阳泉地区一次寒潮暴雪天气成因分析

王妍

摘要 利用常规天气资料，采用天气分析和诊断分析方法分析了2021年11月4—8日阳泉地区出现的寒潮暴雪天气过程。结果表明：此次强寒潮过程，覆盖范围广、持续时间长、降温幅度大，阳泉地区达强寒潮级，伴有暴雪、大风灾害性天气。高纬有强冷空气在乌拉尔山高压脊堆积，脊前小槽发展为横槽，旋转转竖与强锋区促使寒潮暴发沿西路南下侵袭。在此暴雪过程中对流层低层维持强劲的东北风，高空维持西南风，构成华北地区典型的回流降水形势，锋生与回流“冷垫”是主要动力机制。雷达图表现为层状—积云混合降水回波，雨、雪区的回波强度分界值为30 dBZ。径向速度图呈“S”形，发展为反“S”形时降水减弱结束。出现0°层亮带和对称“牛眼”结构对强降雪的量级预报有指示意义。

关键词 寒潮;回流暴雪;冷垫;锋生

中图分类号：P458.11 文献标识码：B 文章编号：2095–3305（2022）03–0152–03

寒潮天气过程是一种大规模的强冷空气活动过程，其主要特点是剧烈降温和大风，有时还伴有雨、雪、雨凇或霜冻，是山西省主要的灾害性天气[1]。本文利用气象观测资料分析了2021年11月4—8日发生在阳泉市的一次寒潮暴雪过程，以期为此类天氣预报提供参考。

1 实况特征

2021年11月4—7日山西省出现一次大范围寒潮过程，伴随暴雪灾害性天气。此次寒潮暴雪过程影响范围广、持续时间长、降温幅度大。阳泉市强降雪主要出现在6日夜间，存在小雨转雨夹雪转暴雪的相态转换，降水量为15.7～27.5 mm，积雪深度9～16 cm。阳泉市地区48 h降温幅度达13℃～14℃，达强寒潮级，最低气温在出现在8日凌晨。

2 环流形势演变特征

此次寒潮过程的冷空气酝酿阶段，环流形势演变具有小槽发展为横槽的特点。2日08：00 500 hPa欧亚中高纬为两槽一脊，配合-40℃的冷中心，对应地面有冷高压中心强度为1 040 hPa。高空有来自欧洲的小槽，2日东移至巴尔喀什湖以北，由于高空槽结构呈疏散状，且温度槽落后于高度槽，槽中有正热成风涡度平流，预示着槽将发展加强移动缓慢。槽前有乌拉尔山高压脊建立，随着上游槽东移且径向度加大，促使高压脊东移且其北部向东发展（脊线呈NE—SW走向），受高压脊影响，欧洲小槽向东北方向旋转构成一横槽，脊前的偏北气流和冷平流大大加强，不断引导极地冷空气在贝湖附近的小槽内聚积。4日08：00，地面图上位于巴尔喀什湖北部中心强度达到1 047.5 hPa的冷高压与横槽后部冷空气对应。由于横槽北段移速较快，断裂为南北两支，北支有切断低压形成有-40℃冷中心配合。南支维持横槽结构缓慢南压并向西伸展，极地南下的冷空气在横槽后部堆积加强。

5日08：00，500 hPa、700 hPa各层冷中心强度已分别达-44℃、-28℃，地面冷高压中心增强为1 057.5 hPa，并影响我国华北地区。至此，冷空气已达可产生寒潮的强度，标志着冷空气的堆积过程完成（图1a）。5日08：00，横槽呈汇合槽特点且槽前汇合槽后疏散，预示横槽将减弱缓慢东移。横槽西段出现8～10 hPa的正变温区，同时西部的脊减弱填塞有助于脊前西北气流取代东北气流，预示横槽开始转竖。此时，锋区较为垂直位于40°N～50°N。高脊发展引导高纬冷空气南下积聚，5日20：00至6日20：00横槽转竖，槽后脊前的偏北风垂直于锋区，风向与等温线呈90°夹角，有极强的冷平流向南输送（图1b）。6日20：00地面冷高压加强为1 052.5 hPa且高压中心主体南移，24 h内冷锋快速移过山西省，引导强冷空气迅速南下，引发大范围寒潮天气。此次，冷空气源地来自冰岛以南洋面，经过巴伦之海、俄罗斯沿西路路径入侵我国，从关键区经新疆到达河套附近南下。

3 大风和暴雪成因分析

3.1 大风成因分析

此次暴雪出现前转竖后的高空槽位于河套以西向东移动，与南支槽配合使槽前的西南风与个高空槽前的西南风互相贯通，引导孟加拉湾低层暖湿气流向北输送，在高空急流（44 m/s）的耦合作用下，西南风于夜间增强成12 m/s的急流。700 hPa河套地区的低涡东移于6日夜间在山西省中部发展成低涡切变线，850 hPa山西省中部有一条切变线自西向东缓慢移动，于20：00穿过阳泉地区。低空北路回流冷空气经黄海、东海和渤海入侵华北，山西受偏东气流控制，带来了东北的回流冷湿空气，既提供了水汽来源同时也起到了“冷垫”的作用，为上层的暖湿气流提供了抬升机制（图2）。冷暖空气在山西省上空激烈交汇，南北温度梯度增大，引起强烈锋生，降水迅速增大。6日20：00～7日08：00降雪期间，400 hPa以下大气一直维持高相对湿度，比湿超过4 g/kg，有利于维持此次暴雪过程。7日凌晨冷空气大举东移南下暴雪过程随之结束。

随着西风带低压槽不断加深，7日20：00有切断低涡在河北北部形成，8日08：00东移至东北地区发展为深厚冷性东北低压，冷中心强度-32℃，对应地面上有1 005 hPa东北气旋。高空冷平流从低压后部不断向华北平原侵入，地面图上表现有一条副冷锋，给山西省带来偏北大风，9日16：52阳泉平定站出现18.1 m/s大风。

3.2 雨雪相态转换分析

850 hPa -4℃线移速较快，6日08：00位于山西与内蒙交界处，-4℃线以北地区天气现象以纯雪为主。20：00地面0℃线移至太原以东呈东北—西南向，此时阳泉市地面温度大于0℃，降水相态为雨或雨夹雪（图3）。随着0℃线快速东移，23：00山西省整个省地面温度低于0℃，降水相态全部转为纯雪。阳泉市3个国家站自北向南依次转为纯雪（盂县：20：42、阳泉：21：41、平定：22：25）。

4 卫星图像特征

降水开始前，有冷锋云系B—C从高纬经过我国东北伸向华北地区，云带较连续且宽广，左边界光滑，位于高空槽前的西南气流里，东移过程中云带尾部与南支浅槽线逐渐叠加，低纬度的暖湿空气沿着冷锋向东北方向输送。6日08：00，冷锋云系移向大片无云区，云系槽后为西北下沉气流，随着干冷空气不断侵入，云体尾部出现干缝特征，发展为双叶类斜压叶状云系，云顶高度降低色调偏暗（图4a）。10：00，干缝发展形成“V”字形缺口（图4b）。19：00，云系开始破碎消散，在云带气旋性曲率最大处云带断裂，云体显著减弱。7日1：00，云带尾端在西南急流作用下向东北伸展，中高云增多不断加密变宽（图4c）。

5 雷达回波特征

5.1 反射率因子及回波顶高特征

此次雨夹雪转雪天气过程回波呈现纹理均匀的片状结构，为层状—积云混合降水回波，19：30在3.3°～6.0°仰角上出现0°层亮带，预示有强降雪天气发生（图5）。

从0.5°仰角基本反射率图可以看到在降雪初期，最强回波超过50 dBZ。降雨落区在阳泉东部沿山地区，然后雨区向东北方向移动，降雨范围缩小，降雪区向东南方向伸展。根据人工观测资料记录，22：24阳泉地区全部转为纯雪相态（图6）。分析得到，降雨区的回波强度≥30 dBZ，而雪的回波强度则≤30 dBZ，雨雪回波之间有明显的分界线。在降雪最强时段基本反射率剖面图可以看到，回波伸展高度较降水回波低，回波顶高达到6～8 km，回波顶变化比较平缓（图7）[2]。

5.2 径向速度场特征

5.2.1 强降雪开始阶段 产生暴雪的前提是有充足的水汽供应，而低空急流是暴雪输送水汽的主要通道。11月6日20：00石家庄多普勒雷达在1.5°仰角探测到的平均径向速度图，可以看到零速度线呈现清晰的“S”形，曲率较大，表示实际风向随高度顺时针旋转，雷达站上空存在强烈暖平流。雷达站在20～30 km处有正、负速度大值区，出现对称“牛眼”结构，说明最大风速出现在低层，风向为东北风，最大正速度为15 m/s，最大负速度为-20 m/s，这种负速度中心值大于相应的正速度值，表明存在风速辐合，有较强冷空气向南扩展，高空维持偏南气流，风场结构为“下冷上暖”，大气层结较稳定（图8a）。

5.2.2 强降雪成熟阶段 降雪是否能维持的关键在于中高空急流，它的作用主要是输送水汽，使辐合增强。7日00：00～02：00为降水最强时段，从01：36雷达图中可以看到高空西南象限内的暖湿辐合增强，出现在100 km距离圈附近，距离地面高度在4 km以上（图8b）。同时，阳泉东部叠加太行山地形强迫抬升作用，使空气绝热冷却，产生凝结和降水，降水强度增强。

5.2.3 强降雪结束阶段 7日04：30“对称牛眼”结构消失，零速度线在50 km距离圈内呈现反“S”形，表示低层为暖平流，高空开始有冷空气入侵，预示降雪强度逐渐减弱并趋于结束（图8c）。

6 结论

（1）本次过程寒潮酝酿阶段，乌拉尔山高压脊发展，环流径向度加大，脊前小槽旋转发展为横槽，缓慢南压并向西伸展，极地冷空气不断堆积。寒潮暴发阶段，横槽轉竖，引导高纬强冷平流、地面冷高压、冷锋影响阳泉地区。此次寒潮路径为西路冷空气影响。

（2）暴雪过程由高空槽系统、低涡切变与冷锋共同造成，在降水过程中低层维持东北风，高空维持西南风，是一次典型的冬季回流暴雪。

（3）本次过程为层状—积云混合降水回波，雨、雪区的回波强度分界值为30 dBZ。径向速度图呈“S”形，发展为反“S”形时降水减弱结束。0°层亮带和对称“牛眼”结构对强降雪的量级预报有指示意义。

参考文献

[1] 朱乾根，林锦瑞，寿绍文，等.天气学原理和方法[M].北京：气象出版社，2000.

[2] 俞小鼎，姚秀萍，熊廷南，等.多普勒天气雷达原理与业务应用[M].北京：气象出版社，2006.

责任编辑：黄艳飞

Analysis of the Cause of a Cold Wave and Snowstorm in Yangquan

WANG Yan （Yangquan Meteorological Office， Yangquan， Shanxi 045000）

Abstract Used conventional weather data to apply weather analysis and diagnostic analysis methods to analyze the cold wave and blizzard weather process in Yangquan from November 4 to 8， 2021.In high latitudes， strong cold air accumulated on the high-pressure ridges of the Ural Mountains， and the small troughs before the ridges develop into horizontal troughs. During this blizzard， strong northeast winds were maintained in the lower troposphere， and southwest winds were maintained at high altitudes， which constituted a typical backflow precipitation situation in North China. Frontogenesis and backflow“cold cushions”were the main dynamic mechanism. The radar image showed the echo of a layered-cumulus mixed precipitation， and the boundary value of the echo intensity in the rain and snow area was 30 dBZ. The radial velocity map was in the shape of“S”， and when it developed into the inverse“S”shape， the precipitation weakens and ends. The appearance of a bright Zero-degree layer and a symmetrical “bull’s eye”structure were indicative of the magnitude forecast of heavy snowfall.

Key words Cold wave; Backflow blizzard; Cold cushions; Frontogenesis