2018年1月江苏两次暴雪天气对比分析

吴 琼，夏 露，白 杨，张丽婷，汪婵娟

(扬州市气象局，江苏扬州 225000)

暴雪是江苏冬季常见的灾害性天气之一，由降雪导致的低温冻害、大风、地面积雪和道路结冰往往对交通和生活的影响巨大；因此专家和学者们对暴雪从环流形势、动力过程、水汽条件、热力条件及数值模拟等方面进行了大量研究[1-6]。王清川等[7]分析了河北廊坊市初冬雨转暴雪天气过程中雷达资料的特征，得出0 ℃层亮带高度迅速下降后1～2 h内可以推断降水相态由雨转为雪。张迎新等[8]初步分析了华北回流暴雪的结构特征，发现降雪强度与高空风速有很好的对应关系。赵俊荣等[9]对新疆北部暖区强降雪过程中尺度云团演变特征进行了分析，同时也对天山暴雪成因及多普勒雷达中尺度特征进行了研究。为了提高各地暴雪预报的准确率，气象工作者针对各地暴雪天气过程进行了天气学分型，建立相应的预报模型。马振升等[10]根据环流形势将河南省暴雪分为两槽一脊和横槽两种类型；侯淑梅等[11]根据高空和地面影响天气系统，将山东极端强降水过程划分为5类天气概念模型。

以往对暴雪的研究多为个例分析，而对不同过程进行对比分析更有利于认识不同类型暴雪的发生发展机制。2018年1月3—5日(下称月初过程)和24—28日(下称月末过程)江苏发生了两次区域性暴雪天气，两次过程有所差异，本文将从降雪特征、环流形势演变及物理量特征等方面对两次暴雪天气进行对比分析，寻找这种天气的预报规律，为提高暴雪天气的预报预警能力提供参考。

1 实况

2018年1月2日夜间至4日夜间，江苏沿长江及其以北地区出现大到暴雪、局部大暴雪(图略)天气。北部地区降雪过程为纯雪，淮河以南是雨转雪过程，转换时间在3日晚上。5日早晨沿长江及其以北的大部分地区有5 cm以上积雪，其中沿长江一线和沿淮河的西部地区积雪有15 cm以上，最大浦口站为29 cm。

2018年1月24日下午至26日上午，江苏省位于长江淮河之间的西部地区及沿长江地区和苏南地区出现暴雪、局部大暴雪天气。26日08时大部分地区积雪深度在5 cm以上，最大浦口站为19 cm。26日白天降雪间歇，26日夜间至28日，沿长江地区和苏南地区再次出现暴雪、局部大暴雪的天气，28日08时淮河以南大部分地区有5 cm以上积雪，其中沿长江和苏南中西部地区超过15 cm，部分地区在20 cm以上。24日12时至28日14时，江苏省沿长江地区和苏南地区的累积降雪量在25 mm以上，其中苏南西南部部分地区超过40 mm。

从降雪强度和落区来看，两次降水中心均在沿长江地区和苏南地区，最大的积雪中心，月初过程在江苏西部，月末过程强降雪落区更偏南，降雪强度也偏弱。从气温来看月末过程气温更低，是纯雪过程，积雪效率更高，月初过程在沿长江及以南的地区为雨转雪过程。从持续时间来看，月末的过程持续时间更长。

2 天气形势分析

从500 hPa天气图上的环流形势来看，两次过程均为“西阻型”，巴尔喀什湖至里海之间有阻塞高压(45oN以北，60oE附近)发展，且在降雪过程中持续存在，巴尔喀什湖一稳定横槽不断引导冷空气从西路南下。阻塞高压前为宽广的低压带区，不断有冷涡发展活动。在青藏高原东部不断有低槽活动，引导暖湿气流北抬。冷暖气流在沿长江一带交汇，有利于降雪。

月初过程中副高整体偏强，副热带高压588 dagpm线位于南海东北部，且范围持续扩大，引导孟加拉湾和南海西南暖湿气流不断沿高压外围往中纬度地区输送，东北冷涡偏弱(3日20时中心值为532 dagpm)，冷涡底部的槽以北缩东移为主，长江中下游受西南气流控制。月末过程副热带高压整体偏弱，584 dagpm等值线的北界位于20°N以南，东北冷涡强大(24日08时中心值504 dagpm)且稳定维持在125°E、53°N附近，冷空气在冷涡西侧横槽堆积，分裂南下的冷涡槽后西北气流控制长江中下游地区。

从700 hPa天气图来看，月初过程西南急流和湿度大值区稳定存在，长江地区处于西南急流出口区的左侧(图1a)，急流最大风速达到28 m/s。前期暖式切变维持在淮河流域，4日逐渐转为冷切变，雪区南扩，5日08时700 hPa长江地区转为西北风，降雪渐止。月末过程中西南急流也一直存在，位置较月初过程偏南(图1b)，急流核最大风速也达到28 m/s，其中26日白天短暂转为西北气流的时段也和降雪的间歇时段对应。

从850 hPa天气图来看，月初过程中，暖切维持在沿长江地区和江苏南部，5日08时以后转为偏北风控制。4日有低涡沿长江东移， 4日沿长江和苏南地区降水量的增强。-4 ℃等温线南压缓慢，在沿长江一带维持，该地区降雪时常较长，形成较深的积雪。月末过程前期为偏东急流，但低层切变比月初过程弱，降水量整体弱于月初过程。全省气温基本在-4～12 ℃范围内，为纯雪过程。

从地面气压场分析来看，月初过程主要是中路冷空气不断扩散南下。月末主要是中路偏东冷空气，冷空气强度大，速度快，在降雪前形成较为深厚的冷垫。

3 诊断分析

3.1 水汽条件

一个地区要发生强降水，除了考虑有畅通的水汽通道源源不断为系统提供充足的水汽，还必须考虑各个方向输送来的水汽能否在此集中起来[12-13]，因此通过对两次暴雪过程的水汽通量和水汽通量散度进行诊断，分析过程水汽条件。

月初过程的水汽来源更丰富，低空西南急流带来的暖湿气流，并在江苏沿长江地区产生水汽通量辐合。4日20时850 hPa有低涡东移出海，打通了东海至江苏的水汽通道，由东海输送来的水汽也为强降水发生发展提供了更多的水汽。月末过程水汽通道较为单一，水汽辐合主要是由西南急流输送，且水汽输送的位置比月初过程偏南(图略)，与降雪的落区相对应。

3.2 热力条件

利用ERA Interim Daily的0.5°×0.5°再分析资料制作降雪中心风场、气温和相对湿度的垂直剖面图(图2)，可以看出：3日傍晚后温度廓线-4 ℃等值线向低层延伸，实况出现雨转雪；月末过程近地面温度较低，850 hPa气温低于-4 ℃，实况为出现了纯降雪。

两次过程均存在逆温，月初主要是850 hPa东南气流和700 hPa西南暖湿气流共同影响(图2a)，当850 hPa和700 hPa转为西北气流后，切断水汽输送，大气相对湿度迅速减小，降雪渐止。月末过程是850 hPa及以下层结的干冷空气楔入暖湿气流，暖湿气流在冷空气垫上爬升，形成逆温(图2b)。

在冷暖空气交汇的过程中，会形成明显的锋生作用。绘制假相当位温和锋生函数的剖面图，可以看出：暴雪发生期间，θse等值线存在明显的密集带(图3a)，能量锋区随着高度向北倾斜，等值线密集带对应低层锋区位置。两次过程中，锋区上部是假相当位温的高值区，对应由南向北伸展的暖湿气流，与形势场分析的中低空西南急流相对应。锋区下部却有明显的不同，月末过程有明显的假相当位温低值区(图3b)，说明在暴雪前低空就已经有明显的冷空气入侵，形成了冷垫。与形势场分析结论一致。

阴影区对应锋生函数，可以看出在锋面上有多个锋生正值区分布，月初过程中，锋面向北向上延伸，嵌有更多锋生正值中心，考虑是与次级环流所对应。

3.3 动力条件

从涡度和散度沿119°E的剖面上可以看到，与锋区对应有一条从地面延伸到100 hPa的随高度向北倾斜的正涡度柱，深厚正涡度柱的形成有利于暴雪的加强和维持。对比两次降雪过程强降雪时段的正涡度柱的分布(图4a)，可以看出月初过程的大值带分布范围和中心值均高于月末过程；从散度的垂直分布来看，暴雪区整体呈低层辐合高层辐散的配置，随高度略向北倾斜，月末过程的数值略小于月初过程(图4b)。月初暴雪过程的动力条件更佳。

强的上升运动将低层的水汽和能量源源不断输送到高空为暴雪的维持提供条件。垂直螺旋度表征大气在垂直方向上的旋转上升和运动特征，是反映天气系统的维持和发展状况及天气现象剧烈程度的一个参数。

由强降雪时刻沿暴雪中心做螺旋度的经向垂直剖面可以看出，强降雪出现时，两次过程垂直螺旋度均呈下正上负的分布(图4c)，强降雪落区位于正负中心叠加区域的附近。两次过程的不同之处在于月初过程的垂直螺旋度正负中心对数值更大，位置也更高(图4d)。结果说明月初过程辐合上升运动出现的高度更高，上升运动强度更强，大气不稳定层结更深厚，这也与前面的分析相符。

冷暖空气交汇对锋生起重要作用。从700 hPa锋生函数分布图来看，月初过程江淮之间为大段连续的锋生正值区(图5a，见第26页)，数值可达9×10-11K/(m·s)，月末过程锋生正值中心偏南(图5b，见第26页)，沿长江及以南大部分地区为6×10-11K/(m·s)，仅在江苏南部达到9×10-11K/(m·s)。可见月初过程的大尺度锋生作用更强，更有利于上升运动加强。

锋生还是引发次级环流的一个重要因素。在强降雪时次的锋生函数和垂直速度的垂直剖面图上可见，4日14时，在上升运动中心北侧，有下沉气流与之形成次级环流，锋生区位置和次级环流位置对应较好，且锋生正值区向上伸展至550 hPa附近(图5c，见第26页)。27日14时，在上升运动北侧也可分析出弱的次级环流，但整体强度偏弱；因此虽然有锋生正值区对应，但强度偏弱，伸展高度偏低(图5d，见第26页)。

次级环流的形成原因，一方面考虑是高低空急流耦合作用的产物，另一方面是不断有干冷空气卷进南方暖湿气流中，在交汇的楔形结构边缘产生锋生次级环流。

3.4 雷达回波分析

比较强降雪时段雷达0.5°仰角和2.4°仰角反射率因子、回波顶高和径向速度图(图6，见第26、27页)可以看出，月初过程回波反射率因子较强，以稳定层状云降水为主， 同时也夹杂有大于35 dBz的弱对流性回波(图6a)；月末过程为均匀的稳定层状云降雪(图6e)，降雪强度弱于月初过程，持续时间长。两次过程回波顶高均在6～8 km左右(图6c、图6g)。

抬高仰角至2.4°，均可以看到零度层亮带(图6b、图6f)。速度场上月初过程零风速等值线随高度顺转，有深厚的暖平流存在。正负速度对形成了“牛眼”结构(图6d)，说明低层存在明显东北风急流，“牛眼”状正负速度中心值较大，说明急流强度较强，辐合抬升作用明显，之后牛眼结构变形，降水减弱，速度值大小与降雪量存在一定的正比关系。月末过程也有弱“牛眼”速度对，但是风速强度弱于月初过程(图6h)。

4 结论

(1)两次过程均为“西阻型”，多冷涡活动。月初过程副高较强，中低空西南急流强盛，南部地区先雨后雪，小时降雪量较大；月末过程冷涡较强，低层有深厚冷垫，为纯雪过程，小时降雪量均匀。

(2)两次过程均存在西南急流的水汽输送，月初过程后期还有来自东海的水汽输送。

(3)两次过程均存在逆温。月初过程地面高于0 ℃，为雨转雪过程；月末过程低层气温低，能量锋区下部有冷垫存在，暖空气在其上爬升。

(4)两次暴雪过程存在深厚正涡度柱，低层辐合高层辐散，垂直螺旋度呈下正上负分布，且存在次级环流增强上升运动，有明显锋生大值区与之配合。月初暴雪过程各项动力条件指标均优于月末过程。

(5)月初过程以层状云降雪为主，夹杂一定弱对流回波，月末过程以层状稳定降雪为主；两次过程速度图中均存在牛眼结构，与低空急流对应，其中月初过程速度值更大。