2021(1)陕西气象15
文章编号：1006-4354（2021）01-0015-06
2020年初山东一次雨转暴雪天气过程分析
宿秋兰，郑丽娜
（东营市气象局，山东东营257091）
2020年初山东一次雨转暴雪的天气过程（研究发现，这次过程前期主要是降雨阶段，后期是降雪
阶段：降雨阶段，山东处于高空槽前，水汽主要来源于高空槽前的西南气流，上升运动弱，气流的不
稳定层位于800hPa以下；降雪阶段，山东内陆地区近地面层形成冷垫，700〜500hPa槽前暖湿空
气沿冷垫爬升，不稳定层较降雨时明显抬升，上升运动加强。山东半岛在降雪阶段受黄海气旋外
围影响，水汽来源主要是气旋外围的偏东气流。近地面冷层厚度能引起该层温度的变化：当冷层
厚度在2km以下时，降水相态为雨；超过2km时，降水相态为雪；当冷层厚度达到5km以上时,
降水过程结束。这次过程中山东多地存在雨雪相态转换，近地层温度与0A层高度是判定降水相
态的有效要素指标（
关键词：雨转暴雪；影响系统；回流形势；降水相态
中图分类号：P45&121文献标识码:A
冬季的降水相态类型的转化问题，是最具挑战的预报问题之一。一般来说，冬季的降水相态类型主要包括雨、雪、冻雨、雨夹雪及冰粒等。如果在此期间还夹杂着天气现象雾的生消，那对气象部门的天气预报是一个较大的考验。针对降雪，各地专家关注的比较多［13］，因为降雪往往伴随着强降温、积雪与道路结冰等。如2008年全国经历的低温雨雪天气过程，长江以南出现了雨转雪的相态转换，部分省份还出现了冻雨，而长江以北多以雪为主，这次过程造成全国23个省区公路交通中断，全国43%的省级电网受影响，多地设施农业和经济林果受害，受灾人口达1亿多人此次过程中相态转换的预报结果直接影响到应急和决策工作的开展，因此降水相态转换的机制研究成为关注点之一。
目前针对降水相态的研究较多，包括雨雪转换的指标研究及检验、降水相态变化的过程研究闪及降水相态变化过程的数值模拟凹等。漆梁波等$10%对我国东部不同降水相态对应的不同温度和不同厚度进行了统计分析，得出了一组中国东部地区冬季降水相态的识别判据。杨成芳等研究了山东冬半年的降水相态，发现降水相态与影响系统有关，江淮气旋与回流形势产生的大雪以上的强降雪存在着雨雪转换。郑丽娜等$12利用2000—2013年冬季回流形势36次降水个例，探讨了不同形势下温度、气层厚度的垂直变化特征，获得了不同降水相态下的温度和冷层与暖层的厚度预报指标。以上这些研究成果，为准确预报降水相态的转换提供了参考，但在全球变暖背景下极端天气与气候事件频发，决策部门和民众对灾害预警的种类及精度的关注度和要求越来越高。因此，本文以2020年初山东的一次雨转暴雪的天气过程为例，分析此类过程形成的机制，以期更好地为冬季复杂天气的预报预警提供
收稿日期=2020-03-18
作者简介：宿秋兰（1974—），女，汉族，山东潍坊人，大学，助工，主要从事专业气象服务（
通信作者：郑丽娜（1971—），女，汉族，山东德州人，博士，正研，主要从事短中期天气预报（
基金项目：中国气象局预报员专项“山东省极端降雪天气事件基本观测特征与预报技术研究”（CMAYBY2018-042）
16陕西气象2021(1)
参考。1资料
所用数据包括2020年1月常规天气图资料、
地面降水资料、加密自动站气象资料和欧洲中心 细网格资料（分辨率0. 25°X0. 25°），要素包括：高
度、温度、水汽通量、水汽通量散度、垂直速度和散 度等数据。
2天气概况
2020年1月5日08时，山东境内开始出现
降雨。20时，黄河以西的部分站点降水相态由雨 转雪。6日08时，除鲁中以东仍有降雨外，其余
地区降水停止。6日11时，降水再次从鲁南开
始，雨区逐渐北推。7日02时，鲁西北地区首先 出现降雪，之后，降雪区逐渐向东扩展。7日14 时，除鲁南的个别站点降水相态为雨外，其余地区 均为雪。8日14时全省降水过程结束。从此次 过程的降水量（图1）可以看出，1月5日08时一8
日08时，鲁中以南的大部地区累积降水量达
30 mm 。据统计，山东省有37站7日当天的降水
量突破1月历史极值，达暴雪量级。
3大尺度影响系统
3. 1 前期降雨阶段
2020年1月5—6日，山东的降水相态以雨
38°N
37°N
36°N
35°N
德州
40 /50
•日照
50
、
30
屣坊/
-----30
青岛
40
•淄博
.烟台•威海
匚滨州J 东营
/
•临沂=枣庄
\ 济再/
2/聊城厶•莱芜
* ■济%荷泽十〉
115°E
117°E
119°E
121°E
图1 2020-01-05T08—08T08山东省降水量
(单位:mm )
为主。从图2a 可以看出，6日08时，500 hPa 图
上有南北两支高空槽，南支槽位于青藏高原东部， 槽前的西南气流发展旺盛。北支槽位于华北北 部，此槽东移携带弱冷空气南下，为山东降水的产
生提供了弱冷空气条件。低层700 hPa 形势与
500 hPa 相似，在南支槽槽前形成一支强劲的西
南气流。850 hPa 图上，自四川伸向山东中部有 一切变线，切变线东侧有来自南海输送至山东的
低 空 。 地面图 上 ，5 日 槽 ， 东 降水，6日08时（图2b ），倒槽在东移的过程中发
展 黄 海 气 ， 东 气 气 ，
生 天气 。
30°N
20°N
40°N
1OO°E 11O°E 120°E 1OO°E 11O°E 120°E
实线为500 hPa 等高线或地面等压线；虚线为850 hPa 低涡环流线；箭矢为700 hPa 或850 hPa 急流；
弧形线为槽线；双线为850 hPa 切变线；填区为降水区。
图2 2020-01-06T08高空天气系统配置图（a ）与地面图（b ）
3.2 后期降雪阶段 雨转雪。7日08时500 hPa 图上（图3a ），原来为
2020年1月7—8日，山东省的降水相态以 山东降雨提供弱冷空气条件的华北北部的高空槽雪为主。1月7日开始，山东自西向东先后出现
已经东移，
而对山东降雪产生影响的的天气系统
2021(1)宿秋兰等：2020年初山东一次雨转暴雪天气过程分析17
是从青藏高原东移的高空槽。我国东部海上的高压脊非常强大，影响高空槽东移减慢，经向度加大，西南气流发展旺盛。700hPa槽前强盛的西南气流向山东输送水汽，低层850hPa低涡位于安徽境内，山东处于低涡北侧偏东气流中。地面图上（图3b），蒙古冷高压前沿的冷空气已到达华北，地面盛行东北风。这样山东内陆地区上空构成了近地面层为冷垫、700〜500hPa暖湿空气沿冷垫爬升的环流形势。此时，新的黄海气旋已经生成，山东半岛受气旋外围影响，水汽来源于气旋外围的偏东气流。随着近地层温度的下降，降水相态由雨转雪。7日20时，对流层中低层的低涡东移至海上，山东逐渐被低涡后部的偏北气流控制。地面图上，黄海气旋向东北方向移动，其东西半径接近750km，在其影响的范围内山东仍然有降雪。随着蒙古冷高压的逐渐南下，山东逐渐被冷空气控制，对流层低层东北风代替西北风，降水过程结束（图略）（
50°
30°N
1OO°E11O°E120°E11O°E120°E
实线为500hPa等高线或地面等压线；虚线为850hPa低涡环流线；箭矢为700hPa或850hPa急流；
弧形线为槽线；双线为850hPa切变线；填区为雨区；填中的短横线区为雪区。
图32020-01-07T08高空天气系统配置图（a）和地面图（b）
可以看出，这次5—8日的降水过程主要分为两段，分别受不同的天气系统影响。在前期的降雨阶段，主要影响系统是中纬度高空槽、低层切变线、地面倒槽与黄海气旋；后期的降雪过程是南支槽发展东移的高空槽、低涡与新生的黄海气旋（同时，在这次降水过程中，山东内陆与半岛降雨转为降雪的时间存在明显差异，后期的降雪过程降水量明显偏大，这些问题是关注的重点。
4降水相态分析
4.1地面观测资料
这次过程鲁南开始出现降雨，雨雪转换则是先从鲁西北开始，山东内陆与山东半岛的雨雪转换时间明显不同。为了弄清楚山东内陆与山东半岛气象要素的演变差异，选用济南站与青岛站作为山东内陆与半岛的代表站进行分析。从地面三线图（图4，见第19页）可以看出，两站的气压从5日08时至8日14时均是先降后升。济南站的最低气压出现在7日08时，其值为1002.1hPa，青
岛站出现在7日14时，其值为1001.4hPa，显然青岛站的气压值略低，这可能是青岛站离气旋中心较近的缘故。从温度演变来看，济南站的气温
自5日08时的4A逐渐下降，当气温降至1A以，相态雪（岛5日08
7日08，气温略上，
4A以上，降水相态为雨；7日14时，该站气温陡
降至1A以下，降水相态由降雨转为降雪。从露点的演变来看，降水期间，相较青岛站而言，济南站的露点与温度趋于重合。从6h降水量（柱状）图来看，济南站的降雨量小于降雪量，而青岛站反之。这些地面要素场的诸多差异，主要缘于两站所受的影响系统及所处的地理位置不同。
4.2温度指标
在这次长达3d的降水过程中，山东内陆与半岛均存在着降水相态的转变。从表1可以看出,
18陕西气象2021(1)表12020年1月5—7日济南站与青岛站近地层温度与0A层等压面高度
济南青岛
时间温度/A0A高度温度/A0A高度1000hPa925hPa850hPa/hPa1000hPa925hPa850hPa/hPa 5日2017—0.6-279625910-25893
6日08101319883572725755
6日2018-1006952533433715
7日0803—16-40980392000850
7日20-25—64-79—-07-47-43—
1月5日20时，济南站与青岛站850hPa的温度仅差0.2A，但是越靠近地面，两站的温度差异越大。1000hPa的温度，青岛站较济南站高4.2A，且该站0A层的高度偏高，使高空降落的雪花在到达地面的过程中融化形成降雨；而济南站由于0A层高度偏低，加之1000hPa至地面的温度在2A以下，不足以使雪花融化，所以观测到的是降雪。6日08—20时，是近地层温度的升高阶段，两站的降水相态均为雨。不过，济南站5日20时与6日20时近地层的温度相差不大，只是6日20时0A层高度略高。7日08时，济南站由于气温骤降，降水相态为雪；而青岛站，尽管温度也在下降，但是其0A层高度在850hPa，近地层温度偏高，降水相态仍为雨。7日20时，两站的近地层温度均降至0A以下，降水相态均为雪。可见，近地层温度与0A层高度是判定降水相态的有效指标。
4.3厚度指标
近地面的冷层厚度往往决定着该层温度的变化。当近地层为偏东风或西北风时，形成冷层，导致地面温度迅速下降。从这次降水过程来看，1月5日20时，济南站925hPa至地面多为偏东风，形成冷层，厚度约为1km。此时青岛站，近地层多为自海面吹来的东南风，不利于降温。6日20时，济南站的近地面冷层加厚至2km。青岛站的冷层厚度约为1.2km。7日08时，济南站的冷层进一步加厚，其高度到达800hPa，厚度约2.1km。青岛站近地层的东北风也自地面扩展到830hPa，厚度接近2km。冷层的逐渐增厚引起近地层温度骤降。7日20时，济南站400hPa至地面均变为冷层，降水趋于结束。而青岛站，700 hPa至地面为冷层，厚度约为3km，但其上各层为偏西或西南风。说明，该站上空还未完全被冷空气控制，降水会持续一段时间。
5物理量诊断
5.1雨雪转换的水汽条件
济南暴雪中小学停课在冬季，产生10mm以上的降雨和降雪，需要有充沛的水汽供应。从700hPa水汽通量与850hPa水汽通量散度来看，6日08时（图5a，见第19页），高空槽前的西南气流形成了东北一西南向的水汽通道。水汽的来源有两处，一是来自高空槽前，二是来自副热带高压的外围（图2a），山东省处于水汽的辐合区内。7日08时，高空槽前的西南气流发展的更加旺盛，水汽通道的经向度加大，并在山东半岛形成
明显的水汽辐合（图5b，见第19页）
5.2雨雪转变的动力条件
要产生降水，仅有水汽条件是不够的，还需要有适宜的动力条件。图6（见第19页）给出了整个降水过程期间济南站与青岛站上空的垂直速度与散度。从图6可以看到，在5—6日的降水过程中，济南上空气流辐合高度在800hPa以下，最强的上升速度中心在700hPa；而青岛站上空气流的辐合高度更低，仅为925hPa，上升速度较济南上空的略强。7日，当济南站转为降雪阶段时，850〜1000hPa是辐散层，对应着气流层中的冷空气，850hPa以上的上升速度明显加强，并在700hPa与400hPa各形成一个上升速度中心。青岛站发生降雪时的形势与济南站不同，7日14时，青岛站上空的上升运动扩展到300hPa以上，上升运动中心约在600hPa附近，不稳定层抬升至600hPa。7日20时之后，随着强冷空气入侵，上升气流迅速被下沉气流代替，降水过程结束。
2021(1)
宿秋兰等&020年初山东一次雨转暴雪天气过程分析
19
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詠
1
1003.21002.8
1 002.4
1002.01001.6
e d q /H r
图4 2020-01-05—08济南站和青岛站地面三线图及6 h （文 17页）
-18 -15 -12 -9 -6 -3 0
图5 700 hPa 水汽通量(阴影区，单位为g/(s ・cm ・hPa))与850 hPa 水汽通量散度
(等值线，单位为 10 7g/(s ・ cm 2 - hPa)) (a 2020-01-06T08 , b 2020-01-07T08)(文见第 18 页)
200
300400
500
6007008009001000
08:00 20:00 08:00 20:00 08:00 20:00 08:00 20:00
时刻
■ I Li I 「
—8 -6 -4 -2 2 4 6 8200
400
500
600700300800900
"88:00 20:00 08:00 20:00 08:00 20:00 08:00 20:00
时刻
-8
-6 -4 -2
2 4 68
图6 2020-01-05—08济南站（a ）与青岛站（b ）垂直速度（等值线，单位为10 2hPa/s ）及散度
（填区，单位为10 5 s 1）时间垂直剖面图
6结论
（1）此次过程分为两段，5—6日主要是降雨
过程，影响系统是华北北部的高空槽、切变线与地
面倒槽、黄海气旋）—8日为降雪过程，影响系统 是自青藏高原东部东移的高空槽、低涡与新生的 黄海气旋
。
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