第 33 卷第 1 期 2017 年 2 月 气象与环境学报 JOURNALOFMETEOROLOGYANDENVIRONMENT Vol.33No.1 February2017 何群英, 孙一昕. 天津地区一次回流降雪过程结构特征及发生机理分析 [J]. 气象与环境学报,2017,33(1):26-33. HEQun ying,sunyi xin.analysisonthestructureandmechanismofareturn flowsnowfaleventintianjin[j].journalofmeteor ologyandenvironment,2017,33(1):26-33. 天津地区一次回流降雪过程结构特征及发生机理分析 1 何群英 2 孙一昕 (1. 天津市气象台, 天津 300074;2. 中国民用航空华北地区空中交通管理局天津分局, 天津 300300) 摘要 : 本文利用常规气象观测资料 美国国家环境预报中心再分析资料 (NCEP) 天津铁塔 风廓线雷达及微波辐射计探测资料, 对 2014 年 2 月 6 7 日渤海西岸天津滨海国际机场一次回流降雪过程的结构特征和发生机理进行了分析, 重点讨论了此次回流降雪过程中两个降雪阶段边界层东风的性质和作用及上升运动的形成机制 结果表明 : 天津地区此次回流降雪过程可分为两个阶段, 第一阶段降雪为 2014 年 2 月 6 日 15:06 19:00, 第二阶段降雪为 7 日凌晨 00:25 15:46 2 月 6 日降雪是发生在回流形势建立初期的弱降雪过程, 低层的弱东风将海面上充沛的水汽输送至天津地区, 同时配合偏东气流中的中尺度扰动, 在 2 0km 以下形成浅薄的辐合上升运动 2 月 7 日降雪是中层的西来槽和低层冷空气共同作用的结果, 以偏东路径南下的冷空气本来是较干的, 由于经过渤海湾, 使贴近海面 ( 约 600m 以下 ) 的大气湿度明显增加, 因此影响天津地区的偏东风为湿冷的, 并在边界层内形成了一个明显的冷垫, 当 500hPa 高空槽移至天津地区时与边界层偏东风形成的冷垫相遇, 暖湿空气沿冷垫爬升促进了上升运动的发展, 同时槽前的西南气流也起到输送水汽的作用 引言 关键词 : 回流降雪 ; 边界层 ; 东风 ; 冷空气 ; 上升运动 中图分类号 :P458.1 + 21 文献标识码 :A doi:10.3969/j.isn.1673 503X.2017.01.004 降雪是中国冬半年常见的一种天气现象, 降雪常对城市交通和农业生产等造成显著影响, 持续降雪导致的低温和冰冻灾害甚至可危及人民的生命财产安全 因此, 中国气象学者对降雪的形成机制和预报方法进行了深入的探索及研究 [1-5] 研究表明 [2-4], 中国华北平原冬季降雪过程多与回流形势有关, 高压后部回流型 是华北地区降雪的主要环流形势之一, 如回流与河套以西地区东移的高空槽结合, 形成华北锢囚锋, 可使华北平原出现大范围雨雪天气, 这与中国独特的地理位置和地形结构有关 当冷空气位置偏北或因较浅薄而难以翻越太行山和燕山山脉时, 通常不会直接影响华北地区, 而是继续东移并沿地势较低的东北平原和渤海湾南下, 并向西 回灌, 在华北地区形成高压后部回流形势 [4] ; 由于这种回流东风大多仅出现在 2 0km 以下的边界层内, 而对这个层次的常规观测有限, 因此低层偏东风对降雪的作用为研究热点 回流形势下华北地区的偏东气流来自渤海湾, 通常携带较充沛的水汽, 持续的回流使低层湿度增大, 有利于湿层增厚 [2-4] [5-7] 张迎新和张守保等对河北省回流降雪研究发现, 低层偏东气流虽流经海面, 但仍为干冷的, 无法起到输送水汽的作用, 但干冷的偏东气流可 在对流层下部形成一个 冷垫, 强迫暖湿空气抬升 [8] 并形成降雪 郭锐等研究表明回流东风的干湿性质不能简单地一概而论, 而取决于具体情况 ; 同时指出边界层内充沛的水汽是降雪的重要组成条件, 即使对较弱的降雪过程, 水汽同样具有一定的指示作用 何群英等 [9] 田秀霞等 [10] [11] 阎访等分别对天津 华北南部和石家庄地区的降雪过程进行了诊断分析及发生机理的研究 特别是对渤海西岸两次暴雪天气过程的研究, 指出边界层东风不仅为本地输送一定量级的水汽, 同时具有冷湿特征的东风可与内陆暖湿结构的偏南风形成地面辐合线, 加强地面的动力抬升作用, 形成上升运动, 有利于雨雪天气的加强和维持 因此, 对回流降雪中低层偏东风性质和作用的研究结果不同, 反映了关于回流降雪天气的结构特征和形成机制目前还缺乏明确统一的认识 在航空气象领域, 降雪同样是重点关注的天气现象之一 受特殊地形的影响, 天津地区冬季降雪常与边界层东风相伴, 且降雪发生时能见度变差, 当地表温度较低时降雪还可能导致跑道积雪或结冰, 对飞行活动造成显著影响 位于渤海西岸的北京 天津及河北等地区的机场跑道多呈南北走向, 在偏东风及湿跑道情况下易导致侧风超标, 对飞机的起 收稿日期 :2015-11-09; 修订日期 :2016-04-05 资助项目 : 中国气象局预报员专项 (CMAYBY2014-004 CMAYBY2015 004 和 CMAYBY2016-006) 共同资助 作者简介 : 何群英, 女,1960 年生, 研究员, 主要从事天气预报和暴雨研究,E mail:he_qunying123@sina com
第 1 期何群英等 : 天津地区一次回流降雪过程结构特征及发生机理分析 27 降和空管指挥造成一定困难 因此, 掌握回流降雪天气的发生机制, 特别是偏东风与降雪形成和维持的关系, 对实现准确和精细的降雪预报, 为航空气象用户提供更有效的服务具有重要意义 2014 年 2 月 6 7 日天津滨海国际机场出现了一次回流降雪天气过程, 此次降雪过程可分为两个阶段, 第一阶段降雪从 6 日 15:06( 北京时间, 下同 ) 开始, 持续了约 4h, 但降雪强度较弱, 降水量仅为 0 0mm 7 日凌晨 01:25 02:16 滨海机场再次出现降雪, 短暂间歇后, 此次天气过程最明显的降雪于 03:45 开始, 直至下午 15:46 才逐渐结束 ;2 月 7 日降雪的时间约为 13h, 降水量为 1 7mm, 积雪深度为 2cm, 达小雪量级 由于 2 月 6 7 日降雪量较小, 因此未对机场运行造成明显影响 但降雪期间, 天津地区处于地面高压后部的回流形势下, 滨海机场始终维持偏东风, 因此偏东风的干湿性质及东风对降雪的影响和形成的作用等问题值得分析及研究 本文利用常规气象观测资料和美国国家环境预报中心 (NationalCentersforEnvironmentalPrediction, NCEP) 再分析资料对渤海西岸此次回流降雪天气过 程的大尺度天气背景进行了分析, 且通过天津地区 250m 铁塔 风廓线雷达及微波辐射计的探测资料研究了中低层大气, 尤其是边界层大气的结构特征及其发展变化, 探讨了偏东风的性质及其在降雪过程中的作用及上升运动的形成机制, 以期在分析降雪发生发展机理的同时, 揭示边界层东风对降雪天气的影响和作用 1 大尺度环流背景 2014 年 2 月 6 日 14 时, 即天津滨海国际机场第一阶段降雪前约 1h, 从蒙古国至中国东北大范围地区均处于冷高压控制, 冷高压系统主体在 40 N 以北地区并呈东西分布, 冷高压在中国东北地区明显向南扩展并延伸至华北东部地区, 与华北地区的低压倒槽形成 东高西低 的回流形势 ( 图 1a) 850hPa 等压面 ( 图 1b) 为弱高压控制 在对流层中层 (700hPa 和 500hPa 等压面 )( 图 1c 和图 1d), 天津地区处于高压脊前西北气流中, 且河套以西从内蒙古自治区西部至甘肃 青海南部地区有低压槽 ( 西来浅槽 ) 逐渐向东移动, 天津地区上空逐步转为西南 图 a 等值线为等压线, 单位为 hpa; 图 b 至图 d 实线为等高线, 单位为 gpm; 虚线为等温线, 单位为 ; 一个风向杆为 4m s -1 ; L 为低压 ;H 为高压 ; 阴影为高度超过等压面的地形图 1 2014 年 2 月 6 日 14 时地面气压场与风场 (a) 和 850hPa(b) 700hPa(c) 500hPa(d) 高度场 温度场与风场 Fig 1 Distributionsofairpresureandwindfieldatsurface(a),andgeopotentialheight,temperature,andwindfieldat 850hPa(b),700hPa(c),and500hPa(d)at14:00onFebruary6,2014
28 气象与环境学报第 33 卷 风 6 日 20 时天津地区上空 500hPa 已完全转为槽前的西南气流, 即天津滨海国际机场第二阶段降雪前期, 持续的西南暖平流有利于地面气压降低和辐合上升运动的形成, 如同时有一定的水汽条件配合, 可形成有利于降雪发生的配置结构 与此同时, 一 股冷空气正在新疆以北地区迅速聚积并配合一支高空横槽 ( 北方槽 ) 向东移动 ( 图略 ) 2 月 7 日 14 时, 内蒙古自治区西部的地面高压逐渐增强 ( 图 2a 和图 2b), 高空北方槽位于蒙古国与中国内蒙古自治区交界附近, 并有明显的锋区配合 图 a 等值线为等压线, 单位为 hpa; 图 b 至图 d 实线为等高线, 单位为 gpm; 虚线为等温线, 单位为 ; 一个风向杆为 4m s -1 ; L 为低压 ;H 为高压 ; 阴影为高度超过等压面的地形 图 2 2014 年 2 月 7 日 14 时地面气压场与风场 (a) 和 850hPa(b) 700hPa(c) 500hPa(d) 高度场 温度场与风场 Fig 2 Distributionsofairpresureandwindfieldatsurface(a),andgeopotentialheight,temperature,andwindfieldat 850hPa(b),700hPa(c),and500hPa(d)at14:00onFebruary7,2014 ( 图 2c 和图 2d); 此后随着高空西来浅槽移出华北地区和北方槽横转竖, 高空逐渐转为西北气流, 华北地区的地面倒槽迅速减弱填塞, 回流形势瓦解, 降雪也随之结束 因此, 中层西来浅槽过境是第二阶段降雪过程结束的主要原因 由上述分析可知, 此次降雪期间天津地区低层始终处于回流形势中 [7], 但 2 月 6 日和 7 日两个降雪阶段的高空环流形势不同 由逐 6h 的 NCEP 再分析资料可知 ( 图 3),2 月 6 日 08 20 时在低层偏东风的作用下, 相对湿度由 60% 左右增大至 90% 左右 ; 降雪发生时 ( 约 15 19 时 ), 尽管中低层大气接近饱和, 且伴随一定的上升运动, 但此时高空为弱高压脊控制,700 500hPa 维持西北风且相对湿度较低, 抑制了低层上升运动的发展, 因此 6 日 ( 第一阶段降雪 ) 仅出现微量降雪 7 日 02 08 时天津地区已完全受高空西来浅槽的影响, 槽前西南气流不仅 形成了深厚的水汽饱和层, 且伴随较强的上升运动 ( 图 3), 非常有利于降雪的发生, 因此 7 日第二阶段的降雪是高空槽和地面倒槽主要影响系统共同作用的结果 综上所述, 此次渤海西岸回流降雪天气过程, 2014 年 2 月 7 日降雪过程发生在中层浅槽配合低层回流东风的形势下, 属于典型的回流降雪 [7] ; 而 6 日弱降雪过程则是在高空较干的西北气流控制下出现的, 即导致降雪发生的仅为低层的回流天气系统 以下进一步探讨对流层低层的回流东风在此次回流降雪天气过程中的作用及上升运动的形成机制 2 结果分析 2 1 边界层东风的性质和作用此次渤海西岸回流降雪过程中偏东风主要位于 850hPa( 约 1 5km) 以下的低层 ( 图 3), 因此利用
第 1 期何群英等 : 天津地区一次回流降雪过程结构特征及发生机理分析 29 NCEP 再分析资料分析此层内水平风与热力条件的分布及演变 由 950hPa 等压面上假相当位温 (θ se ) 的演变 ( 图 4) 可见,2014 年 2 月 6 7 日有一股明显 等值线为垂直速度, 单位为 Pa s -1 ; 阴影为相对湿度, 单位为 %; 一个风向杆为 4m s -1 图 3 2014 年 2 月 6 日 02 时至 8 日 14 时天津地区 (39 N, 117 E) 逐 6h 相对湿度 垂直速度和水平风矢量演变 Fig 3 Distributionsof6 hrelativehumidity,verticalvelocity, andhorizontalwindvectorovertianjin(39 N,117 E) from 02:00onFebruary6to14:00on February8,2014 的冷空气从中国东北地区南下, 进入渤海湾并影响华北东部地区, 这股冷空气的活动可能与地面高压对应 6 日 08 时 ( 图 4a),θ se 大体呈北低南高的分布, 等 θ se 线密集带位于 40 41 N 附近, 说明冷空气位置较偏北, 包括天津地区在内的华北中南部地区与渤海大部海面均处于高压底部的弱东风环境中 6 日 14 时至 7 日 14 时 ( 图 4b 至图 4f), 具有低 θ se 的冷空气不断向渤海湾和华北东部地区扩展, 与此相伴的辽东半岛和海上的东北风显著增大 伴随冷空气不断侵入,950hPa 等压面水汽分布也出现了明显的变化 2 月 6 日 08 时 ( 图 4a), 等 θ se 线密集带以北的低层大气比湿也较低, 说明此时位于陆地上的冷空气较干 ; 而在干冷空气的南侧, 一条东北 西南向的湿舌正位于渤海湾上空, 在一致的弱东风环境中比湿的这种分布特征, 可能是由于海陆表面的水汽含量差异造成的 此后, 这条湿舌随着偏东风的增大逐渐向西移动, 导致 6 日 08 20 时天津地区的比湿明显增大, 之后又略减小 ( 图 4a 至图 4e 图 5a 和图 5c) 湿舌的西移以及由于等 θ se 面自南向北向上倾斜 ( 图 5b 和图 5d), 随着南风分量的增大, 绝热状态下的气块沿等 θ se 面向上爬升 ( 图 5b 和图 5d), 均会形成较弱的辐合上升运动, 说明边界层东风不仅使渤海西岸湿度增大, 同时也具有一定的动力抬升作用, 可能是造成 6 日下午滨海机场 等值线为假相当位温, 单位为 K; 阴影为比湿, 单位为 g kg -1 ; 风场单位为 m s -1 图 4 2014 年 2 月 6 日 08 时 (a) 14 时 (b) 20 时 (c) 和 7 日 02 时 (d) 08 时 (e) 14 时 (f) 渤海湾及周边沿岸地区 950hPa 比湿 假相当位温与水平风矢量 Fig 4 Distributionsofspecifichumidity,pseudo equivalentpotentialtemperature,andhorizontalwindvectorat950hpaover BohaiBayandthesurroundingcoastalregionsat08:00(a),14:00(b),and20:00(c)onFebruary6,andat02:00(d), 08:00(e),and14:00(f)onFebruary7,2014
３ 气象与环境学报 第３ ３卷 现弱降雪的原因 而在天津以东的渤海湾地区 特别 小 图 ４ 图 ５出和图 ５ 海面上空的水汽含量仍明 是渤海湾北部地区受干冷空气影响后比湿也明显减 显 高于渤海湾北部两侧的沿岸陆地 图４至图４ｆ 等值线为假相当位温 单位为 Ｋ 阴影为比湿 单位为 ｇ ｋ ｇ 红色等值线为水平散度 单位为 ５ ｓ 风场单位为 ｍ ｓ 灰色阴影为地形 图５ ２ ４年 ２月 ６日 ４时 和 ７日 ２时 沿 ３ ９ Ｎ ６日 ４时 ｂ 和 ７日 ２时 ｄ 沿 ７ Ｅ比湿 假相当位温 水平散度及环流风矢量垂直剖面 Ｆ ｇ ５ Ｌ ｎｇ ｕｄ ｈ ｇ ｈｖ ｌｓ ｎｓ ｆｓ ｐ ｆ ｈｕｍ ｄ ｙ ｐｓ ｕｄ ｑｕ ｖ ｌ ｎｐ ｎ ｌ ｍｐ ｕ ｈ ｚ ｎ ｌｄ ｖ ｇ ｎ ｎｄｗ ｎｄｖ ｌ ｎｇ３ ９ Ｎ ４ ｎｆ ｂ ｕ ｙ６ ｎｄ ２ ｎｆ ｂ ｕ ｙ７ ｎｄ ｈ ｌ ｕｄ ｈ ｇ ｈｖ ｌ ｓ ｎｓ ｌ ｎｇ ７ Ｅ ４ ｎｆ ｂ ｕ ｙ６ ｂ ｎｄ ２ ｎｆ ｂ ｕ ｙ７ ｄ ２ ４ 此特点在９５ ｈ Ｐ以下表现的更明显 但在 ９２ ５ｈ Ｐ ６ ｍ以 下 回 流 东 风 始 终 不 是 干 冷 的 图 ６为 及以上的等压面上则较难看出 图略 由 ３９ Ｎ纬 ２ ４年 ２月 ５日 ４时至 ８日 ２时天津铁塔探测的 向剖面可见 图 ５ 在 ８ ２ Ｅ区域内假相当 ２ ５ｍ 高度以下水平风 温度和水汽密度的分布与 位温较低 但存在一个贴近海面的湿区 说明原本干 演变 由图可知 ５日 ４时至 ６日 ２时天津地区风 冷的空气在进入渤海湾后 海水的蒸发与湍流混合作用 向逐渐由偏南风转为偏东风 与其伴随水汽密度升 使９ ５ ｈ Ｐ 约 ６ ｍ 以下贴近海面的大气湿度增加 高 ６日 ２时至 ７日 ４时天津地区始终维持偏东 由于天津地区东临渤海 在回流形势下低层东 风 水汽密度基本 均 为 ２ ８ｇ ｍ ３以 上 其 中 ６日 风主要来自海面 因此渤海湾上空的大气状态对天 ５ ６时水汽密度迅速升高 直至 ７日 ２时均保持 津地区有直接影响 结合上述分析可知 在此次回 较高的水汽含量 可能是由于海面大湿区在持续的 流降雪 天 气 过 程 中 影 响 天 津 地 区 的 近 地 面 约 偏东风作用下西移的结果 同时也与此时段内出现
第 1 期何群英等 : 天津地区一次回流降雪过程结构特征及发生机理分析 31 的降水有关 此后,7 日 02 14 时, 随着湿区在偏东 等值线为等温线, 单位为 ; 阴影为水汽密度, 单位为 g m -3 ; 一个风向杆为 4m s -1 ; 白色区域为数据缺测图 6 2014 年 2 月 5 日 14 时至 8 日 20 时天津 250m 铁塔探测的水汽密度 温度和水平风矢量 Fig 6 Time heightdistributionofvapordensity,airtemperature, andhorizontalwindvectorobservedatthe250 m towerin Tianjinfrom 14:00onFebruary5to20:00on February8,2014 风的作用下继续西移,100 220m 高度的水汽密度均表现为一定程度的降低 ( 近地表水汽密度受积雪的影响保持较高 ), 与图 4 中的水汽分布一致, 但值得注意的是此段时间内的水汽密度仍然保持在 3 2g m -3 以上, 明显高于之后风向转为偏南风时的水汽密度 ( 图 4), 一方面可能受降雪的影响, 另一方面也反映近地面的干冷空气进入渤海湾后变性增湿, 因此受冷空气影响后的偏东风仍保持较高的水汽含量, 可使湿层增厚, 为降雪的产生提供了充沛的 水汽, 有利于降雪的发生 综上所述, 在此次回流降雪过程中较难简单的将低层的偏东风定性为 干冷的 或 湿冷的 在回流形势建立初期 (2014 年 2 月 6 日 02 20 时 ), 冷空气尚未进入渤海湾, 此时海上和陆地气温并无明显差异, 但由于海面上存在一个明显的湿舌, 因此吹向天津地区的偏东风可起到输送水汽的作用 ; 此后 (2 月 6 日 20 时至 7 日 14 时 ), 随着辽东半岛和渤海湾上东北风明显增大, 干冷空气不断的以回流形式向华北地区侵入, 但冷空气在通过渤海海面时由于湍流混合作用, 使贴近海面的大气水汽含量并未明显降低, 即使在干冷空气从东北平原进入渤海湾后, 贴近海面的大气也变性增湿, 这样的湿冷空气为渤海西岸的降雪提供了充沛的水汽 2 2 上升运动形成机制在回流形势下, 低层的偏东风除了可向天津地区输送水汽外, 还可在上升运动的形成中起重要作用 [5-7] 在 2014 年 2 月 6 日降雪期间, 天津地区上空 1 6km 高度以下始终维持偏东风 ( 图 3 图 5a 和图 7a), 但在 6 日 16 时前后风向出现了一个明显的波动, 由偏东风转为东南风 在风向发生波动的同时, 风廓线雷达在 2 0km 以下探测到了明显的下沉运动 需注意的是, 由于风廓线雷达探测的垂直速度可受降水粒子运动的显著影响, 因此在降水时不能反映实际的大气运动, 特别是较强下沉运动一般对应降水的出现, 而降水通常是湿空气被强迫抬升或随浮力自由上升时其中的水汽凝结或冻结后聚积产生的 由图 7 可见,6 日的降雪主要局限在 2 0km 高度以下 与风廓线雷达探测的结果对应, 图 a 阴影为垂直速度, 单位为 m s -1, 正值表示下沉运动, 负值表示上升运动 ; 一个风向杆为 4m s -1 ; 白色区域为数据缺测 ; 图 b 阴影为水汽密度, 单位为 g m -3 图 7 2014 年 2 月 6 日 12 20 时天津风廓线雷达观测的径向垂直速度与水平风矢量 (a) 和天津微波辐射计观测的水汽密度 (b) Fig 7 Time heightdistributionsofradialverticalvelocityandhorizontalwindvectorobservedfrom thewindprofilerradar (a),andvapordensityobservedfrom themicrowaveradiometer(b)intianjinfrom 12:00to20:00onFebruary6,2014
32 气象与环境学报第 33 卷 微波辐射计观测到 2 月 6 日 16 时也存在一个明显的水汽密度峰值 ( 图 7b), 其伸展高度也为 2 0km 以下, 可能是由于风向切变产生的辐合上升运动将近地面层水汽向上输送的结果 因此, 低层偏东风中的风场扰动可能是产生 6 日下午降雪的主要原因, 但由于这种上升运动仅局限在 2 0km 以下的低层, 且水汽含量较低, 因此此阶段降雪强度较弱, 持续时间较短 由图 7b 还可知, 从 2014 年 2 月 6 日 14 时开始, 600m 以下水汽密度呈明显升高的趋势, 在 16 时前后出现由于上升运动和降雪导致的峰值后, 水汽密度仍保持相对较高的水平, 结合上述分析可推测, 可能与海上的大湿区在偏东风作用下的西移有关, 且风场的扰动及辐合上升运动的形成也可能是由于大湿区在西移的过程中其前沿的湿度差异造成的 由上述分析可知, 中层的西来浅槽是导致 2014 年 2 月 7 日降雪的主要影响系统, 一方面是由于槽前的西南气流具有正涡度平流, 有利于上升运动的发展和降水的形成 ; 另一方面是由于等 θ se 面自南向北向上倾斜 ( 图 5b 和图 5d), 随着南风分量的增大, 绝热状态下的气块将沿等 θ se 面向上爬升, 形成上升运动 由图 5c 和图 5d 可知, 在 2 月 7 日降雪开始的时刻 ( 约 02 时 ) 天津地区上空的强上升运动位于 3 0 4 0km 的高度, 此时在纬向剖面图中可清晰地看到低层东风形成了厚度约为 1 0km 的冷垫, 但其抬升作用不明显 ( 图 5d) 由风廓线雷达资料可知 ( 图略 ), 直至 7 日 04 时后, 随着槽前西南气流向下扩展至约 1 0km 的高度时, 才在底层出现了降水, 可能与冷垫的抬升作用有关, 说明边界层东风对渤海西岸降雪不仅起输送水汽的作用, 同时也具有动力抬升作用 3 结论与讨论 (1) 形势和影响系统 :2014 年 2 月 6 7 日天津机场出现的回流降雪天气过程主要可分为两个阶段, 第一阶段降雪从 6 日 15:06 19:00, 第二阶段降雪从 7 日凌晨 00:25 15:46 第一阶段的降雪是高空弱西北气流和地面东高西低的回流形势形成的弱降雪过程 第二阶段降雪是高空槽和地面低压倒槽共同影响的典型回流形势形成的 因此, 此次回流降雪天气过程天津地区始终处于地面回流形势中 (2) 水汽条件和动力抬升作用 : 第一阶段降雪是在弱东风环境中, 低层 ( 约 1 6km 以下 ) 偏东风将海面上充沛的水汽输送至天津地区, 且东风气流中的中尺度扰动形成了辐合上升运动, 但由于受高空脊前西北气流的抑制, 上升运动仅局限在 2 0km 以下 的低层, 因此 2 月 6 日仅出现了短暂的微量降雪 第二阶段降雪高空槽前的西南气流不仅起输送水汽的作用, 且使上升气流强烈发展, 当其与回流东风形成的冷垫相遇时, 更加剧了低层的上升运动 (3) 边界层东风的性质和作用 : 在此次回流降雪天气过程中, 影响天津地区的边界层东风始终具有相对较高的水汽含量, 主要是由于回流形势下天津地区的偏东风主要来自渤海海面, 而海水的蒸发与边界层内显著的湍流混合作用使低层大气具有较高的水汽含量 ; 即使在干冷空气从东北平原进入渤海湾后, 贴近海面 ( 约 600m 以下 ) 的大气也将变性增湿 因此持续的偏东风对渤海西岸的降雪不仅起输送水汽的作用, 同时当与高空槽前的西南暖湿气流叠加时使湿层增厚, 增强了大气的斜压性, 有利于垂直运动的发展和维持, 再加上湿冷的冷垫作用, 将起明显的动力抬升作用, 有利于降雪的发展加强 (4) 本文对回流降雪过程中低层偏东风的性质和作用及回流降雪形成机制的探讨主要是基于 2014 年 2 月 6 7 日渤海西岸回流降雪过程的个例分析, 关注的重点为天津地区 本文的研究结果是否适用于华北地区的回流降雪过程, 今后需进一步的分析和讨论 参考文献 [1] 王建中, 丁一汇. 一次华北强降雪过程的湿对称不稳定研究 [J]. 气象学报,1995,53(4):451-460. [2] 赵思雄, 孙建华, 陈红, 等. 北京 12.7 降雪过程的分析研究 [J]. 气候与环境研究,2002,7(1):7-21. [3] 孙建华, 赵思雄. 华北地区 12.7 降雪过程的数值模拟研究 [J]. 气候与环境研究,2003,8(4):387-401. [4] 李青春, 程丛兰, 高华, 等. 北京一次冬季回流暴雪天气过程的数值分析 [J]. 气象,2011,37(11):1380-1388. [5] 张迎新, 张守保. 华北回流天气的结构特征 [J]. 南京气象学院学报,2006,29(1):107-113. [6] 张迎新, 侯瑞钦, 张守保. 回流暴雪过程的诊断分析和数值试验 [J]. 气象,2007,33(9):25-32. [7] 张守保, 张迎新, 杜青文, 等. 华北平原回流天气综合形势特征分析 [J]. 气象科技,2008,36(1):25-30. [8] 郭锐, 张琳娜, 李靖, 等.2010 年冬季北京初雪预报难点分析 [J]. 气象,2012,38(7):858-867. [9] 何群英, 孙一昕, 于莉莉. 渤海西岸边界层东风与暴雪天气的机理分析 [J]. 气象与环境学报,2011,27(4): 66-71. [10] 田秀霞, 宋晓辉, 程序, 等. 华北南部一次回流暴雪天气的诊断分析 [J]. 气象与环境学报,2011,27(1): 35-39. [11] 阎访, 王丽荣, 李宝莉, 等. 石家庄一次秋季罕见暴雪天气过程物理诊断 [J]. 气象与环境学报,2010,26 (5):17-24.
第 1 期何群英等 : 天津地区一次回流降雪过程结构特征及发生机理分析 33 Analysisonthestructureandmechanism ofareturn flow snowfaleventintianjin HEQun ying 1 SUNYi xin 2 (1.Tianjinmeteorologicalobservatory,Tianjin300074,China;2.TianjinAirTrafic ManagementSub bureau(caac),tianjin300300,china) Abstract:Basedontheconventionalmeteorologicaldata,theNCEP(NationalCentersforEnvironmentalPredic tion)reanalysisdata,anddatafrom ameteorologicaltower,awindprofilerradar,andamicrowaveradiometerin Tianjin,thestructurecharacteristicsandformationmechanism ofareturn flow snowfaleventonfebruary6 7, 2014atTianjinBinhaiInternationalairportlocatedonthewestcoastofBohaiSeawasanalyzed.Theefectsof easterlyflowintheboundarylayerandtheformationmechanismsofascendingmotionduringtwosnowfalperiods inthereturn flowsnoweventwerediscused.theresultsshowthatthereturn flowsnowfalprocescanbedivided intotwoperiods,i.e.,thefirstperiodfrom15:06to19:00onfebruary6andthesecondonefrom00:25to15:46 onfebruary7.thefirstweaksnowfalperiodonfebruary6occuredattheearlytimeofreturn flowcondition. Theweakeasterlywindatthelowerlevelstransportedabundantwatervaporfrom theseatothetianjinarea,and theshalowconvergenceandascendingmotionsexistbelowthe2kmheightincombinationwiththemesoscaledis turbanceintheeasterlyairflow.thesecondsnowfalperiodonfebruary7resultsfrom awesterlytroughatthe middlelevelsandcoldairinthelowerlevels.thedryandcoldflowsmovesouthwardsalongtheeasternpath,and thehumidityintheairneartheseasurface(aboutbelow600m)obviouslyincreasesaftertheflowspasthebohai Bay.Therefore,thereisasignificantcoldpadwithintheboundarylayerduetothewetandcoldeasterlywindin fluencingthetianjinarea.asatroughat500hpamovestowardstianjin,thewarm andwetairflowsclimbupa longthecoldpad,whichresultsinthedevelopmentofascendingmotions.meanwhile,thesouthwesterlyflowsplay aroleintransportingwatervapor. Keywords:Return flowsnowfal;boundarylayer;easterlyflow;coldair;ascendingmotion