鄂尔多斯机场春季雨转暴雪天气个例诊断分析

鄂尔多斯机场春季雨转暴雪天气个例诊断分析

邓文婷

鄂尔多斯机场气象台 鄂尔多斯市 017200

摘要 利用NCEP/DOE网格再分析、自观系统等资料，对鄂尔多斯机场一次雨转暴雪天气过程进行诊断分析。结果表明：以乌拉尔山高脊增强，引导西伯利亚冷空气南下为环流背景，我国东部大陆高脊加强与阻挡、西部低涡系统缓慢东移加深和偏南低空急流建立与增强以及三者的相互作用，造成了强降水天气。底层弱冷平流入侵，触发了暖湿空气不稳定能量的释放。降水相态转换与地面气温相关。

关键字：急流 湿舌 指数 降雨 降雪

1前言

鄂尔多斯机场（以下简称本场）地处黄土高原东部，属于准高原机场。2023年春季，本场遭受了一次雨转暴雪降水天气，给运行安全保障带来极其不利影响。之前，业内同行对雨转雪天气过程进行了广泛研究。李江波等[1]认为高空西北低涡与地面江淮气旋的相互作用造成本地强雨雪天气。王清川等[3]提出500hpa低槽、低层切变线、地面倒槽等共同作用造成廊坊地区明显的回流降水天气。白彗星等[4]认为高空横槽转竖所携带的强冷平流造成了该地雨转雪天气。王智宇等[7]认为高低空急流的动力耦合作用以及低层北方冷空气与南方暖湿气流交汇，为雨转雪的发生提供了充足的动力。任素芳等[8]认为高空西北急流与低空西南急流建立了有利于降雪的上升运动次级环流。许彤等[5]提出850hpa温度场0℃线经过本站可作为降水性质发生转变的一个判据。宿秋兰等[6]提出在降水阶段近地面层形成冷垫，当冷垫厚度在2km以下时降水相态为雨；当冷垫厚度超过2km时降水相态为雪。刘畅等[2]认为降水相态转换现象的发生与气旋发展阶段和气温日变化密切相关。他们对雨雪天气的成因进行了深入分析，给出了一些判据，值得借鉴。但对准高原机场的雨转雪天气诊断分析却不多见。本文从天气形势出发，对本场这次强降水天气进行全方位地诊断，为准高原机场预报该类天气提供有益参考。

2资料与方法

利用NCEP/DOE 2.5°×2.5°网格再分析资料、Micapes4.1系统资料、常规天气图资料和自观系统资料等，使用Grads系统软件等对物理量场及单站物理量进行大量计算和呈现，对降水前以及降水全过程，包括水平方向和垂直方向进行全方位多角度的诊断分析，旨在全面掌握降水发生与加强气象要素的主要特征、空间结构和物理机制。

文中提及的时间无特指时均为世界协调时，提及的能见度均为有效能见度。

3天气实况概述

2023年4月2日05:42（北京时且本节全部采用北京时）本场开始降雨并伴有轻雾。08:42地面冷锋过境，气温快速下降，降雨持续并出现碎雨云，云底高最低点为280米。13:58气温下降至0.7℃，风向由西北转为东北，降水由雨转为雪，能见度变坏，最差时达800米。随后气温降至-0.1℃。此种状况一直维持，直到4日10:30降雪天气结束。本次降水过程，降雨量为14.2 毫米、降雪量为34.7毫米。其中2日降雪量为26.0毫米，达到暴雪量级，积雪深度达到2cm。

4天气形势分析

4.1高空环流形势

降水前，500hpa图上欧亚中高纬度地区环流形势为“两槽一脊型”，即在乌拉尔山及鄂霍茨克海区域各有一个暖高压脊。在两脊之间，中西伯利亚地区为一个较强的贝加尔湖冷涡，冷中心为-44℃。由于乌山高脊顶部向东北方向伸展，引导贝湖冷涡向西南方向移动，且贝湖冷涡底部不断分裂小股冷空气并伴随弱低压槽向偏东方向移动，导致我国东部形成弱高压脊。同时在孟加拉湾地区有一个大低槽，与中纬度地区的弱低压槽形成同相位叠加。4月2日00Z，由于受河西走廊冷空气增强东移和我国东部大陆高压脊加强及阻挡的共同作用，在河套地区的低槽得到加深，槽前暖平流增强，为低层气旋式环流增强、减压提供有力支撑。本场处于槽前（见图1）。

4.2中低空环流形势

降水前，700hpa图上（图略），贝湖低涡底部有一条锋区，从蒙古东部经中蒙边界至新疆东部一线。由于空中锋区西段南压，在甘肃地区形成西北涡，且低涡东侧的偏南气流迅速加强，偏南风低空急流随之建立、加强。4月2日00Z，西北涡分裂，一部分向东北上，在呼和浩特地区形成明显的低压槽，本场处于低槽槽线区域，为地面气流辐合、暖湿空气抬升提供了动力支持；一部分向四川盆地移动形成西南涡，构成南北贯通的低压带。

4.3地面天气系统

降水前，地面天气图上（图略），蒙古以北广大地区为一强大的蒙古冷高压，冷高压前缘有一条移动缓慢的冷锋。配合冷锋的是呈东北西南向的低压带，本场处于弱低压及冷锋前部暖气团内。由于西部冷空气持续南压，河套西部地区形成倒槽。4月1日21Z，河套倒槽冷锋移至本场，触发了暖湿空气的凝结和不稳定能量的释放，导致本场于1日21:42Z开始降水,后转为雪。随着倒槽冷锋缓慢东移，降雪逐步减小、终止。

图1 4月2日00Z 500hpa等压面分析图 图2 4月2日00Z 700hpa等压面分析图

（图中红圆点为鄂尔多斯机场所在位置）

5水汽输送特征

5.1低空急流

在4月1日12Z-2日12Z时段，700hpa等压面图上自内蒙古中部起经湖北、贵州、至缅甸等地形成一条偏南风低空急流并维持。在30°N以南该流为西南风，风速达20-26米/秒；而在30°N以北为偏南风，风速达到12-16米/秒。本场处于该急流的末端左侧区域（见图2）。低空急流产生于降水前9小时，其加强及维持与主要降水时段相对应。一方面低空急流将孟加拉湾水汽源源不断地输送到华北地区。另一方面急流的南段风速较大，北段的风速相对较小，在急流末端区域形成风速辐合，导致水汽在此区域辐合堆积，对本场强降水起到支撑作用。

5.2比湿特征分析

在比湿时间序列剖面图上，从4月1日00Z开始，本场上空比湿显著增大，在1日18Z以后达到峰值，等比湿线呈“湿舌”向上凸起分布形态（见图3），底层最强时达到10g.kg-1。该“湿舌”与降水主要时段相对应，为本场强降水提供了丰沛的水汽条件。

图34月1日-4日 鄂尔多斯机场比湿时间序列 图4 4月1日-4日鄂尔多斯机场垂直速度时间序列

5.3水汽通量散度特征分析

降水前，600hpa至地面水汽通量散度负值明显增强，850hpa达到12×10-6S-1，为本次降水过程水汽通量散度负最大值。在降水前期和中期，600hpa至地面水汽通量散度始终保持负值。即：低空水汽全程始终处于辐合、积聚状态为降水提供了必要的水汽输送条件，降水前期呈现较大的水汽辐合为本场产生强降水起到关键作用。

6能量集聚特征

6.1冷暖平流分析

从 4月1日00Z至2日00Z，中低空均为较强暖平流（图略）。不仅提供了大量暖湿空气，同时还为降水提供了充足的能量，使中低空大气处于不稳定状态和潜在不稳定状态。而从2日01Z时起本场地面转为偏北风，随即中低层转为冷平流直到降水结束，为整层暖湿空气不稳定能量释放提供了触发机制[9]，同时促使本场降水由降雨转为降雪。

6.2总能量分析

依据总温度Tt（Tt=t+gz/Cp+Lq/Cp+V2/2Cp）表示总能量[10] 计算本场上空700hpa以下气层的总能量。结果表明，850hpa和700hpa两个层次在降水前总能量显著增加，在降水开始前3小时达到最大，分别是52.7℃和47.5℃；在降水初期降水强度较强时段保持较高的能量值，均大于35.0℃；在降水的中后期，总能量值有所降低，但均在30℃以上。即：总能量全程处于较高值，为整个降水过程提供了必要的动能。降水前期能量呈现显著增强，为本场产生较大降水提供了充分的动能。

6.3K指数分析

从4月1日06Z开始至降水初期，本场K指数明显增大，均大于25℃，在〔28，33〕之间波动。在降水中后期，K指数明显减小,在〔14，19〕之间波动。

6.4∂θ500-850/∂Z500-850 指数分析

在此次降水过程中，本场的∂θ500-850/∂Z500-850指数始终为<0,即大气层结始终处于不稳定状态[10]。并且在降水前该指数负值明显曾大，最大负值为-24.3K；在降水初期主要降水时段，该指数负值有所降低，在〔-9，-15〕K之间波动；在降水中后期该指数明显下降，在〔-1，-5〕K之间波动。

由K指数和∂θ500-850/∂Z500-850指数演变得出，本场上空大气全程处于层结不稳定状态，并且在降水前和降水前期处于较强的不稳定状态。由于持续降水，不稳定能量开始释放，导致大气层结不稳定度开始下降，最终导致大气层结趋于稳定。

7动力分布特征

7.1涡度特征分析

降水前,700hpa等压面上，本场西部已形成一个较为完整的正涡度区域。4月1日18Z，该正涡度区中心增强为50×10-6S-1（图略），本场的涡度值随之增大到20×10-6S-1。即：降水前期，本场有较强的正涡度平流，为地面低值系统加强、发展提供了较强的动力。而在垂直方向，从1日18Z起本场上空形成500hpa以上为负涡度、700hpa以下为正涡度的分布形式并伴随整个降水过程（见表1），为暖湿空气辐合上升提供了有利支撑。

表1   鄂尔多斯机场4月1日06Z至4日06Z 涡度时间序列 单位：1×10-6 S-1

7.2散度特征分析

降水前，本场700hpa以下各层散度值均为负值，600hpa为辐合辐散过度层，500hpa至300hpa散度值均为正值，形成了“中低空辐合、高空辐散”的流场分布结构，有利于地面低值系统发展，并为暖湿空气辐合上升提供了先决条件。从降水前期至4月2日18Z，本场上空600hpa转为辐合，过渡层上升到500hpa。出现了辐合辐散过度层和高空辐散顶层抬高现象，且各等压面层正负散度值均加大，为强化暖湿气流辐合上升提供了有力保障。

7.3垂直速度特征分析

在垂直方向上，从1日18Z起至降水过程结束，本场整层垂直速度均为负值，且负值区域顶伸展到250hpa高空，为本场持续降水提供稳定而持续的抬升保障。而在2日00Z-12Z,550hpa-450hpa高度层之间产生了高于-0.45pa.S-1强上升运动中心（见图4），恰与本场主要降水时段重合。即：整层强烈的上升运动是本场产生强降水的必备条件。

8降水相态转换

本场气温与降水相态的关系分析

本场从4月1日21:42Z开始降雨，此时气温为10.6℃。由于地面冷锋在2日00:42Z过境，气温开始显著下降。在05:00Z,气温下降到1.5℃，此时降雨转为雨夹雪。在05:58Z,气温下降到0.7℃，本场由雨夹雪转为雪。随后气温下降至0℃以下并始终保持在〔0，-1〕℃之间波动，降水相态也一直保持为雪。

从1日00Z至4日18Z本场上空各层气温时间序列图（图略）得出，本场地面气温与850hpa气温几乎重合；与700hpa气温升降趋势基本相同且相位也基本相同，无超前趋势；与500hpa气温无相关性。因此，地面气温可作为降水相态转换的指标，当气温下降至0.7℃及以下时，本场降水可由雨转为雪。

9结语

经过分析得出如下结论：（1）500hpa乌拉尔山高脊加强，引导西伯利亚冷空气南下影响我国，提供了有利环流背景。（2）我国东部大陆高压脊的加强，对暖湿空气向北输送并与北部冷空气交汇起到关键作用。（3）蒙古冷高压稳定少动，河套倒槽缓慢东移，是形成雨转雪天气的主要因素之一。（4）低空急流的建立与增强，为强降水天气提供持续、充沛的水汽供给。（5）降水前期总能量的聚积，“中低空辐合、高空辐散”流场结构的形成，大气层结处于不稳定状态，表明降水发生与持续的动力特征。而空中水汽含量“湿舌”的形成，强垂直上升运动中心的建立，则是强降水产生的物理机制。（6）春季本场降水相态转换与地面气温相关，当气温下降到0.7℃及以下时，可由降雨转为降雪。

[1]李江波，李根娥，等.一次强寒潮的降水相态变化分析[J],气象，2009，35（7）：87-94.

[2]刘畅，杨成芳，宋嘉佳，一次江淮气旋复杂降水相态特征及成因分析[J],气象科学，2016，36（3）：411-417.

[3]王清川，寿绍文，霍东升，一次初冬雨转暴雪天气过程[J],干旱气象，2011,29（1）：46-53.

[4]白惠星，王旭，2000年北疆地区初雪天气分析[J],新疆气象，2001,24（1）：728.

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[7]王智宇，江虹，宋玉明，一次历史罕见的雨转暴雪天气过程分析[J],吉林气象，2010，（4）：2-8.

[8]任素芳，艳萍，郝艳霞，刘志刚，锡林郭勒盟一次槽涡型大雪天气过程分析[J]，内蒙古气象，2013，（4）：12-14.

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