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摘要 利用常规观测资料、micaps资料以及NCEP/NCAR再分析资料，对2020年12月29日一次寒潮天气下的雨转雪过程进行诊断分析。结果表明：本次降雪过程是500 hPa横槽转竖引導冷空气南下，700 hPa和850 hPa切变，配合700 hPa西南暖湿急流共同作用引起的;降雨时，低层有强上升运动区，对应水汽辐合，当出现降雪后，强上升运动区移至700 hPa～400 hPa附近，中高层也转为水汽辐合层。
关键词 横槽;上升;水汽辐合
中图分类号：P458.2 文献标识码：B 文章编号：2095–3305（2021）03–0075–03
寒潮天气过程是一种大规模的强冷空气活动过程，是冬半年影响江苏省的重要灾害性天气之一，除了造成剧烈的降温外，还常伴有大风、降雪等灾害性天气[1-2]。随着经济的快速发展，大雪对交通和生活的影响越来越明显[3]。因此，在一次寒潮天气背景下，对雨雪相态的转换以及降雪强度进行预报，对防灾减灾工作具有重要意义。
1 天气过程实况
受冷空气影响，2020年12月29日—31日泰州市出现一次寒潮、降雪天气过程。29日上午开始降温，31日早晨达到此次降温过程的最低值，最低气温在-7℃～-12℃，48 h降温幅度在-9℃～-12℃，达到寒潮标准。另外，冷空气影响期间，泰州市风力普遍增大，大部分地区风力达到了7～8级，其中包括区域站在内有26个站日极大风达到8级，溱湖以及泰州大桥（交通站）的日极大风力达到9级，分别为22.3、22.2 m/s。12月29日06：00以后，泰州市开始出现小雨天气，到13：35分以后，自北向南由兴化开始出现雨夹雪天气，13：59分海陵区转为纯雪天气过程，至15：58分全市大部分地区都转为纯雪天气。12月29日20：00以后降雪基本结束，全市出现中到大雪的天气。
2 寒潮爆发前天气形势
分析寒潮爆发前500 hPa高度场和温度场合成图（图1）可以看出，12月26日20：00在乌拉尔山的西侧有暖脊存在，北极有暖高压，同时，在贝加尔湖以及鄂霍次克海附近存在两个低涡。由于温度脊落后于高度脊，乌拉尔山暖脊沿着径向发展加强，脊前的偏北气流加强，使得冷空气进一步在西伯利亚堆积，形成一个-46℃的冷中心。27日20：00贝加尔湖与鄂霍次克海附近的两个低涡融合，在一线形成了东西向横槽，乌拉尔山附近的暖脊进一步增强与北极暖高压融合，不断引导冷空气在贝加尔湖附近的横槽堆积并进一步向南移动，冷高压中心移至贝加尔湖西侧。至28日20：00地面冷高压主体进一步增强移至蒙古境内，乌拉尔山高压脊也不断东伸加强，弱的暖平流逐渐移到脊前，横槽后部出现暖平流，槽前出现冷平流，此时横槽也已经压到了蒙古境内，在横槽的前部有小槽东传，预示着横槽转竖向南加深[4]。同时，副热带高压不断增强，基本西伸打通。从12月29日08：00—31日08：00 500 hPa横槽迅速转竖，冷空气经过蒙古到达我国河套地区附近南下，直达长江中下游地区，同时副高进一步增强北抬，控制了海南、广东和广西的南部，南支槽东移，引导暖湿气流向东北方向移动。
3 降雪分析
3.1 环流背景
降水发生前，28日20：00 500 hPa亚欧大陆为两槽一脊，在贝加尔湖东侧横槽开始转竖并分裂小槽引导地面冷空气南下，同时，在四川甘肃附近的南支槽东移发展带来暖湿气流。到了29日08：00（图2）500 hPa横槽南甩与南支槽合并，冷暖空气交汇，泰州市位于槽前的西南气流中，700 hPa上四川盆地到黄淮一线有切变存在，泰州市处于切变南侧西南气流中，有水汽输送，850 hPa受切变北侧东北气流控制，地面位于冷锋前部低压倒槽内，提供了一定的动力条件，此时泰州市以小雨为主。到了14：00（图3），700 hPa建立了明显的西南暖湿急流达到18 m/s，为降雪的发生提供了有利的水汽条件，而850 hPa东北气流不断增强，-4℃线已经移至泰州市上空，这种上暖下冷的逆温层结构为降雪提供了有利层结条件，同时泰州市地面位于冷锋后部，低层925 hPa附盛行东北冷气流，利于冷空气堆积，为降雪提供了冷垫，700 hPa西南暖湿气流沿着冷垫爬升，产生较强的上升运动，泰州市开始有降雪的产生，到20：00 前是泰州市降雪的集中时段。20：00以后，随着700 hPa转为西北气流控制，水汽减弱，降雪渐止。
3.2 物理量场分析
3.2.1 水汽条件 从图4a水汽通量的演变可知，前期近地面层受高压底前部偏东转东北气流影响，从08：00～14：00泰州市925 hPa以下有水汽通量大值带，为降雨提供了水汽条件，同时随着西南急流开始建立，700 hPa到500 hPa之间逐步开始形成水汽通量的大值区。在14：00到20：00随着近地面层迅速转为偏北气流影响，925 hPa以下水汽通量减小，700 hPa以上随着西南急流建立，水汽输送带逐渐向上层伸展，水汽通量大值带向上倾斜，在600 hPa到500 hPa有水汽通量大值中心7.2 g /（s·cm2·hPa）。在其引导下，将水汽带到泰州市上空，为降雪提供了有利水汽条件，此时，泰州市上空也已经由雨转化为雪，到了20：00以后随着中低层转变为西北气流，水汽输送迅速减小，降雪渐止。
输送水汽能否聚集形成降水，需进一步分析雨转雪过程中高低层水汽通量散度特征（图4b）。08：00～12：00泰州市850 hPa以下有较强水汽的辐合存在，最大辐合中心出现在08：00达到-9×10-7 g /（s·cm2·hPa），同时，在850 hPa以上到500 hPa有水汽辐散，这种低层水汽辐合高层水汽辐散有利于产生降水，此时对应泰州市以较明显液态降水为主[5]。从12：00～14：00泰州市近地面层转为水汽的辐散区，一直伸展到了700 hPa附近，整层以一致的偏北冷气流为主，在700 hPa到500 hPa之间为水汽辐合区，泰州市降雨逐渐减弱。14：00～20：00近地面层辐散进一步增强，在925 hPa附近形成一个辐散中心达到11×10-7 g /（s·cm2·hPa），同时水汽辐合层逐渐向上倾斜，在700 hPa形成水汽辐合中心，达到-2×10-7 g /（s·cm2·hPa），利于水汽聚集，基本上与西南急流相配合，泰州市雨已经转雪，到20：00之前也是降雪比较集中的时段。20：00以后，随着西北气流南下，整层转为水汽的辐散区，降雪渐止。 3.2.2 动力条件 垂直运动造成的水汽、热量、动量、涡度等物理量的垂直输送对天气系统的发展有很大影响[6]。由垂直速度图（图5a）可知，08：00随着高空槽南压以及切变线移至泰州市附近，泰州市上空有较强的动力抬升作用，可以看到从地面到500 hPa以垂直上升运动为主，垂直上升速度在850 hPa附近达到最大，中心值为-0.4 Pa/s，此时对应泰州市以降雨为主，到了14：00，西南暖湿空气沿着冷垫爬升，低层垂直上升速度逐渐减小，700 hPa以上上升速度逐渐增强并伸展至250 hPa附近，在600～500 hPa附近形成一个大的上升中心达到-0.35 Pa/s，强烈的上升运动利于水汽的上升凝结，此时泰州市逐渐转为固态降水即雪，到20：00前以降雪为主，在20：00后随着垂直上升运动减弱转为下沉运动，降雪渐止。
从散度垂直剖面图（图5b）可以看出，29日08：00泰州市上空850 hPa以下为辐合区，其辐合中心达到-2×10-5 s-1，内部有上升运动，850 hPa以上到250 hPa为辐散区，泰州市主要以降雨为主，到了14：00近地面到500 hPa为弱的辐合区，辐合中心为-0.8×10-5 s-1，500 hPa到200 hPa为辐散区，其中在300 hPa中心有辐散中心达到2.4×10-5 s-1，这种低层辐合，高层辐散的结构有利于上升运动的发展，利于低层水汽的聚合抬升，此时也是泰州市雨转雪的过程，在14：00～20：00之间，可以看到近地面层出现了辐散中心，低层为弱辐合区，中高层又是一个辐合区，整个散度场分布比较凌乱，造成此次泰州市降雪并不是特别强[7]。
3.2.3 温度层结 研究指出，在雨转为雪时，高空冰晶层（-10℃）高度会逐渐下降[8]。同时，降雪的有利条件是850 hPa气温≤-4℃，700 hPa气温≤0℃，且中层有逆温层存在，逆温层温度在0℃以下[9]。通过29日08：00、14：00以及20：00温度层结曲线可以看出，08：00 -10℃冰晶层在580 hPa左右，0℃线位于800 hPa以上，从地面到500 hPa温度垂直递减率变化不大，泰州市以降雨为主，到了14：00冰晶层已经降至610 hPa左右，925 hPa到700 hPa温度垂直递减率减小，尤其是850 hPa到700 hPa温度基本形成一个等温层，主要是由于西南暖湿气流建立，锋区移动，850 hPa以下偏北冷气流加强，对应各层温度：850 hPa气温在-4℃左右，700 hPa气温≤0℃，但逆温层还没建立，此时也是泰州市雨转雪的降水相态转化过程，到了20：00冰晶层已经降至650 hPa，可以看到在850 hPa到700 hPa之间泰州市上空有逆温层存在，温度在-5℃～-10℃，这主要是850 hPa偏北冷气流进一步增强南下，同时，925 hPa到地面维持在0℃以下，近地面层有明显冷垫存在，对应着到20：00前泰州市是一个较明显的降雪过程（图6）。
4 结论与讨论
在寒潮天气背景下，本次降雪过程是500 hPa横槽转竖引导冷空气南下，925 hPa以下形成冷垫，700 hPa和850 hPa切变，配合700 hPa西南急流为降雪的发生提供了有利的动力条件和水汽条件，700 hPa暖湿气流和850 hPa东北冷气流增强，为降雪提供了逆温层结条件。
在雨转雪的过程中，中低层以垂直上升运动为主。但在液态降水时，强上升运动区出现在低层850 hPa附近，对应着水汽辐合，而中高层水汽辐散有利于产生降雨的发生，当出现降雪后，低层垂直上升运动减弱，水汽辐合减弱转为水汽辐散，700 hPa到400 hPa形成大的上升運动区，上升运动高度区也有所提高，中高层也转为水汽辐合层。
参考文献
[1] 陶潘虹，张耀存，孙凤华. BCC第二代气候预测模式系统对2015年一次寒潮过程的预报能力评估[J].气象科学， 2020（2）： 191-199.
[2] 江苏气象局.江苏省天气预报技术手册[M].北京：气象出版社， 2017.
[3] 庞礡，张彬，张莹，等.一次小雨转大雪天气过程诊断分析[J].农业灾害研究， 2014（7）： 30-34.
[4] 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， 2007.
[5] 李进，陈练. 2014年杭州地区一次雨转雪天气过程分析[J].气象与环境学报， 2016（5）：1-9.
[6] 张杰，王玉荣，张艳，等.泰安秋季强降雪形成机制分析[J].陕西气象， 2015（4）： 13-16.
[7] 徐娟娟，郝丽，刘嘉慧敏，等. 2018年1月陕西区域性暴雪过程诊断[J].干旱气象， 2020（1）： 117-125.
[8] 徐辉，宗志平.一次降水相态转换过程中温度垂直结构特征分析[J]高原气象， 2014（5）： 1272-1280.
[9] 李进，陈勇明，毛则剑，等.杭州大雪的成因和预报指标分析[J].气象科技， 2020（3）： 396-405.
责任编辑：黄艳飞
关键词 横槽;上升;水汽辐合
中图分类号：P458.2 文献标识码：B 文章编号：2095–3305（2021）03–0075–03
寒潮天气过程是一种大规模的强冷空气活动过程，是冬半年影响江苏省的重要灾害性天气之一，除了造成剧烈的降温外，还常伴有大风、降雪等灾害性天气[1-2]。随着经济的快速发展，大雪对交通和生活的影响越来越明显[3]。因此，在一次寒潮天气背景下，对雨雪相态的转换以及降雪强度进行预报，对防灾减灾工作具有重要意义。
1 天气过程实况
受冷空气影响，2020年12月29日—31日泰州市出现一次寒潮、降雪天气过程。29日上午开始降温，31日早晨达到此次降温过程的最低值，最低气温在-7℃～-12℃，48 h降温幅度在-9℃～-12℃，达到寒潮标准。另外，冷空气影响期间，泰州市风力普遍增大，大部分地区风力达到了7～8级，其中包括区域站在内有26个站日极大风达到8级，溱湖以及泰州大桥（交通站）的日极大风力达到9级，分别为22.3、22.2 m/s。12月29日06：00以后，泰州市开始出现小雨天气，到13：35分以后，自北向南由兴化开始出现雨夹雪天气，13：59分海陵区转为纯雪天气过程，至15：58分全市大部分地区都转为纯雪天气。12月29日20：00以后降雪基本结束，全市出现中到大雪的天气。
2 寒潮爆发前天气形势
分析寒潮爆发前500 hPa高度场和温度场合成图（图1）可以看出，12月26日20：00在乌拉尔山的西侧有暖脊存在，北极有暖高压，同时，在贝加尔湖以及鄂霍次克海附近存在两个低涡。由于温度脊落后于高度脊，乌拉尔山暖脊沿着径向发展加强，脊前的偏北气流加强，使得冷空气进一步在西伯利亚堆积，形成一个-46℃的冷中心。27日20：00贝加尔湖与鄂霍次克海附近的两个低涡融合，在一线形成了东西向横槽，乌拉尔山附近的暖脊进一步增强与北极暖高压融合，不断引导冷空气在贝加尔湖附近的横槽堆积并进一步向南移动，冷高压中心移至贝加尔湖西侧。至28日20：00地面冷高压主体进一步增强移至蒙古境内，乌拉尔山高压脊也不断东伸加强，弱的暖平流逐渐移到脊前，横槽后部出现暖平流，槽前出现冷平流，此时横槽也已经压到了蒙古境内，在横槽的前部有小槽东传，预示着横槽转竖向南加深[4]。同时，副热带高压不断增强，基本西伸打通。从12月29日08：00—31日08：00 500 hPa横槽迅速转竖，冷空气经过蒙古到达我国河套地区附近南下，直达长江中下游地区，同时副高进一步增强北抬，控制了海南、广东和广西的南部，南支槽东移，引导暖湿气流向东北方向移动。
3 降雪分析
3.1 环流背景
降水发生前，28日20：00 500 hPa亚欧大陆为两槽一脊，在贝加尔湖东侧横槽开始转竖并分裂小槽引导地面冷空气南下，同时，在四川甘肃附近的南支槽东移发展带来暖湿气流。到了29日08：00（图2）500 hPa横槽南甩与南支槽合并，冷暖空气交汇，泰州市位于槽前的西南气流中，700 hPa上四川盆地到黄淮一线有切变存在，泰州市处于切变南侧西南气流中，有水汽输送，850 hPa受切变北侧东北气流控制，地面位于冷锋前部低压倒槽内，提供了一定的动力条件，此时泰州市以小雨为主。到了14：00（图3），700 hPa建立了明显的西南暖湿急流达到18 m/s，为降雪的发生提供了有利的水汽条件，而850 hPa东北气流不断增强，-4℃线已经移至泰州市上空，这种上暖下冷的逆温层结构为降雪提供了有利层结条件，同时泰州市地面位于冷锋后部，低层925 hPa附盛行东北冷气流，利于冷空气堆积，为降雪提供了冷垫，700 hPa西南暖湿气流沿着冷垫爬升，产生较强的上升运动，泰州市开始有降雪的产生，到20：00 前是泰州市降雪的集中时段。20：00以后，随着700 hPa转为西北气流控制，水汽减弱，降雪渐止。
3.2 物理量场分析
3.2.1 水汽条件 从图4a水汽通量的演变可知，前期近地面层受高压底前部偏东转东北气流影响，从08：00～14：00泰州市925 hPa以下有水汽通量大值带，为降雨提供了水汽条件，同时随着西南急流开始建立，700 hPa到500 hPa之间逐步开始形成水汽通量的大值区。在14：00到20：00随着近地面层迅速转为偏北气流影响，925 hPa以下水汽通量减小，700 hPa以上随着西南急流建立，水汽输送带逐渐向上层伸展，水汽通量大值带向上倾斜，在600 hPa到500 hPa有水汽通量大值中心7.2 g /（s·cm2·hPa）。在其引导下，将水汽带到泰州市上空，为降雪提供了有利水汽条件，此时，泰州市上空也已经由雨转化为雪，到了20：00以后随着中低层转变为西北气流，水汽输送迅速减小，降雪渐止。
输送水汽能否聚集形成降水，需进一步分析雨转雪过程中高低层水汽通量散度特征（图4b）。08：00～12：00泰州市850 hPa以下有较强水汽的辐合存在，最大辐合中心出现在08：00达到-9×10-7 g /（s·cm2·hPa），同时，在850 hPa以上到500 hPa有水汽辐散，这种低层水汽辐合高层水汽辐散有利于产生降水，此时对应泰州市以较明显液态降水为主[5]。从12：00～14：00泰州市近地面层转为水汽的辐散区，一直伸展到了700 hPa附近，整层以一致的偏北冷气流为主，在700 hPa到500 hPa之间为水汽辐合区，泰州市降雨逐渐减弱。14：00～20：00近地面层辐散进一步增强，在925 hPa附近形成一个辐散中心达到11×10-7 g /（s·cm2·hPa），同时水汽辐合层逐渐向上倾斜，在700 hPa形成水汽辐合中心，达到-2×10-7 g /（s·cm2·hPa），利于水汽聚集，基本上与西南急流相配合，泰州市雨已经转雪，到20：00之前也是降雪比较集中的时段。20：00以后，随着西北气流南下，整层转为水汽的辐散区，降雪渐止。 3.2.2 动力条件 垂直运动造成的水汽、热量、动量、涡度等物理量的垂直输送对天气系统的发展有很大影响[6]。由垂直速度图（图5a）可知，08：00随着高空槽南压以及切变线移至泰州市附近，泰州市上空有较强的动力抬升作用，可以看到从地面到500 hPa以垂直上升运动为主，垂直上升速度在850 hPa附近达到最大，中心值为-0.4 Pa/s，此时对应泰州市以降雨为主，到了14：00，西南暖湿空气沿着冷垫爬升，低层垂直上升速度逐渐减小，700 hPa以上上升速度逐渐增强并伸展至250 hPa附近，在600～500 hPa附近形成一个大的上升中心达到-0.35 Pa/s，强烈的上升运动利于水汽的上升凝结，此时泰州市逐渐转为固态降水即雪，到20：00前以降雪为主，在20：00后随着垂直上升运动减弱转为下沉运动，降雪渐止。
从散度垂直剖面图（图5b）可以看出，29日08：00泰州市上空850 hPa以下为辐合区，其辐合中心达到-2×10-5 s-1，内部有上升运动，850 hPa以上到250 hPa为辐散区，泰州市主要以降雨为主，到了14：00近地面到500 hPa为弱的辐合区，辐合中心为-0.8×10-5 s-1，500 hPa到200 hPa为辐散区，其中在300 hPa中心有辐散中心达到2.4×10-5 s-1，这种低层辐合，高层辐散的结构有利于上升运动的发展，利于低层水汽的聚合抬升，此时也是泰州市雨转雪的过程，在14：00～20：00之间，可以看到近地面层出现了辐散中心，低层为弱辐合区，中高层又是一个辐合区，整个散度场分布比较凌乱，造成此次泰州市降雪并不是特别强[7]。
3.2.3 温度层结 研究指出，在雨转为雪时，高空冰晶层（-10℃）高度会逐渐下降[8]。同时，降雪的有利条件是850 hPa气温≤-4℃，700 hPa气温≤0℃，且中层有逆温层存在，逆温层温度在0℃以下[9]。通过29日08：00、14：00以及20：00温度层结曲线可以看出，08：00 -10℃冰晶层在580 hPa左右，0℃线位于800 hPa以上，从地面到500 hPa温度垂直递减率变化不大，泰州市以降雨为主，到了14：00冰晶层已经降至610 hPa左右，925 hPa到700 hPa温度垂直递减率减小，尤其是850 hPa到700 hPa温度基本形成一个等温层，主要是由于西南暖湿气流建立，锋区移动，850 hPa以下偏北冷气流加强，对应各层温度：850 hPa气温在-4℃左右，700 hPa气温≤0℃，但逆温层还没建立，此时也是泰州市雨转雪的降水相态转化过程，到了20：00冰晶层已经降至650 hPa，可以看到在850 hPa到700 hPa之间泰州市上空有逆温层存在，温度在-5℃～-10℃，这主要是850 hPa偏北冷气流进一步增强南下，同时，925 hPa到地面维持在0℃以下，近地面层有明显冷垫存在，对应着到20：00前泰州市是一个较明显的降雪过程（图6）。
4 结论与讨论
在寒潮天气背景下，本次降雪过程是500 hPa横槽转竖引导冷空气南下，925 hPa以下形成冷垫，700 hPa和850 hPa切变，配合700 hPa西南急流为降雪的发生提供了有利的动力条件和水汽条件，700 hPa暖湿气流和850 hPa东北冷气流增强，为降雪提供了逆温层结条件。
在雨转雪的过程中，中低层以垂直上升运动为主。但在液态降水时，强上升运动区出现在低层850 hPa附近，对应着水汽辐合，而中高层水汽辐散有利于产生降雨的发生，当出现降雪后，低层垂直上升运动减弱，水汽辐合减弱转为水汽辐散，700 hPa到400 hPa形成大的上升運动区，上升运动高度区也有所提高，中高层也转为水汽辐合层。
参考文献
[1] 陶潘虹，张耀存，孙凤华. BCC第二代气候预测模式系统对2015年一次寒潮过程的预报能力评估[J].气象科学， 2020（2）： 191-199.
[2] 江苏气象局.江苏省天气预报技术手册[M].北京：气象出版社， 2017.
[3] 庞礡，张彬，张莹，等.一次小雨转大雪天气过程诊断分析[J].农业灾害研究， 2014（7）： 30-34.
[4] 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， 2007.
[5] 李进，陈练. 2014年杭州地区一次雨转雪天气过程分析[J].气象与环境学报， 2016（5）：1-9.
[6] 张杰，王玉荣，张艳，等.泰安秋季强降雪形成机制分析[J].陕西气象， 2015（4）： 13-16.
[7] 徐娟娟，郝丽，刘嘉慧敏，等. 2018年1月陕西区域性暴雪过程诊断[J].干旱气象， 2020（1）： 117-125.
[8] 徐辉，宗志平.一次降水相态转换过程中温度垂直结构特征分析[J]高原气象， 2014（5）： 1272-1280.
[9] 李进，陈勇明，毛则剑，等.杭州大雪的成因和预报指标分析[J].气象科技， 2020（3）： 396-405.
责任编辑：黄艳飞