俄克拉荷马暴雪的个例分析外文翻译资料

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俄克拉荷马暴雪的个例分析

JOHN D. MARWITZ

国家强风暴实验所，诺曼，俄克拉荷马州

JIM TOTH

怀俄明大学，大气科学系，Laramie，怀俄明州

（1991年9月23日收到初稿，1992年6月15日定稿）

摘要:此次暴雪于1987年12月14日发生在俄克拉何马州中部。降雪持续到第二天，从俄克拉荷马州到密歇根州一线的积雪超过30厘米。俄克拉荷马州的雪来自于东北-西南走向的暖锋雪带。

天气数据的客观分析表明，锋生作用发生在暖锋区和暖锋周围的直接循环模式中。非地转风在暖锋上方，迫使条件不稳定的空气上升并释放其不稳定性。因此，雪带的强制机制是锋生强迫和对流浮力。

在俄克拉荷马州的诺曼市，利用NSSL多普勒雷达获得了一系列平面位置指示器的体积扫描结果。单多普勒分析技术用于计算雪带的中尺度运动学性质。在该雪带内释放特殊的雷达气球获得了一系列数据，该数据与雷达导出的运动学结构揭示了该雪带的中尺度热力学结构。

一、暴雪的介绍

在20世纪80年代有很多关于中尺度雪带暴雪的案例研究。这些案例研究主要关于波士顿地区（参见Seltzer等，1985; Sanders 1985; Wolfsberg等， 1986），丹佛地区（Dunn 1987）和俄克拉荷马城地区（Byrd1987; 1989）。在这些研究中，大多数作者的主要目标是讨论雪带的强迫机制是否可归因于条件对称不稳定性（CSI）或锋生强迫（Fg）。常规的天气探测加上几个特殊的探测可用于评估条件对称不稳定性与锋生强迫。在一些案例分析中，通过由Browning和Wexler（1968）描述的速度-方位角显示（VAD）技术的变化分析单多普勒雷达数据，进而推导出该雪带中气流的运动学理论。

20世纪80年代还整合并出版了大量东海岸风暴的案例研究。这些风暴中的典型例子是1979年2月18日至19日的总统日旋风。Bosart（1981）和Uccellini等人（1984年，1985年，1987年）详细描述了该风暴最初的发展阶段。随着这场风暴吹散了华盛顿几分米的雪， Whitaker等（1988）提出了一个基于模型的研究，它与快速发展阶段各种过程的相互作用有关。他们通过模型风场追踪低层的空气运动的轨迹。他们详细讨论了源于行星边界层南部低层的两个地块，一个是“冷输送带”的例子，而另一个是“暖输送带”的例子。这两个地块在经历墨西哥湾暖流时，由于增加的显热和潜热而变得对流不稳定。在地表低点以北上升时，两个地块以0.5-1.0 m/s的速度升至400 mb水平以上。

本文是关于1987年12月14日在俄克拉何马城（OKC）附近发生的暴雪的案例研究。12月13日至16日，此次破纪录的暴风雪（图1）从新墨西哥迁移到大湖区 （1987）。12月13日，在新墨西哥州的某些区域，降雪超过60厘米。 12月15日1200UTC，俄克拉何马的几个台站报道雪深为30厘米。此次降雪始于前一天下午， 12月14日在俄克拉荷马州中部形成了一个东北-西南走向的雪带，暴雪的情况如图二所示。在此期间，俄克拉何马州诺曼市的国家强风暴实验所（NSSL）多普勒雷达每30分钟获得一次平面位置指示器（PPI）的体积扫描结果。第一次体积扫描是在雪带的发展过程中，最后一次扫描是随着雪带向东北方向移动而发生的。 Schneider（1990）在12月15日对该风暴产生的爆发性气旋和和剧烈的重力波活动进行了详细的描述，并讨论了导致重力波产生的环境条件和其产生过程。本文也将介绍更多的细节支持Schneider的讨论结果。

图1 降雪模式（来自Storm Data 1987）和地表低点，暖锋，冷锋（图3）的合成轨迹，

阴影区表示雪深至少25厘米

二、天气数据

图3为从14/1800到15/0600，以6小时为间隔的地面图。图1显示了从14/1200到15/1800，降雪，地面低压中心，冷锋和暖锋的合成位置。在14/1800和14/1900，OKC报道开始下冰雹，4个小时后，暴雪开始，在15/0400之后降雪停止。据报道，在14/2000，廷克空军基地（位于OKC以东20公里处）雷电交加，表明了对流不稳定。14/1800（图3a），在得克萨斯州东部，锋面波和低压中心有了明确的界定。雨雪边界沿着雪带的东南边缘，在地面低点和暖锋西北方向约450公里处。雨雪边界与0℃等温线有关，据报道，冰雹和冻雨沿着0℃等温线从OKC到密苏里州中南部降落。在雨雪边界的西北部，压力梯度和风的强度比其他地方更强。

在15/0000（图3b），地面低点在阿肯色州南部，并开始加深。 0℃等温线（即雨雪边界线和冰雹冻雨线）从俄克拉何马州东南部延伸到了密苏里州圣路易斯市。据悉，沿0℃等温线密苏里州西南部的圣路易斯市有雷暴。0℃等温线此时在地面低点和暖锋的西北约300公里处。

在15/0600（图3c），地面低点位于伊利诺斯州南部，且以大于1MB/h的速度不断加深，并开始出现Shapiro和Keyser（1990）所描述的隔离现象。冷锋与暖锋已经发展成丁骨形状。0℃等温线（仍是雨雪边界线和冰雹冻雨线）此时位于地面低点西北偏西约200公里处。据报道，在雨雪边界和地面低点之间的区域内有雷暴。最强的压力梯度和地面风仍在雨雪边界上靠雪的一面。雨雪边界压力不足，因此在雨雪边界和地面低点之间的区域表现为弱压力梯度。暖锋（如下图所示）下的暖空气平流和暖锋上降水过程中的非绝热加热相结合，可能导致雨雪边界附近的区域出现压力赤字。因此，雨雪边界可作为3类气团的边界(Young和Fritsch 1989），在雨雪边界处，3类气团的热力学特征是由自由大气中的绝热和非绝热过程得出的。

在图1中地面低点的S形轨迹很明显，从俄克拉何马中央到密歇根州北部暴雪的中线沿40°方向几乎是笔直的。在14/ 1800，从雨雪边界到地面低点的距离约沿450公里。在15/0000,距离已缩短到200公里。15/1200之后，地面低点的S形轨迹在雨雪边界附近。相对于高空低压，地面低点风暴从14 / 1200的极端倾斜到15/1200之后变为轻微倾斜。

图2 1987年12月14日俄克拉何马州暴雪

图3 地面图（1）12月14日1800 UTC，（2）12月15日01：100 UTC，（3）12月15日0600 UTC。 宽实线是冷，暖锋，细实线是等压线，细虚线是0℃等温线。在俄克拉何马州和密苏里州，冰雹和冻雨发生在双点划线附近。

图4 从12月14日0000UTC至12月16日0000UTCUTC地面气压最小值随时间的变化

图5 为利用NGM每6小时预报数据绘出的 12月14日1800 UTC的恒压图。（1）300MB 图等高线（实线），等温线（虚线）。图8为沿AA和BB的剖面图 （2）300MB非地转风风矢图和散度场图 。（3）850MB 等高线（实线），等温线（虚线）。箭头表示从2400年12月14日0000UTC到2400年12月14日2400UTC雪带的轨迹。（4）850 MB非地转风风矢图和散度场图。

图6 为利用NGM每12小时预报数据绘出的 12月15日0000 UTC的恒压图。（1）300MB等高线（实线），等温线（虚线）。图8为沿CC和DD的剖面图（2）300MB非地转风风矢图和散度场图 。（3）850MB 等高线（实线），等温线（虚线）。（4)850MB非地转风风矢图和散度场图。

图4为地面低点的中心气压随时间的变化。从15/0000到15/1200 中心气压以1.9 MB/h的速度不断加深，从15/0600到15 / 1200以2.7 MB/h的速度加深。这种风暴相当于一个“炸弹”（Sanders和Gyakum1980年），这种现象在陆面上空是相当罕见的。

图5，图6和图7分别为300MB和850 MB下14/1800, 15/0000, 和15/0600时的恒压图。这些图来源于使用GEMPAK解压软件包所得到的嵌套网格模型（NGM）。这些图中40/18000，15/0000，和15/0600分别是基于6小时，12小时，6小时的NGM预报。预测并不是初始化数据，它便于非地转风和对流不稳定的开发使用。 850mb图中，地面低点以19m/s的速度向45°方向移动。在300MB条件下，槽底部的风趋于梯度风平衡，即为非地转风。在14/ 1800时的300MB图中，非地转风横跨得克萨斯州和俄克拉何马州的狭长地带。在850 MB图中，0℃等温线横贯低压中心斜压区的中部。暖平流穿过暖锋，冷平流穿过冷锋。伴随着俄克拉何马州东北部强烈的辐合作用，850MB的非地转风辐合。300MB强辐散在850MB强辐合上方，可见最强的上升运动位于俄克拉何马州。850MB暖锋区地转风的变化(Sanders和Hoskins 1990)结合相同地点非地转风的辐合，证实了锋生强迫的存在。

在15/0000时（图6），300 MB的次地转风已遍布俄克拉荷马州，阿肯色州和密西西比州的南部和西部地区，。与地表压力下降区域相对应的高空辐散在俄克拉荷马州东北部。在850MB图中，风为此地转风，并仍向地面辐合。最强的上升运动仍在俄克拉何马州，仍为低层辐合和高层辐散。斜压区、温度平流和锋生强迫的位置和强度基本保持不变。

在15/0600时（图7），对流层顶降到300MB以下，可用沿俄克拉何马州-阿肯色州边境一线的-35℃等温线来表示。-35℃等温线的西南部有极强的高空辐合。850MB地面低点已移到密苏里州南部。在密苏里州的上升运动是由低空辐合和密苏里州北部300MB的辐散造成的。次地转风存在于温暖潮湿的空气中，位于850MB地面低点东南部。

图5（4）中气块的轨迹横贯雪带，该气块湿球温度的潜在温度为15℃。位置和气压以6小时为间隔显示一次。该气块轨迹是根据该恒压图主观分析得来的，气块来自于克萨斯州南部900 MB的冷锋上空。

图7 为利用NGM每6小时预报数据绘出的 12月15日0600 UTC的恒压图。（1）300MB等高线（实线），等温线（虚线）。图10为沿EE和FF的截面图（2）300MB非地转风风矢图和散度场图 。（3）850MB 等高线（实线），等温线（虚线）。（4)850MB非地转风风矢图和散度场图。

图5、图6、图7为沿着线的垂直横截面图。14/1800时的截面为AA（图8a）,15/0000时截面为CC（图9a），15/0600时截面为EE（图10a）,沿着穿过地面低点中心的一条线，从地面到300 MB对它们进行客观分析。截面BB（图8b和图8c），DD（图9b和图9c）和FF（图10b和图10c）分别在AA,CC和EE之前160公里，它们面向850MB和700 MB之间的斜压区。暴雪中心位于每个横截面的中心。差值场和地转风存在于截面AA，CC和EE中。地面低点对应了最小差值和地转风由北风转为南风的水平面。要重视地面低点中心线的绘制。等温线和非地转风存在于图8b,9b和10b（分别对应截面BB，DD和FF）中。 5℃到一10℃等温线折叠，换言之，它们代表了逆温。相当位温和非地转风存在于图8c,9c和10c（分别对应截面BB，DD和FF）中。斜压区在雪带内，明显低于700 MB。条件不稳定的区域有阴影，换言之，该区域上方和斜压区域的东南部条件不稳定。斜压区内存在次级环流，在次级环流的上升支，次地转风在斜压区的上方。锋生作用在斜压区内。

图8 为利用NGM每6小时预报数据绘出的12月14日1800 UTC 的垂直截面图。（a）截面AA通过低压中心，等值线为D值，风为地转风。（b）截面BB横贯雪带且垂直于斜压区,等值线为等温线，风为非地转风。（c）横截面BB，等值线为相当位温，风为非地转风，阴影区域表示条件不稳定。

图9为利用NGM每12小时预报数据绘出的12月15日0000 UTC 的垂直截面图。（a）截面CC通过低压中心，等值线为D值，风为地转风。（b）截面DD横贯雪带且垂直于斜压区,等值线为等温线，风为非地转风。（c）横截面DD，等值线为相当位温，风为非地转风，阴影区域表示条件不稳定。

这些探测是在OKC的东南部和东北部，因此，这些探测结果针对的是斜压区上方的空气，该斜压区对雪带的形成有一定的作用。每个探测结果都体现出了逆温或这说强稳定层结。稳定层结的顶部是斜压区或锋面的顶部。位于锋面之上的空气是饱和的且对流不稳定。位于锋面上空的风来自于西南偏南方向。

图12为14/1900和15/0000时，OKC的探测结果。在14/1900时，探测从雪带开始进行，在660MB处结束，此处温度为-50℃。探测结果显示各层均为饱和。显然，气球装载着湿雪和冰，并没有成功上升到过高的高度。15/0000时空气比14/1900时更冷，说明当地面低点移向OKC北部时有冷空气平流且降雪停止。

图10 为利用NGM每6小时预报数据绘出的12月15日0600 UTC 的垂直截面图。（a）截面EE通过低压中心，等值线为D值，风为地转风。（b）截面FF横贯雪带且垂直于斜压区,等值线为等温线，风为非地转风。（c）横截面FF，等值线为相当位温，风为非地转风，阴影区域表示条件不稳定。

图11 给出了15/0000时 Longview,Texas(GGG),和Monett, Missouri (UMN)的探测成果。

图12 12月14日1900UTC 和12月15日0000UTC俄克拉何马（OKC）探测的T-logp图。实线代表温度，虚线代表

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