长白山机场2012年2月22日强降雪天气过程分析

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  摘 要:本文利用常规探测资料及数值预报资料,对长白山机场2012年2月22日强降雪天气过程的发生、发展及演变特征进行了分析。同时,进一步对这次强降雪过程的环流形势、水汽来源和中小尺度特征及过程期间区域性降雪的成因进行了分析。结果表明:1、造成这次强降雪的高空环流形势维持“一槽一脊”型,贝加尔湖地区存在一个发展较深的低压槽,槽分为槽前暖湿空气活跃,槽后有强冷空气下冲,这种环流形势是降雪的触发机制;2、中低层的水汽辐合和连续两天的西南急流,使得大量水汽在该区域累积,给长白山机场的这次降雪天气提供了充沛且持续的水汽条件3、槽前的暖湿气团,与地面强冷高压在低压北部汇合,在汇合区下游形成强烈的辐合抬升作用,这种高层辐散与低层辐合的高低空配置导致强烈的上升运动,是降雪的产生和维持的动力机制。
  关键词:强降雪;环流形势;物理量场;长白山机场
  引言
  近些年,自然灾害频发,灾害性天气的突发性和不确定性给国家财产和人民生活造成了巨大损失和不便,对于民航运输来说,强降雪天气的影响更是巨大的,由于强降雪造成的影响和危险很多,如跑道积雪、能见度低于起降标准、空中严重积冰等,例如,2009年11月10日[1],银川河东机场出现的大暴雪,因跑道积雪导致河东机场于10日下午14时56分到11日8时关闭近18小时,造成了河东机场进出港42架航班取消、3架航班延误。2010年4月12日至13日哈尔滨太平机场暴雪天气造成哈尔滨太平机场关闭24小时,共有7架次备降,5架次返航,46架次取消,给旅客出行和机场服务以及民航飞行安全造成了很大的影响。长期以来,我国气象工作者利用个例分析[2]、数值模拟[3]、诊断分析[4-9]等方法对研究冬季降雪的环流特征、水汽来源和动力学机制,也取得了一些进展。2012年2月22日至23日受贝加尔湖强冷空气和暖湿气流的共同影响,长白山机场经历了一次强降雪天气过程,导致机场关闭12小时,22日夜间至23日中午航班全部受到较大影响。降雪从22日15时(UTC)至23日05时(UTC)共持续了15小时,持续降雪量达到12厘米,降雪期间最低能见度达到800米。本文对2012年2月22日至23日长白山机场强降雪天气过程高低空环流形势进行分析,并在此基础上对这次降雪过程的物理量场进行诊断分析,对此次天气系统发生、发展和结构演变进行对比分析,以便为新建的缺乏气象资料的长白山机场提供当地降雪特点的参考帮助。
  1.资料与方法
  本文利用NCEP/NCAR逐日再分析资料及常规探测资料,通过天气分析、动力诊断等方法,研究这次强降雪天气过程的成因和发生发展及演变特征。
  2.长白山机场地形特征及气候特点
  1、地形特征:长白山机场位于长白山脉林间台地上,东南方向地势较高,北部相对平坦,但也有高地分布。长白山主峰天池(中朝界湖)位于机场东南37.5千米,长白山第二主峰望天鹅位于机场东南48千米。机场距东南长白山自然保护区边界最近距离14千米,距西北方向松江河(镇)火车站17千米。机场周围森林密布,但地标较明显,判定难度不大。
  2、冬季气候特点:由于长白山机场建在山区,因此地形的抬升作用较为明显,有利于垂直运动的发展,冷空气经过山脉后下冲比较急,对降水的产生及发展有很好的促进作用。机场冬季晴天过半,多西北风,降雪集中且相比平原地区较易产生降雪。
  3.强降雪的环流形势分析
  3.1高空环流及影响系统
  此次强降雪天气过程前期的高空环流形势演变:从西伯利亚到蒙古国中部维持一宽广的高脊区,强冷空气不断聚集并逐渐南压,在贝加尔湖地区有一高空槽发展东移,槽前暖区有气旋生成,气旋不断北上,在向东北移动过程中发展加强,与高空槽引导的强冷空气在长白山地区充分汇合。22日08时(UTC)至22日12时(UTC)高空图显示高空槽逐渐移向长白山地区,本场主要受暖区控制,高空有明显的暖式切变。槽后有大股强冷空气向长白山地区下冲。高空图三层均有强盛的西南急流,本场处于急流出口处,水汽输送较好。
  3.2地面影响系统
  22日08时地面图上黄河气旋北上进入东北地区形成东北低压,使得长白山地区处于气旋顶部,在长白山地区有较为明显的暖式切变。由于槽后强冷空气的补充,气旋强烈发展,高空低涡加深,这种高低空配置造成地面强烈辐合上升,加之槽后强冷空气的入侵汇合,造成了长白山机场的降雪天气。到22日15时(UTC),暖式切变过境,风向逐渐由偏南风转为偏北风。降雪也随之开始。
  4.物理量场分析
  为充分认识此次强降雪天气过程形成的物理机制,本文分别对此次过程的涡度场、散度场、垂直速度场、水汽通量散度场进行分析。
  4.1涡度场
  通过对2月22日06时和18时850hpa涡度场分布图的分析,可以看出,从22日06时到18时,850hpa正涡度中心自西向东移动,到12日18时,正涡度较大区处于长白山上空。从涡度的演变可以看出低涡在东移过程中是不断加强的,且在22日夜间为最强。23日00时开始逐渐减弱东移,23日06时正涡度值减弱并移出长白山,降雪也在此时结束。经过与实况对比,850hpa涡度的移动以及强度变化较好的反映了此次强降雪天气系统的移动和强度变化,为日后此类天气的预报提供了较好的参考。
  4.2散度场
  通过对2月22日06时、12时18时和23日00时不同高度散度场分布图的分析,发现22日06时开始,长白山地区850hpa散度均为负值,300hpa高度层散度值为正,对比分析,高层的强烈辐散区与低层的辐合区的位置和强弱变化均能较好的对应。这种低空辐合和高空辐散的配置,有利于上升运动的维持和加强,这种高低空配置为降雪提供了触发机制,同时也为降雪的维持和加强提供了动力源。在同等水汽条件下,决定降水量大小的散度场有两个特点:一是辐合辐散的强度,辐合辐散场的强度越强,降水量越大;二是辐合场的层次越深厚,降水越强,当辐合场达到500hpa的层次时,降水量一般会很大。经过分析,22日12时至23日00时,500hpa散度场上长白山地区上空散度为负值,为辐合上升区,表明辐合层较深厚。辐合辐散区的配置与降雪量的移动及强度变化较好的吻合。   4.3垂直速度场
  通过对2月22日00时、06时、12时和18时700hpa垂直速度场的分布图的分析,可以看出,低层辐合,高层辐散的配置产生了强大的抽吸作用,导致了冷暖空气的交汇处产生强烈的上升运动。22日00时长白山地区垂直速度为正值,垂直速度最大区在本场上游。随着气旋的移动和发展,到22日06时,长白山地区正速度值较大。在22日12时和18时,正速度大值区稳定在本场上空并且强度有所增加。23日00时开始,垂直上升速度大值区逐渐减弱并东移出长白山地区,也预示着降雪将减弱。中低层强烈的抬升运动,水汽凝结释放的潜热,对降雪的发生和发展极为有利。
  4.4水汽通量散度场
  通过对2月22日06时、12时、18时和23日00时850hpa水汽通量散度场的分布图的分析,可以看出22日06时至23日00时,长白山地区水汽通量逐渐增加,22日18时水汽通量达到最大,对应低层辐合区,表征水汽通量方向的箭头由疏到密,表明水汽在长白山上空不断聚集,中低层水汽辐合,为强降雪天气过程提供了水汽供给和补充,图中的水汽通量散度场的分布图很好的反映了此次强降雪天气过程的水汽通量变化,也较好的与此次强降雪过程的移动和强度变化吻合。
  5.小结
  5.1造成这次强降雪的高空环流形势维持“一槽一脊”型,贝加尔湖地区存在一个发展较深的低压槽,槽分为槽前暖湿空气活跃,槽后有强冷空气下冲,这种环流形势是降雪的触发机制;
  5.2中低层的水汽辐合和连续两天的西南急流,使得大量水汽在该区域累积,给长白山机场的这次降雪天气提供了充沛且持续的水汽条件。
  5.3槽前的暖湿气团,与地面强冷高压在低压北部汇合,在汇合区下游形成强烈的辐合抬升作用,这种高层辐散与低层辐合的高低空配置导致强烈的上升运动,是降雪的产生和维持的动力机制。
  5.4在同等水汽条件下,决定降水量大小的散度场有两个特点:一是辐合辐散的强度,辐合辐散场的强度越强,降水量越大;二是辐合场的层次越深厚,降水越强,当辐合场达到500hpa的层次时,降水量一般会很大。(作者单位:民航吉林空管分局)
  参考文献:
  [1] 王海霞,彭维耿,潘江勇.2009年11月10日银川河东机场暴雪天气过程成因分析[J].安徽农业科学,2010,21:11242-11245.
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