应用气象学报  2007, 18 (1): 64-72   PDF    
2000年以来云南4次强降雪过程的对比分析
张腾飞1, 鲁亚斌2, 张杰2, 普贵明2, 周国莲2     
1. 云南省雷电中心, 昆明 650034;
2. 云南省气象台, 昆明 650034
摘要: 通过对2000年以来云南出现的4次强降雪过程进行分类对比分析和诊断分析, 结果表明:横槽型和北脊南槽型是4次强降雪的主要中高纬环流形势, 3次有南支槽配合, 1次无南支槽活动, 其中2次横槽型造成的强降雪范围广、强度大; 4次强降雪过程云南西侧都有充沛的水汽输送, 水汽通量增大 (即水汽的增加) 是云南强降雪的必备条件, 强降雪出现在较强水汽通量辐合区中, 且落区在辐合中心的偏东一侧、θse线陡立区附近以及暖湿不稳定区域; 强降雪在多普勒雷达上显示为20~30 dBz左右的层状云回波, 对流层中下层的高空冷暖平流和高空西南急流是有南支槽影响的强降雪天气的主要大尺度特征, 而低层偏东急流是无南支槽影响的强降雪的主要特征, 因此高低空急流的形成是强降雪的关键。
关键词: 强降雪    对比分析    诊断分析    多普勒雷达回波    
Contrast Analysis of 4 Heavy Snow Events in Yunnan Since 2000
Zhang Tengfei1, Lu Yabin2, Zhang Jie2, Lu Guiming2, Zhou Guolian2     
1. Yunnan Lightning Study and Protection Center, Kunming 650034;
2. Meteorological Observatory of Yunnan Province, Kunming 650034
Abstract: By using upper air observational data, surface observational data, MICAPS 1°×1° objective analysis data and Kunming Doppler Radar echo data, 4 heavy snow processes in Yunnan since 2000 are contrastively analyzed and diagnosed. The results show that in the 4 heavy snow processes in Yunnan, 2 processes aroused by the transversal trough pattern affect the western area of Ailao Mountain, the snow area is large with the strong intensity, the other 2 processes aroused by the north ridge and south trough pattern mainly affect the middle and the east Yunnan. 3 heavy snow processes accompany the southern trough. Warm and moist airflow in front of the south trough converges with the strong cold air, producing heavy snow. This is the major heavy snow pattern of Yunnan. But only one without south trough in 2005 is very special. Before and during the 4 heavy snow processes, the water vapour flux increases quickly. Most areas in Yunnan are in the big value band of the east—west water vapour flux, which indicates that plenty water vapour transports to Yunnan from the west whether the south trough exists or not. In 3 processes with active south trough, the water vapour comes from the southwest Bengal Bay and this is the main heavy snow pattern in Yunnan. In the heavy snow process without the south trough influencing, the water vapour comes to Yunnan from the west of Arabian sea along the India high pressure. The strong water vapour flux convergence belt and area can better indicate the heavy snow processes of Yunnan. The heavy snow always appears in the area of strong water vapour convergence and closes to the side of strong cold air in the east of the convergence center. Because the updraft and the downdraft in the south and the north coexist, the mesoscale vertical circulation near the front area may establish. When the cold air from the north moves to the south, the θse sharpness area also moves to the south, and then causes the water vapour brought by the south warm moist airflow to condense and the unstable energy to release, providing enough uplift condensation condition for the heavy snow. In the Doppler radar echo intensity field, the sheet cloud echo arouses the heavy snow, the intensity of sheet cloud echo is about 20 to 30 dBz. In the velocity field, the cold and warm advection's alternative change and the stronger southwest jet stream of the upper air in the middle and lower layer of troposphere are the major macro-scale characters of the heavy snow with the south trough in 2004. The partial east jet stream in the lower layer is the major macro-scale character of the heavy snow without the south trough in 2005. So the high and low level jet stream are the key to the heavy snow processes.
Key words: heavy snow     contrast analysis     diagnosis analysis     Doppler radar echo    
引言

寒潮天气过程是指中高纬度冷高压强烈活动, 使大规模的强冷空气从北方滚滚南下的过程。而云南地处青藏高原东南缘, 具有低纬度及高海拔的地理特征, 由于特殊的地形作用, 一般不太深厚的冷空气, 由于青藏高原和重重高山的阻挡, 逐渐减弱变性, 难以南下爬上低纬高原, 因此云南寒潮天气少, 降大雪就显得更为少见。形成云南强降雪有两个途径: ①入侵低纬高原的强冷空气正好与南支槽前的西南暖湿气流相遇, 这是云南强降雪的主要形势[1]; ②虽然无南支槽活动, 但入侵低纬高原的极强冷空气在特殊情况下通过锋面抬升作用, 也会形成云南强降雪, 但这种情况很少。这些特殊性给云南大雪天气预报带来了很大的难度, 并且云南地处低纬地区, 平时气温不低, 御寒能力较差, 一旦出现降温降雪等强寒潮天气, 给工农业生产造成的灾害较重, 因此对它的准确预报显得尤为重要。

过去云南气象工作者主要根据中高纬度的环流形势对云南的寒潮天气进行了环流分型和统计特征方面的研究, 给出了云南寒潮天气的一些概念模型和分类; 段旭等[2]对造成云南寒潮天气的昆明准静止锋的结构、锋生、移动和若干特征进行了分析研究, 探讨了昆明准静止锋维持和加强西南移动造成滇中寒潮的影响因子。以往的寒潮天气研究侧重于天气尺度的系统分类分析或个例分析, 几乎没有系统地涉及其中有关中尺度特征方面的研究, 本文通过应用高空观测资料、地面实况观测资料、Micaps 1°×1°客观分析资料以及昆明多普勒雷达回波资料, 采用分类对比分析和诊断分析相结合的方法对2000, 2003, 2004, 2005年云南出现的4次强降雪过程的形成机制进行深入研究, 揭示出云南有、无南支槽配合影响的两种强降雪天气的共性和差异, 以进一步认识云南强降雪天气的物理机制。

1 4次强降雪天气简介

自2000年以来云南共出现了4次强降雪天气过程, 分别为2000年1月30日、2003年1月5日、2004年2月7日和2005年3月4日 (表 1)。

表 1 云南4次强降雪过程影响区域及强度统计 Table 1 The affected areas of 4 heavy snow processes in Yunnan and the statistic of the intensity

表 1可见, 2000年1月30日和2005年3月4日降雪范围分布较广, 降雪站数占云南总站数的一半左右, 尤其是2005年3月4日冷空气越过哀牢山后, 在哀牢山以西的大理、丽江一线形成了较强的降雪天气, 这种情况在云南降雪史上是少见的, 昆明、曲靖、玉溪、楚雄、大理、丽江、昭通、红河北部和文山北部普降大雪或暴雪, 这是自1983年12月26—28日强降雪天气过程以来滇西北的大理州出现的最大一次降雪天气, 其中大理州的弥渡县24 h雨雪量达47 mm, 坝区积雪深度为20 cm, 红岩、蜜祉两个乡镇最大积雪深度达70 cm; 2000年1月30日强冷空气影响到哀牢山, 昆明、楚雄、玉溪、曲靖普降暴雪, 昆明24 h降雪达30 mm, 积雪深度达28 cm, 这是4次强降雪过程中滇中降雪最强的一次, 使滇中交通运输、电讯、农作物等受到极大影响; 其他两次过程影响范围和强度相对弱一些, 但都影响到滇中及以东地区, 昆明降了大到暴雪。

2 环流形势分析 2.1 高空环流形势

图 1给出了4次强降雪过程前一日的500 hPa形势场, 从高空形势场分布看, 存在许多异同点。根据中高纬度环流形势的不同, 将它们大体分为横槽型和北脊南槽型两类, 而根据低纬度的环流形势, 又可将它们分为南支槽型和非南支槽型两类。

图 1. 2000年1月29日 (a)、2003年1月4日 (b)、2004年2月6日 (c)、2005年3月3日 (d) 08:00 500 hPa高空形势 (单位: dagpm) Fig 1. The 500 hPa pattern at 08:00 on (a) Jan 29, 2000, (b) Jan 4, 2003, (c) Feb 6, 2004, (d) Mar 3, 2005 (unit: dagpm)

2.1.1 横槽型

2000年和2005年2次过程高空形势为横槽型。在2000年1月29日08:00 (北京时, 下同) 500 hPa (图 1a) 上, 西西伯利亚为东北—西南向的阻塞高压, 横槽在新疆盆地, 东亚大槽在110°~120°E之间、40°N以北的地区, 并与东北-40 ℃冷涡相连, 底部在40°N以南存在较强的锋区, 在低纬度地区90°E附近存在较强的南支槽, 云南为槽前的西西南气流控制, 并且有-20 ℃冷温度槽配合, 说明南支槽还会加强, 20:00随着南支槽加强东移, 云南转为西南气流控制; 2005年3月3日08:00 (图 1d) 阻塞高压位置偏南, 到了新疆盆地北部边缘, 强度达到568 dagpm, 高于前次过程8 dagpm, 横槽也在新疆盆地, 稍偏东南, 东亚大槽在110°~120°E之间, 同样与东北-44 ℃冷涡相连, 但槽底到了低纬度的广西一线, -24 ℃等温线南移到了30°N附近, 比前次过程明显偏南约5个纬距, 锋区位置也偏南约5个纬距, 而在低纬度地区, 副热带高压较强, 588 dagpm线西伸到97°E, 滇缅之间为高压脊, 云南省一直处于西北气流控制之下。因此, 在这种形势下, 随着横槽转竖, 引导冷空气大举南下, 并且与东亚大槽同相位叠加, 使槽加深, 冷平流势力增强, 造成云南较强的寒潮天气, 从上面分析还发现, 2005年强降雪过程没有南支槽活动, 但北方冷平流势力明显强于前次过程, 这是2005年强降雪范围广的重要原因, 而2000年由于有南支槽配合, 暖湿气流明显强于2005年, 冷暖平流在滇中交汇, 造成的雨雪天气更强, 这是2000年出现全省性大雨天气过程的直接原因。

2.1.2 北脊南槽型

2003年1月4日08:00 (图 1b) 和2004年2月6日08:00(图 1c) 为北脊南槽型。从这两次过程500 hPa环流形势比较相似, 整个亚洲中高纬度地区为宽广的高压脊区, 我国中高纬度大部分地区在高压脊控制下, 东亚大槽在120°E附近, 槽后在我国东北部出现了-43~-44 ℃的冷涡中心, 锋区在35°N以南的长江中下游, 在低纬度90°E附近的地区都存在南支槽, 配合有-12 ℃左右的冷温度槽 (温度高于2000年)。因此在这种形势下, 随着东亚大槽东移, 高压脊也东移, 脊前偏北气流带来的冷空气迅速南下, 使昆明地面准静止锋加强, 冷空气从滇东入侵, 自东向西影响云南, 这股冷空气与南支槽前的西南暖湿气流相遇, 造成滇中及以东的强降雪天气。由于这两次过程东亚大槽位置比两次横槽型的过程明显偏东, 冷空气势力相对偏东, 并且冷空气是在东移过程中不断在滇东堆积, 以回流的方式加强静止锋, 静止锋再偏西移影响云南, 这就是这两次强降雪范围小的缘故。

2.2 地面环流形势

通过对4次强降雪过程的地面环流形势分析发现, 北方冷高压在东南移的过程中, 并非直接从云南西北部进入云南, 而是沿青藏高原东侧东南移到四川盆地和贵州后, 再自东北向西南或自东向西向云南境内推进, 在云南境内也就形成了准南北向的静止锋, 因此4次过程静止锋都是在滇东北或滇东形成后, 自东北向西南或自东向西影响云南, 这也是云南东部4次过程都有降雪的原因, 强冷空气首先侵入的是东部地区; 强降雪都是出现在锋区附近及其以东的偏东气流控制一侧, 其中北脊南槽型的2003年和2004年锋区相对弱, 滇中海平面气压在1025.0 hPa左右, 而横槽型的2000年和2005年滇中海平面气压在1030.0 hPa左右, 冷高压和锋区较强。

图 2为横槽型的2000年1月30日08:00和北脊南槽型的2004年2月7日08:00降雪时的地面环流形势场。从图 2可以看出, 2次过程1030.0 hPa等压线都到达了云南境内, 表明存在强大的冷高压活动, 其中2000年1030.0 hPa等压线到达滇中 (图 2a), 滇东北出现了1037.5 hPa的等压线, 冷高压势力更强大, 冷高压前沿的偏北风风速较大, 由于冷高压的推动, 促使静止锋向西南移动; 2004年1030.0 hPa等压线到达滇东 (图 2b), 滇中等压线为1027.5 hPa, 滇东北等压线在1032.5 hPa左右, 势力相对弱一些, 同时滇东北和滇东入侵的冷空气, 偏北风风速相对较小, 这些都是降雪范围小的原因。

图 2. 2000年1月30日 (a) 和2004年2月7日 (b) 08:00地面风场和高度场 (单位: hPa) Fig 2. The surface wind field and height field (unit: hPa) on (a) Jan 30, 2000 and (b) Feb 7, 2004

综上所述, 4次云南强降雪过程都具有强冷空气活动, 其中横槽型造成的2次强降雪天气影响到哀牢山以西地区, 范围广、强度大; 北脊南槽型造成的2次强降雪都是在滇中及以东, 范围小、强度也相对弱。在4次云南强降雪过程中, 3次有南支槽配合, 南支槽前的暖湿气流和强冷空气汇合, 造成云南强降雪, 验证了这种类型是云南常见的降雪形势, 而2005年这一次强降雪天气过程具有异常特殊性, 整个过程无南支槽活动, 从环流形势场上看, 似乎完全是由于冷空气南下、锋面的抬升造成的, 却为什么也产生了大范围的强降雪天气?因此有必要进行更深入的研究。

3 强降雪的环境条件分析 3.1 水汽条件

下面重点对2000年和2005年两次强降雪过程的水汽通量和水汽通量散度分布状况进行对比分析, 以了解有无南支槽活动影响的云南两类强降雪过程的水汽分布差异。

3.1.1 水汽通量及其输送方向分析

水汽通量的数值和方向能较好地表示强降雪形成的水汽来源。根据文献[3], 水汽通量 (F) 的表达式为:

(1)

式 (1) 中, V为水平风, q为比湿, F的方向与V的方向相同, 因此可用水平风方向表示水汽通量输送方向。

图 3给出了代表有南支槽系统影响的2000年和无南支槽系统活动的2005年的500 hPa和700 hPa水汽通量和水平风场分布。在2000年1月30日08:00 500 hPa (图 3a) 和700 hPa (图 3b) 上, 云南大部处于东—西向的水汽通量大值带内, 水汽通量自东向西增加, 尤其700 hPa上滇西的水汽通量值达10 g·cm-1·hPa-1·s-1, 500 hPa上滇西的水汽通量值为4~6 g·cm-1·hPa-1·s-1, 从上下两层风场分布可以看出, 在90°E附近存在南支槽, 缅甸到云南为强劲的西南气流控制, 表明南支槽前有源源不断的西南暖湿气流向云南输送, 水汽来自孟加拉湾洋面。在2005年3月4日08:00 500 hPa (图 3c) 和700 hPa (图 3d) 上, 在滇缅之间、孟加拉湾、中南半岛为强大的反气旋环流控制, 尤其500 hPa上反气旋环流更加明显, 似乎阻挡了水汽向云南输送, 缅甸到云南500 hPa上盛行西北风, 700 hPa上盛行偏西风。分析水汽通量的分布发现, 云南大部同样处于东西向的大值带内, 500 hPa水汽通量最大达6 g·cm-1·hPa-1·s-1, 700 hPa水汽通量在滇西边缘最大, 为18 g·cm-1·hPa-1·s-1。虽然没有南支槽影响, 但云南上空却具备了较大的水汽通量, 因此可以认为:这股偏西气流同样蕴藏充沛的水汽, 通过追踪偏西气流的来向可知, 携带水汽的偏西气流来自阿拉伯海, 虽然孟加拉湾、中南半岛为强大的反气旋环流控制, 但其西侧的阿拉伯海为一致的强偏南气流, 配合有4 g·cm-1·hPa-1·s-1的水汽通量大值区, 这支暖湿气流北上到27°N附近顺转为偏西气流, 偏西气流经过青藏高原南侧 (反气旋环流的北侧), 将水汽源源不断经过滇西向云南输送, 在云南表现为一个水汽通量大值区。另外两次强降雪过程的水汽通量分布和水汽输送状况非常类似于2000年, 且这两次过程的水汽通量最大值分布都在滇东南, 700 hPa达12 g·cm-1·hPa-1·s-1

图 3. 2000年1月30日08:00 500 hPa (a)、700 hPa (b) 和2005年3月4日08:00 500 hPa (c)、700 hPa (d) 水汽通量分布 (单位: g·cm-1·hPa-1·s-1) 和水汽输送方向 Fig 3. The moisture flux distribution (unit: g·cm-1·hPa-1·s-1) and transfer direction at 08:00 at (a) 500 hPa on Jan 30, 2000, (b) 700 hPa on Jan 30, 2000, (c) 500 hPa on Mar 4, 2005, (d) 700 hPa on Mar 4, 2005

在4次强降雪过程前和过程中, 云南水汽通量迅速增加, 并且云南大部都处于东—西向的水汽通量大值带中, 表明不论有无南支槽系统影响, 在4次强降雪过程中, 云南西侧地区都有充沛的水汽向云南输送; 从表征水汽输送方向的水平风场的分布看, 有南支槽系统活动的3次过程的水汽来自西南侧的孟加拉湾, 沿南支槽前的西南气流源源不断向云南输送, 这也是云南常见的降雪形势, 而无南支槽活动的2005年强降雪过程具有其特殊性, 滇缅之间、孟加拉湾为反气旋环流, 表面上看不出水汽源, 事实上同样有水汽从滇西进入云南, 而且水汽通量还较大, 水汽来自更为遥远的阿拉伯海。因此水汽通量的增大 (即水汽的增加) 是云南强降雪的必备条件。

3.1.2 水汽通量散度

水汽通量散度表征几个方向输送来的水汽在某地聚集辐合的程度。根据文献[3], 水汽通量散度的表达式为:

(2)

图 4给出2000年和2005年强降雪开始时的700 hPa水汽通量散度场。2000年1月30日08:00 (图 4a) 整个云南均处于辐合区中, 辐合中心在滇西到滇西北的大理州西部和怒江南部, 中心强度达-36×10-8g·cm-2·hPa-1·s-1, 之后出现的降雪主要分布在哀牢山附近及以东地区, 其中楚雄、昆明、玉溪、曲靖普降暴雪; 2005年3月4日08:00 (图 4b) 云南处于西北—东南向的辐合带中, 辐合中心在滇西北边缘的怒江南侧, 比2000年位置稍偏西, 中心强度达-56×10-8g·cm-2·hPa-1·s-1, 怒江州南部的福贡县24 h降水量达110 mm, 这在云南旱季是罕见的强降水, 同时出现的强降雪主要分布在大理州及以东地区, 其中大理、楚雄、昆明、玉溪、曲靖普降暴雪, 尤其辐合中心稍偏东的大理州各县 (市) 降雪最强。

图 4. 2000年1月30日08:00 (a) 和2005年3月4日08:00 (b) 700 hPa水汽通量散度分布 (单位: 10-8g·cm-2·hPa-1·s-1) Fig 4. 700 hPa moisture flux divergence distribution (unit: 10-8g·cm-2·hPa-1·s-1) at 08:00 on Jan 30, 2000 (a), 08:00 on Mar 4, 2005 (b)

由此可见, 水汽通量强辐合带和强辐合区对云南强降雪有较好的指示意义, 强降雪出现在较强水汽通量辐合区中, 但是强降雪区域与水汽通量辐合中心并不一一对应, 强降雪出现在辐合中心的偏东一侧, 这主要是由于影响云南的冷空气自东向西移动, 冷空气在西移过程中, 翻越重重高山, 势力逐渐减弱, 辐合中心东侧较强冷空气可以提供足够的抬升动力条件, 更有利于水汽的凝结, 产生较强降雪。

3.2 动力和热力条件

任何强降雪都必须具备足够的抬升动力条件, 才能使水汽凝结, 产生强降雪。图 5是2000年和2005年的2次强降雪过程前的垂直流场 (沿102°E, 用经向风和垂直速度制作) 和假相当位温θse的分布。2000年1月29日08:00 (图 5a) 南方暖湿上升气流与北方干冷下沉气流在滇中24.5°N附近汇合, 在24.5°N以北为明显的下沉气流, 在24.5°N以南为一致的上升运动, 直到200 hPa高空, 上升气流非常深厚。从θse的分布看出, 由于南北两种不同性质的空气汇合, 在25°~27°N之间θse线低层变得异常陡立, 根据倾斜涡度发展理论, 在θse线陡立区垂直涡度发展[4], 强降雪就容易发生; 而在25°N以南地区的650 hPa以下, θse随高度下降, 说明25°N以南地区低层具有一定暖湿条件, 构成对流不稳定层结。2005年3月3日08:00(图 5b) 垂直流场稍不同于2000年, 具有倾斜的上升气流, 从高层到低层南方暖湿上升气流与北方干冷下沉气流都相互汇合, 汇合区随高度向南倾斜, 说明高层冷空气超前于低层冷空气, 具有明显前倾特性, 这样斜升气流有利于水汽的凝结和降落, 低层两股气流在22.5°N附近汇合, 比2000年偏南约2个纬度, 同样在22.5°N以南为深厚的上升气流, 以北为下沉气流。从θse的分布看出, θse线低层异常陡立区在23°~26°N之间, 在南部的上升气流区, θse随高度下降, 低层这些区域同样具有暖湿和不稳定条件。由此可见在两次强降雪过程中, 南北上升与下沉气流共存, 在锋面附近形成了中尺度垂直环流系统, 随着北方冷空气进一步南下, θse线陡立区也随之南移, 引起南方暖湿气流带来的水汽凝结和不稳定能量的释放, 从而为强降雪提供了足够的抬升凝结条件, 强降雪就发生在θse线陡立区附近以及暖湿不稳定区域。

图 5. 2000年1月29日08:00 (a) 和2005年3月3日08:00 (b) 沿102°E的垂直流场 (流线) 和θse分布垂直剖面图 (虚线, 单位: K) Fig 5. The vertical cross-section circulation (stream line) and θse distribution (dashed line, unit: K) across 102°E at 08:00 on Jan 29, 2000 (a), 08:00 on Mar 3, 2005 (b)

4 雷达回波分析

对云南2004年和2005年两次强降雪过程的昆明CINRAD-CC多普勒雷达回波资料进行对比分析, 重点分析雷达回波速度场。张沛源等[5]、陈秋萍等[6]的研究表明, 利用多普勒速度场能够较好地判断强降水的产生, 这两次过程正好代表了云南有无南支槽影响的两种典型强降雪类型, 因此就可以找出云南两种强降雪类型的多普勒雷达特征的异同点。

在雷达回波强度场 (图略) 上, 强降雪期间以层状云回波为主, 这与冬季大气能量差和不稳定层结高度偏低有关, 2004年的回波分布显得更加均匀, 强度在20 dBz左右, 强降雪是由片状均匀层状云回波造成的, 而2005年回波相对强一点, 并且在均匀的层状云回波中镶嵌了一条东—西向的相对强的带状回波, 强度在30 dBz, 强降雪主要是由均匀的层状云回波中的带状回波造成的。

图 6给出了有南支槽影响的2004年和无南支槽影响的2005年降雪过程中0.5°仰角、150 km探测范围内的径向速度场。在2004年2月7日15:39 (图 6a) 径向速度场上, 零速度线穿过测站, 在50 km (离雷达天线0.6 km以下) 范围内零速度线呈典型的“S”型分布, 风随高度顺转, 在50 km范围以外零速度线又呈反“S”型分布, 由近地层的偏南风转为低层的偏西风, 又由低层偏西风逆转为高层的西偏南风, 表明低空存在明显的暖平流, 高层存在弱的冷平流, 并且风速始终随高度增加, 在离雷达天线1.1~1.4 km (昆明雷达站海拔高度为2.5 km左右) 高度处经过速度退模糊西南风速增加到40 m·s-1左右, 表明高空存在较强的西南急流, 这种特征一直持续到回波减弱消失。可以认为, 对流层中下层的高空冷暖平流和高空西南急流的存在是这次降雪天气的主要多普勒雷达回波特征, 这样的风场分布提供了不稳定条件, 同时证实了南支槽前的西南急流带来的水汽在这次降雪中的重要作用。

图 6. 两次强降雪昆明多普勒雷达径向速度图 (a) 2004年2月7日15:39, (b) 2005年3月4日12:33 (单位: m·s-1, 仰角: 0.5°, 距离每圈50 km; 灰度区:正速度区, 等值线:负速度区) Fig 6. The radial velocity field in 50 km (unit: m·s-1, the elevation is 0.5°, shadow fields are positive velocity, solid lines are negative velocity) (a) at 15:39 on Feb 7, 2004 and (b) at 12:33 on Mar 4, 2005

在2005年3月4日径向速度场上, 虽然高层零速度线分布凌乱, 很难分析出高层风场分布, 但在雷达60 km探测范围内 (离雷达天线0.73 km的高度以下) 零速度线始终维持N—S向, 右侧为负速度区, 左侧为正速度区, 表明低层盛行偏东风, 12:33 (图 6b) 随着滇中 (昆明附近) 强降雪的出现, 低层偏东风速先增加后减小, 风场分布在离雷达天线大约0.3~0.4 km的高度处出现了13~14 m·s-1的偏东风, 表明存在低空偏东急流; 16:56随着强降雪的减弱, 低空偏东急流特征逐渐消失, 偏东风速减弱为8 m·s-1, 可以认为, 低层偏东急流带来的冷空气在2005年云南强降雪中起着重要作用, 低空急流的出现是这次强降雪的开始, 急流的减弱消失是降雪的结束, 这与张晰莹等的研究相一致[7]

由上分析可知, 在多普勒雷达回波速度场上, 冷暖平流交替变化以及对流层中下层的高空较强的西南急流是南支槽影响的天气尺度条件下2004年强降雪的主要大尺度特征, 西南急流在强降雪中起着极其重要的作用; 而低层偏东急流是无南支槽配合影响的2005年强降雪的主要大尺度特征, 强劲的偏东急流带来的强冷空气对这次强降雪起着主导作用。

5 结论

1) 在2000年以来云南4次强降雪过程中, 横槽型造成的2次强降雪天气影响到哀牢山以西地区, 范围广、强度大; 北脊南槽型造成的2次强降雪主要在滇中及以东, 范围小、强度也相对弱; 其中3次有南支槽配合, 南支槽前的暖湿气流和强冷空气汇合, 造成云南强降雪, 这是云南主要的降雪形势, 而2005年整个过程无南支槽活动, 具有异常特殊性。

2) 在4次强降雪过程前和过程中, 云南水汽通量迅速增加, 大部都处于东—西向的水汽通量大值带中, 表明不论有无南支槽系统影响, 西侧都有充沛的水汽向云南输送, 其中有南支槽系统活动的3次过程的水汽来自西南方的孟加拉湾, 成为云南主要的降雪形势, 而无南支槽影响的这次强降雪过程水汽从阿拉伯海沿印度高压外围流入云南, 而且水汽通量较大, 因此水汽通量的增大 (即水汽的增加) 是云南强降雪的必备条件。

3) 水汽通量强辐合带和强辐合区对云南强降雪有较好的指示意义, 强降雪都出现在较强水汽通量辐合区中, 且靠近辐合中心偏东的强冷空气一侧。

4) 南北上升与下沉气流共存, 在锋区附近形成了中尺度的垂直环流系统, 随着北方冷空气南下, θse线陡立区也随之南移, 触发南方暖湿气流带来的水汽凝结和不稳定能量释放, 从而为强降雪提供了足够的抬升凝结条件, 强降雪就发生在θse线陡立区附近及其暖湿不稳定区域。

5) 在多普勒雷达回波强度场上, 层状云回波造成了强降雪, 强度在20~30 dBz; 在速度场上, 冷暖平流交替变化以及对流层中下层的高空较强西南急流是南支槽配合影响下的2004年强降雪的主要大尺度特征, 尤其西南急流在强降雪中起着极其重要的作用; 而低层偏东急流是无南支槽配合影响的2005年强降雪的主要大尺度特征, 强劲的偏东风带来的强冷空气在这次强降雪中起着主导作用, 因此高低空急流的形成是强降雪的关键。

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