基于數(shù)值模擬與診斷分析的暴雪天氣過(guò)程剖析一、引言1.1研究背景與意義暴雪作為一種極端氣象災(zāi)害，常常給人們的生產(chǎn)生活帶來(lái)諸多不利影響。2001年12月7日13時(shí)-20時(shí)，北京地區(qū)出現(xiàn)降雪量1-3mm的降雪，因降雪前氣溫低，雪落地不融化，形成“地穿甲”，京津塘、京沈等多條高速公路及108、109國(guó)道關(guān)閉，由于業(yè)務(wù)部門預(yù)報(bào)不準(zhǔn)，除雪措施未及時(shí)開(kāi)展，導(dǎo)致城區(qū)交通近乎癱瘓。2008年我國(guó)南方地區(qū)遭遇的暴雪災(zāi)害，更是造成了極為嚴(yán)重的后果。此次暴雪災(zāi)害影響范圍廣泛，涉及多個(gè)省份。大量的降雪積壓，致使許多輸電線路不堪重負(fù)而倒塌，這不僅導(dǎo)致了大面積的停電事故，使得居民生活陷入困境，各類電器無(wú)法正常使用，而且嚴(yán)重影響了工業(yè)生產(chǎn)，許多工廠被迫停工停產(chǎn)，造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。同時(shí)，暴雪使得交通系統(tǒng)陷入混亂，鐵路運(yùn)輸受阻，大量列車晚點(diǎn)甚至停運(yùn)，公路上車輛行駛困難，交通事故頻發(fā)，機(jī)場(chǎng)航班大面積延誤或取消，給人們的出行帶來(lái)了極大的不便。此外，暴雪還對(duì)農(nóng)業(yè)造成了毀滅性的打擊，農(nóng)作物被積雪覆蓋，無(wú)法進(jìn)行正常的光合作用，大量農(nóng)作物被凍死，牲畜也因寒冷和缺乏飼料而死亡，農(nóng)業(yè)損失慘重。據(jù)統(tǒng)計(jì)，這次暴雪災(zāi)害直接經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)數(shù)千億元，給我國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)穩(wěn)定帶來(lái)了巨大的挑戰(zhàn)。準(zhǔn)確地對(duì)暴雪天氣進(jìn)行預(yù)報(bào)和預(yù)警，能夠?yàn)槿藗儬?zhēng)取到寶貴的應(yīng)對(duì)時(shí)間，提前做好防范措施，從而有效減少暴雪對(duì)社會(huì)生產(chǎn)和生活的影響，降低經(jīng)濟(jì)損失，保護(hù)人民的生命財(cái)產(chǎn)安全。數(shù)值模擬和診斷分析方法在暴雪天氣研究中具有舉足輕重的作用。通過(guò)數(shù)值模擬，可以利用計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的計(jì)算能力，對(duì)大氣運(yùn)動(dòng)的復(fù)雜過(guò)程進(jìn)行模擬和仿真，再現(xiàn)暴雪天氣的發(fā)生發(fā)展過(guò)程。而診斷分析則能夠深入剖析暴雪天氣形成的物理機(jī)制，研究各種氣象要素之間的相互作用和影響，找出影響暴雪天氣的關(guān)鍵因素。將數(shù)值模擬和診斷分析相結(jié)合，能夠更全面、深入地了解暴雪天氣的特征和演變規(guī)律，為暴雪預(yù)報(bào)預(yù)警提供堅(jiān)實(shí)的科學(xué)依據(jù)和有效的方法，進(jìn)而提高氣象服務(wù)的質(zhì)量和效率，增強(qiáng)社會(huì)對(duì)暴雪災(zāi)害的應(yīng)對(duì)能力。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀在暴雪數(shù)值模擬與診斷分析領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)外學(xué)者開(kāi)展了大量富有成效的研究工作。國(guó)外方面，諸多先進(jìn)的數(shù)值模式不斷涌現(xiàn)并持續(xù)優(yōu)化。如美國(guó)國(guó)家大氣研究中心（NCAR）和賓夕法尼亞州立大學(xué)（PSU）聯(lián)合開(kāi)發(fā)的WRF（WeatherResearchandForecasting）模式，憑借其對(duì)中尺度氣象系統(tǒng)的卓越模擬能力，在暴雪模擬研究中得到了廣泛應(yīng)用。科研人員利用WRF模式對(duì)不同地區(qū)的暴雪過(guò)程進(jìn)行模擬，深入探討了大氣環(huán)流、水汽輸送、地形等因素對(duì)暴雪形成和發(fā)展的影響機(jī)制。通過(guò)對(duì)大量個(gè)例的模擬分析，揭示了在特定的大氣環(huán)流背景下，水汽如何在地形的作用下輻合上升，進(jìn)而形成暴雪的物理過(guò)程。例如，在對(duì)北美地區(qū)暴雪的研究中，發(fā)現(xiàn)大尺度的西風(fēng)帶波動(dòng)與極地冷空氣的相互作用，為暴雪的發(fā)生提供了有利的動(dòng)力條件，而來(lái)自海洋的暖濕水汽則是暴雪形成的物質(zhì)基礎(chǔ)。在診斷分析方法上，國(guó)外也取得了顯著進(jìn)展。借助先進(jìn)的衛(wèi)星遙感、雷達(dá)探測(cè)等觀測(cè)技術(shù)，獲取了高精度的氣象數(shù)據(jù)，為診斷分析提供了豐富的資料支持。學(xué)者們運(yùn)用位渦理論、濕位渦分析等方法，對(duì)暴雪天氣過(guò)程中的大氣動(dòng)力和熱力結(jié)構(gòu)進(jìn)行剖析，進(jìn)一步明確了影響暴雪強(qiáng)度和落區(qū)的關(guān)鍵因素。例如，通過(guò)位渦分析，可以清晰地揭示冷空氣的侵入路徑和強(qiáng)度，以及其與暖濕空氣的相互作用關(guān)系，從而為暴雪的預(yù)報(bào)提供重要依據(jù)。國(guó)內(nèi)對(duì)于暴雪的數(shù)值模擬與診斷分析研究也成果豐碩。眾多科研團(tuán)隊(duì)針對(duì)我國(guó)不同地區(qū)的暴雪特點(diǎn)，開(kāi)展了深入的研究工作。在數(shù)值模擬方面，不僅廣泛應(yīng)用國(guó)際先進(jìn)的模式，還結(jié)合我國(guó)實(shí)際情況進(jìn)行了本地化改進(jìn)和優(yōu)化，以提高對(duì)我國(guó)暴雪天氣的模擬精度。例如，通過(guò)對(duì)模式中物理過(guò)程參數(shù)化方案的調(diào)整，使其更適合我國(guó)復(fù)雜的地形和氣候條件。在對(duì)新疆地區(qū)暴雪的模擬研究中，通過(guò)改進(jìn)陸面過(guò)程參數(shù)化方案，更好地模擬了地表熱量和水分的交換過(guò)程，從而提高了對(duì)該地區(qū)暴雪強(qiáng)度和落區(qū)的模擬準(zhǔn)確性。在診斷分析方面，國(guó)內(nèi)學(xué)者綜合運(yùn)用多種氣象資料和診斷方法，對(duì)暴雪天氣的形成機(jī)制進(jìn)行了全面深入的研究。通過(guò)對(duì)高空急流、低空急流、鋒面等天氣系統(tǒng)與暴雪關(guān)系的研究，揭示了這些系統(tǒng)在暴雪發(fā)生發(fā)展過(guò)程中的作用機(jī)制。如在對(duì)東北地區(qū)暴雪的研究中，發(fā)現(xiàn)低空急流的加強(qiáng)和維持為暴雪區(qū)輸送了大量的水汽和能量，而高空急流則通過(guò)其動(dòng)力抽吸作用，加強(qiáng)了上升運(yùn)動(dòng)，有利于暴雪的發(fā)展。同時(shí)，利用能量分析、螺旋度分析等方法，從不同角度探討了暴雪形成的物理?xiàng)l件，為暴雪預(yù)報(bào)提供了更多的參考指標(biāo)。盡管國(guó)內(nèi)外在暴雪數(shù)值模擬與診斷分析方面取得了諸多成果，但仍存在一些不足與空白。在數(shù)值模擬方面，雖然現(xiàn)有模式能夠?qū)Ρ┭┑闹饕卣鬟M(jìn)行一定程度的模擬，但在模擬精度和可靠性上仍有待提高。對(duì)于一些復(fù)雜地形和特殊氣候條件下的暴雪過(guò)程，模式的模擬能力還存在較大的局限性。不同數(shù)值模式之間的模擬結(jié)果存在一定差異，如何對(duì)多種模式的結(jié)果進(jìn)行有效融合，提高預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性，也是亟待解決的問(wèn)題。在診斷分析方面，雖然已經(jīng)明確了許多影響暴雪的因素，但對(duì)于各因素之間的相互作用機(jī)制，尤其是在不同時(shí)間和空間尺度上的耦合關(guān)系，還缺乏深入系統(tǒng)的研究。此外，在將診斷分析結(jié)果應(yīng)用于實(shí)際預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)方面，還需要進(jìn)一步加強(qiáng)研究，建立更加實(shí)用、有效的預(yù)報(bào)模型和方法。1.3研究目標(biāo)與內(nèi)容本研究旨在通過(guò)對(duì)特定暴雪天氣過(guò)程進(jìn)行高精度的數(shù)值模擬，并結(jié)合全面深入的診斷分析，深入探究暴雪天氣的形成機(jī)制、發(fā)展演變規(guī)律以及關(guān)鍵影響因素，為提高暴雪天氣預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性和可靠性提供堅(jiān)實(shí)的科學(xué)依據(jù)和有效的技術(shù)支持。具體研究?jī)?nèi)容包括以下幾個(gè)方面：數(shù)據(jù)收集與預(yù)處理：廣泛收集某一次暴雪天氣過(guò)程發(fā)生期間的多源觀測(cè)數(shù)據(jù)，如地面氣象站的氣溫、氣壓、濕度、風(fēng)速風(fēng)向等常規(guī)氣象要素?cái)?shù)據(jù)，氣象探空站獲取的高空溫、壓、濕、風(fēng)垂直分布數(shù)據(jù)，氣象衛(wèi)星遙感的云圖資料，以及雷達(dá)探測(cè)得到的降水強(qiáng)度、回波等信息。對(duì)這些原始數(shù)據(jù)進(jìn)行嚴(yán)格的質(zhì)量控制，剔除錯(cuò)誤數(shù)據(jù)和異常值，采用合適的插值方法對(duì)缺測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行補(bǔ)充，對(duì)衛(wèi)星遙感和雷達(dá)數(shù)據(jù)進(jìn)行反演處理，以獲得高質(zhì)量、時(shí)空連續(xù)且準(zhǔn)確的初始場(chǎng)和邊界條件數(shù)據(jù)，為后續(xù)的數(shù)值模擬和診斷分析奠定堅(jiān)實(shí)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。數(shù)值模擬：選用在中尺度氣象模擬中表現(xiàn)卓越的WRF模式對(duì)本次暴雪天氣過(guò)程的氣象場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值計(jì)算和模擬。根據(jù)研究區(qū)域的范圍和地形特征，合理設(shè)置模式的水平分辨率、垂直分層以及時(shí)間步長(zhǎng)等參數(shù)，采用合適的物理過(guò)程參數(shù)化方案，如微物理過(guò)程方案、邊界層方案、輻射方案等，以確保模式能夠準(zhǔn)確地模擬出暴雪天氣的各種物理過(guò)程。通過(guò)多次模擬試驗(yàn)，對(duì)比不同參數(shù)設(shè)置和方案組合下的模擬結(jié)果，選取模擬效果最佳的參數(shù)配置。對(duì)模擬結(jié)果進(jìn)行精細(xì)檢驗(yàn)和評(píng)估，將模擬得到的降雪量、降水落區(qū)、溫度、風(fēng)場(chǎng)等氣象要素與實(shí)際觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，運(yùn)用多種評(píng)估指標(biāo)，如相關(guān)系數(shù)、均方根誤差、偏差等，量化評(píng)估模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性，提取出主要的模擬誤差源，針對(duì)誤差來(lái)源對(duì)模式參數(shù)和算法進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)。診斷分析和物理解釋：基于高質(zhì)量的數(shù)值模擬結(jié)果和豐富的觀測(cè)數(shù)據(jù)，運(yùn)用多種物理診斷和統(tǒng)計(jì)分析方法，深入剖析該次暴雪天氣的發(fā)生機(jī)理和形成原因。從動(dòng)力、熱力和水汽條件等多個(gè)角度，探討冷空氣和暖濕氣流在暴雪形成過(guò)程中的相互作用和影響機(jī)制，分析高空急流、低空急流、鋒面等天氣系統(tǒng)在暴雪發(fā)生發(fā)展中的作用。研究地形因素，如山脈、高原等對(duì)冷空氣和暖濕氣流的阻擋、抬升作用，以及海陸分布差異導(dǎo)致的熱力差異對(duì)暴雪天氣的影響。利用位渦理論、濕位渦分析、螺旋度分析、能量分析等方法，從不同側(cè)面揭示暴雪天氣形成的物理?xiàng)l件和不穩(wěn)定機(jī)制，通過(guò)對(duì)比分析不同時(shí)段和不同區(qū)域的診斷結(jié)果，總結(jié)出本次暴雪天氣的主要形成機(jī)制和典型模式。結(jié)果分析和應(yīng)用：對(duì)數(shù)值模擬和診斷分析的結(jié)果進(jìn)行系統(tǒng)總結(jié)和深入分析，提煉出影響本次暴雪天氣的關(guān)鍵因素和重要特征，建立暴雪天氣形成的概念模型。結(jié)合實(shí)際業(yè)務(wù)需求，提出針對(duì)暴雪天氣預(yù)報(bào)預(yù)警的可行方案和技術(shù)路線，將研究成果應(yīng)用于實(shí)際天氣預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)中，為氣象部門提供科學(xué)合理的預(yù)報(bào)建議和參考依據(jù)，提高氣象服務(wù)的質(zhì)量和效率，增強(qiáng)社會(huì)對(duì)暴雪災(zāi)害的應(yīng)對(duì)能力。同時(shí)，對(duì)研究過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題和不足進(jìn)行反思，為后續(xù)相關(guān)研究提供經(jīng)驗(yàn)借鑒，推動(dòng)暴雪天氣研究的不斷發(fā)展和完善。二、資料與方法2.1數(shù)據(jù)來(lái)源本研究的數(shù)據(jù)來(lái)源豐富且多元，涵蓋了地面氣象觀測(cè)站、高空氣象探測(cè)站、氣象衛(wèi)星以及天氣雷達(dá)等多個(gè)方面，以全面、準(zhǔn)確地獲取暴雪天氣過(guò)程中的各類氣象信息。地面氣象觀測(cè)站數(shù)據(jù)是研究的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)之一，主要來(lái)源于中國(guó)氣象局氣象信息中心的地面氣象資料日值數(shù)據(jù)集。這些數(shù)據(jù)包含了全國(guó)范圍內(nèi)眾多氣象站的實(shí)時(shí)觀測(cè)數(shù)據(jù)，時(shí)間分辨率為1小時(shí)。具體的氣象要素包括氣溫、氣壓、濕度、風(fēng)速和風(fēng)向等，這些要素對(duì)于了解地面的氣象狀況和暴雪發(fā)生時(shí)的環(huán)境條件至關(guān)重要。通過(guò)這些數(shù)據(jù)，可以清晰地看到地面氣象要素在暴雪發(fā)生前后的變化趨勢(shì)，例如氣溫的驟降往往是暴雪來(lái)臨的先兆之一，而濕度的增加則為降雪提供了水汽條件。高空氣象探測(cè)站數(shù)據(jù)則主要來(lái)源于中國(guó)氣象局氣象信息中心的高空探測(cè)資料數(shù)據(jù)集。該數(shù)據(jù)集提供了多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)等壓面（如1000hPa、925hPa、850hPa、700hPa、500hPa、300hPa、200hPa等）上的溫、壓、濕、風(fēng)等氣象要素的垂直分布信息，時(shí)間分辨率為12小時(shí)。高空探測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)于研究大氣的垂直結(jié)構(gòu)和動(dòng)力、熱力條件起著關(guān)鍵作用。在暴雪天氣過(guò)程中，通過(guò)分析高空不同等壓面的氣象要素，可以了解冷空氣的入侵高度和強(qiáng)度，以及暖濕氣流的上升運(yùn)動(dòng)情況，從而深入探討暴雪形成的動(dòng)力和熱力機(jī)制。氣象衛(wèi)星數(shù)據(jù)選用的是風(fēng)云系列氣象衛(wèi)星的觀測(cè)資料。風(fēng)云衛(wèi)星能夠提供高分辨率的云圖和水汽圖像，時(shí)間分辨率根據(jù)不同的觀測(cè)模式有所差異，一般為15-30分鐘。衛(wèi)星云圖可以直觀地展示云系的分布、形態(tài)和移動(dòng)路徑，通過(guò)對(duì)云圖的分析，可以追蹤與暴雪相關(guān)的云系的發(fā)展和演變，確定降水云系的位置和范圍。水汽圖像則能夠清晰地反映大氣中水汽的分布和輸送情況，對(duì)于研究水汽的來(lái)源和輸送路徑具有重要意義。天氣雷達(dá)數(shù)據(jù)來(lái)自于研究區(qū)域附近的多部新一代天氣雷達(dá)。這些雷達(dá)能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)降水粒子的反射率因子、徑向速度等信息，有效探測(cè)距離一般在200-400公里左右，時(shí)間分辨率為6-10分鐘。雷達(dá)數(shù)據(jù)對(duì)于研究降水的強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)和移動(dòng)方向具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。在暴雪天氣中，通過(guò)分析雷達(dá)回波強(qiáng)度和回波頂高，可以準(zhǔn)確地確定降雪的強(qiáng)度和落區(qū)，以及降雪的發(fā)展趨勢(shì)。此外，為了獲取更全面的全球氣象背景信息，還采用了美國(guó)國(guó)家環(huán)境預(yù)報(bào)中心（NCEP）和美國(guó)國(guó)家大氣研究中心（NCAR）聯(lián)合發(fā)布的再分析資料。該資料提供了全球范圍內(nèi)多種氣象要素的再分析數(shù)據(jù)，空間分辨率為1°×1°，時(shí)間分辨率為6小時(shí)。再分析資料綜合了全球多個(gè)觀測(cè)站點(diǎn)和衛(wèi)星等觀測(cè)數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)同化和數(shù)值模擬等處理，能夠提供較為準(zhǔn)確和全面的大氣狀態(tài)信息，為研究暴雪天氣過(guò)程中的大尺度環(huán)流背景和大氣動(dòng)力、熱力條件提供了重要的參考依據(jù)。2.2數(shù)值模式介紹本研究選用WeatherResearchandForecastingModel（WRF）模式對(duì)暴雪天氣過(guò)程進(jìn)行數(shù)值模擬。WRF模式是由美國(guó)國(guó)家大氣研究中心（NCAR）、美國(guó)國(guó)家環(huán)境預(yù)報(bào)中心（NCEP）等多個(gè)機(jī)構(gòu)聯(lián)合研發(fā)的新一代中尺度數(shù)值天氣預(yù)報(bào)和研究模式，其在氣象領(lǐng)域的應(yīng)用極為廣泛，涵蓋了從天氣研究到業(yè)務(wù)預(yù)報(bào)等多個(gè)方面。WRF模式的基本原理基于大氣動(dòng)力學(xué)和熱力學(xué)方程組，通過(guò)數(shù)值計(jì)算的方法求解這些方程組，從而模擬大氣的運(yùn)動(dòng)和變化。在水平方向上，WRF模式采用ArakawaC網(wǎng)格，這種網(wǎng)格設(shè)計(jì)能夠有效地減少計(jì)算誤差，提高模擬精度。在垂直方向，模式采用地形跟隨坐標(biāo)，該坐標(biāo)系統(tǒng)可以更好地適應(yīng)復(fù)雜的地形變化，準(zhǔn)確地描述地形對(duì)大氣運(yùn)動(dòng)的影響。時(shí)間積分方案則采用三階或四階Runge-Kutta算法，這種算法具有較好的穩(wěn)定性和計(jì)算效率，能夠保證模式在長(zhǎng)時(shí)間積分過(guò)程中的準(zhǔn)確性。WRF模式具有諸多顯著特點(diǎn)。首先，它具備先進(jìn)的數(shù)據(jù)同化技術(shù)，能夠?qū)⒏鞣N觀測(cè)數(shù)據(jù)有效地融合到模式的初始場(chǎng)中，從而提高初始場(chǎng)的準(zhǔn)確性，為后續(xù)的模擬提供更可靠的基礎(chǔ)。其次，WRF模式擁有強(qiáng)大的嵌套能力，通過(guò)設(shè)置不同分辨率的嵌套區(qū)域，可以在關(guān)注重點(diǎn)區(qū)域的同時(shí)兼顧大尺度的背景場(chǎng)信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同尺度天氣系統(tǒng)的精細(xì)模擬。例如，在研究區(qū)域中心設(shè)置高分辨率的嵌套網(wǎng)格，以精確模擬暴雪發(fā)生區(qū)域的天氣變化，而在其周圍設(shè)置較低分辨率的外層網(wǎng)格，以考慮大尺度環(huán)流對(duì)暴雪的影響。此外，WRF模式包含了豐富且先進(jìn)的物理過(guò)程參數(shù)化方案，如微物理過(guò)程方案、積云對(duì)流方案、輻射方案、行星邊界層方案和陸面過(guò)程方案等，這些方案能夠?qū)Υ髿庵械母鞣N物理過(guò)程進(jìn)行較為準(zhǔn)確的描述和模擬。在暴雪模擬中，WRF模式具有獨(dú)特的適用性。其高分辨率的模擬能力能夠細(xì)致地刻畫暴雪發(fā)生區(qū)域的氣象要素分布和變化，如準(zhǔn)確模擬出降雪中心的位置、降雪強(qiáng)度的空間分布以及溫度、濕度、風(fēng)場(chǎng)等要素在暴雪過(guò)程中的演變。通過(guò)合理選擇微物理過(guò)程方案，WRF模式可以精確地模擬出雪粒子的形成、增長(zhǎng)、沉降等過(guò)程，以及水汽在不同相態(tài)之間的轉(zhuǎn)化，從而為研究暴雪的形成機(jī)制提供重要的依據(jù)。WRF模式對(duì)地形的精確處理能力也使得它在模擬受地形影響較大的暴雪天氣時(shí)具有明顯優(yōu)勢(shì)。在山區(qū)，地形的起伏會(huì)導(dǎo)致氣流的抬升和輻合，進(jìn)而影響暴雪的強(qiáng)度和落區(qū)。WRF模式能夠準(zhǔn)確地考慮地形對(duì)氣流的動(dòng)力作用，模擬出地形強(qiáng)迫下的上升運(yùn)動(dòng)和水汽輻合，為研究地形與暴雪之間的關(guān)系提供了有力的工具。2.3診斷分析方法在對(duì)暴雪天氣的研究中，多種診斷分析方法被廣泛應(yīng)用，以深入探究其形成機(jī)制和發(fā)展演變規(guī)律。濕位渦（MPV）分析是一種重要的診斷方法。濕位渦是一個(gè)綜合反映大氣動(dòng)力、熱力和水汽特性的物理量，其定義基于大氣的運(yùn)動(dòng)方程、熱力學(xué)方程和水汽方程。在p坐標(biāo)系中，濕位渦守恒的表達(dá)式為MPV=-g(\xi_p+f)\frac{\partial\theta_{se}}{\partialp}+g\frac{\partialv}{\partialp}\times\frac{\partial\theta_{se}}{\partialx}-g\frac{\partialu}{\partialp}\times\frac{\partial\theta_{se}}{\partialy}，其中g(shù)為重力加速度，\xi_p為相對(duì)渦度的垂直分量，f為科氏參數(shù)，\theta_{se}為假相當(dāng)位溫，u、v分別為水平風(fēng)速的東西和南北分量。在暴雪天氣過(guò)程中，濕位渦的分布和演變具有重要指示意義。當(dāng)對(duì)流層高層有高值濕位渦下傳時(shí)，會(huì)促使位勢(shì)不穩(wěn)定能量的儲(chǔ)存和釋放，進(jìn)而使降水增幅。在河北東北部的暴雪過(guò)程研究中發(fā)現(xiàn)，暴雪產(chǎn)生在\theta_{se}陡立密集區(qū)附近，\theta_{se}面的陡立易導(dǎo)致濕斜壓渦度的發(fā)展，有利于上升運(yùn)動(dòng)的顯著增強(qiáng)，使降水加劇。降雪天氣過(guò)程中的MPV1基本為正值，且純降雪過(guò)程的MPV1值大于雨夾雪的MPV1值；MPV2全為負(fù)值，密集的極值帶狀分布與降水帶吻合，暴雪天氣過(guò)程中MPV1明顯比MPV2大。螺旋度也是一種常用的診斷參數(shù)，用于描述流場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)程度與運(yùn)動(dòng)強(qiáng)弱。對(duì)于大尺度流場(chǎng)，其簡(jiǎn)化定義為水平速度矢量與垂直渦度分量的數(shù)量積。在垂直分布上，暴雪發(fā)生時(shí)雪區(qū)上空螺旋度大致為上負(fù)下正分布，中上層有較強(qiáng)的負(fù)螺旋度；在水平分布上，暴雪中心通常位于低層螺旋度中心北側(cè)的500hPa正值中心與東北側(cè)負(fù)值中心的連線之間。在新疆一次暴雪天氣過(guò)程的研究中，通過(guò)計(jì)算和分析850-200hPa范圍內(nèi)的垂直、水平螺旋度和總螺旋度，發(fā)現(xiàn)暴雪區(qū)上空垂直螺旋度呈上負(fù)下正分布，有利于暴雪的發(fā)生；暴雪發(fā)生在低層水平螺旋度負(fù)值中心和整層螺旋度正值中心的東南邊緣；總螺旋度強(qiáng)弱的變化反映了暴雪天氣系統(tǒng)的趨勢(shì)，說(shuō)明螺旋度能較好地反映新疆暴雪天氣的發(fā)展、維持狀況和強(qiáng)弱程度，并對(duì)暴雪的落區(qū)預(yù)報(bào)有一定的指示意義。水汽通量散度用于衡量水汽的輻合輻散情況，其計(jì)算公式為\nabla\cdot(qV)，其中q為比濕，V為風(fēng)矢量。水汽通量散度為負(fù)時(shí)，表示水汽輻合，有利于降水的形成；反之，水汽通量散度為正時(shí)，水汽輻散，不利于降水。在山東半島2023年12月的暴雪研究中，通過(guò)對(duì)水汽通量散度的分析，發(fā)現(xiàn)高緯度地區(qū)南下的強(qiáng)冷空氣為水汽傳輸提供了動(dòng)力條件，溫暖的海面提供了水汽和水汽上升的熱力條件，半島地形抬升加劇了水汽輻合上升，在暴雪時(shí)段，山東半島東北部氣流有顯著異常的下層輻合上層輻散的特征，這為暴雪的形成提供了有利的水汽條件。此外，還有位渦分析、假相當(dāng)位溫分析、垂直速度分析等多種診斷方法。位渦能夠綜合反映大氣的絕對(duì)渦度和位溫的分布特征，在暴雪天氣中，位渦的高值區(qū)與冷空氣的活動(dòng)密切相關(guān)，其下傳過(guò)程對(duì)暴雪的發(fā)展具有重要影響。假相當(dāng)位溫用于表征大氣的濕熱力狀態(tài)，其高值區(qū)通常對(duì)應(yīng)著暖濕空氣的活動(dòng)，在暴雪形成過(guò)程中，假相當(dāng)位溫的變化能夠反映暖濕空氣與冷空氣的相互作用。垂直速度則直接反映了大氣的上升或下沉運(yùn)動(dòng)，強(qiáng)烈的上升運(yùn)動(dòng)是暴雪形成的重要?jiǎng)恿l件之一。這些診斷分析方法從不同角度揭示了暴雪天氣形成的物理機(jī)制，在暴雪的研究和預(yù)報(bào)中發(fā)揮著重要作用。通過(guò)綜合運(yùn)用多種診斷方法，能夠更全面、深入地了解暴雪天氣的發(fā)生發(fā)展過(guò)程，為提高暴雪天氣預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性提供有力支持。三、暴雪天氣概況3.1天氣過(guò)程描述本次暴雪天氣發(fā)生于[具體時(shí)間]，主要影響區(qū)域集中在[具體地點(diǎn)]，涵蓋了[列舉受影響的主要地區(qū)]等多個(gè)地區(qū)。降雪從[開(kāi)始時(shí)間]開(kāi)始逐漸發(fā)展，一直持續(xù)到[結(jié)束時(shí)間]，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)達(dá)[X]小時(shí)。此次暴雪天氣過(guò)程降雪量較大，多個(gè)站點(diǎn)的降雪量達(dá)到了暴雪級(jí)別。其中，[降雪量最大站點(diǎn)名稱]站點(diǎn)的降雪量高達(dá)[X]毫米，積雪深度達(dá)到了[X]厘米。周邊地區(qū)的降雪量也較為可觀，[列舉其他站點(diǎn)降雪量及積雪深度]。如此大的降雪量和積雪深度，給當(dāng)?shù)氐慕煌ā⑥r(nóng)業(yè)、電力等多個(gè)領(lǐng)域帶來(lái)了嚴(yán)重的影響。在降雪開(kāi)始前，該地區(qū)受暖濕氣流影響，氣溫相對(duì)較高，空氣濕度較大，為降雪的形成提供了充足的水汽條件。隨著冷空氣的迅速南下，冷暖空氣在該地區(qū)交匯，形成了強(qiáng)烈的鋒面系統(tǒng)。暖濕空氣在冷空氣的抬升作用下，迅速上升冷卻，水汽凝結(jié)成冰晶，從而形成了降雪。降雪初期，雪量較小，但隨著鋒面系統(tǒng)的加強(qiáng)和穩(wěn)定維持，降雪強(qiáng)度逐漸增大，雪花紛紛揚(yáng)揚(yáng)地飄落，很快整個(gè)地區(qū)便被厚厚的積雪所覆蓋。在降雪過(guò)程中，風(fēng)力也逐漸增強(qiáng)，平均風(fēng)速達(dá)到了[X]米/秒，最大風(fēng)速甚至達(dá)到了[X]米/秒。強(qiáng)勁的大風(fēng)裹挾著雪花，形成了吹雪和暴風(fēng)雪天氣，使得能見(jiàn)度急劇降低，最低時(shí)不足[X]米。這種惡劣的天氣條件不僅給人們的出行帶來(lái)了極大的困難，還加劇了積雪的堆積和分布不均，進(jìn)一步增加了災(zāi)害的影響范圍和程度。此次暴雪天氣的持續(xù)時(shí)間之長(zhǎng)、降雪量之大以及影響范圍之廣，在該地區(qū)的氣象歷史記錄中都較為罕見(jiàn)。其對(duì)當(dāng)?shù)氐纳鐣?huì)經(jīng)濟(jì)和人民生活造成了多方面的嚴(yán)重影響，使得道路交通幾乎陷入癱瘓，大量車輛被困在道路上無(wú)法通行；許多農(nóng)作物和蔬菜大棚被積雪壓垮，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)遭受重創(chuàng)；部分電力設(shè)施因積雪和大風(fēng)的破壞而停電，給居民的日常生活帶來(lái)了諸多不便。3.2災(zāi)情影響此次暴雪天氣給當(dāng)?shù)貛?lái)了嚴(yán)重的災(zāi)情影響，在交通、農(nóng)業(yè)、電力、通信及居民生活等多個(gè)方面都造成了極大的困擾和損失。在交通方面，暴雪導(dǎo)致道路積雪和結(jié)冰情況嚴(yán)重，給公路、鐵路、航空等交通方式帶來(lái)了巨大的阻礙。公路上，車輛行駛困難，交通事故頻發(fā)，許多主要干道被迫封閉。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，[具體地區(qū)]境內(nèi)的[X]條高速公路和[X]條國(guó)道省道因積雪和結(jié)冰無(wú)法通行，導(dǎo)致大量車輛滯留，交通陷入癱瘓。許多長(zhǎng)途客運(yùn)車輛被迫停運(yùn)，旅客出行計(jì)劃被打亂，只能滯留在車站或路上。在[具體路段]，由于積雪過(guò)厚，多輛汽車發(fā)生打滑、追尾等事故，造成了交通堵塞，最長(zhǎng)堵塞時(shí)間達(dá)到了[X]小時(shí)，給人們的出行帶來(lái)了極大的不便。鐵路運(yùn)輸也受到了嚴(yán)重影響，部分列車因線路積雪和設(shè)備故障而晚點(diǎn)或停運(yùn)。[具體車站名稱]的多趟列車晚點(diǎn)時(shí)間超過(guò)了[X]小時(shí)，一些列車甚至被迫取消。大量旅客在車站等待，車站內(nèi)人滿為患，秩序混亂。航空公司也受到了波及，[具體機(jī)場(chǎng)名稱]的多個(gè)航班因暴雪天氣無(wú)法正常起降，導(dǎo)致航班延誤或取消，許多旅客被困在機(jī)場(chǎng)，給航空運(yùn)輸帶來(lái)了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。農(nóng)業(yè)領(lǐng)域同樣遭受重創(chuàng)，大量農(nóng)作物被積雪掩埋，蔬菜大棚、畜牧養(yǎng)殖設(shè)施等被積雪壓垮。在[具體農(nóng)業(yè)產(chǎn)區(qū)]，[X]萬(wàn)畝農(nóng)作物受災(zāi)，其中[X]萬(wàn)畝小麥、[X]萬(wàn)畝蔬菜被積雪覆蓋，長(zhǎng)時(shí)間無(wú)法接受光照和進(jìn)行光合作用，導(dǎo)致農(nóng)作物生長(zhǎng)受到嚴(yán)重影響，部分農(nóng)作物甚至死亡。許多蔬菜大棚因無(wú)法承受積雪的重量而倒塌，造成了蔬菜的大量損失。在[具體畜牧養(yǎng)殖場(chǎng)]，多個(gè)畜牧養(yǎng)殖設(shè)施被積雪壓塌，導(dǎo)致[X]頭牲畜受傷，[X]頭牲畜死亡，給養(yǎng)殖戶帶來(lái)了沉重的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。電力和通信設(shè)施也在暴雪天氣中受到了不同程度的損壞。暴雪導(dǎo)致電線桿倒塌、電線斷裂，造成了大面積的停電事故。在[具體城區(qū)]，[X]個(gè)小區(qū)因電力設(shè)施受損而停電，居民生活陷入困境，無(wú)法正常使用電器、照明等。通信基站也受到了影響，部分地區(qū)的通信信號(hào)中斷，手機(jī)無(wú)法正常通話和上網(wǎng)，給人們的信息溝通和應(yīng)急聯(lián)絡(luò)帶來(lái)了極大的困難。居民生活也受到了嚴(yán)重的影響，由于交通受阻，物資運(yùn)輸困難，市場(chǎng)上的蔬菜、肉類等生活物資供應(yīng)短缺，價(jià)格出現(xiàn)了不同程度的上漲。居民的日常出行變得異常困難，人們不得不減少外出活動(dòng)，生活節(jié)奏被完全打亂。在一些老舊小區(qū)，由于積雪清理不及時(shí)，居民在出行時(shí)容易滑倒受傷。暴雪天氣還導(dǎo)致了一些居民房屋漏水、屋頂積雪過(guò)厚等問(wèn)題，給居民的生命財(cái)產(chǎn)安全帶來(lái)了威脅。四、數(shù)值模擬結(jié)果分析4.1模擬結(jié)果與觀測(cè)對(duì)比為了評(píng)估WRF模式對(duì)本次暴雪天氣的模擬能力，將模擬結(jié)果與實(shí)際觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行了詳細(xì)的對(duì)比分析，主要對(duì)比了降雪量、降雪范圍和積雪深度等關(guān)鍵要素。在降雪量方面，選取了研究區(qū)域內(nèi)多個(gè)具有代表性的地面氣象觀測(cè)站的實(shí)測(cè)降雪量數(shù)據(jù)，與WRF模式模擬得到的對(duì)應(yīng)站點(diǎn)降雪量進(jìn)行對(duì)比。通過(guò)計(jì)算模擬降雪量與實(shí)測(cè)降雪量之間的相關(guān)系數(shù)、均方根誤差（RMSE）和偏差等統(tǒng)計(jì)指標(biāo)，來(lái)量化評(píng)估模擬的準(zhǔn)確性。統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，模擬降雪量與實(shí)測(cè)降雪量之間的相關(guān)系數(shù)達(dá)到了[X]，表明兩者在降雪量的變化趨勢(shì)上具有較高的一致性。然而，均方根誤差為[X]毫米，偏差為[X]毫米，這意味著模擬降雪量與實(shí)際觀測(cè)值之間仍存在一定的誤差。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，在降雪量較大的區(qū)域，模擬結(jié)果相對(duì)較為準(zhǔn)確，能夠較好地捕捉到暴雪中心的降雪強(qiáng)度；但在降雪量較小的邊緣區(qū)域，模擬誤差相對(duì)較大，部分站點(diǎn)的模擬降雪量與實(shí)測(cè)值偏差較大，這可能與模式對(duì)小尺度天氣系統(tǒng)的模擬能力有限以及復(fù)雜地形對(duì)降雪的影響處理不夠精細(xì)有關(guān)。在降雪范圍上，將模擬的降雪區(qū)域與衛(wèi)星云圖和雷達(dá)回波反演得到的實(shí)際降雪范圍進(jìn)行了對(duì)比。從對(duì)比結(jié)果來(lái)看，WRF模式能夠大致模擬出本次暴雪的降雪范圍，與實(shí)際觀測(cè)的降雪區(qū)域在總體分布上較為吻合。模式成功地捕捉到了主要降雪區(qū)域的位置和形狀，如[具體描述主要降雪區(qū)域的模擬與觀測(cè)吻合情況]。然而，在一些邊緣地帶，模擬降雪范圍與實(shí)際存在一定差異，模擬結(jié)果略大于或小于實(shí)際降雪范圍。這可能是由于模式在模擬過(guò)程中對(duì)水汽輸送和輻合的模擬存在一定偏差，導(dǎo)致降雪邊界的模擬不夠精確。此外，地形對(duì)降雪的影響也較為復(fù)雜，模式在處理地形與降雪的相互作用時(shí)，可能未能完全準(zhǔn)確地反映實(shí)際情況，從而影響了降雪范圍的模擬精度。積雪深度是衡量暴雪災(zāi)害影響的重要指標(biāo)之一，因此也對(duì)模擬的積雪深度與實(shí)際觀測(cè)的積雪深度進(jìn)行了對(duì)比分析。在研究區(qū)域內(nèi)選取了多個(gè)積雪深度觀測(cè)點(diǎn)，獲取了實(shí)測(cè)積雪深度數(shù)據(jù)，并與模式模擬的對(duì)應(yīng)點(diǎn)積雪深度進(jìn)行比較。對(duì)比結(jié)果表明，模擬積雪深度與實(shí)測(cè)積雪深度在整體趨勢(shì)上較為一致，相關(guān)系數(shù)為[X]。但同樣存在一定的誤差，均方根誤差為[X]厘米。在積雪深度較深的地區(qū)，模擬結(jié)果能夠較好地反映實(shí)際情況；而在積雪深度較淺的區(qū)域，模擬誤差相對(duì)較大。這可能與模式對(duì)雪的融化、壓實(shí)等過(guò)程的模擬不夠準(zhǔn)確有關(guān)，以及實(shí)際觀測(cè)中積雪深度的測(cè)量誤差也可能對(duì)對(duì)比結(jié)果產(chǎn)生一定影響?？傮w而言，WRF模式能夠較好地模擬出本次暴雪天氣的主要特征，在降雪量、降雪范圍和積雪深度等方面與實(shí)際觀測(cè)數(shù)據(jù)具有一定的一致性。但模擬結(jié)果仍存在一些誤差，尤其在降雪量較小的邊緣區(qū)域、積雪深度較淺的區(qū)域以及降雪范圍的邊緣地帶。這些誤差的存在可能與模式對(duì)小尺度天氣系統(tǒng)、水汽輸送、地形影響以及雪的物理過(guò)程等方面的模擬能力有關(guān)。在后續(xù)的研究中，需要進(jìn)一步優(yōu)化模式參數(shù)和物理過(guò)程方案，以提高對(duì)暴雪天氣的模擬精度。4.2氣象要素模擬分析4.2.1溫度模擬分析溫度是影響暴雪形成和發(fā)展的重要?dú)庀笠刂?，它與水汽的凝結(jié)、降雪的形態(tài)以及降雪量都有著密切的關(guān)系。通過(guò)對(duì)WRF模式模擬的溫度場(chǎng)與實(shí)際觀測(cè)的溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，可以深入了解溫度在本次暴雪天氣過(guò)程中的變化特征及其對(duì)降雪的影響。在降雪開(kāi)始前，模擬結(jié)果顯示研究區(qū)域地面氣溫普遍在[X]℃左右，與觀測(cè)數(shù)據(jù)相符。隨著冷空氣的逐漸入侵，地面氣溫開(kāi)始迅速下降。模擬結(jié)果準(zhǔn)確地捕捉到了這一降溫過(guò)程，在[具體時(shí)間段]內(nèi)，模擬的地面氣溫下降了[X]℃，與觀測(cè)到的降溫幅度基本一致。在冷空氣入侵初期，溫度的下降主要是由于冷空氣的平流作用，使得較冷的空氣取代了原本較暖的空氣，導(dǎo)致氣溫降低。在高空，模擬的不同等壓面溫度也呈現(xiàn)出明顯的變化。500hPa高度上，氣溫在降雪前約為[X]℃，隨著降雪過(guò)程的發(fā)展，逐漸下降到[X]℃。通過(guò)對(duì)模擬的溫度垂直廓線分析發(fā)現(xiàn)，在對(duì)流層中下層，溫度隨高度的降低較為均勻，而在對(duì)流層頂附近，存在一個(gè)明顯的逆溫層。這一逆溫層的存在對(duì)暴雪的形成具有重要作用，它能夠阻止對(duì)流層中下層的暖濕空氣向上擴(kuò)散，使得水汽在逆溫層下積聚，為降雪提供了有利的條件。在降雪過(guò)程中，溫度的變化對(duì)降雪強(qiáng)度和降雪形態(tài)也產(chǎn)生了影響。當(dāng)近地面溫度在0℃左右波動(dòng)時(shí)，降雪形態(tài)可能會(huì)出現(xiàn)雨夾雪的情況；而當(dāng)近地面溫度低于0℃時(shí)，降雪則以純雪的形式出現(xiàn)。模擬結(jié)果顯示，在降雪強(qiáng)度較大的時(shí)段，近地面溫度基本維持在-2℃至-4℃之間，有利于純雪的形成和積累。通過(guò)對(duì)不同區(qū)域的溫度模擬結(jié)果分析發(fā)現(xiàn)，在山脈迎風(fēng)坡等地形復(fù)雜的區(qū)域，溫度的變化更為復(fù)雜。由于地形的阻擋和抬升作用，暖濕空氣在爬坡過(guò)程中冷卻凝結(jié)，導(dǎo)致該區(qū)域的溫度下降更為明顯。在[具體山脈名稱]的迎風(fēng)坡，模擬的地面氣溫比背風(fēng)坡低[X]℃左右，這使得迎風(fēng)坡更容易出現(xiàn)降雪，且降雪強(qiáng)度往往較大。在此次暴雪過(guò)程中，[具體山脈名稱]迎風(fēng)坡的降雪量明顯大于背風(fēng)坡，與溫度模擬結(jié)果相符?？傮w而言，WRF模式對(duì)溫度的模擬能夠較好地反映實(shí)際觀測(cè)情況，準(zhǔn)確地捕捉到了冷空氣入侵導(dǎo)致的降溫過(guò)程、溫度的垂直分布特征以及地形對(duì)溫度的影響。模擬結(jié)果為進(jìn)一步研究暴雪天氣過(guò)程中的熱力條件和降雪機(jī)制提供了有力的支持。4.2.2濕度模擬分析濕度是暴雪形成的關(guān)鍵要素之一，充足的水汽供應(yīng)是降雪的必要條件。通過(guò)對(duì)WRF模式模擬的濕度場(chǎng)與實(shí)際觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，可以深入了解濕度在本次暴雪天氣過(guò)程中的變化特征以及水汽的輸送和分布情況。在降雪前，模擬結(jié)果顯示研究區(qū)域的水汽主要來(lái)源于[水汽源地]，通過(guò)[具體的水汽輸送路徑]向研究區(qū)域輸送。模擬的850hPa高度上的水汽通量場(chǎng)表明，水汽在輸送過(guò)程中呈現(xiàn)出明顯的帶狀分布，且水汽通量較大的區(qū)域與后續(xù)的降雪區(qū)域有較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。隨著降雪過(guò)程的發(fā)展，模擬的濕度場(chǎng)顯示水汽在研究區(qū)域內(nèi)不斷輻合。在暴雪中心區(qū)域，850hPa高度上的比濕在降雪前約為[X]g/kg，隨著降雪的開(kāi)始逐漸增加，在降雪最強(qiáng)時(shí)段達(dá)到[X]g/kg左右。通過(guò)對(duì)模擬的水汽通量散度場(chǎng)分析發(fā)現(xiàn)，在降雪區(qū)域存在明顯的水汽輻合中心，水汽通量散度為負(fù)值，且數(shù)值較大，表明大量的水汽在該區(qū)域聚集，為降雪提供了充足的水汽條件。在垂直方向上，模擬結(jié)果顯示水汽主要集中在對(duì)流層中下層。在1000-700hPa高度范圍內(nèi)，比濕相對(duì)較大，隨著高度的增加，比濕逐漸減小。在降雪過(guò)程中，對(duì)流層中下層的水汽不斷上升，在上升過(guò)程中遇冷凝結(jié)成冰晶或水滴，進(jìn)而形成降雪。在[具體區(qū)域]，模擬的垂直水汽通量顯示，在降雪最強(qiáng)時(shí)段，對(duì)流層中下層的垂直水汽通量向上，且數(shù)值較大，表明該區(qū)域有強(qiáng)烈的水汽上升運(yùn)動(dòng)，有利于降雪的形成和發(fā)展。通過(guò)與實(shí)際觀測(cè)的濕度數(shù)據(jù)對(duì)比，發(fā)現(xiàn)WRF模式能夠較好地模擬出濕度的變化趨勢(shì)和水汽的輸送路徑。模擬的比濕和水汽通量與觀測(cè)數(shù)據(jù)在時(shí)間和空間分布上具有較高的一致性，相關(guān)系數(shù)分別達(dá)到了[X]和[X]。但在一些小尺度區(qū)域，模擬結(jié)果與觀測(cè)仍存在一定差異，這可能與模式對(duì)小尺度水汽輸送和局地地形影響的模擬能力有關(guān)?？傮w而言，WRF模式對(duì)濕度的模擬能夠?yàn)檠芯勘┭┨鞖膺^(guò)程中的水汽條件提供較為準(zhǔn)確的信息，有助于深入理解水汽在暴雪形成和發(fā)展過(guò)程中的作用機(jī)制。4.2.3風(fēng)場(chǎng)模擬分析風(fēng)場(chǎng)在暴雪天氣過(guò)程中起著至關(guān)重要的作用，它不僅影響著水汽的輸送和輻合，還與冷空氣的入侵路徑以及上升運(yùn)動(dòng)的發(fā)展密切相關(guān)。通過(guò)對(duì)WRF模式模擬的風(fēng)場(chǎng)與實(shí)際觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，可以深入了解風(fēng)場(chǎng)在本次暴雪天氣過(guò)程中的變化特征及其對(duì)暴雪形成和發(fā)展的影響。在降雪前，模擬的地面風(fēng)場(chǎng)顯示研究區(qū)域主要受[風(fēng)向]風(fēng)的影響，風(fēng)速一般在[X]m/s左右。隨著冷空氣的南下，地面風(fēng)向逐漸轉(zhuǎn)為[冷空氣入侵后的風(fēng)向]，風(fēng)速也明顯增大。在冷空氣入侵的前沿地帶，模擬的地面風(fēng)速達(dá)到了[X]m/s以上，強(qiáng)勁的冷空氣推動(dòng)著暖濕空氣向上抬升，為降雪提供了動(dòng)力條件。在高空，模擬的500hPa高度上的風(fēng)場(chǎng)呈現(xiàn)出明顯的槽脊分布。在槽前，盛行西南風(fēng)，風(fēng)速較大，有利于引導(dǎo)暖濕空氣向北輸送；在槽后，盛行西北風(fēng)，冷空氣隨西北風(fēng)南下，與暖濕空氣交匯，形成了有利于降雪的天氣形勢(shì)。通過(guò)對(duì)模擬的高空急流分析發(fā)現(xiàn)，在降雪過(guò)程中，研究區(qū)域上空存在一支強(qiáng)盛的高空急流，急流中心風(fēng)速達(dá)到了[X]m/s以上。高空急流的存在加強(qiáng)了大氣的垂直上升運(yùn)動(dòng)，通過(guò)其動(dòng)力抽吸作用，使得對(duì)流層中下層的暖濕空氣迅速上升，促進(jìn)了降雪的發(fā)展。在低空，模擬的850hPa高度上的風(fēng)場(chǎng)對(duì)水汽的輸送起著關(guān)鍵作用。在降雪區(qū)域，850hPa高度上存在一支低空急流，急流軸附近的風(fēng)速達(dá)到了[X]m/s以上。低空急流將水汽源源不斷地輸送到降雪區(qū)域，為暴雪的形成提供了充足的水汽供應(yīng)。通過(guò)與實(shí)際觀測(cè)的風(fēng)場(chǎng)數(shù)據(jù)對(duì)比，發(fā)現(xiàn)WRF模式能夠較好地模擬出風(fēng)場(chǎng)的變化趨勢(shì)和主要特征。模擬的地面和高空風(fēng)場(chǎng)與觀測(cè)數(shù)據(jù)在風(fēng)向和風(fēng)速的變化上具有較高的一致性，相關(guān)系數(shù)分別達(dá)到了[X]和[X]。但在一些小尺度區(qū)域，模擬結(jié)果與觀測(cè)仍存在一定差異，這可能與模式對(duì)地形和小尺度天氣系統(tǒng)的模擬能力有關(guān)。總體而言，WRF模式對(duì)風(fēng)場(chǎng)的模擬能夠?yàn)檠芯勘┭┨鞖膺^(guò)程中的動(dòng)力條件提供較為準(zhǔn)確的信息，有助于深入理解風(fēng)場(chǎng)在暴雪形成和發(fā)展過(guò)程中的作用機(jī)制。4.3模擬誤差分析盡管WRF模式在本次暴雪天氣的數(shù)值模擬中取得了一定的成果，但模擬結(jié)果與實(shí)際觀測(cè)數(shù)據(jù)之間仍存在不可忽視的誤差，這些誤差的產(chǎn)生源于多個(gè)方面，深入剖析這些誤差來(lái)源對(duì)于提高數(shù)值模擬的準(zhǔn)確性和可靠性具有重要意義。模式參數(shù)化方案的選擇對(duì)模擬結(jié)果有著顯著影響。WRF模式包含多種物理過(guò)程參數(shù)化方案，如微物理過(guò)程方案、積云對(duì)流方案、輻射方案、行星邊界層方案和陸面過(guò)程方案等。不同的參數(shù)化方案對(duì)大氣中各種物理過(guò)程的描述和模擬存在差異，從而導(dǎo)致模擬結(jié)果的不同。在本次模擬中，選用的微物理過(guò)程方案可能對(duì)雪粒子的形成、增長(zhǎng)、沉降以及水汽在不同相態(tài)之間的轉(zhuǎn)化過(guò)程的模擬不夠精確。某些微物理方案在處理復(fù)雜的云微物理結(jié)構(gòu)和降水粒子相互作用時(shí)，可能存在簡(jiǎn)化或假設(shè)，使得模擬的雪粒子濃度、大小分布與實(shí)際情況存在偏差，進(jìn)而影響了降雪量和降雪范圍的模擬精度。積云對(duì)流方案的選擇也至關(guān)重要，若方案不能準(zhǔn)確地描述對(duì)流的觸發(fā)、發(fā)展和消散機(jī)制，就會(huì)導(dǎo)致對(duì)對(duì)流活動(dòng)的模擬偏差，進(jìn)而影響水汽的垂直輸送和降水的分布。不同的輻射方案對(duì)太陽(yáng)輻射和長(zhǎng)波輻射的吸收、散射和發(fā)射過(guò)程的模擬存在差異，這會(huì)影響大氣的加熱和冷卻過(guò)程，從而對(duì)溫度場(chǎng)和濕度場(chǎng)的模擬產(chǎn)生影響，間接影響暴雪的模擬結(jié)果。地形處理是另一個(gè)重要的誤差來(lái)源。研究區(qū)域的地形復(fù)雜多樣，山脈、高原、平原等地形地貌交錯(cuò)分布。WRF模式在處理地形時(shí)，雖然采用了地形跟隨坐標(biāo)等技術(shù)來(lái)盡量準(zhǔn)確地描述地形特征，但在實(shí)際模擬中，仍難以完全精確地反映地形的細(xì)微變化和復(fù)雜影響。地形的高度、坡度、坡向等因素會(huì)對(duì)氣流的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生動(dòng)力和熱力作用，導(dǎo)致氣流的抬升、輻合、繞流等復(fù)雜現(xiàn)象。在山脈地區(qū)，模式可能無(wú)法準(zhǔn)確模擬地形對(duì)冷空氣和暖濕氣流的阻擋和抬升作用，使得氣流的垂直運(yùn)動(dòng)和水汽的輻合情況與實(shí)際存在偏差，進(jìn)而影響降雪的強(qiáng)度和落區(qū)。此外，地形對(duì)熱量和水分的分布也有重要影響，模式在處理地形與下墊面之間的熱量和水分交換時(shí)，可能存在一定的誤差，這也會(huì)對(duì)模擬結(jié)果產(chǎn)生影響。初始場(chǎng)誤差也是導(dǎo)致模擬誤差的重要因素之一。數(shù)值模擬的初始場(chǎng)是通過(guò)對(duì)各種觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行同化得到的，但觀測(cè)數(shù)據(jù)本身存在一定的誤差和不確定性，且觀測(cè)站點(diǎn)的分布往往不均勻，在一些地區(qū)觀測(cè)站點(diǎn)稀疏，這就使得初始場(chǎng)的準(zhǔn)確性受到限制。在同化過(guò)程中，由于同化算法的局限性和對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)的權(quán)重分配等問(wèn)題，也可能導(dǎo)致初始場(chǎng)存在誤差。初始場(chǎng)中的溫度、濕度、風(fēng)場(chǎng)等氣象要素的誤差會(huì)隨著模擬過(guò)程的進(jìn)行而逐漸傳播和放大，從而對(duì)模擬結(jié)果產(chǎn)生較大的影響。在本次模擬中，初始場(chǎng)的溫度誤差可能導(dǎo)致模擬的冷空氣入侵時(shí)間和強(qiáng)度出現(xiàn)偏差，進(jìn)而影響降雪的開(kāi)始時(shí)間和強(qiáng)度；初始場(chǎng)的濕度誤差可能導(dǎo)致模擬的水汽含量和分布與實(shí)際不符，從而影響降雪的形成和發(fā)展。除了上述主要因素外，模擬誤差還可能受到其他因素的影響。模式的分辨率雖然在一定程度上能夠影響模擬結(jié)果的精度，但即使采用了較高的分辨率，也難以完全捕捉到所有的小尺度天氣系統(tǒng)和物理過(guò)程。在實(shí)際大氣中，存在著各種尺度的天氣系統(tǒng)，從大尺度的行星尺度系統(tǒng)到小尺度的對(duì)流尺度系統(tǒng)，小尺度系統(tǒng)的變化往往對(duì)暴雪的形成和發(fā)展有著重要的影響。但由于模式分辨率的限制，一些小尺度的天氣系統(tǒng)可能無(wú)法被準(zhǔn)確模擬，從而導(dǎo)致模擬結(jié)果與實(shí)際存在偏差。此外，觀測(cè)數(shù)據(jù)的時(shí)間分辨率也會(huì)對(duì)模擬結(jié)果產(chǎn)生影響。若觀測(cè)數(shù)據(jù)的時(shí)間分辨率較低，就難以準(zhǔn)確捕捉到氣象要素在短時(shí)間內(nèi)的快速變化，這也會(huì)在一定程度上影響初始場(chǎng)的準(zhǔn)確性和模擬結(jié)果的精度。大氣中的一些復(fù)雜物理過(guò)程，如氣溶膠的作用、化學(xué)反應(yīng)等，目前在模式中還難以得到準(zhǔn)確的描述和模擬，這些因素也可能對(duì)模擬結(jié)果產(chǎn)生一定的影響。五、診斷分析5.1環(huán)流形勢(shì)分析5.1.1500hPa環(huán)流形勢(shì)在本次暴雪天氣過(guò)程發(fā)生前，500hPa高度上呈現(xiàn)出較為穩(wěn)定的環(huán)流形勢(shì)。歐亞大陸中高緯度地區(qū)，烏拉爾山地區(qū)為強(qiáng)大的暖高壓脊所控制，其脊線呈東北-西南走向，強(qiáng)度較強(qiáng)，位勢(shì)高度達(dá)到了[X]位勢(shì)什米以上。在其東側(cè)，西伯利亞地區(qū)為極渦活動(dòng)區(qū)域，極渦主體位置相對(duì)偏北，中心位于[具體經(jīng)緯度]附近，位勢(shì)高度低于[X]位勢(shì)什米。貝加爾湖地區(qū)則受暖高壓脊的影響，位勢(shì)高度較高，在該區(qū)域形成了明顯的鞍形場(chǎng)結(jié)構(gòu)。這種環(huán)流形勢(shì)使得冷空氣在西伯利亞地區(qū)積聚，為后續(xù)的南下提供了條件，而暖高壓脊的存在則對(duì)冷空氣的移動(dòng)路徑和速度產(chǎn)生了一定的引導(dǎo)和制約作用。隨著時(shí)間的推移，在降雪開(kāi)始前[具體時(shí)間]，極渦分裂出一股冷空氣開(kāi)始東移南壓。這股冷空氣的南下使得貝加爾湖暖高壓脊的經(jīng)向度加大，其東移過(guò)程中與周圍系統(tǒng)的相互作用導(dǎo)致暖區(qū)溫度梯度和位勢(shì)高度梯度均明顯加大。在研究區(qū)域上空，500hPa高度上的最大風(fēng)速迅速增大，達(dá)到了[X]m/s，強(qiáng)風(fēng)的出現(xiàn)表明高空鋒區(qū)開(kāi)始加強(qiáng)并逐漸影響該地區(qū)，為降雪的開(kāi)始創(chuàng)造了動(dòng)力條件。隨著系統(tǒng)的進(jìn)一步東移和加強(qiáng)，降雪量逐漸增大。在降雪過(guò)程中，高空鋒區(qū)位置與暴雪區(qū)域有較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，鋒區(qū)的移動(dòng)和變化直接影響著降雪區(qū)域的位置和范圍。當(dāng)高空鋒區(qū)位于研究區(qū)域上空時(shí)，該區(qū)域處于鋒區(qū)的影響范圍內(nèi)，冷暖空氣交匯強(qiáng)烈，有利于降雪的持續(xù)和增強(qiáng)。在21日20時(shí)，隨著強(qiáng)鋒區(qū)移出研究區(qū)域上空，該區(qū)域上空的風(fēng)速逐漸減小，長(zhǎng)春站上空風(fēng)速減為[X]m/s，此時(shí)研究區(qū)域上空均為強(qiáng)冷空氣控制，暖濕空氣被擠出，降水過(guò)程至此結(jié)束。這表明500hPa高度上的環(huán)流形勢(shì)，尤其是高空鋒區(qū)的演變，對(duì)本次暴雪天氣的發(fā)生、發(fā)展和結(jié)束起到了重要的作用。它不僅為降雪提供了動(dòng)力條件，還通過(guò)引導(dǎo)冷空氣和暖濕空氣的交匯，決定了降雪區(qū)域的位置和范圍。5.1.2700hPa環(huán)流形勢(shì)在700hPa高度上，本次暴雪天氣過(guò)程前期，研究區(qū)域受西南氣流的影響，風(fēng)速一般在[X]m/s左右。這種西南氣流為研究區(qū)域帶來(lái)了較為充沛的水汽，其水汽含量相對(duì)較高，比濕達(dá)到了[X]g/kg左右。隨著天氣系統(tǒng)的演變，在降雪開(kāi)始前[具體時(shí)間]，700hPa高度上的低值系統(tǒng)分裂出高空短波槽。該短波槽以偏西方向移動(dòng)，其移動(dòng)速度約為[X]經(jīng)度/小時(shí)。在短波槽的前部，西南氣流明顯加強(qiáng)，形成了一支低空急流，急流中心風(fēng)速達(dá)到了[X]m/s以上。這支低空急流對(duì)水汽的輸送起到了關(guān)鍵作用，它將來(lái)自低緯度地區(qū)的暖濕水汽源源不斷地輸送到研究區(qū)域，為暴雪的形成提供了充足的水汽供應(yīng)。在低空急流的前方，研究區(qū)域與西南風(fēng)形成了明顯的輻合區(qū)域。輻合區(qū)域內(nèi)，空氣的水平運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致水汽不斷聚集，輻合強(qiáng)度達(dá)到了[X]s?1。這種水汽的輻合上升運(yùn)動(dòng)使得水汽在上升過(guò)程中遇冷凝結(jié)，為降雪的形成提供了有利的動(dòng)力和水汽條件。通過(guò)對(duì)散度場(chǎng)的分析發(fā)現(xiàn)，在強(qiáng)降雪期間，研究區(qū)域存在明顯的低層輻合，散度值為負(fù)值，達(dá)到了[X]s?1。這種低層輻合有利于空氣的上升運(yùn)動(dòng)，進(jìn)一步促進(jìn)了水汽的凝結(jié)和降雪的發(fā)展。在降雪過(guò)程中，700hPa高度上的位勢(shì)高度場(chǎng)也發(fā)生了明顯的變化。隨著冷空氣的南下和暖濕空氣的輻合上升，位勢(shì)高度場(chǎng)出現(xiàn)了明顯的波動(dòng)，形成了局部的低槽和低渦系統(tǒng)。這些低槽和低渦系統(tǒng)的存在進(jìn)一步加強(qiáng)了空氣的垂直上升運(yùn)動(dòng)和水汽的輻合，使得降雪強(qiáng)度進(jìn)一步增大。700hPa高度上的環(huán)流形勢(shì)，尤其是低空急流和輻合區(qū)域的形成，對(duì)本次暴雪天氣的水汽輸送和動(dòng)力條件產(chǎn)生了重要影響，是暴雪形成和發(fā)展的關(guān)鍵因素之一。5.1.3850hPa環(huán)流形勢(shì)850hPa高度上，在暴雪天氣發(fā)生前，研究區(qū)域受地面暖低壓的影響，盛行偏南風(fēng)，風(fēng)速在[X]m/s左右。偏南風(fēng)從較低緯度地區(qū)帶來(lái)了暖濕空氣，使得研究區(qū)域的氣溫相對(duì)較高，濕度較大，為降雪提供了暖濕的環(huán)境條件。在降雪開(kāi)始前，850hPa高度上的風(fēng)場(chǎng)發(fā)生了明顯變化，出現(xiàn)了明顯的切變線。切變線位于[具體位置]，呈東北-西南走向。切變線的南側(cè)為偏南氣流，北側(cè)為偏東氣流，兩者之間的風(fēng)速和風(fēng)向存在明顯的差異。切變線的存在使得空氣在其附近產(chǎn)生強(qiáng)烈的輻合上升運(yùn)動(dòng)，輻合強(qiáng)度達(dá)到了[X]s?1。這種輻合上升運(yùn)動(dòng)促使暖濕空氣迅速上升，水汽在上升過(guò)程中冷卻凝結(jié)，為暴雪的形成提供了強(qiáng)大的動(dòng)力支持。在切變線的影響下，研究區(qū)域內(nèi)形成了多個(gè)中尺度的輻合中心。這些輻合中心的尺度較小，水平范圍一般在[X]公里左右，但輻合強(qiáng)度較大，散度值可達(dá)[X]s?1。中尺度輻合中心的存在使得水汽在局部區(qū)域高度集中，進(jìn)一步加強(qiáng)了降雪的強(qiáng)度和范圍。通過(guò)對(duì)850hPa高度上的溫度場(chǎng)和濕度場(chǎng)分析發(fā)現(xiàn)，在切變線附近，溫度梯度和濕度梯度都非常明顯。暖濕空氣在切變線附近與冷空氣交匯，形成了鋒區(qū)結(jié)構(gòu)。鋒區(qū)的存在進(jìn)一步加強(qiáng)了空氣的垂直上升運(yùn)動(dòng)和水汽的輻合，使得降雪更加劇烈。在降雪過(guò)程中，850hPa高度上的切變線和中尺度輻合中心不斷移動(dòng)和演變。它們的移動(dòng)方向和速度與500hPa和700hPa高度上的天氣系統(tǒng)密切相關(guān)。隨著切變線和中尺度輻合中心的移動(dòng)，降雪區(qū)域也隨之發(fā)生變化，降雪強(qiáng)度和范圍也相應(yīng)地發(fā)生改變。850hPa高度上的環(huán)流形勢(shì)，尤其是切變線和中尺度輻合中心的形成和演變，對(duì)本次暴雪天氣的動(dòng)力條件和降雪區(qū)域的變化產(chǎn)生了重要影響，是導(dǎo)致暴雪形成和發(fā)展的重要因素之一。5.2物理量場(chǎng)診斷5.2.1水汽條件分析水汽條件是暴雪形成的重要基礎(chǔ)，充足的水汽供應(yīng)對(duì)于暴雪的發(fā)生和發(fā)展起著關(guān)鍵作用。通過(guò)對(duì)水汽通量和水汽通量散度的分析，可以深入了解水汽的來(lái)源、輸送路徑以及在研究區(qū)域內(nèi)的輻合輻散情況。利用NCEP再分析資料，計(jì)算了本次暴雪天氣過(guò)程中不同高度層的水汽通量。結(jié)果顯示，在850hPa高度上，水汽通量的大值區(qū)主要位于研究區(qū)域的西南方向，呈現(xiàn)出一條明顯的水汽輸送帶。水汽通量的方向大致為西南-東北向，表明水汽主要來(lái)自于低緯度的海洋地區(qū)，通過(guò)西南氣流的輸送向研究區(qū)域移動(dòng)。在20日08時(shí)，850hPa高度上的水汽通量中心值達(dá)到了[X]g/(cm?hPa?s)，且水汽輸送帶的寬度較寬，約為[X]公里。隨著時(shí)間的推移，水汽輸送帶逐漸向東北方向移動(dòng)，強(qiáng)度也略有增強(qiáng)。到20日20時(shí)，水汽通量中心值增大到[X]g/(cm?hPa?s)，水汽輸送帶覆蓋了研究區(qū)域的大部分地區(qū)，為暴雪的發(fā)生提供了充足的水汽來(lái)源。在700hPa高度上，水汽通量的分布與850hPa高度上具有一定的相似性，但水汽通量的數(shù)值相對(duì)較小。水汽通量的大值區(qū)同樣位于研究區(qū)域的西南方向，水汽輸送方向也為西南-東北向。在20日08時(shí)，700hPa高度上的水汽通量中心值為[X]g/(cm?hPa?s)，水汽輸送帶的寬度相對(duì)較窄，約為[X]公里。隨著時(shí)間的推進(jìn)，水汽輸送帶逐漸向東北方向移動(dòng)，強(qiáng)度也有所增強(qiáng)。到20日20時(shí)，水汽通量中心值增加到[X]g/(cm?hPa?s)，水汽輸送帶進(jìn)一步覆蓋了研究區(qū)域，與850hPa高度上的水汽輸送帶相互配合，共同為暴雪的形成提供了水汽條件。水汽通量散度反映了水汽在某一區(qū)域內(nèi)的輻合輻散情況，對(duì)暴雪的形成具有重要指示意義。當(dāng)水汽通量散度為負(fù)值時(shí)，表明水汽在該區(qū)域內(nèi)輻合，有利于降水的形成；反之，當(dāng)水汽通量散度為正值時(shí)，水汽在該區(qū)域內(nèi)輻散，不利于降水。在本次暴雪天氣過(guò)程中，通過(guò)計(jì)算不同高度層的水汽通量散度發(fā)現(xiàn)，在暴雪發(fā)生區(qū)域，850hPa和700hPa高度上均存在明顯的水汽通量散度負(fù)值中心。在20日08時(shí)，850hPa高度上的水汽通量散度負(fù)值中心位于研究區(qū)域的[具體位置]，中心值達(dá)到了[-X]×10??g/(cm2?hPa?s)。隨著時(shí)間的發(fā)展，水汽通量散度負(fù)值中心逐漸向東北方向移動(dòng)，強(qiáng)度也有所增強(qiáng)。到20日20時(shí)，水汽通量散度負(fù)值中心值增大到[-X]×10??g/(cm2?hPa?s)，且負(fù)值中心的范圍擴(kuò)大，覆蓋了研究區(qū)域的大部分地區(qū)，表明此時(shí)水汽在該區(qū)域內(nèi)強(qiáng)烈輻合，為暴雪的發(fā)生提供了有利的水汽條件。在700hPa高度上，水汽通量散度的變化趨勢(shì)與850hPa高度上相似。在20日08時(shí)，700hPa高度上的水汽通量散度負(fù)值中心位于研究區(qū)域的[具體位置]，中心值為[-X]×10??g/(cm2?hPa?s)。隨著時(shí)間的推移，水汽通量散度負(fù)值中心逐漸向東北方向移動(dòng)，強(qiáng)度增強(qiáng)。到20日20時(shí)，水汽通量散度負(fù)值中心值增大到[-X]×10??g/(cm2?hPa?s)，負(fù)值中心的范圍也有所擴(kuò)大，與850hPa高度上的水汽通量散度負(fù)值中心相互配合，進(jìn)一步加強(qiáng)了水汽在研究區(qū)域內(nèi)的輻合，促進(jìn)了暴雪的形成和發(fā)展。通過(guò)對(duì)水汽通量和水汽通量散度的垂直分布分析發(fā)現(xiàn)，水汽主要集中在對(duì)流層中下層，且在暴雪發(fā)生前，水汽通量和水汽通量散度的高值區(qū)在垂直方向上具有較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。在對(duì)流層中下層，水汽通量和水汽通量散度的垂直梯度較大，表明水汽在該區(qū)域內(nèi)的輸送和輻合較為強(qiáng)烈。這種垂直分布特征有利于水汽的聚集和上升運(yùn)動(dòng)的發(fā)展，為暴雪的形成提供了有利的條件。5.2.2動(dòng)力條件分析動(dòng)力條件在暴雪天氣的形成過(guò)程中起著至關(guān)重要的作用，它決定了空氣的垂直運(yùn)動(dòng)、渦旋的生成和發(fā)展以及氣流的輻合輻散等，這些因素直接影響著暴雪的發(fā)生、發(fā)展和強(qiáng)度。通過(guò)對(duì)垂直速度、渦度和散度等物理量的分析，可以深入探究暴雪發(fā)生的動(dòng)力機(jī)制。垂直速度是反映大氣垂直運(yùn)動(dòng)的重要物理量，強(qiáng)烈的上升運(yùn)動(dòng)是暴雪形成的關(guān)鍵動(dòng)力條件之一。利用NCEP再分析資料，計(jì)算了本次暴雪天氣過(guò)程中不同高度層的垂直速度。結(jié)果顯示，在暴雪發(fā)生區(qū)域，對(duì)流層中下層存在明顯的上升運(yùn)動(dòng)，且上升運(yùn)動(dòng)的強(qiáng)度與暴雪的發(fā)展密切相關(guān)。在20日08時(shí)，700hPa高度上的垂直速度中心值達(dá)到了[-X]Pa/s，表明此時(shí)該區(qū)域存在較強(qiáng)的上升運(yùn)動(dòng)。隨著時(shí)間的推移，上升運(yùn)動(dòng)逐漸增強(qiáng)，到20日20時(shí)，700hPa高度上的垂直速度中心值增大到[-X]Pa/s，上升運(yùn)動(dòng)的范圍也有所擴(kuò)大。在850hPa高度上，垂直速度的變化趨勢(shì)與700hPa高度上相似，在20日08時(shí)，垂直速度中心值為[-X]Pa/s，到20日20時(shí)，垂直速度中心值增大到[-X]Pa/s。這種強(qiáng)烈的上升運(yùn)動(dòng)使得暖濕空氣迅速上升，水汽在上升過(guò)程中冷卻凝結(jié)，從而為暴雪的形成提供了必要的動(dòng)力條件。進(jìn)一步分析垂直速度的垂直分布發(fā)現(xiàn)，上升運(yùn)動(dòng)在對(duì)流層中下層最為強(qiáng)烈，且隨著高度的增加，上升運(yùn)動(dòng)逐漸減弱。在1000-700hPa高度范圍內(nèi)，垂直速度的垂直梯度較大，表明該區(qū)域內(nèi)的上升運(yùn)動(dòng)較為劇烈。這種垂直分布特征有利于水汽在對(duì)流層中下層的聚集和凝結(jié)，促進(jìn)了暴雪的形成。在對(duì)流層高層，垂直速度較小，甚至出現(xiàn)了下沉運(yùn)動(dòng)，這可能是由于高層大氣的輻散作用導(dǎo)致的。高層的下沉運(yùn)動(dòng)與中下層的上升運(yùn)動(dòng)相互配合，形成了有利于暴雪發(fā)展的垂直環(huán)流結(jié)構(gòu)。渦度是衡量空氣旋轉(zhuǎn)程度的物理量，正渦度的發(fā)展和維持有利于氣旋性環(huán)流的形成和加強(qiáng)，從而為暴雪的發(fā)生提供動(dòng)力支持。在本次暴雪天氣過(guò)程中，通過(guò)計(jì)算不同高度層的渦度發(fā)現(xiàn)，在暴雪發(fā)生區(qū)域，850hPa和700hPa高度上均存在明顯的正渦度中心。在20日08時(shí)，850hPa高度上的正渦度中心位于研究區(qū)域的[具體位置]，中心值達(dá)到了[X]×10??s?1。隨著時(shí)間的發(fā)展，正渦度中心逐漸向東北方向移動(dòng)，強(qiáng)度也有所增強(qiáng)。到20日20時(shí)，正渦度中心值增大到[X]×10??s?1，且正渦度中心的范圍擴(kuò)大，覆蓋了研究區(qū)域的大部分地區(qū)，表明此時(shí)氣旋性環(huán)流得到了加強(qiáng)，為暴雪的發(fā)生提供了更有利的動(dòng)力條件。在700hPa高度上，渦度的變化趨勢(shì)與850hPa高度上相似。在20日08時(shí)，700hPa高度上的正渦度中心位于研究區(qū)域的[具體位置]，中心值為[X]×10??s?1。隨著時(shí)間的推移，正渦度中心逐漸向東北方向移動(dòng)，強(qiáng)度增強(qiáng)。到20日20時(shí)，正渦度中心值增大到[X]×10??s?1，正渦度中心的范圍也有所擴(kuò)大，與850hPa高度上的正渦度中心相互配合，進(jìn)一步加強(qiáng)了氣旋性環(huán)流，促進(jìn)了暴雪的發(fā)展。散度反映了空氣在水平方向上的輻合輻散情況，低層的輻合和高層的輻散有利于垂直上升運(yùn)動(dòng)的發(fā)展，從而為暴雪的形成提供動(dòng)力條件。在本次暴雪天氣過(guò)程中，通過(guò)計(jì)算不同高度層的散度發(fā)現(xiàn)，在暴雪發(fā)生區(qū)域，850hPa高度上存在明顯的輻合中心，而在200hPa高度上存在明顯的輻散中心。在20日08時(shí)，850hPa高度上的散度中心值達(dá)到了[-X]×10??s?1，表明此時(shí)該區(qū)域存在較強(qiáng)的輻合運(yùn)動(dòng)。隨著時(shí)間的發(fā)展，輻合中心逐漸向東北方向移動(dòng)，強(qiáng)度也有所增強(qiáng)。到20日20時(shí)，散度中心值增大到[-X]×10??s?1，輻合中心的范圍擴(kuò)大，覆蓋了研究區(qū)域的大部分地區(qū)，表明此時(shí)低層的輻合運(yùn)動(dòng)得到了加強(qiáng)，有利于暖濕空氣的聚集和上升運(yùn)動(dòng)的發(fā)展。在200hPa高度上，散度的變化趨勢(shì)與850hPa高度上相反。在20日08時(shí)，200hPa高度上的散度中心值為[X]×10??s?1，表明此時(shí)該區(qū)域存在較強(qiáng)的輻散運(yùn)動(dòng)。隨著時(shí)間的推移，輻散中心逐漸向東北方向移動(dòng)，強(qiáng)度增強(qiáng)。到20日20時(shí)，散度中心值增大到[X]×10??s?1，輻散中心的范圍也有所擴(kuò)大，與850hPa高度上的輻合中心相互配合，形成了有利于垂直上升運(yùn)動(dòng)發(fā)展的動(dòng)力結(jié)構(gòu)，促進(jìn)了暴雪的形成和發(fā)展。5.2.3熱力條件分析熱力條件是影響暴雪形成和發(fā)展的重要因素之一，它與大氣的垂直運(yùn)動(dòng)、水汽的凝結(jié)以及降雪的形態(tài)和強(qiáng)度密切相關(guān)。通過(guò)對(duì)溫度平流和假相當(dāng)位溫等物理量的分析，可以深入探究熱力條件對(duì)暴雪的影響。溫度平流是指由于水平溫度梯度的存在，空氣在水平運(yùn)動(dòng)過(guò)程中所攜帶的熱量輸送，它對(duì)大氣的熱力狀態(tài)和垂直運(yùn)動(dòng)有著重要影響。在本次暴雪天氣過(guò)程中，利用NCEP再分析資料計(jì)算了不同高度層的溫度平流。結(jié)果顯示，在降雪開(kāi)始前，850hPa高度上研究區(qū)域主要受暖平流的影響，暖平流中心位于研究區(qū)域的[具體位置]，中心值達(dá)到了[X]×10??℃/s。暖平流的存在使得該區(qū)域的氣溫逐漸升高，空氣的不穩(wěn)定層結(jié)增強(qiáng)，有利于對(duì)流的發(fā)展。隨著冷空氣的逐漸入侵，暖平流的強(qiáng)度逐漸減弱，到降雪開(kāi)始時(shí)，暖平流中心值減小到[X]×10??℃/s。同時(shí)，在研究區(qū)域的北部開(kāi)始出現(xiàn)冷平流，冷平流中心位于[具體位置]，中心值為[-X]×10??℃/s。冷平流的入侵使得該區(qū)域的氣溫迅速下降，冷暖空氣交匯，形成了鋒面系統(tǒng)，進(jìn)一步加強(qiáng)了大氣的垂直上升運(yùn)動(dòng)，為暴雪的發(fā)生提供了有利的熱力條件。在700hPa高度上，溫度平流的變化趨勢(shì)與850hPa高度上相似。在降雪開(kāi)始前，700hPa高度上研究區(qū)域主要受暖平流的影響，暖平流中心值為[X]×10??℃/s。隨著冷空氣的入侵，暖平流強(qiáng)度減弱，冷平流開(kāi)始出現(xiàn)并逐漸增強(qiáng)。到降雪開(kāi)始時(shí)，冷平流中心值達(dá)到了[-X]×10??℃/s。這種冷暖平流的交替變化，使得大氣的熱力狀態(tài)發(fā)生了顯著改變，促進(jìn)了鋒面系統(tǒng)的發(fā)展和加強(qiáng)，對(duì)暴雪的形成和發(fā)展起到了重要作用。假相當(dāng)位溫是一個(gè)綜合反映大氣濕熱力狀態(tài)的物理量，其分布和變化能夠反映大氣的不穩(wěn)定程度和水汽含量。在本次暴雪天氣過(guò)程中，通過(guò)計(jì)算假相當(dāng)位溫發(fā)現(xiàn)，在降雪開(kāi)始前，研究區(qū)域內(nèi)假相當(dāng)位溫的高值區(qū)主要位于[具體位置]，中心值達(dá)到了[X]K。高值區(qū)的假相當(dāng)位溫表明該區(qū)域存在暖濕空氣，水汽含量較高，大氣處于不穩(wěn)定狀態(tài)。隨著降雪過(guò)程的發(fā)展，假相當(dāng)位溫的高值區(qū)逐漸向東北方向移動(dòng)，且范圍有所擴(kuò)大。在暴雪中心區(qū)域，假相當(dāng)位溫的梯度較大，表明冷暖空氣交匯強(qiáng)烈，大氣的不穩(wěn)定程度較高，有利于降雪的形成和增強(qiáng)。進(jìn)一步分析假相當(dāng)位溫的垂直分布發(fā)現(xiàn)，在對(duì)流層中下層，假相當(dāng)位溫隨高度的降低而減小，存在明顯的遞減率。這種垂直分布特征表明對(duì)流層中下層存在不穩(wěn)定層結(jié)，有利于對(duì)流的發(fā)展和上升運(yùn)動(dòng)的維持。在對(duì)流層高層，假相當(dāng)位溫的變化相對(duì)較小，表明高層大氣相對(duì)穩(wěn)定。對(duì)流層中下層的不穩(wěn)定層結(jié)與高層的相對(duì)穩(wěn)定相互配合，形成了有利于暴雪發(fā)展的熱力結(jié)構(gòu)。在暴雪發(fā)生時(shí)，假相當(dāng)位溫的高值區(qū)與垂直上升運(yùn)動(dòng)的高值區(qū)具有較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，表明假相當(dāng)位溫的分布和變化對(duì)暴雪的形成和發(fā)展具有重要的指示作用。5.3中尺度系統(tǒng)分析中尺度系統(tǒng)在暴雪的發(fā)展和維持過(guò)程中扮演著關(guān)鍵角色，對(duì)其進(jìn)行深入分析有助于揭示暴雪天氣的精細(xì)化特征和物理機(jī)制。在本次暴雪天氣過(guò)程中，通過(guò)對(duì)多種觀測(cè)資料和數(shù)值模擬結(jié)果的綜合分析，發(fā)現(xiàn)存在多個(gè)中尺度系統(tǒng)，如中尺度低渦、切變線和輻合線等，它們相互作用，共同影響著暴雪的發(fā)展和維持。中尺度低渦是本次暴雪過(guò)程中的重要中尺度系統(tǒng)之一。在暴雪發(fā)生前，850hPa高度上在研究區(qū)域的[具體位置]附近出現(xiàn)了一個(gè)中尺度低渦。該低渦的水平尺度約為[X]公里，中心氣壓比周圍低[X]hPa左右。低渦的形成與冷空氣的侵入和暖濕空氣的輻合上升密切相關(guān)。冷空氣的南下使得暖濕空氣在局部區(qū)域受到強(qiáng)烈的抬升作用，形成了氣旋性的環(huán)流，進(jìn)而發(fā)展為中尺度低渦。中尺度低渦的存在加強(qiáng)了空氣的垂直上升運(yùn)動(dòng)，使得暖濕空氣能夠更充分地上升冷卻，水汽凝結(jié)成雪，從而促進(jìn)了暴雪的發(fā)展。在低渦中心附近，垂直速度明顯增大，達(dá)到了[-X]Pa/s以上，為暴雪的形成提供了強(qiáng)大的動(dòng)力支持。低渦的移動(dòng)路徑和強(qiáng)度變化對(duì)暴雪的落區(qū)和強(qiáng)度產(chǎn)生了重要影響。隨著低渦逐漸向東北方向移動(dòng)，暴雪區(qū)域也隨之向東北方向擴(kuò)展，降雪強(qiáng)度在低渦中心附近明顯增強(qiáng)。切變線也是本次暴雪過(guò)程中較為顯著的中尺度系統(tǒng)。在700hPa高度上，研究區(qū)域內(nèi)存在一條明顯的切變線，呈東北-西南走向。切變線兩側(cè)的風(fēng)速和風(fēng)向存在明顯差異，南側(cè)為西南風(fēng)，風(fēng)速一般在[X]m/s左右；北側(cè)為偏東風(fēng)，風(fēng)速相對(duì)較小，一般在[X]m/s左右。切變線的存在使得空氣在其附近產(chǎn)生強(qiáng)烈的輻合上升運(yùn)動(dòng)，為暴雪的形成提供了有利的動(dòng)力條件。在切變線附近，水汽通量散度明顯減小，達(dá)到了[-X]×10??g/(cm2?hPa?s)，表明水汽在該區(qū)域強(qiáng)烈輻合。這種水汽的輻合上升運(yùn)動(dòng)使得水汽在上升過(guò)程中冷卻凝結(jié)，形成降雪。切變線的位置和強(qiáng)度變化與暴雪的發(fā)展密切相關(guān)。當(dāng)切變線位置穩(wěn)定時(shí)，暴雪區(qū)域也相對(duì)穩(wěn)定，降雪強(qiáng)度維持在一定水平；當(dāng)切變線發(fā)生移動(dòng)或強(qiáng)度增強(qiáng)時(shí)，暴雪區(qū)域會(huì)相應(yīng)地發(fā)生變化，降雪強(qiáng)度也會(huì)增強(qiáng)。輻合線在本次暴雪過(guò)程中同樣發(fā)揮了重要作用。在地面和低空，研究區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)了多條中尺度輻合線。這些輻合線的尺度較小，水平范圍一般在[X]公里左右，但輻合強(qiáng)度較大。在輻合線附近，風(fēng)場(chǎng)存在明顯的輻合特征，風(fēng)速和風(fēng)向的變化導(dǎo)致空氣在該區(qū)域聚集。這種輻合作用使得水汽不斷向輻合線附近集中，水汽含量明顯增加，比濕達(dá)到了[X]g/kg以上。同時(shí)，輻合線的存在還加強(qiáng)了空氣的垂直上升運(yùn)動(dòng)，垂直速度在輻合線附近增大，達(dá)到了[-X]Pa/s。強(qiáng)烈的水汽輻合和上升運(yùn)動(dòng)使得輻合線附近成為暴雪的高發(fā)區(qū)域，降雪強(qiáng)度較大。多條輻合線的相互作用還會(huì)導(dǎo)致暴雪區(qū)域的擴(kuò)展和降雪強(qiáng)度的增強(qiáng)。當(dāng)兩條或多條輻合線交匯時(shí)，會(huì)形成更強(qiáng)的輻合中心，使得水汽更加集中，上升運(yùn)動(dòng)更加劇烈，從而導(dǎo)致降雪強(qiáng)度進(jìn)一步增大，暴雪區(qū)域進(jìn)一步擴(kuò)大。中尺度低渦、切變線和輻合線等中尺度系統(tǒng)在本次暴雪天氣過(guò)程中相互作用，共同影響著暴雪的發(fā)展和維持。中尺度低渦通過(guò)加強(qiáng)垂直上升運(yùn)動(dòng)，為暴雪的形成提供動(dòng)力支持；切變線通過(guò)導(dǎo)致空氣輻合上升和水汽聚集，促進(jìn)了暴雪的發(fā)展；輻合線則通過(guò)進(jìn)一步加強(qiáng)水汽輻合和上升運(yùn)動(dòng)，使得暴雪區(qū)域更加集中，降雪強(qiáng)度更大。這些中尺度系統(tǒng)的演變和相互作用過(guò)程復(fù)雜，對(duì)它們的深入研究有助于提高對(duì)暴雪天氣的認(rèn)識(shí)和預(yù)報(bào)能力。六、暴雪形成機(jī)制探討6.1多因素相互作用本次暴雪天氣的形成是多種因素相互作用的復(fù)雜結(jié)果，冷空氣與暖濕氣流的交匯、地形的作用以及中尺度系統(tǒng)的觸發(fā)在其中發(fā)揮了關(guān)鍵作用。冷空氣與暖濕氣流的交匯為暴雪的形成提供了基本條件。在本次暴雪過(guò)程中，強(qiáng)盛的冷空氣從高緯度地區(qū)迅速南下，其勢(shì)力強(qiáng)大，溫度極低。與此同時(shí)，來(lái)自低緯度海洋的暖濕氣流攜帶大量水汽向北方推進(jìn)。當(dāng)這兩股性質(zhì)截然不同的氣流在研究區(qū)域相遇時(shí)，冷暖空氣之間形成了強(qiáng)烈的溫度梯度和濕度梯度。暖濕空氣在冷空氣的抬升作用下，被迫上升，隨著高度的增加，氣溫迅速降低，水汽達(dá)到過(guò)飽和狀態(tài)，進(jìn)而凝結(jié)成冰晶和水滴，為降雪提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。這種冷暖空氣的強(qiáng)烈交匯，使得鋒面附近的大氣不穩(wěn)定度增加，為暴雪的發(fā)展提供了動(dòng)力條件。在[具體時(shí)間]，冷空氣與暖濕氣流在[具體地點(diǎn)]交匯，形成了一條明顯的冷鋒，鋒面附近的垂直上升運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈，垂直速度達(dá)到了[-X]Pa/s以上，促使大量水汽凝結(jié)成雪，降雪強(qiáng)度迅速增大。地形對(duì)暴雪的形成和發(fā)展有著不可忽視的影響。研究區(qū)域地形復(fù)雜，山脈、高原等地形地貌交錯(cuò)分布。當(dāng)暖濕氣流遇到山脈等地形阻擋時(shí)，會(huì)被迫沿山坡抬升，形成地形強(qiáng)迫上升運(yùn)動(dòng)。在[具體山脈名稱]地區(qū)，暖濕氣流在爬坡過(guò)程中，空氣不斷冷卻，水汽迅速凝結(jié)，使得該地區(qū)的降雪量明顯增大。地形的抬升作用還會(huì)導(dǎo)致氣流的輻合，進(jìn)一步加強(qiáng)垂直上升運(yùn)動(dòng)，促進(jìn)降雪的發(fā)展。山脈的存在還會(huì)改變冷空氣的移動(dòng)路徑和速度，使得冷空氣在山脈的迎風(fēng)坡和背風(fēng)坡產(chǎn)生不同的影響。在迎風(fēng)坡，冷空氣與暖濕氣流的交匯更加劇烈，降雪強(qiáng)度更大；而在背風(fēng)坡，由于地形的阻擋，冷空氣堆積，形成冷湖效應(yīng)，使得該地區(qū)的氣溫較低，降雪持續(xù)時(shí)間更長(zhǎng)。中尺度系統(tǒng)的觸發(fā)對(duì)暴雪的形成起到了關(guān)鍵作用。在本次暴雪過(guò)程中，中尺度低渦、切變線和輻合線等中尺度系統(tǒng)頻繁活動(dòng)。中尺度低渦的形成與發(fā)展加強(qiáng)了空氣的垂直上升運(yùn)動(dòng)，使得暖濕空氣能夠更充分地上升冷卻，水汽凝結(jié)成雪。在[具體時(shí)間]，850hPa高度上的中尺度低渦中心附近，垂直速度明顯增大，達(dá)到了[-X]Pa/s以上，降雪強(qiáng)度顯著增強(qiáng)。切變線和輻合線的存在則導(dǎo)致了空氣的輻合上升，使得水汽在局部區(qū)域高度集中，形成了強(qiáng)降雪中心。在700hPa高度上的切變線附近，水汽通量散度明顯減小，達(dá)到了[-X]×10??g/(cm2?hPa?s)，表明水汽在該區(qū)域強(qiáng)烈輻合，形成了一條狹窄的強(qiáng)降雪帶。這些中尺度系統(tǒng)的相互作用，使得暴雪的強(qiáng)度和范圍不斷擴(kuò)大。冷空氣與暖濕氣流的交匯、地形的作用以及中尺度系統(tǒng)的觸發(fā)等因素相互配合、相互影響，共同促成了本次暴雪天氣的形成和發(fā)展。這些因素的復(fù)雜相互作用機(jī)制，也為暴雪天氣預(yù)報(bào)帶來(lái)了巨大的挑戰(zhàn)，需要進(jìn)一步深入研究和探索。6.2概念模型構(gòu)建基于上述對(duì)本次暴雪天氣的數(shù)值模擬和診斷分析結(jié)果，構(gòu)建了該次暴雪天氣形成的概念模型，以直觀展示暴雪的形成過(guò)程和機(jī)制。在大尺度環(huán)流背景下，500hPa高度上，烏拉爾山地區(qū)為強(qiáng)大的暖高壓脊控制，西伯利亞地區(qū)則是極渦活動(dòng)區(qū)域，貝加爾湖地區(qū)受暖高壓脊影響形成鞍形場(chǎng)結(jié)構(gòu)。這種環(huán)流形勢(shì)使得冷空氣在西伯利亞地區(qū)積聚，為后續(xù)南下提供了條件。隨著極渦分裂出的冷空氣東移南壓，貝加爾湖暖高壓脊的經(jīng)向度加大，研究區(qū)域上空的高空鋒區(qū)開(kāi)始加強(qiáng)，500hPa高度上的最大風(fēng)速迅速增大，為降雪創(chuàng)造了動(dòng)力條件。在700hPa高度上，研究區(qū)域前期受西南氣流影響，帶來(lái)了較為充沛的水汽。隨著天氣系統(tǒng)演變，低值系統(tǒng)分裂出高空短波槽，短波槽前部的西南氣流加強(qiáng)，形成低空急流。低空急流將來(lái)自低緯度地區(qū)的暖濕水汽源源不斷地輸送到研究區(qū)域，在急流前方與西南風(fēng)形成輻合區(qū)域，水汽不斷聚集，為暴雪形成提供了充足的水汽供應(yīng)。850hPa高度上，研究區(qū)域前期受地面暖低壓影響，盛行偏南風(fēng)，帶來(lái)暖濕空氣。降雪開(kāi)始前，風(fēng)場(chǎng)出現(xiàn)明顯切變線，切變線南側(cè)為偏南氣流，北側(cè)為偏東氣流，兩者之間的風(fēng)速和風(fēng)向差異導(dǎo)致空氣在其附近強(qiáng)烈輻合上升，形成多個(gè)中尺度輻合中心。這些中尺度輻合中心使得水汽在局部區(qū)域高度集中，進(jìn)一步加強(qiáng)了降雪的強(qiáng)度和范圍。從水汽條件來(lái)看，水汽主要來(lái)自低緯度海洋地區(qū)，通過(guò)850hPa和700hPa高度上的西南氣流輸送到研究區(qū)域。在暴雪發(fā)生區(qū)域，850hPa和700hPa高度上均存在明顯的水汽通量散度負(fù)值中心，表明水汽在該區(qū)域強(qiáng)烈輻合，為暴雪形成提供了充足的水汽。動(dòng)力條件方面，對(duì)流層中下層存在明顯的上升運(yùn)動(dòng)，700hPa和850hPa高度上的垂直速度中心值在降雪過(guò)程中逐漸增大，上升運(yùn)動(dòng)范圍也不斷擴(kuò)大。同時(shí)，850hPa和700hPa高度上存在明顯的正渦度中心，氣旋性環(huán)流得到加強(qiáng)。850hPa高度上的輻合中心與200hPa高度上的輻散中心相互配合，形成了有利于垂直上升運(yùn)動(dòng)發(fā)展的動(dòng)力結(jié)構(gòu)。熱力條件上，降雪開(kāi)始前，850hPa和700hPa高度上研究區(qū)域主要受暖平流影響，氣溫逐漸升高，空氣不穩(wěn)定層結(jié)增強(qiáng)。隨著冷空氣入侵，暖平流減弱，冷平流出現(xiàn)并增強(qiáng)，冷暖空氣交匯形成鋒面系統(tǒng)，大氣垂直上升運(yùn)動(dòng)加強(qiáng)。假相當(dāng)位溫的高值區(qū)與垂直上升運(yùn)動(dòng)的高值區(qū)具有較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，表明假相當(dāng)位溫的分布和變化對(duì)暴雪形成和發(fā)展具有重要指示作用。中尺度系統(tǒng)在暴雪發(fā)展中也起著關(guān)鍵作用。850hPa高度上的中尺度低渦加強(qiáng)了空氣的垂直上升運(yùn)動(dòng)，700hPa高度上的切變線導(dǎo)致空氣輻合上升和水汽聚集，地面和低空的中尺度輻合線進(jìn)一步加強(qiáng)