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针对持续低温雨雪冰冻天气对郴州2019年元旦前后气象资料进行分析

2020-06-02 597 上传者：管理员

摘要：本文利用常规地面和高空观测资料、NCEP再分析资料对郴州市2018年12月28日至2019年1月2日郴州市持续低温雨雪冰冻天气特点、环流特征进行了分析,重点分析了与降水相态多变相关的大气层结分布特征.结果表明,此次持续低温雨雪冰冻过程中,郴州主要受到南支低槽加深东移和地面冷空气南下共同影响,配合中低空活跃的西南暖湿气流,出现了持续低温雨雪冰冻天气;870～750hPa左右郴州一直维持有一个逆温层结,导致出现连续冻雨天气;强冷空气主体南下阶段,逆温层整层温度下降,尤其当850hPa高度以下的温度下降至-2～-4℃时,有利于郴州纯雪天气的出现.

关键词：
低温雨雪冰冻
冷空气
冻雨
天气学
连续冻雨天气
逆温层
郴州
降水相态
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郴州地处我国南岭山脉北侧,冬半年冷空气受到南岭山脉的阻挡经常在山脉北侧堆积,容易在郴州出现持续的低温雨雪冰冻天气.比如2008年初我国南方发生历史罕见的大范围持续低温雨雪冰冻天气,郴州是雨雪冰冻天气影响最重的地区之一.许多文献对南方持续低温雨雪冰冻天气进行了研究.龙腾文[1]从天气学和气候学角度对湖南省2008年初低温雨雪冰冻灾害进行了分析;姚蓉[2]分析2008年初和2011年初持续低温雨雪维持的主要动力原因是由于南支槽活跃,地面冷空气活动频繁,冷暖气流在南方交汇所造成的.杜小惠[3]认为“两冷夹一暖”的层结特征是冻雨的理想“温床”,郴州特殊地形增加了冰冻强度和持续时间.钱晰[4]分析2018年初和2008年初我国中东部低温雨雪事件都是在拉尼娜气候事件背景下发生.以往雨雪冰冻研究侧重于气候背景和大环流形势分析比较多,而对雨雪冰冻相态转变的诊断分析较少.本文利用常规观测资料及NCEP再分析资料,对2019年元旦前后郴州出现的持续低温雨雪冰冻天气的特点和成因进行了分析,重点诊断分析了雨雪相态转变的大气层结特征,为郴州持续性低温雨雪冰冻相态预报和服务上提供技术经验.

1、天气实况

2018年12月28日至2019年1月2日,全市出现了大范围的低温雨雪冰冻天气.各县市区10个国家级气象站29日晚出现了过程最低气温达-2～-4℃;此次过程高海拔山区最低气温达-6～-8℃.从28日夜间开始,郴州陆续出现冰冻天气,大部分县市冰冻维持了4天左右,郴州观测站12月29日至1月3日持续6天出现冰冻天气,最大积冰直径为10mm,出现在汝城站.29至30日中部和北部县市部分时间段出现转纯雪的天气,南部县市以雨夹雪天气为主.郴州雷达山观测站出现1cm的积雪,其他部分站有微量积雪.

2、天气形势演变分析

12月28日欧亚500hPa中高纬度维持“两槽一脊”形势,我国中纬度南支槽维持并不断有小波动分裂东出.中低层郴州位于大陆冷高压底部,偏北气流,水汽较弱,因此在此期间郴州降水形成南北分界,北部出现降水和冰冻天气,南部却是阴天有分散性降水.12月30日08时500hPa环流形势显示(图1a),乌拉尔山暖平流发展,暖气流北推并在其北段形成阻塞高压,脊前横槽随之加强,形成切断低压;阻高前横槽进一步发展并转竖,引导强冷空气从中路补充南下,850hPa零度线压至南岭一带,700hPa零度线也逐渐南压至郴州中北部,郴州气温剧烈下降至-3.8℃,部分县区开始出现纯雪;2日乌山阻高减弱,切断低压西移发展,阻隔冷空气南下,中低层零度线同时北抬至湘中偏北一带,郴州低温雨雪冰冻天气结束阴雨天维持.

地面冷高压主体位置偏北,中心强度强.28日亚洲中高纬度为强大冷高压控制,冷高压主体位于蒙古境内,中心位于40～50°N,中心强度最强达1060hPa以上,冷锋已抵达长江一带;29～30日,冷空气的进一步南下,冷锋压至南岭一带并持续维持(图1b),同时在低槽的引导下不断有小股冷空气南下补充,郴州气压达到1038hPa,气温维持在-2～-3℃附近,我市出现雨雪冰冻范围最广.

3、降水相态演变特征分析

统计郴州各县市区本次过程雨雪实况观测数据可知,此次雨雪冰冻天气相态转变从28日夜间开始,海拔在300米以上的郴州和桂阳两个观测站开始出现冻雨和雨夹雪天气,29～30日中部和北部县市部分时间段出现转纯雪的天气,南部县市以雨夹雪天气为主.31日白天开始,大部分县市由雨雪天气转为冻雨天气,2日进一步转为阴雨天气.其中整个天气过程,纬度偏南的宜章站没有出现冻雨天气,汝城站没有出现雨夹雪或雪天气.此次天气过程我市虽然出现了小雪天气,但是出现的时间不长,几乎每天都是冻雨、雨夹雪和雪几种降水相态混合交叉出现,天气现象比较复杂.雨雪相态转变主要与高空和地面的层结配置相关.

从郴州几个时次的探空资料综合分析,28日20时(图2a)随着高空波动的东传和低层冷空气的不断南下,925～850hPa的气温下降至-2℃,逆温层上下温差加大到8℃,说明逆温强度在增强;逆温层顶开始向上缓慢增长,逆温厚度增加.29日08时(图2b),850hPa温度进一步下降至-4℃,而700hPa的温度由零下上升至零上1℃,逆温层温差也进一步加大到13℃.地面温度郴州站也在28日夜间下降至-1℃左右,此时28日夜间海拔高度在300多米的郴州和桂阳两个观测站开始出现冻雨天气,29日随着850hPa温度接近0℃,地面气温的进一步下降至0℃以下,冻雨范围进一步扩大至我市大部分地区,且开始出现雨夹雪天气.28至29日为此次雨雪冰冻天气的初始阶段.

29日晚高空南支槽加深东移影响至我省上空,地面冷空气主体完全影响到我市,29日夜间全市出现了此次雨雪冰冻天气的过程最低气温,海拔较高的郴州站-4℃,其他站也下降至-2～-3℃.30日08时(图2c)仍然维持较强的逆温层,且厚度和强度均达到很强的程度,逆温层顶部温度下降至3～4℃,700hPa温度在2℃,850hPa温度在-4℃,30日白天大部分时段以纯雪天气为主.从这几天的探空图湿层增长情况看出,27～30日郴州高空的湿层从700hPa一直增长至500hPa高度层,本次过程的雨雪程度也在30日达到最强,郴州本站出现了1cm的积雪,中北部各个站有微量积雪.

31日开始,郴州的逆温层结仍然维持,逆温层顶部温度有所上升,850hPa特征层31日温度由-4℃上升至0℃左右,逆温厚度也有明显的降低,郴州的雨雪天气减弱,但是冻雨天气维持.

整个雨雪冰冻天气过程中,郴州大致在870～750hPa左右一直维持有一个逆温层结,且逆温层顶一直维持有一个3～6℃的融化层,所有郴州的冻雨也一直维持了整个天气过程.此外,郴州高空整层温度都没有到零下的情况,但是30日郴州部分时间段仍然转了纯雪天气.出现纯雪天气主要是强冷空气主体南下阶段,逆温层整层温度下降,尤其850hPa高度以下的温度下降至-2～-4℃,有利于纯雪天气的出现.

4、雨雪冰冻天气物理量诊断分析

4.1水汽条件分析

分析郴州站2018年12月29日～2019年1月2日雨雪冰冻过程逐3小时的综合时序图(图3a),29日到30日郴州中低层到高空均为强盛的西南气流,700hPa的西南风风速达20m·s-1.整个雨雪冰冻过程850～700hPa都有明显的逆温,850hPa以下为北风或东北风,并且气温基本处在零下,在这种近地面层有丰富的过冷水滴存在,并且叠置于深厚冷气层之上的暖性逆温层建立和维持下,极其有利于冻雨的产生.

从区域(25°～30°N,110°～115°E)平均水汽通量时间演变(图3b)来看,29日晚到30日白天,800～700hPa之间存在水汽通量大值带中心,中心强度超过-14×10-3g·cm-1·hPa-1·s-1,说明存在非常强烈的水汽辐合,这与该期间中低层西南急流明显加强密切相关.由此形成一定厚度的融化层,当大气中的冰晶通过该层时就会融化成雨滴,继续下落到近地面低于零度的冷下垫面,雨滴便迅速冷却,形成冻雨.总而言之,700hPa强水汽通量中心的存在对冰冻天气的产生创造了有利的条件.

4.2动力条件分析

从2018年12月28日～2019年1月2日850hPa以上110°～115°E区域平均经向风的纬度-时间剖面(图4a)分析可知,29日晚850hPa切变线位于郴州,其以南地区南风分量明显增强,西南暖湿气流强盛,有利于冷暖空气在此交汇,致使郴州雨雪冰冻加强,范围扩大.

此次过程青藏高原南侧的南支槽异常活跃,南支槽在东移的过程中,途径北印度洋和孟加拉湾,槽前西南气流输送大量水汽.分析200hPa以上25°～35°N区域平均的相对涡度的时间经度剖面(图4b),28日到30日出现了中心值达7.0×10-5s-1的正涡度中心,使得东移低涡强度得以维持和发展,同时高空急流也异常强盛.

4.3热力条件分析

从温度的垂直剖面图可以看出,有一个非常明显的“暖舌”向北、向上延伸至28°N附近,形成一个温度在0～4℃之间的融化层,与此同时,该融化层以下存在着一个向南伸展的“冷舌”.“暖舌”和“冷舌”的存在使得郴州上空形成明显的逆温层,这时只要水汽条件满足,就容易产生雨雪冰冻天气.

5、结论

2019年元旦前后,郴州受到南支低槽加深东移和地面冷空气南下共同影响,配合中低空活跃的西南暖湿气流,出现了持续低温雨雪冰冻天气.870～750hPa左右郴州一直维持有一个逆温层结,中低层较强的西南暖湿气流,叠置于深厚冷气层之上的暖性逆温层上,有利于冻雨的产生.当850hPa高度层和地面气温都在0℃以下时,郴州就要考虑雨夹雪天气.当850hPa高度以下的温度下降至-2～-4℃时,有利于郴州纯雪天气的出现.

本次雨雪冰冻天气过程,南支低槽发展加强的时间较快,且东移过程逐渐北收,低层西南发展不旺盛,水汽条件较弱,湘南地区冷层并不深厚且持续时间不长,雨雪转换频繁,冰冻不强且维持时间短.湘南雨雪量明显比湘中、湘北地区要小很多,其强度和持续时间也明显弱于2008年郴州出现的特大低温雨雪冰冻天气过程[3],其差异性和原因值得进一步研究分析.

参考文献：

[1]龙腾文,赵景波.湖南省2008年初低温雨雪冰冻灾害分析[J].华中师范大学学报(自然科学版),2008,42(2):314-319.

[2]姚蓉,许霖,张海.湖南2008/2011年两次低温雨雪冰冻灾害成因与影响对比分析[J].灾害学,2012,27(4):75-79.

[3]陈伟,杜小惠,王德良.2008年初低温､雨雪､冰冻灾害的成因分析[J].气象科学,2008(S1).84-87.

[4]钱晰.2018年1月我国中东部低温雨雪事件及与2008年的比较分析[C]//中国气象学会.第35届中国气象学会年会S1灾害天气监测､分析与预报.合肥:中国气象学会,2018:1340-1341.

陈伟,唐汝豪,宋楠,谭文治,王佩.2019年元旦前后郴州持续低温雨雪冰冻天气分析[J].湘南学院学报,2020,41(02):11-14.

基金:湖南省气象局预报员专项项目(XQKJ19C003).