牡丹江一次暴雪天氣成因分析

路平平 ，于 躍 ，于翠紅 ，俞 蛟

(1.牡丹江市氣象局，黑龍江 牡丹江157000;2.解放軍93088部隊(duì)，內(nèi)蒙古 赤峰 024000)

1 引言

冬季暴雪是我國主要災(zāi)害性天氣之一，給國民經(jīng)濟(jì)和人民生命財(cái)產(chǎn)帶來巨大損失，深入研究暴雪成因及把握預(yù)報(bào)著眼點(diǎn)對(duì)于提高暴雪預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率具有重要意義。國內(nèi)外學(xué)者從暴雪觸發(fā)、加強(qiáng)機(jī)制和各尺度天氣系統(tǒng)間的相互作用等方面開展了大量的研究，同時(shí)也對(duì)暴雪中尺度系統(tǒng)進(jìn)行了深入的研究，得出了很多有重要參考價(jià)值的結(jié)論。如盛春巖等[1]從暴雪天氣過程的對(duì)稱不穩(wěn)定進(jìn)行分析，指出對(duì)流不穩(wěn)定能量釋放是產(chǎn)生暴雪的重要原因；劉寧微等[2]對(duì)北上低渦引發(fā)遼寧暴雪天氣分析指出地面氣旋北上、低空急流和底層上升運(yùn)動(dòng)是增強(qiáng)暴雪的有利條件。眾多文獻(xiàn)從不同角度對(duì)暴雪形成機(jī)理進(jìn)行分析，對(duì)強(qiáng)降雪分析預(yù)報(bào)起到很好的指導(dǎo)性作用。本文利用常規(guī)觀測資料和NCEP再分析資料，對(duì)2019年11月17－18日牡丹江暴雪環(huán)流形勢和物理量進(jìn)行分析，總結(jié)暴雪成因及預(yù)報(bào)著眼點(diǎn)，為類似暴雪天氣預(yù)報(bào)提供參考依據(jù)。

2 資料與方法

本文使用的資料主要來源于美國NCEP提供的一天 4 次（00：00，06：00，12：00，18：00UTC）再分析資料，垂直分層1000－100 hPa的網(wǎng)格點(diǎn)數(shù)據(jù)、MICAPS常規(guī)觀測資料、牡丹江自動(dòng)觀測系統(tǒng)采集的實(shí)況資料，運(yùn)用天氣學(xué)原理方法進(jìn)行分析。

3 天氣概況和雪情

2019年11月17－18日，受蒙古氣旋和海上低壓倒槽影響，牡丹江地區(qū)出現(xiàn)了大范圍暴雪過程，這次降雪強(qiáng)度大，影響范圍廣，降雪時(shí)段集中，給交通運(yùn)輸和人們?nèi)粘Ｉ顜砹撕艽蟮挠绊?。牡丹江地區(qū)所有市縣全部達(dá)到暴雪：牡丹江15.4 mm、寧安15.7 mm、海林 12.1 mm、林口 14.2 mm、穆棱 20.8 mm、東寧20.0 mm、綏芬河26.4 mm。24 h降雪量分布不均，強(qiáng)中心主要集中在黑龍江東部，牡丹江全區(qū)積雪深度 12－26 cm。

4 環(huán)流形勢及影響系統(tǒng)

降雪發(fā)生前17日08時(shí)500 hPa（圖1a），歐亞中高緯烏拉爾山至新疆的高壓脊發(fā)展強(qiáng)盛，牡丹江受東部高壓脊控制，上游貝加爾湖地區(qū)低壓槽分南北兩段，南段槽溫度場落后于高度場，冷中心強(qiáng)度－40℃，槽后等溫線和等高線接近垂直，大氣具有明顯的斜壓性，同時(shí)，我國青海、四川盆地和東南沿海各有一支高空槽；對(duì)應(yīng)850 hPa西部高壓脊向東北發(fā)展，海上高壓脊呈西北－東南走向，內(nèi)蒙古東部和華北地區(qū)分別有兩支高空槽呈階梯槽形勢。17日20時(shí)，500 hPa（圖1b）高空槽合并成東亞大槽，中高層徑向環(huán)流加強(qiáng)，850 hPa階梯槽合并形成切斷低壓，向東北移動(dòng)到內(nèi)蒙古與黑龍江西部，槽后西北風(fēng)和等溫線接近垂直有冷空氣輸送，槽前有海上西南暖濕氣流，等溫線密集帶加大，鋒生加強(qiáng)，為暴雪發(fā)生提供有利的環(huán)流背景。

圖1 17日（a）08時(shí)、(b)20時(shí)500 hPa環(huán)流形勢

對(duì)應(yīng)地面圖上，降雪前期17日08時(shí)蒙古高壓控制我國西北大部分地區(qū)，冷空氣沿高壓前擴(kuò)散南下，高壓前南部邊緣有明顯的鋒面活動(dòng)，冷暖鋒于內(nèi)蒙古東部低壓中心交匯，同時(shí)，江淮氣旋北上到黃海，從海平面氣壓場疊加衛(wèi)星云圖可以看出，冷渦云系與鋒面相配合，朝鮮半島附近有范圍較大的低壓倒槽云系。17日20時(shí)，隨著高壓東移，低壓倒槽與蒙古低壓合并加強(qiáng)，冷渦云系和倒槽云團(tuán)合并，受其影響17日夜間牡丹江出現(xiàn)暴雪。

5 成因分析

5.1 水汽條件分析

充足的水汽是強(qiáng)降水發(fā)生的必要條件。利用NCEP1°×1°再分析資料對(duì)水汽通量和水汽通量散度進(jìn)行了診斷分析（圖2），17日20時(shí)氣旋中心位于黑龍江以西內(nèi)蒙古東北，我國東北經(jīng)朝鮮半島到長江下游有范圍較大的水汽通量大值區(qū)，槽前西南風(fēng)急流將水汽向牡丹江上空輸送，為暴雪發(fā)生提供了充沛的水汽條件。而水汽輻合（水汽通量散度負(fù)值區(qū)）主要集中在黑龍江東部，與降水中心基本重合，這說明水汽伴隨西南氣流源源不斷的向牡丹江上空輸送。18日02時(shí)降雪發(fā)生時(shí)，在高空引導(dǎo)氣流作用下水汽通量加強(qiáng)向東北緩慢移動(dòng)，水汽通量最大為15 g·cm－1·hPa－1·s－1，中心偏南，牡丹江達(dá)到最大 5－9 g·cm－1·hPa－1·s－1，且 700 hPa 有明顯的風(fēng)切變與之配合，可以看出降雪落區(qū)強(qiáng)度和水汽通量強(qiáng)度吻合。18日08時(shí)高空槽旋轉(zhuǎn)東移，水汽通道也東移，牡丹江降雪逐漸結(jié)束。

分析水汽的垂直分布情況，做牡丹江上空（129°E、45°N）水汽通量散度時(shí)間剖面圖（圖3），從時(shí)間剖面圖可以看出：500 hPa以上基本是正值，水汽輻散，水汽輻合位于近地面層到600 hPa，17日14時(shí)對(duì)流層中低層開始有水汽輻合，隨著水汽輻合加強(qiáng)17日夜間降雪開始，強(qiáng)降雪發(fā)生在水汽輻合強(qiáng)中心加強(qiáng)的時(shí)間段，18日08時(shí)水汽輻合減弱，降雪也逐漸減小結(jié)束。

圖 2 (a)17 日 20 時(shí) 850 hPa(b)18 日 02 時(shí) 700 hPa 水汽通量（單位：10-5g·s-1·cm-2·hPa-1）和風(fēng)場

5.2 動(dòng)力條件

圖3 11月16日20時(shí)-18日20時(shí)水汽通量時(shí)空演變

圖 4 沿 129°E、44°N 散度時(shí)空演變（單位：10-5s-1）

圖5 17日02時(shí)沿129°E垂直速度緯度-高度剖面圖

圖 6 沿 129°E、44°N 垂直速度時(shí)空演變(單位：10-3hPa.s-1）

從牡丹江上空散度時(shí)間剖面圖（圖4）發(fā)現(xiàn)看出：降雪發(fā)生前，牡丹江上空已經(jīng)出現(xiàn)低層輻合、高層輻散的結(jié)構(gòu)，隨著降雪的臨近，輻合、輻散中心也明顯增強(qiáng)，最大輻散中心位于250 hPa附近，強(qiáng)度達(dá)4.5×10－5s－1，可見對(duì)流層高層輻散抽吸作用加強(qiáng)中低層的輻合，這種低層輻合高層輻散配置有利上升運(yùn)動(dòng)，也有利水汽輸送。從17日20時(shí)垂直速度沿129°E垂直剖面圖（圖5）可以看出：垂直上升運(yùn)動(dòng)中心呈東北－西南傾斜結(jié)構(gòu)，說明南方的暖濕氣流沿冷氣墊傾斜爬升，上升運(yùn)動(dòng)兩側(cè)40°N以南和52°N以北均為下沉運(yùn)動(dòng)，這種垂直方向形成正反兩個(gè)環(huán)流的垂直結(jié)構(gòu)更有利于上升運(yùn)動(dòng)發(fā)展，從垂直運(yùn)動(dòng)時(shí)間演變圖（圖6）看出，與低層輻合高層輻散相對(duì)應(yīng)，17日14時(shí)－18日09時(shí)牡丹江上空整層大氣為強(qiáng)垂直上升運(yùn)動(dòng)，為暴雪的發(fā)生提供了有利的動(dòng)力條件，18日02時(shí)400－700 hPa上升運(yùn)動(dòng)最劇烈，中心強(qiáng)度達(dá)到－0.95×10－3hPa.s－1， 前文分析可知此時(shí)水汽通量最強(qiáng)，充足的水汽配合長時(shí)間的垂直上升運(yùn)動(dòng)，為暴雪的發(fā)生提供水汽和動(dòng)力條件，18日08時(shí)隨著上升運(yùn)動(dòng)迅速減弱降雪結(jié)束。

6 結(jié)論

（1）此次暴雪過程天氣背景是東亞大槽斜壓發(fā)展，海上低壓北上帶來大量水汽和不穩(wěn)定能量，與蒙古氣旋合并冷暖氣流交匯有利鋒區(qū)加強(qiáng)，低空切變線使得不穩(wěn)定能量釋放產(chǎn)生暴雪。

（2）物理量場的時(shí)空分布表明：低空西南急流有利水汽輸送，牡丹江上空形成深厚的濕層；低層輻合高層輻散配置有利上升運(yùn)動(dòng)加強(qiáng)；垂直方向形成正反兩個(gè)環(huán)流，西南暖濕氣流沿 “冷空氣墊”傾斜爬升輻合，為暴雪提供了水汽和動(dòng)力條件。