云南大学学报 ( 自然科学版 ),2015,37(S1):41~ 46 Journal of Yunnan University DOI:10.7540 / j.ynu.20150087 昆明 2013 年 12 月中旬雨雪低温过程分析 罗园, 刘彬, 杨芳园 ( 昆明市气象台, 云南昆明 650034) 摘要 : 应用常规天气图资料 NCEP 再分析资料 地面自动站资料 FY-2 卫星资料 雷达等资料, 对 2013 年 12 月中旬出现在云南大部及昆明地区的一次严重的雨雪低温天气过程进行了分析, 结果表明 : 此次大范围的雨雪冰冻过程是在大范围有利的天气背景下, 配合有利的局地地形和水汽及动力条件, 以及各个天气系统之间相互作用和相互促进产生的. 通过分析得出 : 产生这次持续的雨雪冰冻天气的主要天气系统为北方南下强冷空气以及南支槽的共同影响. 在卫星云图上, 有产生雨雪的明显云带配合. 在雷达回波图上, 雨雪区有大片明显的片状回波相对应, 分布较为连续和均匀. 各物理量场的分析也表明 : 雨雪区, 与物理量之间有较好的对应关系. 稳定的经向环流控制是后期持续低温天气产生的主因. 关键词 : 雨雪低温过程 ; 大气环流 ; 物理量场 ; 雷达回波中图分类号 :P 426.6 文献标志码 :A 文章编号 :0258-7971(2015)S1-0041-06 云南大部地处低纬高原, 受冷空气影响次数 明显少于我国北方和中东部, 但是在冷空气势力较 强, 以及其它有利的条件出现时也会产生强的雨雪 天气, 并造成严重的低温霜冻. 云南伴有强雨雪的 寒潮天气多与冷锋切变和南支槽密切相关, 这样的 天气在云南省中东部冬季和春季均有可能发生, 当 入侵云南的冷空气与南支槽前的西南气流相遇, 也 会形成大范围的雨雪天气, 而雨雪天气过后, 天空 立即放晴又会产生持续的低温霜冻天气, 出现明显 [1] 的 雪上加霜 的严重危害天气, 段旭 李英等 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. 张腾飞, 鲁亚 [2] 斌, 张杰等对低纬高原地区大到暴雨雪天气过 程进行了诊断分析, 但每一次过程都有不同的配合 情况和其产生的特别因素. 本文试图通过应用常规 的天气图 物理量诊断 卫星云图 雷达资料等来分 析 2013 年 12 月中旬云南省大部及滇中地区出现 的又一次雨雪冰冻天气过程, 分析这次过程的主要 影响系统及其发生演变的主要成因和特征. 1 天气实况 2013 年 12 月 15 日 08 时至 17 日 08 时降水 ( 降雪 ) 及温度情况, 如表 1 表 2 及图 1. 2 环流形势和背景从 500 hpa 形势图分析天气情况 :12 月 13 日 08 时 ( 图略 ): 中高纬为两槽一脊型, 高压脊位于贝加尔湖附近, 新疆 青海一直到四川中西部为西北气流控制, 而此时在青藏高原南部到孟加拉湾有南支浅槽开始形成, 云南大部为偏西气流控制, 北脊南槽 的形势开始出现,14 日 08 时, 中高纬度环流以经向型为主, 乌拉尔山高脊发展明显, 另在河套西部, 四川西部到青藏东部有高原槽形成并与南支低槽相连接形成很深的大槽, 我国中部以西为明显的西北气流所控制, 而且此时也有很深的温度槽落后于高度槽, 冷平流很强, 北部的槽还在继续发展加深. 青藏高原南部到孟加拉湾北部的南支低槽也正在加深, 北脊南槽 的形势正在进一步加强, 所以北方南下的冷空气极容易在西北气流和大槽的东移南下过程中引导带下来. 而南方的暖湿气流 收稿日期 :2015-02-26 作者简介 : 罗 园 (1964-), 女, 云南人, 副研级高级工程师, 主要从事天气预报和服务工作.E-mail:KMSQXT@ 163.com.
４２ ｈｔｔｐ ｗｗｗ ｙｎｄｘｘｂ ｙｎｕ ｅｄｕ ｃｎ 云南大学学报 自然科学版 表１ 第 ３７ 卷 ２０１３ 年 １２ 月 １５ 日 ０８ 时至 １２ 月 １６ 日 ０８ 时昆明地区积雪深度 单位 ｃｍ Ｔａｂ １ Ｓｎｏｗ ｄｅｐｔｈ ｏｆ Ｋｕｎｍｉｎｇ ｆｒｏｍ ０８ ＢＪＴ ｏｎ １５ｔｈ ｔｏ ０８ ＢＪＴ ｏｎ １６ｔｈ Ｄｅｃｅｍｂｅｒ ２０１３ ｕｎｉｔ ｃｍ 站名 昆明 禄劝 富民 嵩明 宜良 石林 呈贡 晋宁 安宁 西山 东川 寻甸 积雪深度 ４ ８ ０ ５ 无 １ ３ ２ ０ ２ ０ ４ ４ ４ ０ ３ ０ １１ ０ 无 １ １ 表２ 昆明地区过程总降水 雪 量 ２０１３ 年 １２ 月 １４ 日 １７ 日 单位 ｍｍ Ｔａｂ ２ Ｔｈｅ ｔｏｔａｌ ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎ ａｍｏｕｎｔ ｏｆ Ｋｕｎｍｉｎｇ ｆｒｏｍ １４ｔｈ ｔｏ １７ｔｈ Ｄｅｃｅｍｂｅｒ ２０１３ ｕｎｉｔ ｍｍ 站名 昆明 禄劝 富民 嵩明 宜良 石林 呈贡 晋宁 安宁 西山 东川 寻甸 降水量 ２７ ２２ １０ １７ ４５ ４４ ３３ ４３ １９ ３６ １６ １６ 与高度槽已趋于一致 槽不再加深 云南已处于槽 底 影响云南的大槽从形成到加深历时 ３ 天 １７ 日 ０８ 时 大槽已完全移出云南 但槽后的强偏北气流 又开始影响云南一直持续到 １９ 日 ０８ 时 ７００ ｈｐａ 形势图上 中高纬度形势与 ５００ ｈｐａ 相 似 １２ 月 １３ 日 ０８ 时 我国中部以西为西北气流控 制 且有温度槽落后于高度槽 中低层的冷平流也 图１ １６ 日 ０８ 时 ２１ 日 ０８ 时昆明站的气温变化图 很强 云南到贵州为西南气流控制 且南支槽还在 单位 加深和发展东移 四川到青藏高原东部及孟加拉湾 Ｆｉｇ １ Ｔｈｅ ｔｒｅｎｄ ｏｆ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｏｆ Ｋｕｎｍｉｎｇ ｆｒｏｍ ０８ ＢＪＴ ｏｎ １６ｔｈ ｔｏ ０８ ＢＪＴ ｏｎ ２１ｔｈ ｕｎｉｔ 随着南支槽的东移不断北上 云南省处于南支槽前 强西南气流区 风速很大达到急流程度 造成南北 气流的强烈交汇 １５ 日 ０８ 时 图 ２ ａ 整个欧亚 北部有一低压切变辐合区形成 切变线位于四川中 部 较强的水汽输送通道也开始建立 中高层开始 降温 低层水汽输送不断加强 产生雨雪天气的条 件逐步加强 至 １５ 日 ０８ 时 图 ２ ｂ 云南大部仍 为西南气流控制 川滇切变此时位于贵阳 昆明 丽江一线 切变对云南的影响加大 冷空气向南入 度槽 冷平流仍然很强 南支移动慢 云南仍处于强 侵加强 西南气流也加强 降雪加大 １６ 日 ０８ 时 图 的西南气流控制区 １６日０８时 大槽东移 温度槽 东气流 南支的影响近于结束 四川到青藏高原东 地区的环流经向度继续加大 温度槽还在落后于高 图２ 略 切 变 线 已 南 压 到 云 南 南 部 风 向 已 转 为 偏 ２０１３ 年 １２ 月 １５ 日 ０８ 时 ａ ５００ ｈｐａ ｂ ７００ ｈｐ 环流形势场 单位 ｄａｇｐｍ Ｆｉｇ ２ Ｔｈｅ ｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ ｓｉｔｕａｔｉｏｎ ａｔ ０８ ＢＪＴ Ｄｅｃｅｍｂｅｒ １５ ａ ａｔ ５００ ｈｐａ ａｎｄ ｂ ７００ ｈｐａ ｕｎｉｔ ｄａｇｐｍ
第 S1 期罗园等 : 昆明 2013 年 12 月中旬雨雪低温过程分析 43 部转为冷高压控制, 冷空气的影响加强,17 日 08 时云南转为偏西气流控制. 在 12 月 13 日 08 时地面图上分析 ( 图略 ): 昆明准静止锋位于文山 曲靖 会泽一线, 锋后有 + 5 hpa 左右的变压区, 无明显降水天气. 到 14 日 08 时, 锋面位置少动, 但新疆到青海一带的冷高压加强, 云南地面等压线开始密集, 气压梯度加大. 从 14 日 20 时左右开始, 锋面开始向南移动. 到 12 月 15 日 08 时, 地面冷高压进入四川盆地, 冷高压中心达到 1 040 hpa, 此时冷锋已迅速南压到哀牢山一线, 锋后有较强的变温和变压区, 伴有雨 ( 雪 ) 天气, 冷锋全面影响我省大部地区, 地面冷高压较 14 日有明显加强, 地面等压线非常密集, 说明锋面很强.15 日中午开始, 昆明市部分地区已开始下雪, 傍晚降雪加大, 范围增加, 全省大部, 哀牢山以东和以北地区均有降雪出现, 冷空气影响达到最强. 到 16 日 08 时, 地面图上全省大部均为偏北风, 冷空气影响扩大到全省, 但这时四川一带的冷高压强度有所减弱, 昆明大部县市区还在降雪, 降雪时段集中在 15 到 16 日之间,17 日开始冷空气影响减弱, 但地面气温一直维持 0 以下, 且持续到 21 日左右. 3 水汽条件分析通过分析水汽通量散度可看出 ( 图 3): 在 24 ~ 27 N,102 ~ 104 E 区域内, 有两个水汽辐合大值区, 一个出现在 14 日 08 时至 15 日 08 时, 在 800 hpa 到 700 hpa 之间, 中心最大值为 -1 g cm -2 hpa -1 s -1, 随着过程的发展, 水汽辐合的层次逐渐 升高, 强度增大. 另一个大值区出现在 14 日 20 时 至 15 日 20 时, 在 600 hpa 至 500 hpa 之间, 中心最 大值为 -1.2 g cm -2 hpa -1 s -1. 在这两个时段均 出现了明显的降雪天气, 表明有明显的水汽向这一 区域输送并产生明显辐合. 从时间变化与水汽辐合 层次的变化可看出 : 开始时水汽辐合出现在较低层 次, 随后逐渐向较高层次扩展, 水汽辐合的层次更 高说明高层大气中水汽含量充分, 更易于形成降 雪, 对流层下部的水汽通量辐合, 不仅会引起对流 层下部出现凝结, 而且可通过垂直输送的作用, 引 起对流层上部出现凝结, 加之高层温度低, 更容易 出现冰晶和雪花. 4 动力条件分析 通过对 24 ~ 27 N,102 ~ 104 E 区域垂直速 度时间剖面的分析知道 ( 图 4):14 日 20 时到 15 日 20 时, 在 600 hpa 到 300 hpa 的高度上, 出现上升 运动的大值区, 该时段与降雪出现并加强的时段相 吻合, 在 500 hpa 至 300 hpa 之间有 0.8 ~ 1.0 Pa s -1 的上升运动区, 约等于 9 ~ 11 cm s -1 的上升速 [3] 度, 根据朱乾根等的经验公式可计算出 24 h 将 有 40 mm 左右的降水, 但昆明地区实际降水略小 于经验值. 此外从图 4 分析, 低层的上升运动不明 显, 特别是 700hPa 以下, 因此 24 ~ 27 N,102 ~ 图 3 沿 24 ~ 27 N,102 ~ 104 E 求区域平均的水汽通量散度时间剖面图 ( 单位 :g cm -2 hpa -1 s -1 ) Fig.3 The water vapor flux divergence averaged from 24 N to 27 N,102 E to 104 E ( unit:g cm -2 hpa -1 s -1 ) 图 4 沿 24 ~ 27 N,102 ~ 104 E 求区域平均的垂直速度时间 - 高度剖面图 ( 单位 :Pa s -1 ) Fig.4 The time-altitude cross section of vertical velocity av eraged from 24 N to 27 N,102 E to 104 E ( unit: Pa s -1 )
４４ 云南大学学报 自然科学版 ｈｔｔｐ ｗｗｗ ｙｎｄｘｘｂ ｙｎｕ ｅｄｕ ｃｎ 第 ３７ 卷 １０４ Ｅ 区域内降水不是特别大 最大上升运动中心 稳定结构 且风场较乱 反映出高空扰动明显 ５ 于冷平流向下输送 这次降雨降雪过程 有很好的 本速度回波可得出降雪回波有如下特点 反射率因 动力条件 有利于降水的发生 子与连续性降水相类似 但强度较弱 呈片状 伴有 ５ 形状各异的回波中心 速度回波上风场较乱 风速 出现在 ４００ ｈｐａ 层次 中高层垂直交换明显 有利 多普勒雷达资料分析 从图 ５ ａ 中给出的雷达组合反射率图可分析 出 由于冰晶和雪对微波的散射和反散比水滴小得 多 ４ 所以反射率因子强度比普通的连续性降水 的回波弱 但与连续性降水回波有许多相同的特 征 回波范围大 分布比较均匀 丝缕状纹理结构明 显 但强度较弱 最大中心强度只有 ３５ ｄｂｚ 左右 这一时段的降水回波性质属于层状云混合型降水 雨 雪 天气开始产生 通过综合分析强度回波和基 比连续性降水回波要大很多 且分布较乱 ６ 卫星资料分析 从图 ６ 中 ＦＹ２ 红 外 云 图 的 演 变 趋 势 上 可 看 出 从 １４ 日下午 图略 开始 云南省中南部有 １ 条东北 西南向多层云系组成的云带 到傍晚逐步 加强 南支低槽云系和冷锋云系叠加在一起 但 １４ 日冷锋云系还偏北一些 云南省主要受南支槽云系 而此时刻 昆明市的呈贡区正在开始降雪 昆明市 的影响 昆明市普降小到中雨局部大雨 １５ 日凌晨 区还在降雨 回波强中心出现在呈贡一带 但强度 开始 云南中东部 已为南支槽云系与南下的冷锋 只有 ３５ ｄｂｚ 左右 这一时段降雨和降雪的强度均 不大 但到傍晚随着系统的移近和加强降雪进一步 云系紧密联系在一起 南支云系水汽充分 冷锋云 系温度较低 冷暖交汇 出现明显的降水和降雪天 加大 气 １５ 日 ０６ 时 图 ６ ａ 四川东南部到云南北部 层是东南风 到高层转为南风 在低仰角的探测区 合云带 覆盖了全省 到 １５ 日 ２２ 时 图 ６ ｃ 东 在图 ５ ｂ 的速度图上 风向在低层是东风 中 域内有暖平流存在 从图上还可以看出雷达站东南 部高层存在辐散 与连续降水速度图相比 降雪时 风场上风速要大得多 有的地方甚至出现速度模 糊 分析不同时次的速度图发现降雪回波与降水回 波相比较 分布比较连续 有规则 这次降雪过程中 有很强的云带发展 １５ 日 １３ 时 图 ６ ｂ 强的混 部的一条云带略有东移 且移出了对云南的影响 区 而高原上西藏东部又有一条新的云带生成并东 移 两条不同性质的云带均对云南产生影响 到 １６ 日 ０７ 时 图 ６ ｄ 所有云带基本上移出云南上 空 降雨 雪 过程已基本结束 从云图演变反映出 低层有持续的偏南气流存在 而高层伴随着北部低 在南支云系发展加强东移的过程中 北方南下冷空 槽东移 槽后偏北气流带下了冷平流 从而在昆明 气也同时在加强南下 冷暖空气的交汇使云带一边 市这一带冷暖气流上下交换 形成了下暖上冷的不 向东南方向移动一边加强 雨雪天气进一步发展 图５ ２０１３ 年 １２ 月 １５ 日 １３ ５８ ０ ５ 仰角 昆明多普勒雷达组合反射率 ａ 单位 ｄｂｚ 及速度图 ｂ 单位 ｍ ｓ Ｆｉｇ ５ Ｔｈｅ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｆ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｉｔｙ ａ ｕｎｉｔ ｄｂｚ ａｎｄ ｂａｓｅ ｖｅｌｏｃｉｔｙ ｂ ｕｎｉｔ ｍ ｓ ａｔ ｔｈｅ ｅｌｅｖａｔｉｏｎ ａｎｇｌｅ ０ ５ ｏｆ Ｋｕｎｍｉｎｇ ｒａｄａｒ ａｔ １３ ５８ ｏｎ １５ｔｈ Ｄｅｃｅｍｂｅｒ ２０１３
第 Ｓ１ 期 罗 图６ 园等 昆明 ２０１３ 年 １２ 月中旬雨雪低温过程分析 ４５ ２０１３ 年 １２ 月 １５ 日 ０６ 时至 １６ 日 ０７ 时 ａ ｄ 的 ＦＹ２Ｅ 卫星图像 单位 Ｆｉｇ ６ Ｔｈｅ ｓａｔｅｌｌｉｔｅ ｉｍａｇｅｓ ｏｆ ＦＹ２Ｅ ｕｎｉｔ ａｔ ０６ ＢＪＴ Ｄｅｃｅｍｂｅｒ １５ ｔｏ ０７ ＢＪＴ Ｄｅｃｅｍｂｅｒ １６ ａ ｄ ７ 小 结 １ 本次过程有产生低温雨雪的大尺度环流 背景存在 中高纬度为稳定的经向型环流 产生天 气的主要影响系统为 ５００ ｈｐａ 北支高原槽和南支 低槽 且南北两槽有一定位相差 形成了 北脊南 槽 的形势 ７００ ｈｐａ 切变线及地面冷高和锋面系 统的配合很好 ２ 中高层的影响系统与低层的影响系统相 停留和生成 ４ 卫星云图分析表明 冷锋云系与南支槽 云系叠加 冷暖交汇 使云系发展强盛 云区范围 扩大 造成明显的大范围雨 雪 天气 此次过程多个系统互相作用明显 且维持时 间较长 系统强度强 而后期受偏北气流控制 冷 平流强 加上化雪等因素 导致了本次较为复杂的 雨雪低温过程 由于极端事件的发生发展相当复 杂 且目前的预测预报手段和能力也还存在一定 互作用 低层暖湿气流与高层冷平流带下强冷空 的不足 因此 我们对其认识也还存在很大的局限 气的相互作用是造成此次雨雪 冰冻天气的一个 性 重要原因 ３ 本次降雨 雪 过程的雷达反射率因子图 反映出 回波属大范围片状混合型 分布比较连续 和均匀 强降雨 雪 区域有不太强的回波长时间 参考文献 １ 段旭 李英 等 昆明准静止锋结构 Ｊ 高原气象 ２００２ ２１ ２ ２０５ ２０９
46 云南大学学报 ( 自然科学版 ) http: / / www.yndxxb.ynu.edu.cn 第 37 卷 [2] 张腾飞, 鲁亚斌, 张杰, 等. 一次低纬高原地区大到暴雨雪天气过程的诊断分析 [ J]. 高原气象,2006,25 (4):696 703. [3] 朱乾根, 林锦瑞. 天气学原理和方法 ( 第四版 ) [ M]. 北京 : 气象出版社,2007,649. [4] 俞小鼎, 姚秀萍, 熊廷南, 等. 多普勒天气雷达原理与业务应用 [M]. 北京 : 气象出版社,2006:314. [5] 李登文, 乔琪, 魏涛, 等.2008 年初我国南方冻雨雪天气环流及垂直结构分析 [J]. 高原气象,2009,28(5): 1 140 1 147. Analysis of low temperature rain and snow weather of Kunming in mid-december 2013 LUO Yuan, LIU bin, YANG Fang yuan ( Meteorological Observatory of Kunming,Kunming 650034,China) Abstract:Based on the data of conventional weather chart,ncep reanalysis data,automatic meteorological observing data,satellite and radar products,the low temperature rain and snow weather appeared in most parts of Yunnan and Kunming in mid-december 2013 was analyzed.the results showed that,this process was influenced by local terrain,water vapor and dynamical condition,as well as the various weather system interaction in favora ble weather background. The main weather systems in this process were strong cold air southward and south trough.in the satellite images,there were obvious clouds.in radar products,the area of rain and snow had obvious flake echo,and distribution were continuous and homogeneous.rain and snow area also had a good corresponding relationship with the meteorological elements.the stable meridional circulation was the main cause of continuous low-temperature weather in late process. Key words:low temperature rain and snow process; atmospheric circulation; physical quantity field; radar echo physical quantity field