2019年3月20—21日吉林一次強(qiáng)降雪天氣過(guò)程分析

蘇顯澤　董芳斌　陳美娟

摘要 利用地面觀測(cè)資料、臺(tái)站觀測(cè)資料、NCEP再分析資料等，對(duì)2019年3月20—21日吉林省的一次強(qiáng)降雪天氣過(guò)程進(jìn)行分析。結(jié)果表明：隨著極渦冷空氣的東移南下，極鋒鋒區(qū)加強(qiáng)，鋒區(qū)上的偏西急流和中緯度地區(qū)的西南氣流交匯后向東移動(dòng)，進(jìn)入新疆北部，因冷暖空氣交綏劇烈，為強(qiáng)降雪天氣的出現(xiàn)提供了有利的環(huán)流形勢(shì);高低空急流的相互作用、低層輻合及高層輻合的配置使得整層上升運(yùn)動(dòng)不斷加強(qiáng)，再加上地形和鋒面強(qiáng)迫抬升，使得垂直運(yùn)動(dòng)進(jìn)一步加強(qiáng)，為強(qiáng)降雪天氣的產(chǎn)生提供了動(dòng)力抬升機(jī)制;在吉林省強(qiáng)降雪天氣出現(xiàn)的過(guò)程中，西南方向的水汽輸送強(qiáng)度加強(qiáng)，再加上水汽的持續(xù)維持，使得降雪強(qiáng)度不斷加大;在降雪天氣還沒(méi)有出現(xiàn)之前，偏東急流是主要的觸發(fā)機(jī)制，在提供水汽供應(yīng)的同時(shí)，還提供觸發(fā)條件，再加上低層偏北氣流的影響，使得不穩(wěn)定條件較強(qiáng)，有強(qiáng)烈的擾動(dòng)出現(xiàn)，為強(qiáng)降雪天氣的出現(xiàn)了提供了有利的動(dòng)力條件;地面暖鋒是造成吉林省此次強(qiáng)降雪天氣的主要原因，中低層鋒生過(guò)程明顯，鋒區(qū)朝著東北方向傾斜，在地形的影響下使得垂直上升運(yùn)動(dòng)加強(qiáng)，強(qiáng)降雪天氣出現(xiàn)時(shí)段同中低層暖鋒鋒生的對(duì)應(yīng)關(guān)系較好。

關(guān)鍵詞 強(qiáng)降雪天氣;環(huán)流形勢(shì);物理量場(chǎng)診斷

中圖分類(lèi)號(hào)：P458.122 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：2095–3305（2022）04–0031–03

暴雪是我國(guó)北方較為常見(jiàn)的一種災(zāi)害性天氣，其在出現(xiàn)的過(guò)程中往往伴隨著寒潮、大風(fēng)等惡劣天氣[1]。尤其是對(duì)東北地區(qū)中部的吉林省來(lái)說(shuō)，因冬季漫長(zhǎng)而寒冷，暴雪天氣是冬季最為常見(jiàn)的災(zāi)害性天氣。從當(dāng)年10月中旬—翌年4月初均有可能出現(xiàn)強(qiáng)降雪天氣，強(qiáng)降雪在帶來(lái)巨大經(jīng)濟(jì)損失的同時(shí)，也會(huì)影響民眾日常生產(chǎn)生活的正常開(kāi)展[2-3]。

近年來(lái)，因全球氣候變暖現(xiàn)象不斷加劇，吉林省強(qiáng)降雪天氣出現(xiàn)頻率不斷增加，再加上當(dāng)?shù)厣鐣?huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，強(qiáng)降雪天氣造成的危害日益加劇，給國(guó)家和廣大人民群眾帶來(lái)了極大的影響，甚至給人民群眾的生命安全構(gòu)成了威脅。強(qiáng)降雪天氣出現(xiàn)時(shí)，道路結(jié)冰、積雪較深等，會(huì)影響道路交通運(yùn)輸?shù)恼Ｍㄐ?強(qiáng)降雪天氣出現(xiàn)時(shí)大都伴隨著大幅度降溫，極易造成農(nóng)作物受凍害，不利于優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)農(nóng)作物的形成，由于積雪覆蓋，溫室或大棚極易被壓塌;強(qiáng)降雪帶來(lái)的積雪極易破壞配電設(shè)施，進(jìn)而造成電力線路受損或跳閘，會(huì)造成用戶用電緊張，甚至是斷電，對(duì)電網(wǎng)供電的影響較大[4-8]。強(qiáng)降雪天氣帶來(lái)的大幅度降溫和積雪，會(huì)導(dǎo)致低溫、牧草結(jié)冰、棚圈壓塌受損，牲畜因低溫和缺少食物而造成死亡率不斷增加。

因此，對(duì)強(qiáng)降雪天氣進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)報(bào)，并提前發(fā)布強(qiáng)降雪天氣預(yù)警，可為政府部門(mén)及時(shí)制定正確的防災(zāi)減災(zāi)措施提供保障，同時(shí)還能為社會(huì)大眾的防災(zāi)避險(xiǎn)給予一定提示，將強(qiáng)降雪天氣帶來(lái)的危害降至最低[9-12]。

當(dāng)前，針對(duì)災(zāi)害性天氣的研究主要集中在暴雨、強(qiáng)對(duì)流天氣等方面，針對(duì)強(qiáng)降雪天氣的研究相對(duì)較少。有必要對(duì)吉林省強(qiáng)降雪天氣成因進(jìn)行深入、系統(tǒng)的研究，以期在提升東北地區(qū)強(qiáng)降雪災(zāi)害性天氣預(yù)報(bào)的同時(shí)，能有效提升業(yè)務(wù)預(yù)報(bào)水平，有利于保障國(guó)民經(jīng)濟(jì)、社會(huì)發(fā)展及人們的生命財(cái)產(chǎn)安全。

1 天氣實(shí)況

2016年3月20—21日吉林境內(nèi)出現(xiàn)了近6年內(nèi)最大的大范圍雨轉(zhuǎn)雪天氣過(guò)程，其中有6個(gè)臺(tái)站觀測(cè)到大到暴雪天氣，北大湖站降水量高達(dá)20.3 mm，降水量達(dá)到最大，積雪深度則達(dá)到了23 cm，21日20：00 冷鋒過(guò)境后影響吉林的降水天氣逐漸趨于結(jié)束，吉林此次的強(qiáng)降雪天氣伴隨著大風(fēng)和寒潮天氣現(xiàn)象，對(duì)當(dāng)?shù)亟煌ㄟ\(yùn)輸、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及人們?nèi)粘Ｉ罟ぷ骶a(chǎn)生了不同程度的影響。

2 環(huán)流形勢(shì)

2.1 500 hPa環(huán)流形勢(shì)

在強(qiáng)降雪天氣還未出現(xiàn)之前，500 hPa中高空處的烏拉爾山存在較為強(qiáng)大的暖高壓脊，而西伯利亞地區(qū)則是極渦活動(dòng)區(qū)，在60°N以北地區(qū)則是極渦主體，暖高壓脊幾乎控制整個(gè)貝加爾湖地區(qū)，同時(shí)還有較為明顯的鞍形場(chǎng)結(jié)構(gòu)形成;3月20日20：00，極渦開(kāi)始分裂，且分裂的冷空氣逐漸東移南壓，進(jìn)一步加大了貝加爾湖暖高壓東移的經(jīng)向度。在此過(guò)程中，暖區(qū)溫度梯度和位勢(shì)高度梯度均有不同程度的增加趨勢(shì)，使得吉林省上空最大風(fēng)速的增加幅度較大，高達(dá)44 m/s，同強(qiáng)降雪天氣出現(xiàn)的時(shí)間有很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。由于系統(tǒng)向東移動(dòng)的過(guò)程中強(qiáng)度不斷增加，影響吉林省的降雪天氣強(qiáng)度增大，高空鋒區(qū)位置同強(qiáng)降雪落區(qū)之間有很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。隨著時(shí)間的推移，至21日20：00，因強(qiáng)鋒區(qū)從吉利上空移出，長(zhǎng)春站上空的風(fēng)速下降至22 m/s，強(qiáng)冷空氣幾乎控制整個(gè)吉林省上空，影響吉林省的降水天氣趨于結(jié)束。

2.2 高低空急流

2019年3月20日20：00—21日14：00這段時(shí)間內(nèi)，強(qiáng)降雪落區(qū)上空的急流較為明顯，在21日08：00吉林省的降雪強(qiáng)度達(dá)到最大，且200 hPa高度處的急流核區(qū)最大風(fēng)速在48 m/s以上，高空急流出口區(qū)右側(cè)則是吉林省所在位置，該處高層的輻散抽吸作用較為強(qiáng)烈，為低層上升運(yùn)動(dòng)的加強(qiáng)提供了有利條件。700 hPa低空處，低值系統(tǒng)分裂的高空短波槽和偏西急流在急流軸前方的吉林地區(qū)和西南風(fēng)形成了輻合區(qū)域。此外，來(lái)自極渦的干冷氣團(tuán)同中緯度暖濕氣團(tuán)劇烈交綏后，使得溫度梯度增加幅度較大，低層鋒區(qū)的強(qiáng)度不斷加大。結(jié)合Q矢量與散度場(chǎng)的診斷分析，在強(qiáng)降雪天氣出現(xiàn)的過(guò)程中，吉林省上空的低層輻合較為明顯，高層輻散較強(qiáng)，這種低層輻合、高層輻散的配置為強(qiáng)降雪天氣的發(fā)生發(fā)展提供了有利條件。與此同時(shí)，高低空急流相互耦合導(dǎo)致強(qiáng)降雪區(qū)上空的垂直上升運(yùn)動(dòng)增加得較為明顯。吉林省此次降雪天氣，500 hPa高度處的鋒區(qū)不斷增加，高低空急流耦合明顯，為強(qiáng)降雪天氣的出現(xiàn)提供了動(dòng)力抬升機(jī)制。

3 物理量場(chǎng)診斷分析

3.1 熱力條件

通過(guò)對(duì)2019年3月20—21日吉林省的強(qiáng)降雪天氣過(guò)程進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，此次降雪天氣的氣候背景是冬季氣溫偏高，且強(qiáng)降雪天氣還未出現(xiàn)前，吉林省地面溫度較高，說(shuō)明強(qiáng)降雪天氣前有充足的能量?jī)?chǔ)備。在強(qiáng)降雪天氣出現(xiàn)的過(guò)程中，通過(guò)對(duì)500 hPa高度處的溫度進(jìn)行分析可知，3月20日08：00，有一溫度槽出現(xiàn)在貝加爾湖以北地區(qū)，且同時(shí)有一個(gè)強(qiáng)度為-24℃的冷中心存在;至21日20：00，中緯度地區(qū)則出現(xiàn)了較為平直的等溫線，隨著時(shí)間的推移直至22日，內(nèi)蒙古地區(qū)有溫度槽出現(xiàn)，影響吉林省的強(qiáng)降雪天氣過(guò)程基本結(jié)束，而強(qiáng)冷中心數(shù)值卻沒(méi)有太大的變化。結(jié)合850 hPa低空處的溫度數(shù)值變化情況可知，20日08：00在貝加爾湖北部有一冷槽出現(xiàn)，而華北地區(qū)則存在暖中心，暖脊前則是吉林省所在的位置;21日20：00，在冷空氣東移南壓的影響下，冷槽和暖脊間有較強(qiáng)的溫度鋒區(qū)生成。溫度鋒區(qū)的不斷移入推動(dòng)了吉林省強(qiáng)降雪天氣的發(fā)生發(fā)展。22日08：00，因暖脊消失不見(jiàn)，冷空氣逐漸南壓，在40°N附近有0℃等溫線存在，溫度鋒區(qū)開(kāi)始移出，吉林省的強(qiáng)降雪天氣逐漸趨于結(jié)束。

3.2 水汽條件

20日20：00，位于吉林省中部地區(qū)的水汽通量數(shù)值較小，同時(shí)存在較為明顯的輻散中心，而在吉林省東南部則存在弱的水汽輻合，該區(qū)的水汽通量數(shù)值要明顯高于中部地區(qū);21日08：00，吉林省中南部地區(qū)出現(xiàn)了較為明顯的水汽輻合，且水汽通量的增加幅度較為明顯，此時(shí)的急流幾乎貫穿遼寧和吉林兩地。至當(dāng)天20：00，急流強(qiáng)度不斷上升，在東?！S海—渤海一帶有急流出現(xiàn)，并向東北地區(qū)源源不斷地輸送水汽。在吉林省強(qiáng)降雪天氣出現(xiàn)的過(guò)程中，西南方向的水汽輸送強(qiáng)度加強(qiáng)，再加上水汽的持續(xù)維持，使得降雪強(qiáng)度不斷加大。

3.3 動(dòng)力條件

通過(guò)對(duì)白山站的多普勒雷達(dá)風(fēng)廓線產(chǎn)品進(jìn)行分析可知，21日20：00～ 23：00，在3 km高度處有一支東風(fēng)氣流形成，而2 km高度以上主要表現(xiàn)為西南風(fēng);在出現(xiàn)降雪天氣后，開(kāi)始出現(xiàn)東風(fēng)氣流，不穩(wěn)定層結(jié)的厚度開(kāi)始增加，受到東風(fēng)交流的影響，吉林省中南部地區(qū)不斷有來(lái)自日本海的水汽輸送，與西南急流相比，東風(fēng)急流具有較為明顯的偏冷特征。

通過(guò)對(duì)各站的平均溫度曲線進(jìn)行分析可知，21日23：00以后，吉林省大部分地區(qū)均出現(xiàn)了較為明顯的降溫天氣過(guò)程，再加上西南暖濕氣流與東風(fēng)急流相遇后的擾動(dòng)作用，使得動(dòng)力抬升作用不斷加強(qiáng)，對(duì)強(qiáng)降雪天氣的發(fā)生發(fā)展較為有利。22日07：00，低層出現(xiàn)了偏北氣流，且冷的微薄下墊面開(kāi)始形成，沿著該下墊面暖濕空氣不斷爬升，使得抬升條件極不穩(wěn)定，為能量的釋放提供了有利條件。08：00，冷空氣朝著南方地區(qū)轉(zhuǎn)移，影響吉林省的強(qiáng)降雪天氣基本結(jié)束。由此可以看出，在降雪天氣還沒(méi)有出現(xiàn)之前，偏東急流是主要的觸發(fā)機(jī)制，在提供水汽供應(yīng)的同時(shí)，還提供觸發(fā)條件，再加上低層偏北氣流的影響，使得不穩(wěn)定條件較強(qiáng)，有強(qiáng)烈的擾動(dòng)出現(xiàn)，為強(qiáng)降雪天氣提供了有利的動(dòng)力條件。

4 鋒升對(duì)地面降雪的影響

4.1 海平面氣壓場(chǎng)

在2019年3月19—20日期間，暖高壓幾乎控制大部分東北地區(qū)，暖濕氣流在西南風(fēng)的作用下不斷朝東北方向輸送，暖濕特征較為明顯，有效的暖濕能量在強(qiáng)降雪區(qū)不斷釋放，而氣旋前部的暖鋒鋒升作用，使得地面暖鋒鋒生區(qū)存在強(qiáng)降雪中心，暖鋒是引起強(qiáng)降雪天氣的主要原因。

4.2 低層鋒面結(jié)構(gòu)

假相當(dāng)位溫線密集區(qū)主要集中在700 hPa中低空以下，暖鋒兩側(cè)存在較為明顯的冷暖平流，且以西南風(fēng)為主，在偏南風(fēng)的作用下大量的暖濕氣流沿著冷空氣逐漸向北轉(zhuǎn)移，且推動(dòng)冷空氣不斷向北移動(dòng)，這種變化情況與暖鋒降水的定義保持一致。由于高空強(qiáng)鋒區(qū)逐漸向東移動(dòng)，近地面處的峰生要比高空處的鋒生更加明顯，隨著高度的增加，鋒區(qū)不斷朝著東北方向伸展。至21日08：00，在127°E附近有暖鋒存在，且距離暖鋒前沿較近，700 hPa高度處的暖平流中心最強(qiáng)，冷暖氣團(tuán)存在較為強(qiáng)烈的對(duì)峙現(xiàn)象，地面暖鋒有較為明顯的鋒生存在。在850～700 hPa處的風(fēng)場(chǎng)上有較為明顯的風(fēng)切變存在，同時(shí)還有很大一部分的暖濕氣團(tuán)因風(fēng)切變的作用被快速攜帶至中高層處，使得上升運(yùn)動(dòng)較為明顯。

鋒面附近的冷暖氣團(tuán)活動(dòng)較為頻繁，同時(shí)暖空氣上升運(yùn)動(dòng)極為強(qiáng)烈，地面低壓倒槽和地面暖鋒的共同作用促進(jìn)了強(qiáng)降雪天氣的發(fā)生發(fā)展。低層處的假相當(dāng)位溫線梯度在增加的同時(shí)，與地面降雪強(qiáng)度的加強(qiáng)對(duì)應(yīng)，而強(qiáng)降雪時(shí)段與中低層處暖鋒鋒生的對(duì)應(yīng)關(guān)系較好。

4.3 暖鋒區(qū)強(qiáng)降雪天氣概念模型

將地面鋒面與高空演變形勢(shì)相結(jié)合構(gòu)建起此次暖鋒強(qiáng)降雪天氣過(guò)程的概念模型，主要包括200 hPa高空處的西南急流、500 hPa處極鋒鋒區(qū)偏西急流以及中緯度西南急流、700 hPa偏西急流、地面暖鋒。在500 hPa極鋒鋒區(qū)上有干冷的偏西急流同中緯度暖濕西南氣流在此交匯，冷暖交綏較為劇烈，使得高層鋒區(qū)強(qiáng)度增加，再加上高低空急流耦合，使得垂直運(yùn)動(dòng)進(jìn)一步發(fā)展，為強(qiáng)降雪天氣的出現(xiàn)提供了動(dòng)力抬升機(jī)制;在低層偏南暖濕氣流的作用下，使得上升運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度增加，為地面暖鋒的進(jìn)一步鋒生提供了有利條件;在地面暖鋒鋒生的作用下，暖鋒后部的暖氣團(tuán)不斷上升加強(qiáng)，而暖鋒前的冷氣團(tuán)不斷下沉，進(jìn)而構(gòu)成了直接環(huán)流，使得卸壓有效位能不斷轉(zhuǎn)化為動(dòng)能條件，促進(jìn)了垂直運(yùn)動(dòng)的發(fā)展。吉林省此次的強(qiáng)降雪天氣過(guò)程中，低層處存在明顯的暖鋒鋒面結(jié)構(gòu)，鋒面附近的強(qiáng)上升運(yùn)動(dòng)區(qū)與地面暖區(qū)強(qiáng)降雪落區(qū)之間有很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，這對(duì)日后吉林省此類(lèi)型降雪天氣的預(yù)報(bào)預(yù)警有很強(qiáng)的指示意義。

5 結(jié)論

（1）隨著極渦冷空氣的東移南下，極鋒鋒區(qū)加強(qiáng)，鋒區(qū)上的偏西急流和中緯度地區(qū)的西南氣流交匯后向東移動(dòng)進(jìn)入新疆北部，因冷暖空氣交綏劇烈，為強(qiáng)降雪天氣的出現(xiàn)提供了有利的環(huán)流形勢(shì);高低空急流的相互作用、低層輻合及高層輻合的配置使得整層上升運(yùn)動(dòng)不斷加強(qiáng)，再加上地形和鋒面強(qiáng)迫抬升，使得垂直運(yùn)動(dòng)進(jìn)一步加強(qiáng)，為強(qiáng)降雪天氣的產(chǎn)生提供了動(dòng)力抬升機(jī)制。

（2）強(qiáng)降雪天氣開(kāi)始有一溫度槽出現(xiàn)在貝加爾湖以北地區(qū)，且同時(shí)有一個(gè)強(qiáng)度為-24℃的冷中心存在;中緯度地區(qū)則出現(xiàn)了較為平直的等溫線，22日內(nèi)蒙古地區(qū)有溫度槽出現(xiàn)，影響吉林省的強(qiáng)降雪天氣過(guò)程基本結(jié)束，而強(qiáng)冷中心數(shù)值卻沒(méi)有太大的變化。

（3）在吉林省強(qiáng)降雪天氣出現(xiàn)的過(guò)程中，西南方向的水汽輸送強(qiáng)度加強(qiáng)，加上水汽的持續(xù)維持，使得降雪強(qiáng)度不斷加大。

（4）在降雪天氣還沒(méi)有出現(xiàn)之前，偏東急流是主要的觸發(fā)機(jī)制，在提供水汽供應(yīng)的同時(shí)，提供了觸發(fā)條件，再加上低層偏北氣流的影響，使得不穩(wěn)定條件較強(qiáng)，有強(qiáng)烈的擾動(dòng)出現(xiàn)，為強(qiáng)降雪天氣的出現(xiàn)提供了有利的動(dòng)力條件。

（5）地面暖鋒是造成吉林省此次強(qiáng)降雪天氣的主要原因，中低層鋒生過(guò)程明顯，鋒區(qū)朝著東北方向傾斜，在地形的影響下使得垂直上升運(yùn)動(dòng)加強(qiáng)，強(qiáng)降雪天氣出現(xiàn)的時(shí)段與中低層暖鋒鋒生的對(duì)應(yīng)關(guān)系較好。

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責(zé)任編輯：黃艷飛

Analysis of a Heavy Snowfall Weather Process in Jilin From March 20 to 21，2019

SU Xianze et al（Meteorological Bureau of Da’an City， Jilin Province， Da’an， Jilin 131300）

Abstract Used ground observation data， station observation data， NCEP reanalysis data， etc. to analyze a heavy snowfall weather process in Jilin province from March 20 to 21， 2019. The results showed that： as the polar vortex cold air moved eastward and southward， the polar frontal area strengthened. The westward jet on the frontal area and the southwesterly air flowed in the mid-latitude area meet and then move eastward into the northern part of Xinjiang. ， which provided a strong circulation situation for the occurrence of heavy snowfall weather; the interaction of high and low-level jeted， the configuration of low-level and high-level convergence made the whole layer uplift continuously strengthened， coupled with the forced uplift of terrain and fronts， making the vertical movement. It was further strengthened to provide a power lifting mechanism for the generation of heavy snowfall weather; in the process of heavy snowfall weather in Jilin province， the water vapor transported intensity in the southwest direction was strengthened， and the continuous maintenance of water vapor made the snowfall intensity continued to increase; Before the weather appeared， the easterly jet stream was the main trigger mechanism. It not only provided water vapor supply， but also provided triggering conditions. Coupled with the influence of the low-level northerly airflow， the unstable conditions were strong and strong disturbances appeared. It provided favorable dynamic conditions for the occurrence of heavy snowfall; the ground warm front was the main cause of this heavy snowfall in Jilin province. The frontogenesis process in the middle and low layers was obvious， and the frontal area was inclined to the northeast. Under the influence of topography The vertical upward movement was strengthened， and the corresponding relationship between the occurrence period of heavy snowfall weather and the frontogenesis of the middle and low-level warm fronts was good.

Key words Heavy snowfall weather; Circu-lation situation; Physical quantity field diagnosis

作者簡(jiǎn)介 蘇顯澤（1983—），男，吉林大安人，工程師，主要從事綜合氣象工作。

收稿日期 2022-01-02