朔州市一次极端降雪成因分析及双极化雷达应用

朔州市一次极端降雪成因分析及双极化雷达应用

徐卫丽1，刘瑞兰1，贾晓霞1，杜兰兰1

（1.山西省朔州市气象局，朔州 036001）

摘要本文利用常规观测资料和ERA5再分析资料对2023年12月10日朔州市极端降雪天气过程进行了分析，结果表明:（1）这是一次极地冷空气在乌拉尔山脊前偏北气流引导下，在寒潮关键区堆积并发展成冷涡，中纬度环流调整为西低东高型环流背景下的天气过程。（2）ERA5再分析资料，500hpa高度距平场中西伯利亚至贝加尔湖为负距平，以东为正距，西低东高的形势，利于多个短波槽东移，我国中、东部降水偏多。（3）10日高空槽、切变线加地面倒槽回流，动力条件好，700hpa加强的偏南风打通南海水汽通道，850hpa东路冷空气，带来渤海湿润空气，又起到冷垫动力爬升作用，是造成极端降水的主要原因。（4）本地X波段双偏振雷达R产品10dbz以上回波，CC相关系数达99%，判断降水为纯雪；V产品判断，风速开始增大时刻，比最大雨强出现时间早10min；QPE最大值出现时间比最大雨强早10min。

关键词：极端降雪；负距平；动力条件；双偏振雷达

引言：

降雪是北方地区冬季常见的天气之一，大范围强降雪极易对交通、电力、设施农业和人们生活造成影响。中国暴雪多出现在初冬和早春，而隆冬暴雪相对较少[1]，王遵娅等[2]研究中国北方强降雪的典型大尺度环流特征指出，贝加尔湖附近的500hpa高度场异常，该地区的异常低槽有利于引导冷空气南下，因此造成北方强降雪事件偏多。我国北方暴雪形成多为回流型，低层回流不仅对水汽有贡献，还能形成冷空气垫，利于西南暖湿气流爬升，加强地面的动力抬升作用，增强垂直运动[3-5]。随着近年来国内很多地区双偏振雷达投入业务应用，部分学者利于双极化雷达进行冬季降水相态判别研究[6-7]。本文分析朔州市2023年12月10日极端降雪影响系统及成因，研究平鲁区刚投入业务运行的X 波段双偏振雷达产品特征，以其对以后类似天气形势的降雪预报预警具有指导意义。

1资料与方法

所用资料：（1）2023 年12月上旬50hpa观测资料，10日高空、地面观测资料，朔州市6区县小时降水量积雪深度。（2）ERA5再分析资料60°E～150°E ,10°N～60°N最近30年12月500hpa平均高度场，10日高度场、散度场、垂直速度场。（3）平鲁区X波段双偏振雷达10日14:00～22:00基数据。

2天气实况与环流背景

2.1 2023年12月10日降雪实况

2023年12月10日朔州全市普降大雪，面降雪量分布南部大北部小，降雪量6.2 ～ 9.5mm，朔城区小时降水量分布（图1），降雪主要集中在10日傍晚前后，17:00～18:00小时最大降雪量2.8mm，全市六县均刷新了最近30年12月日降雪量历史记录。

2.2主要影响系统

2023年12月上旬，欧亚大陆一槽一脊西高东低经向型环流，乌拉尔山脊前偏北气流将极地冷空气向中西伯利亚（寒潮关键区）输送、堆积，中纬度地区环流纬向加强，随着乌拉尔山阻高形成，中西伯利亚加强为冷涡，中低纬度逐渐调整为西低东高纬向环流，这种环流

背景利于中、东部降水偏多。10日08:00短波槽东移到甘肃东部，700hpa水汽通道已建立，偏南风增大到10m·s-1（图2），850hpa东路冷空气经过渤海到达山西北部，输送水汽的同时使上层暖湿气流在冷垫上爬升，起到强迫抬升作用，地面华北为倒槽回流，是山西暴雪的典型配置系统。20:00500hpa短波槽700hpa切变线到达河套，700hpa偏南风近一步增强达到西南急流，850hpa出现切变线，地面河套倒槽也进一步加强（图略），动力和水汽条件达到最强，傍晚前后朔州市降雪最强时段。

图1 朔城区2023年12 月10日08:00-11b日08:00小时降水量图2 2023年12月10日08:00 500hpa等高线、槽线（红实线）、700hpa风场切变线（红双线）

3极端降雪成因

3.1ERA5 500hpa高度场距平

ERA5资料最近30年12月500hpa平均高度场分析（图略），我国中高纬度为浅脊，2023年12月10日500hpa高度场距平，欧亚中高纬乌拉尔山至贝加尔湖为负距平，以东为正距平（图2），西低东高的形势，是造成这次极端降雪的有利环境背景。

图2  ERA5 2023年12月10日高度场距平            图3 朔城区10日11:00 ～11日00:00时垂直速度时间剖面和小时降雪量

3.2水平辐合加强上升运动强

ERA5 2023年12月10日散度场分析，降水开始前散度场上没有明显辐合，16:00 700hpa出现散度辐合，降水开始，18:00 朔州市大部分区域为负散度，辐合中心偏南，最大值-3·10-5·s-1，水平辐合达到最强，同一时次850hpa上散度辐合，最大值达到-5·10-5·

s-1，水平辐合上升更强。朔城区站垂直速度时间剖面（图3），14:00～23:00降雪时段，垂直速度为负值，17:30垂直速度最大达-9hpaˑs-1，比小时最大降水量出现时间早30min。

3.3两支水汽输送提供充沛的水汽条件

10日08:00 850hpa比湿2gˑkg-1，白天700hpa偏南风加强达到急流，将海面水汽向山西输送。17:00  850hpa相对湿度叠加偏东风场经过渤海，将水汽输送到山西北部（图略），850hpa东路冷空气起冷垫作用，加强了山西北部的上升运动。

4 X波段双偏振雷达产品特征

4.1组合反射率

X波段双偏振雷达本区域内CR，降雪开始时10～15dbz，18:36最强降雪时段15～20dbz，

总体比SWAN3.0 偏小10～15dbz。V产品各仰角根据0速度线判断，15:30降雪开始前2.8Km以上是西南风，以下是东南风，且2Km以下有8mˑs-1的高风速带，16:53东南风开始增大，17:13 1.4°仰角东南风速达到11mˑs-1(图4)，这个风速持续到18:36，该时段出现小时最大降雪量，风速开始增大时间比最大雨强出现时间早10min。17:13QPE1～2mmh-1、OHP0.3mm比17:00～18:002.8mmˑh-1偏小，但QPE最大值出现时间比最大雨强早10min。17:11,1.4°仰角R10～15dbz ，判断有降水，CC相关系数达99%，值较大，判断为纯雪。

2023年12月10日17:13  1.4°仰角速度产品

5小结

(1) 朔州市2023年12月10日极端降雪天气过程影响系统：高空短波槽、中低层切变线和地面倒槽回流，背景是极地冷空气不断向中西伯利亚输送，并在此堆积形成冷涡，中纬度环流纬向加强，调整为西低东高型，一次大环流调整下产生的。

(2) 500hpa高度场距平分析，欧亚中高纬乌拉尔山至贝加尔湖500hpa高度距平场为负距平，以东为正距，西低东高的形势，利于降水偏多。

(3) 10日大雪天气，是高空槽、切变线加地面回流，动力条件好，700hpa偏南风加强达到急流，打通自南海水汽通道，850hpa东路冷空气，带来渤海湿润空气，又给高层西南暖湿气流起到冷垫爬升作用，我市上升运动区南部更强，朔城区降雪更大。

（4）本地X波段双偏振雷达R产品冬季降水过程10dbz以上回波，CC相关系数达99%，判断降水为纯雪；V产品判断，风速开始增大时刻，比最大雨强出现时间早10min；QPE最大值出现时间比最大雨强早10min。

参考文献

[1]孙秀忠，罗勇，张霞，等. 近46年来我国降雪变化特征分析﹝J﹞.高原气象，2010.29(6):1594-1601.

[2]王遵娅,周波涛.影响中国北方强降雪事件年际变化的典型环流背景和水汽收支特征分析﹝J﹞.地球物理学报,2018.61(7):2654-2666.

[3]胡玲，刘锦，周波涛.东高红，等.天津城区暴雪的环流形势与雷达特征分析﹝J﹞.气象与环境科学,2020.43(1):34-42.

[4]王丛梅，李永占，刘晓灵.河北省南部回流暴雪天气结构特征﹝J﹞.气象与环境学报,2015.31(3):23-28.

[5]周晓宇，赵春雨，崔妍，等.1961-2017年中国东北地区降雪时空演变特征分析﹝J﹞.冰川冻土,2022.421(3):766-779.

[6]杨祖祥,谢亦峰,项阳,等.2018年1月初安徽特大暴雪的双偏振雷达观测分析﹝J﹞.暴雨灾害,2019.38(1):31-40.

[7]吴杨,赵放,孔照林,等.浙江地区2015年冬季首场降雪的气象特征及双偏振雷达回波特征分析﹝J﹞.南京信息工程大学学报,2018.10(4):103-109.