1、东北区域暴雪天气分析及数值模拟第 34 卷,第 4 期2008 年 4 月气象M_ETEOROLOGICALMONTHLYV01.34No.4April,2008东北区域暴雪天气分析及数值模拟白人海张志秀高煜中(黑龙江省气象台,哈尔滨 150030)提要:2007 年 2 月 14 日和 3 月 6 日中国东北先后出现暴雪过程 ,降雪过程范围之广,强度之大都超出了有历史记录以来的极限,给国民经济和人民生活造成极大的损失.在收集大量降水,1r213 和地面高空气象报告等资料基础上,分析了东北东部这两场大暴雪过程的环流成因并利用 GRAPES 进行了数值模拟.这两次暴雪过程由于 500hPa 上空
2、冷空气强度和入侵路径的差异,分别是由蒙古低槽东移和西南涡东北上(对应地面为蒙古气旋和江淮气旋)引起的,后者的天气形势与东北夏季暴雨的一种形势有很大的相似.GRAPES 对这两次暴雪过程模拟的结果表明,不仅能够成功地预报天气尺度的主要环流形势演变和影响系统的移动路径,还能够预报出与主要降雪区域相对应的低空中尺度辐合系统,比仅用高空观测报告分析的结果有很大的改善;对降雪强度变化和落区移动状况也能够很好地作出预报 ,但是有时预报量有偏大的弱点.可以认为 GRAPES 提供的各种预报产品对日常业务实时应用是很有价值的.关键词:区域暴雪天气成因数值模拟 GESSynopticAnalysisandNum
3、ericalSimulationofAreaSnowstormsinNortheastChinaBaiRenhaiZhangZhixiuGaoYuzhong(Heilong)iangMeteorologicalObservatory,Haerbin150030)Abstract:TheareasnowstormiSamajorsevereweatherinnortheastChinabecauseitpossiblycausesenormouslosses.TherearetwoareasnowstormsinnortheastChinaduringFebruary1415andMarch46
4、of2007.Theirprecipitationintensityandrangeareallgreaterthanthehistoricalrecords.Byusingbasicdataofprecipitation,1r213,surfaceandradiosondeobservations,thesynopticsituationofthetwoareasnowstormsareanalyzed.Inaddition,withthenewgenerationnumericalpredictionmodelGRAPES(Global/RegionalAssimilationandPre
5、dictionEnhancedSystem),thetwoarea.snowstormsarenumericallysimulated,andtheresultsarecomparedwith收稿日期:2007 年 l1 月 13 日;修定稿日期:2008 年 2 月 4 日第 4 期白人海等:东北区域暴雪天气分析及数值模拟 23theobseationaldata.TheresultsofanalysisandsirnationshowthatthesnowstornqduringFebruary1415iscallsedbyeastboundtroughoverMongolia(Mengg
6、ueydone)andthesnowstormduringMarch4-6isbynortheastwardvortexovel“SouthwestChina(Jianghuaieydone)owingtothedifferenceinthestrengthandrmngrouteofcoldairnIss.Inasensethesecondisreblanoetoaweathersituationofstormrainfallinthesunllner.Intheseprocesses,themajorsynopticsystemnotonlyissimNatedbyGRAPESrnodds
7、uccessfully,suchaSfomaationandmovementofsouthwestvortex,butthen806calemnvergencezoneorcenterissimulatedmorepreciselythanobservationalanalysis.Butthesimationvalue8oftheprecipitationaregreaterthantheobservations.ThenuncalresultsshowthatGRAPESrinddhasagoodabilitytosimateareasnowstormsinNortheastChina,a
8、ndisofgoodreferencetotheoperationalfomenting.KeyWords:areasnowstormsynopticsituationnumericalsimulationGRAPESmodel引言中国东北地区地处东亚季风区的北部,冬,夏季风特征很显着.冬季降水仅占全年的 1% 5%,绝大部分地方不足 20ram.冬季降水虽然很少,降水相对变率却很大,一般都达到 0.40.7.同时又由于东北区的气温较低,初春或秋末也会有降雪或雨夹雪出现.因此,冬半年有可能发生暴雪极端事件,一场暴风雪过程的降水量会超出同期平均值的数倍.这种极端事件一旦出现就会给国民经济带来重大
9、的影响,尤其是交通,电力和蔬菜生产.1987 年吴宝俊等人在中国气象局“北方降雪客观预报方案“项目研究中 ,比较系统地研究了北方降雪“J. 王晓明和张志秀等分别指出 1997 年 1 月 1 日隆冬时节罕见的大暴雪中强锋区上产生扰动和东风暖平流的作用5-6J. 高松影等分析过 2004 年 12 月丹东地区突发性暴雪天气过程中的中尺度环流作用7l.总的来看,对东北暴雪的研究还是比较少且基本是以天气分析和诊断分析为主要研究手段,利用数值模式分析研究甚少.随着数值模式和计算技术的发展,本文将在天气分析的基础上对影响东北区域暴风雪的重要因子进行数值模拟分析.中国气象科学院数值创新基地研制的我国新一代
10、数值预报模式(CAPES)已在黑龙江省气象台实现本地化并实时运行.该模式对这两次降雪过程都进行了很好的预报.本文利用 GRAPES 对这两次暴雪过程进行 24 小时的数值模拟分析.模式计算范围 3562.N,105145.E,水平分辨率0.5625.,总的格点数为 4964.垂直方向采用.坐标不等距的 31 层.利用国家气象中心下发的 T213 客观分析和预报场及高空,地面报告为初值和边界条件.1 两次暴雪过程概况2007 年 23 月东北区先后出现两次范围广,强度大,时间长的降雪过程,是有气象记录以来少有的.1.12 月 1415 日受贝加尔湖冷空气和蒙古气旋的影响,2月 13 日(12 日
11、 08 时至 13 日 08 时,北京时,以下同)东北各地开始出现降雪天气,黑龙江省北部和中部降雪稍大,达到 1-2mm,其他一般均在 lmm 以下.14 日降雪量加大,黑龙江省中部和东南部,吉林省东部,辽宁省的24 气象第 34 卷中部和东部出现大范围的大雪,其中黑龙江省中部和吉林,辽宁省的东部达到 lOmm 以上的暴雪标准(图 1a).15 日主要雪区东移,黑龙江省东部仍然继续维持大雪,东北部靠近中俄边界的部分地方仍然出现暴雪.(a)._;/卜,/卜,nr,l/,r/一 7l2Ol25l30l35.Ecblf,一/,.,f=)/,一/,.f一,.,/,/F图 12007 年 2 月 14
12、日降水实况(a)和 24 小时预报(b)1.23 月 46 日受贝加尔湖强冷空气和江淮气旋北上的影响,原在华北及以南大范围的雨区向东北移动,3 月 4 日辽宁省南部降水明显加大.因为温度降低的缘故降水转为固态,出现暴雪天气.日降水量大大超过暴雪标准lOmm,其中辽东半岛的南部超过 30mm,辽宁省西南部达到 20mm.5 日东北地区东部出现大范围的暴雪天气(个别站有降雨),范围之广,强度之大是历史上少有的.辽宁省东部大部分地方超过 50mm,丹东站达到94.Omm,是 56 年来同期最大的降雪.吉林省东部大部分地方超过 35mm,柳河站达到54.7mrn.黑龙江省东南部也超过 30mm,东宁站
13、达到 48.6mrs(图 2a).6 日降雪区向东北方向移动,黑龙江省东北部仍然继续达到暴雪程度,饶河站达到 19.6mm.(a)舔 ij,/C 一.,_,.,/?/f7l2Ol25l3Ol35.E)厂1l(/V厂,/7lI_:/l2Ol25l3Ol35.E图 22007 年 3 月 5 日降水实况(a)和24 小时预报(b)第 4 期白人海等:东北区域暴雪天气分析及数值模拟 25这两场暴雪因降雪量过大,积雪深度普遍达到 20on 以上,给东北区的东部造成极大的影响.铁路,公路,民航交通全面中断,通讯受损严重,部分地区还出了停电,断水现象.2 暴雪过程环流分析及数值模拟2.12 月 1415
14、日2.1.1 环流特征过程之前,500hPa 上亚洲中高纬地区环流相对平直,以弱西北气流和多槽脊移动为特征,没有稳定的大槽大脊.12 日 20 时槽脊向东移动,乌拉尔山高压脊导致极地冷空气沿脊前西北气流下滑,使原在贝加尔湖西部槽在东移中加深发展.13 日 08 时低槽到达中蒙边境,以后东移过程中有所加深(图3a).700hPa 高空形势与 500hPa 基本相似,图 3b 中标出了低槽的先后位置.这是一次很典型的低槽东移型降雪过程.图 32007 年 2 月 13 日 08 时 500hPa(a)和 700hPa(b)高度图虚线 A,B 为 12,14El 槽线位置对应地面上,12 日与贝加尔
15、湖低槽对应的南北狭长的低压带东移演变成倒槽影响东北地区.低压带后部在蒙古国中部同时又有弱的低压中心出现并加强.13 日 02 时新生的蒙古气旋并入倒槽中,使倒槽进一步加强并有闭合低压中心出现.黑龙江省始终处在倒槽北端的东南风区内,由于暖锋降雪 14 日黑龙江省中部出现暴雪.同时吉林和辽宁省的中东部处在倒槽前部的西南气流里,由于充足的水汽与冷空气交绥也出现了暴雪.2.1.2 蒙古低槽环流模拟高空环流形势演变对这次典型过程的意义很大,直接关系到影响系统的形成,移动路径和速度等,对于预报降雪的时间,强度和落区有决定性作用.这次过程中位于中蒙边境低槽的形成,加强和东移是预报的关键.根据 GRAPES
16、对这次过程高空形势的预报,能够很好地模拟出 13 日 08 时极地冷空气向东南爆发,贝加尔湖的弱槽东移,在中蒙边境加强形成低槽(图 4a,为了看得清楚只给出局部预报区域,以下同);以后低槽继续东移并加深,14 日 08 时形成低涡(图 4b);15 日低涡移出中国(图略).2.23 月 46 日2.2.1 环流特征这次过程高空冷空气势力明显强于前一次,并且人侵路径显然不同(图 5a).冷空气向南爆发分为两股,其中一股自贝加尔湖向东移动,其南端仅对黑龙江省北部有不大的影响;另一股更强的则自贝加尔湖以西直接向南入侵,3 月 2 日 20 时中国西南地区有低涡形成.以后西南涡沿 500hPa 高空西
17、南气流迅速向东北方向移动,3 日 20 时到达华北,地面倒槽伸向东北东部,造成中国北方出现大面积的降水天气,东北南部出现暴雪甚至大暴雪.45 日低涡沿东北东部向东北方向移动,吉林和黑龙江两省先后出现暴雪26 气象第 34 卷,)(/一,2“I|11!蓉 t 张广/,)7司Ifb)1,4,一I.,fl.,L,I,.图 42007 年 2 月 131308 时(a)和141308 时(b)7OOhPa 高度预报图(图 5b).如此源于西南涡最终影响东北全境的暴雪过程,在冬半年是很少有的.对应地面上,受位于高空西南低涡东北移的影响,3 月 3 日 20 时有江淮气旋生成,这时辽宁省南部已处在江淮气旋的倒槽北端.4 日 08 时江淮气旋到达山东半岛东部沿海,东北东部都处在江淮气旋的倒槽中.以后江淮气旋穿过朝鲜北部向东北方向移动,5F102 时起东北东部先后转入倒槽后部的偏北气流中,降雪减小并结束.2.2.2 西南涡影响环流模拟贝加尔湖以西的冷空气直接南下在中国
