流，在低空附近有明显的对向风，可以表明高低空系统所在位置。对照VWP资料，可以分析出观测时段地面在冷锋前西南气流中，高空在低槽前部偏西气流中整层湿度条件较好，同时很好地对应了径向速度场分析的结果）。

5 结论

（1）从高低空配置来看，高空是由短波槽加深为冷涡影响降雪地区，中低空有“人”字切变线与高空相配合，地面倒槽产生降水，冷锋入侵使降雨转化为降雪，产生了此次降水天气。

（2）从热力条件来看，降水相态发生转换的主要原因是0℃层高度下降，同时低层强冷平流的出现并迅速下传，对雨转暴雪天气的预报具有明显的指示意义。

（3）从水汽和动力条件来看，水汽辐合加强，预示着降水增强，水汽辐合减弱消失，预示着降水减弱；在高低空急流配合下，存在高层辅散，低层辐合的配置，为此次暴雪提供了有力的动力和充足的水汽。

（4）此次暴雪落区域满足了MPV1＞0，同时MPV2＜0的条件，并且满足MPV1＞0和MPV2绝对值得到较大增长的区域，湿对称性不稳定。

（5）从雷达资料的分析来看，此次暴雪过程的回波为稳定的混合降雪回波，都在35 dBz以下；零速度线较为反“S”型结构，表明存在出冷平流风场，有利于降水的相态转化。