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重庆位于青藏高原东部的东亚季风区,属中亚热带季风性湿润气候,冬季气候温暖,由于有秦岭、大巴山脉屏障,冷空气不易入侵,降雪天气较少,仅东部的中高山地区略多,而全市大范围的降雪天气过程则更少,因此针对重庆地区降雪的相关预报技术方法和分析研究也较少,日常对降雪的预报能力相对薄弱.近年来国内对降雪成因、空间分布、降水相态转换等的研究,多针对暴雪天气过程[1-9],对四川盆地这样的少雪区域的降雪研究很少,缺乏系统深入研究该地区降雪成因及相态转换机制的分析.由于重庆市大范围降雪天气的个例少,目前对其成因分析的研究也较少,故对重庆的降雪天气进行雨雪成因分析,对雨雪的相态转换条件开展研究,对于提高重庆降雪天气的预报效果具有重要的意义和价值.
2016年1月重庆出现了一次大范围降雪过程,23个区县站点(全市共34个)出现了降雪,综合强度为1951年以来第三强.本研究利用常规观测资料、地面加密观测资料及NCEP 1°×1°再分析资料等,分析此次过程的天气形势、水汽条件、动力条件,探讨重庆降雪的成因及降水相态的转换.
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2016年1月19-24日,重庆出现了一次大范围的降雪天气过程. 1月19日夜间至22日白天,重庆大部地区以间断小雨为主,东部海拔较高的区县出现小雪到中雪,东南部有冻雨;22日夜间至24日白天,重庆中西部、东南部地区先后出现降雪,其中中西部地区普降中雪到大雪,东南部地区小雪到中雪.此次降雪天气过程重庆有23站出现降雪,重庆西部、东南部地区降雪量较大;全市21个站点出现了积雪,重庆西部偏南地区积雪深度较大,最大积雪深度为11.0 cm(南川).此次降雪综合强度为1951年以来第三强,仅次于1977年和1991年,重庆主城区(沙坪坝站)也出现了1992年以来降雪量最大的一次降雪天气(降雪量5.8 mm).
此次天气过程重庆出现了大范围的降温,2016年1月23-24日的平均气温较历史同期显著偏低,全市22个站点达到了历史最低值.降雪天气过程结束后,2016年1月25日重庆最低气温除沙坪坝、江津为0.1,0.2 ℃外,其余站点均≤0 ℃,且各站点25日的最低气温为该年全年的最低气温.
受降雪天气影响,重庆的城口、綦江、万盛、巴南、荣昌、渝北、沙坪坝、江津等多个区县遭受低温冻害、雪灾,造成人畜受灾,电力、饮水、交通、通信等设施受损,农作物受灾,农房受损,据民政部门统计共造成25.9万人受灾,死亡2人,农作物受灾面积1.4万hm2,直接经济损失达1.2亿元.
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分析本次过程的环流形势和主要影响系统:
500 hpa上,22日20时至23日20时,蒙古至新疆的横槽转竖,尾部影响至重庆,槽后偏北风风速增大,引导强冷空气东移南下,-20 ℃的等温线从重庆东北部压至重庆偏南地区(图 1a).
700 hpa上,重庆以北的偏北气流加强南压,四川盆地东部的切变线迅速南下影响重庆,云南-贵州-湖南一带存在西南急流,重庆位于急流北侧,相对湿度维持在80%以上(图 1b). 22日20时、23日08时重庆西部一直有弱切变,23日20时重庆偏南地区也存在弱切变,相对湿度超过90%的高湿区位于重庆中西部及东南部,而重庆东北部受偏北气流控制,且相对湿度低.
850 hpa上,重庆除东北部偏北地区以外其余地区相对湿度均升至90%以上,东北风风速增大,且与等温线几乎垂直,重庆境内受明显的回流冷空气影响,0 ℃线已南压至广西北部,低层形成深厚冷垫[10],重庆西部一直有较明显的辐合,高湿区同样位于重庆中西部、东南部(图 1c).
地面上,蒙古高压稳定发展,其中心强度持续加强,冷空气不断向南扩散,高压中心从1 081.7 hpa升至1 099.8 hpa.冷高压的加强南压,引导强冷空气南下影响重庆,重庆境内地面增压明显,且出现了明显的降温,23日08时的地面24小时变温显示,重庆境内均为负变温,变温幅度为-7~-1 ℃,西部地区变温幅度较大,达-7~-5 ℃.
24日08时,高层重庆境内均受槽后西北气流控制,低层也转为偏北气流,湿度明显下降,地面气温开始略有回升,气压略降,降雪结束.故此次降雪天气过程主要出现在22日夜间至24日凌晨,落区主要位于重庆中西部和东南部地区,与高湿区对应.
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此次过程的水汽供应主要来自孟加拉的西南水汽输送带[11],重庆处于西南急流的北侧,有弱的水汽辐合. 22日20时至23日20时,分析850 hpa水汽通量散度(图 2),重庆中西部、东南部地区有弱的负值区,但量值较小,水汽通量散度小于-2×10-5g/(cm·hpa·s),有弱的水汽辐合;24日08时,重庆境内均转为辐散.
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选取沙坪坝(重庆西部代表站)、酉阳(重庆东南部代表站)的垂直速度剖面图(图 3)分析,整个雨雪天气过程中,即19日20时至24日08时,近地面至高层均为弱的上升运动;22日20时,沙坪坝的上升运动加强,高低层的中心值均增大,超过了-1.0×10-3hpa/s,开始出现降雪;22日08时至23日08时,酉阳的上升运动加强,低层的中心值增大到-3.0×10-3hpa/s,这个时段与酉阳的降雪时段相对应.
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沙坪坝22日20时至23日08时,近地面至500 hpa为一深厚的湿层,相对湿度超过80%,气温0 ℃线逐渐从900 hpa压至近地面(图 4a),地面有冷空气影响,低层冷垫形成[12],700,850 hpa的气温明显下降,22日20时700 hpa骤降至-12 ℃,850 hpa温度降至-4 ℃以下(图 4b),有利于降雪的出现.
酉阳21日20时700,850 hpa开始出现明显的降温(图 5),600 hpa至900 hpa逐渐形成深厚的湿层(图 5a),但22日05时前700 hpa的温度高于850 hpa的温度,说明酉阳上空有逆温层存在,降水以雨为主,因站点的气温低于0 ℃,故出现了冻雨;05时后逆温消失,酉阳转为降雪.
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冷空气的入侵导致气温骤降,气压升高.由于冷空气影响,各测站的气温、气压、相对湿度等地面气象要素在冷空气到来前后都发生了明显的变化[13].以沙坪坝(代表重庆主城)、荣昌(代表重庆西部)、垫江(代表重庆中部)、酉阳(代表重庆东南部)、城口(代表重庆东北部)为例分析重庆地面的气温、相对湿度、气压变化(图 6-8).可以看出,受冷空气影响,19日20时至21日08时,重庆地区气温下降、气压缓慢升高,各代表站都有明显的增湿,沙坪坝、荣昌、垫江均出现了降水,城口气温降至0 ℃以下,出现降雪.酉阳气温也在0 ℃以下,由于有逆温存在(图 5b),故出现冻雨而并未降雪;21日08时至20时,重庆大部地区降水减弱,地面气压略降,城口相对湿度明显下降,气温有所回升,降雪结束;冷空气持续影响,重庆地区气压升高、气温下降,酉阳22日05时逆温消失(图 5b)开始出现降雪. 22日20时至23日08时,重庆中西部气温降至1 ℃以下,各代表站均出现降雪;24日08时后,各站气温回升,气压略降,湿度明显下降,降雪结束.
综上所述,此次降雪天气过程重庆境内有弱的上升运动和水汽辐合,重庆出现的降雪总体强度不大,这与动力条件和水汽条件反映一致[14].分析层结特征及地面气象要素变化反映出,深厚的湿层和剧烈的降温有利于降雪的产生,地面气温降至1 ℃以下时降水相态为雪,对流层低层有逆温存在且地面气温低于0 ℃时,降水相态为冻雨.
3.1. 水汽条件
3.2. 动力条件
3.3. 层结特征分析
3.4. 地面气象要素变化与降雪时段的对应分析
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(1) 此次重庆大范围降雪天气过程的成因,是高空横槽转竖引导北方强冷空气南下,低层切变线影响且湿度大,地面降温明显,重庆大部地区出现了降雪.动力、热力条件的分析,重庆有弱的上升运动和水汽辐合,由于上升运动和水汽辐合并不强烈,降水弱,降雪量总体不大.
(2) 降雪落区与低层高湿区有很好的对应. 22日20时至23日08时,700 hpa切变线迅速南压,引导冷空气南下影响重庆,相对湿度超过90%的高湿区位于重庆中西部及东南部,而东北部地区受偏北气流控制且相对湿度低,故降雪出现在重庆的中西部和东南部地区.
(3) 强冷空气的影响是重庆雨转雪的主要因素.降雪出现时高低空均有明显的降温,地面气温降至1℃以下时降水相态为雪,酉阳因逆温的存在出现了冻雨,逆温消失后转为降雪.