湘潭暴雪天气的气候特征及其成因分析
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摘 要：利用NCEP2.5°×2.5°再分析资料和常规气象观测资料，对1980—2010年湘潭市近31a的暴雪天气气候特征及其成因进行分析，得出，湘潭全市暴雪出现的时间为12月—次年的3月，其中以1月为最多，暴雪出现的年际变化具有阶段性；暴雪出现期间，500hPa主要的环流形势有：纬向多波型、乌拉尔山阻高型、中亚阻塞型和二槽一脊型，其特点为南、北二支锋区存在；降雪区域与切变线的位置有较好的对应，主要位于冷式切变线以南1～3个纬距内，或暖式切变附近；暴雪期间为低层辐合高层辐散的形势造成上升运动强烈发展，对强降雪的形成极为有利。
关键词：暴雪；环流特征；影响系统；热力结构特征
中图分类号：S16 文献标识码：A
DOI：10.19754/j.nyyjs.20190530053
引言
暴雪作为湘潭的灾害天气之一，给湘潭市的工农业生产和人民生活造成严重影响。许多专家学者做过此类研究[1-11]。刘玉莲等[1-2]研究指出，气候变暖之后全国大部分地区年强降雪量增多，强度增强。朱红等[3]指出在降雪预报中，南方降水的性质（降雨或降雪）和量级（积雪深度） 受到温度条件的极大影响，因此，必须着重对下垫面温度条件进行分析。由于湘潭地处湖南的中部衡山山脉的小丘陵地带，降雪时常伴有雨和冰粒，降水相态复杂，给预报带来了很大的难度。本文对1980—2010年湘潭市暴雪天气过程的环流形势、中低层天气尺度系统以及锋区热力结构特征进行统计分析，研究暴雪的时空分布规律，对暴雪预报准确率的提高具有重要意义。
1 资料与标准
1.1 使用资料
地面观测资料为湘潭市各气象站点（即：湘潭、湘乡、韶山）1980—2010年的历史记录，包括经质量控制的日最低气温、日最高气温、日降雨（雪）量。环流场资料采用NCEP逐日再分析资料，水平分辨率为2.5°×2.5°，时间区间为1980年1月1日—2010年12月31日。
1.2 暴雪的标准
南方的暴雪与北方的暴雪不同，降水相态的复杂变化导致降水量和积雪深度线性相关较差，所以，必须同时考虑积雪深度，本文沿用湖南省暴雪预报业务标准，即24h的降雪量（融化成水）≥10mm，且积雪深度≥5cm作为1个暴雪日。
2 湘潭暴雪的气候特征
通过对1980—2010年31a的冬季暴雪气候特征进行分析得出：湘潭市冬季暴雪具有明显的年际、月际变化。
2.1 暴雪年际分布
通过普查1980—2010年的历史资料，湘潭市共出现了17次全市性的暴雪天气过程；而从暴雪的年际分布情况看，湘潭市暴雪日的年际分布不均（图1），有阶段性特征，平均2a 1次，最多的1989年、2003年出现了3次，1983、1984、1990、1994—1999、2004—2007年各出现1次，其余年份未出现暴雪。
2.2 暴雪月变化特征
从表1可以看出，湘潭全市暴雪出现的时间为12月—次年的3月份，主要集中在1月和2月，其中以1月为最多，发生了11次，占总数的58%，其次为2月，发生了4次，占总数的20%。
3 影响湘潭暴雪的天气形势特征
3.1 环流特征分析
对19个暴雪样本的500hPa平均环流场（图2a）分析，3个明显的大槽分别位于亚洲东岸、北美东部以及欧洲东部，与之对应的有3个平均脊，湘潭的暴雪过程是在阻塞形势和亚洲中高纬度地区为纬向环流形势下形成和维持的。主要的500hPa环流形势有：纬向多波型、乌拉尔山阻高型、中亚阻塞型和二槽一脊型。特点是有二支锋区存在，一支为北支锋区，即N40°～50°纬向分布的中纬度锋区，为江南提供了冷空气来源；另一支为孟加拉湾至长江流域的南支锋区。此外，500hPa锋区落后地面锋面较远，尤其是孟加拉湾低槽明显加深，副高北扩或稳定控制我国东部沿海。
从500hPa环流场的距平来看，极涡偏心于西半球，中心区位势高度较历年平均明显偏低（图2b），乌拉尔山地区阻塞高压的强度较历年明显偏强，与鄂海低压相持，形成强气压梯度，是高纬度地区冷空气南下的一个重要因素。
3.2 中低层天气尺度系统特征
有研究[4-10]指出，大雪以上量级降雪多数与中低空急流有密切的联系，即冷锋与高空槽、中低层切变配合而产生大雪乃至暴雪。在湘潭冬季暴雪期间，850hPa切变线一般位于N27°～30°，降雪区域与切变线的位置有较好的对应，主要位于冷式切变线以南1～3个纬距内，或是暖式切变附近。在冬季暴雪过程中，西南急流强盛，最大风速达16m/s以上，来自孟加拉湾或是南海北部的水汽通过强盛的西南气流向北输送，为本地提供了充足的水汽。
3.3 地面冷空气
一次暴雪过程往往伴随着强冷空气的大举南侵，在海平面气压场上（图3），地面冷空气从东路或北路入侵长江流域后，地面冷锋逐渐转为静止锋，冷高压长轴由东-西向转西北-东南向或南北向伸向黄淮一带，或呈南北向伸向勃海一带，高压中心强度主要在1036～1065hPa之间，以出现高压中心为1046～1050hPa为最多。并且地面冷锋从N40°以北越过E120°南侵时，高原或西南地区常出现大范围的负变压，西南地区有倒槽发展，另外不断有弱冷空气分股南下补充影响。
4 暴雪的物理量特征
4.1 热力结构特征
从31a的暴雪过程的垂直温度结构平均分布（图4a）可以看出，中低层存在明显的逆温层，且具有典型的冬季锋面特征，在湘潭上空，逆温层高度平均为925～700hPa，整层温度均在0℃以下，而冬半年的平均垂直温度结构（图4b）不存在逆温现象。逆温层的出现主要源于低层暖湿气流沿地面層冷空气垫爬升，中低层出现强烈幅合上升运动而形成，且整层温度均在0℃以下，这种形势有利于强降雪的发生。 4.2 动力条件
4.2.1 垂直运动条件
垂直运动使水汽冷却凝结是降雪产生的重要条件之一。从平均经向的垂直速度剖面图（图5a）可见，湖南上空存在垂直运动大值中心，最大垂直速度为500hPa附近的0.010m·s-1，强上升运动区与强降雪区有明显的对应关系。
4.2.2 散度场和涡度场特征
在对暴雪期间散度场（图5b）和涡度场（图略）的分析中可以看出，湘潭上空850hPa散度中心值为-20×10-6·s-1，为辐合上升区，该地区高空200hPa为10×10-6·s-1的辐散，因此低层辐合、高层辐散的配置下，由于抽吸作用造成上升运动强烈发展，对强降雪的形成极为有利。
4.3 水汽条件
降雪天气过程中，降雪范围和强度通常与水汽通量散度数值大小呈正比，从样本水汽通量散度平均分布来看（图6a），在湘潭上空为水汽通量辐合大值区，中心值达到-20×10-7g·s-1·cm-2·hPa-1，自北向南呈负增长的趋势。从多年暴雪样本的垂直相对湿度结构平均分布（图6b）可见，在湘潭市上空出现湿度脊区，在近地面层相对湿度一般在90%以上，800～600hPa湿度也维持在60%以上。
5 結论与讨论
本文通过对1980—2010年湘潭市近31a的暴雪天气的气候特征及其成因进行归纳分析，结果表明。
湘潭市暴雪日的年际分布不均，具有阶段性特征，暴雪出现的时间为12月—次年的3月份，其中以1月为最多。
湘潭的暴雪过程是在阻塞形势和亚洲中高纬度地区为纬向环流形势下形成和维持的，主要的500hPa环流形势有：纬向多波型、乌拉尔山阻高型、中亚阻塞型和二槽一脊型，其特点是有南、北2支锋区的存在。
切变线是对流层中低层的主要影响系统，其南侧有较强的西南急流，雪区位于冷式切变线以南1～3个纬距内，或暖式切变线附近。
低层辐合高层辐散的垂直结构造成强烈的上升运动是形成暴雪天气的重要原因。
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