论文摘要
2009年10月下旬末到11月中旬的初冬季节,北京发生了连续数场强降雪,历史罕见。特别是,11月1日和11月9日两次降雪过程均达到暴雪量级,11月1日的暴雪是北京过去60年以来雪量最大的冬季初雪,且初雪发生时间比常年提前了28天,降水性质由雨转为雪的变化成为预报员始料未及的预报失败点;而9日的暴雪过程则出现短时雪强骤增并伴随雷电现象。利用北京地区高时空分辨率的地面自动站资料、微波辐射计资料、风廓线数据、多普勒雷达数据、BJ-RUC数值预报资料以及6小时一次的NCEP再分析资料等,对2009年11月上旬影响北京地区特别是北京城区的这两次典型暴雪过程,即11月1日（简称“1101”过程）和11月9日（简称“1109”过程）,发生发展的环境条件和形成机制进行了细致的分析和对比,得到如下主要结论:1,“1101”和“1109”两次暴雪过程降雪强度大,持续时间也较长,对于北京地区而言,两场降雪均集中在中部与南部地区,城区为降雪中心区。然而,两次过程也存在明显区别:首先在两次过程相应时间的雪线以北,由于所受锋面系统的差异,雪区形状明显不同,分别为块状和带状,同时“1101”过程的降雪过程较为稳定,降雪强度均匀,而“1109”过程中有明显的降雪集中时段,并伴有打雷现象。2,两场暴雪过程,发生在东亚低槽冷空气南下早于和势力强于历史同期的气候背景条件下:2009年11月上半月,500hPa环流经向度明显强于常年,且东亚地区的槽较气候平均而言显著偏西;在东亚对流层中低层的40N-70N区域,冷空气较历史同期明显偏强,低层的冷空气活动更为频繁,从而有利于低槽冷空气影响北京和周边地区。3,在上述气候背景条件下,两次过程在大尺度环流形势上尽管有一些相似之处,如500hPa上均处于东亚低槽活动区内,低层有较强的锋区存在,位置在40°N至45°N之间等,但细节差异明显。包括:（1）500hPa上槽区内槽线的位置、形状不同。“1101”过程500hPa上受南北两支槽的影响,“1109”过程500hPa上则主要受准横槽（东亚低槽）的影响,华北东北地区始终受东亚低槽槽前偏西锋区控制。（2）850hPa上两次过程不仅高低压配置具有明显的不同,而且低层风环流和高度场/地面气压场也差异明显。“1101”过程850hPa高压前部北风与温度线几乎成垂直交角而“1109”过程风向（偏东风）与温度线几乎平行。（3）动力条件及其变化有差异。“1101”过程在降雪发生前存在显著的低层辐合,高层辐散的有利配置,同时配合有低层正涡度高层负涡度,由此产生了较强的上升运动,“1109”过程的大尺度动力条件并没有“1101”过程优越,但利用BJ-RUC（高分辨率快速循环同化预报模式系统）资料诊断发现,在降雪集中时段的动力条件还是较为理想的,辐合中心和正涡度区的强度均明显的强于其他的时次。（4）水汽来源存在差异。“1101”降雪过程的水汽来源于同一层次上的两个方向,水汽通道位于850hPa和其下的对流层低层;“1109”过程的水汽输送则来自于不同层次上的两个方向,700hPa上的西风带系统所携带的水汽加之850hPa上小股由渤海输送而来的水汽共同为“1109”过程的发生提供必要的水汽条件。4,针对“1101”暴雪过程产生机制的研究分析表明,此次暴雪过程是在500hPa东亚低槽斜压发展的背景下,在对流层低层冷暖空气剧烈交绥区,由华北特殊地形影响下的锢囚锋强迫所致:（1）伴随锢囚锋的形成,在北京西南形成狭窄水汽输送通道,连接华北锢囚锋区和来自两个不同方向的水汽输送汇合区,为锢囚锋的发生发展提供了必需的水汽条件;（2）锢囚锋区结构“浅薄”,且该锢囚锋的减弱与东路冷平流契入成熟锢囚锋区有关,冷平流从500-800m以下层契入后向上扩展,使得锢囚锋结构自下向上减弱消失;（3）该地形锢囚锋的东倾结构决定了降水落区位置,北京恰好处于地面锢囚锋东侧的锢囚锋区之中,故在锢囚锋整个生命阶段对应有降水;而锢囚锋浅薄的垂直结构则决定了其强迫抬升运动并不深厚,故北京暴雪是降雪持续时间较长、累积量大所形成的结果;（4）北京雨转雪的发生是因降雪前（即1日00时-08时）近地面层气温下降较快接近冰点的缘故,而这期间的降温主要源于雪前降雨在近地面层的蒸发冷却贡献;低层东路冷空气的平流作用则是降雪期间（即1日08时-14时）北京近地面气温维持较低的主因。5,针对“1109”暴雪过程产生的成因分析表明,此次暴雪过程是一次典型的冷锋影响下的降雪过程,其中对流层低层的中尺度扰动和对称不稳定共同促成了雪强的短时激增:（1）“1109”过程存在有非常明显的降雪集中时段,并且雪量在短时的较大增长主要发生在北京城区及以南的带状区域内（39.8N-40.2N）;对应降雪强度的激增（利用在9日23时左右）,北京城区地面自动站观测到气温和变温骤降,相对湿度突升的现象;在降雪密集的短时间段里,卫星云图上可见河北中部以及北京的中南部有非常明显的中尺度“带状”云系的发展,相应在多普勒天气雷达的反射率因子强度（接近40dbz）、垂直发展高度（达到7-8km）、强回波持续时间（约2小时）等方面亦表现出清楚的中尺度特征。（2）对地面连续自动风场观测分析发现,在雷电以及雪量激增发生前2小时左右,北京城区附近出现一条准东西走向的中-β尺度辐合线,维持至22:40分左右,暗示强降雪的发生与近地面层这一中-β尺度系统的生成有关。（3）基于观测和3km分辨率快速循环同化预报系统BJ-RUC预报结果的综合诊断显示,“1109”过程雪强的激增是对称不稳定机制所致。由于11月09日22:00-23:30左右,北京上空700hPa附近出现西南风小扰动,改变了相应层次温湿条件,继而在局部垂直层内（大约750-500hPa间）出现了对称不稳定;该对称不稳定的出现,为已经在沿天气尺度冷锋倾斜爬升的气流提供了自由倾斜向上发展的条件和能量,使得气流沿着冷锋加速上升,上升运动非常强劲,从而导致了地面雪量的短时激增并使雪伴雷电成为可能。