潍坊地区2013年1月一次局地暴雪天气成因分析

资源与环境科学现代农业科技2015年第20期
暴雪是引发我国自然灾害的主要天气现象之一,许多暴雪是由各种尺度的系统相互作用而造成的[1-4]。

王文辉等[5]对锡盟强降雪过程进行诊断分析,提出了北方暴雪过程都是基于南槽北脊的锋生概念模型;其中王文[6]利用中尺度模式输出资料,对“96.1”高原暴雪进行了研究;张迎新等[7]对华北平原回流天气的结构特征进行了统计分析,指出低层经渤海回流到华北地区的空气较干;王正旺等[8]和苗爱梅等[9]对2009年11月9—12日山西特大暴雪进行了诊断分析,指出有利的中低层系统配置为持续性降雪提供了有利条件。

2013年1月20—21日,受高空槽、低涡切变线和低空
急流共同影响,山东省出现一次雨雪天气,暴雪区主要集中
出现在鲁西北和鲁中部分地区(图1)。

从1月20日0:00至21日18:00,潍坊地区自西向东出现了强降水天气过程,全市青州、寿光、临朐、昌乐普降暴雪,其他县市区出现雨夹雪。

其中,青州降雪量最大为14mm ,积雪深度达到12cm ,为全省最深的积雪。

本文就其暴雪天气过程特征及成因进行诊断分析和研究,以期能为进一步做好暴雪预报提供重要的指示依据。

1天气形势分析
2013年1月19日20:00500hPa 高空图显示中纬度西
风槽东移至河套地区,山东西部处于槽前强盛西南气流中,潍坊还处于脊区控制;700hPa 与500hPa 相对应,在河套地区有一南北向的低压带,同时南支槽发展比较旺盛,与中支槽叠加,槽的经向度加大,槽前西南急流形成,急流顶端到达鲁西南地区;850hPa 位于四川西北部有一西南涡,涡前东西向切变线向东伸展至江苏中部;地面上有2处倒槽,一处位于河套地区,另一处位于从四川东北部伸向鲁西南地区的倒槽,此时雨区位置比较偏西偏南,潍坊降水还没有开始。

20日8:00500hPa 高空图中(图2)可以看到,潍坊处于一个比较宽广的南支槽前西南气流影响,同时在高原上有一高原槽东移,700hPa 与500hPa 相对应,也存在一径向度较大的西风槽,位于河套附近,潍坊位于槽前低空西南急流输送的顶端;同时850hPa 西南涡在原地维持,变化比较大的是,涡前东西向的切变线的东端北抬,影响鲁西地区,地面倒槽进一步往东北方向伸展,潍坊位于倒槽的第四象限的东北风气流里,此时潍坊大部已出现降水,量不大,西部为雪,东部高密、诸城一带降水性质为雨。

1月20日夜间是潍坊降水的一个主要时段,到20日
20:00,500hPa 高空图中(图3)可以看到,在20日8:00位于高原上的低槽,迅速东移发展,移到河套以东地区,潍坊位于槽前西南气流当中,700hPa 切变线和低空急流东移,潍坊位于低空急流输送顶端的左侧,径向切变线的右侧,850hPa 黄河入海口以西转为偏北风,说明有冷空气从西部扩散下来,在鲁中南部形成一弱的暖切变,地面倒槽进一步发展,20日23:00地面倒槽顶端发展为一闭合低压,后期伴随冷空气的入侵,发展成气旋,潍坊处于气旋的西北部的东北气流里,高低空的有利的系统配置,及低空急流源源不断输送水汽,造成了这次大范围的强降水天气过程。

并且此次降雪(雨)发生在700hPa 急流轴前方,850hPa 暖切变北侧、
经向切变东侧的东南风气流及地面的东北风一侧的叠置区域。

21日8:00,随着系统地东移,降水基本趋于结束。

2物理量场分析2.1水汽条件分析
暴雪的产生需要大气中有充分的水汽含量和水汽供应[10]。

在本次暴雪过程中,低空急流发挥着重要的作用,特别
摘要利用常规地面、高空观测资料,地面自动站加密观测资料和NCEP/NCAR 1°×1°的6h 再分析资料,对2013年1月20—21日山东潍坊局地暴雪过程进行动力学、热力学诊断和中尺度分析。

结果表明:此次潍坊暴雪是由西风槽、低涡切变线及地面倒槽等共同影响产生的;低空西南和东南两支急流为暴雨区提供了充足水汽;强上升运动区与强降水落区非常吻合。

强降雪正位于高能舌后部的θse 密集带上,θse 的大值区与暴雪落区比较一致。

强降雪发生在700hPa 急流轴前方,850hPa 暖切变北侧、经向切变东侧的东南风气流及地面的东北风一侧的叠置区域。

地面辐合线对应着强降雪中心,强降水发生在地面东北风一侧,西北风区域降水弱。

因此分析地面自动站风场,对于暴雪预报中确定降水落区、起止时间等具有很好的指示意义。

关键词局地大暴雪;成因;地面辐合线;降水落区;山东潍坊;2013年1月中图分类号P426.63+4文献标识码A 文章编号1007-5739(2015)20-0196-04
潍坊地区2013年1月一次局地暴雪天气成因分析
高晓梅王文波
苏莉莉韩晓
张秀珍马守强
(山东省潍坊市气象局,山东潍坊261011)
基金项目
国家自然科学基金(41475038);中国气象局气象关键技术
集成与应用项目(CMAGJ2015M34);中国气象局预报员专项(CMAYBY2014-039);山东省气象局课题(2012sdqxz04,2014sdqxm14,2013sdqxz02,sdyby2015-01)。

收稿日期2015-09-09
图12013年1月20要21日降水量累加图
注:阴影区为暴雪区。

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是700hPa 的西南急流,为主要的水汽通道,为暴雪的发生提供了很好的水汽来源。

通过对比分析700hPa 和850hPa 的风场、水汽通量和水汽通量散度可以发现(图4、5),20日8:00700hPa 水汽通量场可以看出水汽通量的高值中心位于湖南一带,20:00水汽通量高值区进一步向东北方向移动,山东省位于水汽通量辐合区的顶端,来自孟加拉湾的水汽源源不断地向山东省输送,潍坊市位于急流轴的左侧。

从850hPa 的风场和水汽通量场分析,20日8:00,850hPa 存
在2个高值中心,分别位于湖南、江西一带和浙江东北部,
这说明来自黄海的东南暖湿气流也在将水汽源源不断的输送到山东地区。

20日20:00,700hPa 的西南急流不断加强。

水汽通量高值区加强东移至鲁东南地区,同时850hPa 在鲁东南地区形成一倒槽,潍坊市处在倒槽的顶端,东南急流把高湿的大气向潍坊地区输送,在此与东北气流辐合,产生较强的辐合上升。

潍坊市处在700hPa 西南急流的左前方,水汽的辐合区,850hPa 东南风与东北风的辐合区,产生暴雪。

即此次暴雪的水汽来源既有高空西南暖湿气流的作用,也有来自低空东南暖湿气流的输送贡献。

图21月20日8:00500hPa 图(a )和700hPa 、850hPa 和地面配置图(b )
a
b
图32013年1月20日20:00500hPa 图(a )和地面天气形势图(b )
a
b
图41月20日8:00(a )和20:00(b )700hPa 水汽通量和风场的叠加图
a
b
高晓梅等:潍坊地区2013年1月一次局地暴雪天气成因分析
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资源与环境科学现代农业科技2015年第20期图51月20日8:00(a)和20:00(b)850hPa 水汽通量与风场叠加
a b
从850hPa水汽通量散度和风场叠加图可以看出(图6), 20日8:00850hPa在鲁东南部存在较强的辐合,随着南支系统的北抬,辐合中心经过鲁中地区到达渤海湾,到20:00,潍坊北部处在强辐合中心附近,对应20日20:00降水强度达到最大。

2.2垂直速度分析
20日8:00,潍坊大部地区垂直速度维持在-60~-10hPa/s,此时对应全市降水刚刚开始,随着辐合抬升作用的加大,垂直速度20日20:00在鲁西北地区形成强上升运动中心,而此时潍坊西部降雪也处在最强时段,20日18:00至21日0:00的强降水时段对应垂直速度最大值(绝对值)(图7)。

2.3假相当位温场分析
从假相当位温的水平分布和配置(图8)来看,20日8:00700hPa大于36℃的高能舌已经伸向鲁东南地区,
图61月20日8:00(a)和20:00(b)850hPa 水汽通量散度与风场叠加
a b
图71月20日8:00(a)和20:00(b)850hPa 垂直速度
a b
20:00高能舌进一步加强北伸,能量锋区非常明显,强降水也正是产生于高能舌后部θse的密集带上,潍坊地区此时的假相当位温达34℃,高能区与高湿区的配合为暴雪的产生提供了有利条件。

从θse的演变来看,高能高湿舌逐渐加
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强并向东北方向伸展,θse 的高值区也随之向东北方向移动并与暴雪落区比较一致,潍坊上空积累了丰富的不稳定能量,为此次暴雪的形成提供了能量来源。

2.4海洋的调节作用
在地面倒槽的影响下,潍坊东部和南部地区即高密、诸城一带吹东到东南风,黄海沿海的海温约在4℃,由于海水热容量很大,高密和诸城气温降不下来,因此以降雨为主,地面气温接近约0℃,才有小雪落地,但是没有积雪(图9)。

3地面中小尺度系统分析
地面自动站风场(图10)显示,1月20日5:00开始潍
坊附近出现东北风,与东南风构成地面辐合线,这正与潍坊
强降水相对应,而且强降水发生在地面东北风一侧,西北风
区域降水弱。

17:00—21:00地面辐合线东移到潍坊东部的
高密、诸城一带,降水区东移,2日凌晨东移到山东半岛,潍坊强降水结束。

这说明地面辐合线与强降水落区有很好的
图81月20日20:00850hPa (a )和700hPa (b )假相当位温图
a
b
图92013年1月20
日海温图
40°N 31°N 32°N 33°N 34°N 35°N 36°N 37°N 38°N 39°N 30°N
图102013年1月20日5:00(a )和7:00(b )地面自动站观测图
a
b 对应关系,是触发不稳定能量产生降雨的因子。

从以上中尺度分析可以看出,地面辐合线对应着强降雪中心,而且强降水发生在地面东北风一侧,西北风区域降水弱。

4结论
(1)西风槽为此次暴雪过程提供了良好的环境条件,低
涡切变线和地面倒槽(后期发展为气旋)是产生此次暴雪的主要影响系统。

(2)低空西南和东南两支急流为暴雨区提供了充足的水汽,低层风场的辐合使大量水汽在潍坊上空辐合,并使其
产生强烈的上升运动,造成了潍坊此次大暴雨过程的发生。

强上升运动区与强降水落区非常吻合。

(3)暴雪落区发生在强低空辐合、高空辐散区及850
hPa 强上升速度区二者的重合区。

强降雪正位于高能舌后部的θse 密集带上。

θse 的大值区与暴雪落区比较一致,为此
次暴雪的形成提供了能量来源。

(4)强降雪发生在700hPa 急流轴前方,850hPa 暖切变北侧、经向切变东侧的东南风气流及地面的东北风一侧的
(下转第201页)
高晓梅等:潍坊地区2013年1月一次局地暴雪天气成因分析
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(上接第199页)
叠置区域。

(5)地面辐合线对应着强降雪中心。

强降水发生在地面东北风一侧,西北风区域降水弱。

因此,分析地面自动站风场,对于暴雪预报中确定降水落区、起止时间等具有很好的指示意义。

5参考文献
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社,2000:507-555.
分辨率设置。

运行geogrid.exe,生成相应的geo_em.d01、geo_em.d02和geo_em.d03地形文件。

链接Vtable和fnl数据,对应的命令分别为:
ln-sf ungrib/Variable_Tables/Vtable.GFS Vtable
./link_grib.csh/……/data/fnl
运行ungrib.exe在WPS路径下生成file文件。

运行metgrid.exe,生成met_em.d01.<date>、met_em.d02.<
date>和met_em.d03.<date>。

(3)链接WPS中生成的geo_em.d0*和met_em.d0*.<date>到WRF路径的/test/em_real下。

修改/test/em_real/namelist.input为3层嵌套,设置须与namelist.wps对应。

运行real.exe并生成wrfinput_d01、wrfinput_d02、wrfinput_ d03和wrfbdy_d01文件。

(4)备份wrfinput_d02和wrfinput_d03,以备从3km空间分辨率数据降尺度到1km时使用。

将wrfinput_d02命名为wrfndi_d02(wrfinput_d03作为备用数据)。

修改namelist.input为2层嵌套,即max_domain=2,设为对应于9km×9km和3km×3km的设置,并在&time_control 中增加io_form_auxinput2=2。

如果要细化垂直分层,在WRF 3.2以后的版本中还要设置vert_refine_fact=整数。

运行ndown.exe,该过程调用了空间分辨率为9km×9km的WRF数据结果和wrfndi_d02,并生成wrfinput_d02和wrfbdy_d02。

删掉wrfinput_d01和wrfbdy_d01,并把wrfinput_d02和wrfbdy_d02分别命名为wrfinput_d01和wrfbdy_d01。

备份原9km×9km数据wrfout_d01*数据到其他的文件夹下。

修改namelist.input为1层,即max_domain=1。

该层设为对应于3km×3km空间分辨率的设置。

并注意修改时间步长为合适的值。

运行wrf.exe,生成了新的wrfout_d01*数据,即为3km×3km空间分辨率的数据结果,把该结果备份到其他的文件夹下以备使用,该数据即是降尺度到1km×1km的数据基础。

图2为生成3km数据的运行流程。

(5)由3km×3km分辨率结果降尺度到1km×1km。

删掉上述wrfinput_d01和wrfndi_d02,分别重命名第3步备份的wrfinput_d02和wrfinput_d03为wrfinput_d01和wrfndi_d02,并参照(3)、(4)的工作即可完成降尺度到1km×1km数值模拟。

3结语
上述方法过程是连续2次降尺度得到所需数据的详细流程,其中,具体模式运行的参数设置在namelist.wps和namelist.input中应依据需要设定。

整个单向降尺度流程以脚本形式运行,实际运行时只进行简单修改模拟的时间和区域设置,就可以针对辽宁特定区域进行不同空间和时间尺度的气象数据模拟,极大地提高了WRF模式在业务上的应用。

4致谢
该文的完成得到何晓凤(中国气象局公共服务中心)的帮助,在此表示感谢!
5参考文献
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图2生成3km数据的单向降尺度流程
徐红等:基于ndown的WRF模式降尺度方法研究
201 . All Rights Reserved.。