一次冷渦暴雪的天氣過程分析

龐　博,付洪泰（.黑龍江省氣象臺(tái)，黑龍江哈爾濱50030; .哈爾濱市氣象臺(tái)，黑龍江哈爾濱5008）

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一次冷渦暴雪的天氣過程分析

龐博1,付洪泰2
（1.黑龍江省氣象臺(tái)，黑龍江哈爾濱150030; 2.哈爾濱市氣象臺(tái)，黑龍江哈爾濱150028）

摘要：此次過程主要影響系統(tǒng)是蒙古氣旋，冷空氣源地為中西伯利亞，經(jīng)貝湖、蒙古發(fā)展加深形成蒙古低壓并從西南開始影響黑龍江省。過程從2015年2月20日夜間開始至23日結(jié)束。黑龍江省共有40個(gè)觀測(cè)點(diǎn)過程量達(dá)到暴雪級(jí)別,南部部分地區(qū)經(jīng)歷了比較明顯的降水相態(tài)轉(zhuǎn)換。分析最終得出：（1）鋒區(qū)強(qiáng)弱以及位置是產(chǎn)生強(qiáng)降雪的關(guān)鍵，暖鋒強(qiáng)于冷鋒時(shí)易產(chǎn)生強(qiáng)降雪，冷鋒強(qiáng)于暖鋒時(shí)則降雪量級(jí)一般不大。（2）急流是大范圍強(qiáng)降雪產(chǎn)生的必要條件，急流不僅提供了動(dòng)力條件，與水汽源地聯(lián)通后更成為重要的水汽條件。（3）中低層正渦度、中高層負(fù)渦度結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定維持,使低層氣旋性渦度環(huán)流增強(qiáng),為強(qiáng)降雪天氣提供了動(dòng)力條件。

關(guān)鍵詞：暴雪;降水相態(tài)

1　引言

此次過程主要是由東北冷渦引起的一次降雪過程。由于冷渦維持時(shí)間較長，自2015年2月20日夜間開始至23日基本結(jié)束，黑龍江省共有40個(gè)觀測(cè)點(diǎn)過程量達(dá)到暴雪級(jí)別。南部部分地區(qū)經(jīng)歷了比較明顯的降水相態(tài)轉(zhuǎn)換。其中以哈爾濱為例：哈爾濱、雙城、賓縣、尚志、五常、延壽在21-22日經(jīng)歷了雪轉(zhuǎn)雨夾雪轉(zhuǎn)雪的過程。

2　環(huán)流背景

2.1高空形勢(shì)

高空影響系統(tǒng)為東北冷渦。前期貝湖西北部附近為大范圍反氣旋環(huán)流，上下游各有一處氣旋性切變。21日08時(shí)500 hPa綜合圖可以看出是典型的暴雪環(huán)流場(chǎng)形勢(shì)“Ω”型(圖1)［1］。中心位于貝湖南部的冷渦南部急流明顯，平流能量轉(zhuǎn)化為擾動(dòng)能量，使冷渦發(fā)展，維持，引發(fā)持續(xù)性的降雪天氣。冷渦由黑龍江省西部進(jìn)入，自西向東北移動(dòng)，維持穩(wěn)定，移動(dòng)較慢。22日20時(shí)冷渦中心移動(dòng)到黑龍江省北部，低層急流消失，暖濕輸送帶崩潰，冷渦開始減弱。南部遼寧一帶出現(xiàn)東西向急流，系統(tǒng)開始東移并逐步入海。23日08時(shí)，隨著系統(tǒng)移動(dòng)加快，后部冷空氣的補(bǔ)充，冷平流增強(qiáng)，暖平流減弱，預(yù)計(jì)黑龍江省將轉(zhuǎn)為渦后控制，將出現(xiàn)大范圍的陣雪天氣。整個(gè)過程趨于結(jié)束。

2.2地面形勢(shì)

圖1　2015年(a)2月21日08時(shí)(b)2月22日20時(shí)500 hPa綜合圖

此次過程主要地面影響系統(tǒng)是蒙古氣旋，冷空氣源地為中西伯利亞，經(jīng)貝湖、蒙古發(fā)展加深形成蒙古低壓從西南向開始影響黑龍江省。20日夜間，暖鋒由黑龍江省西南部進(jìn)入，引發(fā)降雪。21日14時(shí)地面填圖可見蒙古低壓前部暖空氣強(qiáng)烈，中北部冷暖鋒交匯形成錮囚鋒引發(fā)強(qiáng)降雪。同時(shí)低壓連通海面，且有低空急流配合，水汽輸送穩(wěn)定，更有利于產(chǎn)生暴雪。22日08時(shí)錮囚鋒位置略微北抬，主體降水區(qū)域開始偏北，同時(shí)后部冷鋒逐漸跟進(jìn)，受后部冷空氣影響錮囚鋒將減弱消散，隨著錮囚鋒的消散系統(tǒng)移出，暴雪天氣趨于結(jié)束（圖2）。

3　中尺度分析及物理量場(chǎng)

圖2　2015年(a)2月21日14時(shí)(b)2月22日08時(shí)地面圖

3.1中尺度分析

21日08時(shí)中分析可以看出暖鋒前部為降水主體區(qū)域，250 hPa有高空急流配合高層抽吸作用下更有利于產(chǎn)生強(qiáng)降水。500 hPa，槽后存在急流槽前有一條自渤海至黑龍江省中部的顯著流線。700、850 hPa偏南急流明顯，將海面水汽不斷的向黑龍江省輸送，急流出口前有明顯的輻合線。同時(shí)可以發(fā)現(xiàn)700、850 hPa溫度脊配合暖鋒與降水區(qū)域存在較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

21日20時(shí)，地面暖鋒經(jīng)過之處產(chǎn)生降雪，且暖鋒移動(dòng)較快與主冷鋒在黑龍江省北部相匯并錮囚形成持續(xù)性強(qiáng)降雪，地面暖鋒后部輻合線明顯。槽前槽后兩股高中低空急流交匯并加強(qiáng)，形成新的位置趨于一致的西南急流，動(dòng)力條件更加穩(wěn)定，水汽輸送作用加強(qiáng)。700、850 hPa溫度脊隨急流北抬，為持續(xù)強(qiáng)降雪提供了良好的熱力條件。

22日08時(shí)，主冷鋒移動(dòng)速度下降并南下，副冷風(fēng)北抬追上主體暖鋒在黑龍江省中北部形成錮囚鋒，地面輻合線北移并有所減弱，降水還將持續(xù)一段時(shí)間，主體冷鋒的南下加強(qiáng)將使得前部的錮囚鋒逐漸消散減弱降水條件。急流減弱并南退，只有250 hPa黑龍江省北部還存在高空急流，南部850 hPa還存在一條弱的顯著流線。700、850 hPa溫度脊隨系統(tǒng)北抬東移并減弱，同時(shí)值得關(guān)注的整層的溫度槽都即將移入黑龍江省，這標(biāo)志著降雪的動(dòng)力熱力條件都將減弱，降水趨于結(jié)束(圖3)。

圖3　2月21日(a)08時(shí)中分析(b)20時(shí)中分析(c)22日08時(shí)中分析

3.2物理量分析

動(dòng)力條件：21日08時(shí)925 hPa、700 hPa、850 hPa黑龍江省西部均有正渦度，垂直高度上達(dá)到了500 hPa,中心強(qiáng)度10×10-10s-10，再向上均為負(fù)渦度。中低層正渦度、中高層負(fù)渦度結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定維持,促使低層氣旋性渦度環(huán)流增強(qiáng),為強(qiáng)降雪天氣提供了動(dòng)力條件[2]。

水汽條件：700 hPa、850 hPa存在急流，風(fēng)速最大值＞20 m/s。源源不斷的輸送渤海、黃海水汽并與西北部冷空氣交匯，產(chǎn)生強(qiáng)降水。急流區(qū)附近風(fēng)氣變強(qiáng)，中低層水汽通量散度都是負(fù)值，低層中心強(qiáng)度一度達(dá)到-10×10-7g·cm-2·s-1·hPa-1。相對(duì)濕度中低層都大于80%，水汽條件充足。同時(shí)沿著急流方向做剖面可以看到沿著急流軸整層相對(duì)濕度大于90%。水汽急流前區(qū)到雪區(qū)存在大范圍深厚濕區(qū)，黑龍江省大部為強(qiáng)烈的水汽輻合區(qū)，深厚的濕層和持續(xù)的水汽輻合為暴雪的產(chǎn)生提供了充沛的水汽條件。

熱力條件：假相當(dāng)位溫是表征大氣溫度、壓力、濕度的綜合特征量，表示大氣的溫濕特征和垂直運(yùn)動(dòng)[3]。其水平分布和垂直分布與對(duì)流天氣的發(fā)生發(fā)展有極大關(guān)系，也反映了大氣中能量的分布。21日08時(shí)假相當(dāng)位溫軸位于黑龍江省西部到南部，通過疊加降水落區(qū)對(duì)比發(fā)現(xiàn)此次強(qiáng)暴雪落區(qū)與假相當(dāng)位溫線密集帶有一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

4　衛(wèi)星云圖的分析

由于黑龍江省的緯度原因，可見光圖像并不清晰但可分辨出云層深厚，整體近似斜壓葉狀云系和帶狀云系。冷鋒后部的光滑分界，黑龍江省北部降水區(qū)域依稀可以分辨出一些暗影，反映出北部的中低層輻合明顯。南部低層水汽輸送通道在可見光上辨別明顯，副冷鋒位置清晰，低層有大片的層狀云沿著急流向東北移動(dòng)。

紅外圖像上則更加明顯，黑龍江省中部后邊界光滑干冷空氣入侵明顯，整體為典型逗點(diǎn)云系，逗點(diǎn)中心可以分辨出“T”字型的錮囚鋒云系。云頂亮度高，渦旋擴(kuò)散范圍大，這些都有利于強(qiáng)降水的產(chǎn)生。

5　降水相態(tài)的轉(zhuǎn)換

此次暴雪過程中，南部地區(qū)出現(xiàn)了降水相態(tài)的轉(zhuǎn)換。以哈爾濱地區(qū)為例20日20時(shí)-24日08時(shí)總降水量(mm):哈爾濱靳家13.5、雙城8.8、賓縣8.3、尚志19.8、五常15.6、延壽11.7降雪轉(zhuǎn)雨夾雪轉(zhuǎn)雪。21 日08時(shí)到22日02時(shí)哈爾濱、雙城、賓縣、尚志、五常、延壽六站溫度始終維持在零上1℃左右，降水相態(tài)是由雨轉(zhuǎn)雨夾雪。直到22日02時(shí)至04時(shí)左右哈爾濱、雙城、賓縣、尚志、五常、延壽六站干球和最低溫度由零上1℃左右降至零下2℃以下。降水相態(tài)由雨夾雪轉(zhuǎn)雪。

過程分析：

21日08時(shí)：700 hPa哈爾濱溫度-11℃;850 hPa哈爾濱溫度-8℃;700 hPa，850 hPa都存在強(qiáng)暖平流，可以看到強(qiáng)暖平流和低層急流軸基本吻合，哈市西部基本處于暖平流出口處。系統(tǒng)上游站溫度高，850 hPa溫度-4℃，21日白天溫度逐漸升高;地面哈市整體處于低壓頂前部，整體偏南風(fēng)，地面溫度預(yù)計(jì)將逐漸升高。同時(shí)地面哈市處于暖鋒前引起大范圍持續(xù)性降水中。由降水影響，21日白天地面溫度可能偏高，降水主要是雨夾雪;紅外圖像上，哈爾濱被云覆蓋，基本不存在輻射升溫。溫度不會(huì)過高。綜上，哈市大部地區(qū)降水相態(tài)為雨夾雪。

21日20時(shí)：700 hPa哈爾濱溫度-13℃。850 hPa哈爾濱溫度-5℃;700 hPa，850 hPa可以看到暖平流漸弱，暖平流的影響逐漸減弱。系統(tǒng)上游站溫度高，850 hPa溫度-5℃，預(yù)計(jì)21日夜間溫度還將維持一段時(shí)間偏高。降水相態(tài)還是雨夾雪;地面圖上，哈市整體處于低壓中心前部，整體依然是偏南風(fēng)，地面溫度預(yù)計(jì)還將維持。同時(shí)地面哈市還處于暖鋒前引起大范圍持續(xù)性降水中。由降水影響地面溫度可能將逐漸降低，降水還主要是雨或雨夾雪;紅外圖像上，哈爾濱上空云逐漸移開輻射降溫，地面溫度逐漸降低。綜上，哈市大部地區(qū)降水相態(tài)為雨或雨夾雪。

22日08時(shí)：700 hPa哈爾濱溫度-20℃;850 hPa哈爾濱溫度-13℃;700 hPa，850 hPa全部為冷平流;地面圖上，哈市整體處于低壓中心底前部，整體依然是偏南風(fēng)，但冷鋒已經(jīng)進(jìn)入哈市，地面溫度明顯降低，降水相態(tài)為雪;紅外圖像上，哈爾濱上無云輻射降溫，地面溫度會(huì)逐漸降低。綜上，哈市大部地區(qū)降水相態(tài)將轉(zhuǎn)為雪。

6　小結(jié)

(1)鋒區(qū)強(qiáng)弱以及位置是判斷降雪的關(guān)鍵，暖鋒強(qiáng)于冷鋒易產(chǎn)生強(qiáng)降雪，冷鋒強(qiáng)于暖鋒降雪量級(jí)一般不大。暖鋒鋒區(qū)，鋒生位于黑龍江省南部易產(chǎn)生暴雪。錮囚鋒易產(chǎn)生連續(xù)性降雪天氣。強(qiáng)降雪落區(qū)預(yù)報(bào)的主要標(biāo)示即是鋒生區(qū)的位置和暖鋒的路徑。

(2)急流是大范圍強(qiáng)降雪產(chǎn)生的必要條件，急流不僅提供了動(dòng)力條件與水汽源地聯(lián)通后更成為重要的水汽條件，判斷急流的位置變化是判斷暴雪天氣變化的重要標(biāo)識(shí)。急流出口區(qū)和低層溫度脊的配合可以很好的對(duì)應(yīng)出降水區(qū)域，可依據(jù)此對(duì)暴雪災(zāi)害的影響范圍作出預(yù)先判斷。

(3)中低層正渦度、中高層負(fù)渦度結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定維持,促使低層氣旋性渦度環(huán)流增強(qiáng),為強(qiáng)降雪天氣提供了動(dòng)力條件。正渦度平流中心先于暴雪出現(xiàn),這對(duì)判斷暴雪的產(chǎn)生有明顯的指示作用。

參考文獻(xiàn)

[1]孫仲毅,王軍,靳冰凌,等.河南省北部一次暴雪天氣過程診斷分析[J].高原氣象,2010,29(5):1338 -1344.

[2]胡中明，周偉燦我國東北地區(qū)暴雪形成機(jī)理的個(gè)例研究[ J] .南京氣象學(xué)院學(xué)報(bào), 2005 , 28(5):680-684.

[3]侯瑞欽，張迎新，范俊紅，等.2009年深秋河南省特大暴雪天氣成因分析[ J] .氣象, 2011 , 37(11):1352-1359.

Analysis of a cold vortex snowstorm weather process

PANG Bo1，F(xiàn)U Hong-tai2
（1. Meteorological observatory of Heilongjiang province, Heilongjiang Harbin 150030；2.Harbin Meteorological Observatory ,Heilongjiang Harbin 150028)

Abstract:The process is mainly caused by the Mongolian cyclone, the middle of Siberian is the cold air source. Through the Baikal and Mongolia, the cold air transformed Mongolian low system and began to affect Heilongjiang Province from the southwest. The process began at the night of February 20, 2015 and ended at February 23. 40 observation stations reached snowstorm level in Heilongjiang Province. Parts of southern experienced a relatively significant precipitation phase conversion .Finally, the result shows that :(1) The strength of the front area and the location is the key to produce heavy snowfall, if the warm front is stronger that cold front, it prone to cause heavy snowfall, else the snow is small.(2) The jet is a necessary condition for wide range of heavy snowfall, the jet not only provides dynamic conditions but also become an important water vapor condition after connect with water vapor resource.(3) The stable maintenance of positive vorticity in the lower and middle and negative in upper and middle level enhance the circulation of the low level cyclone, and provided the dynamic conditions for the strong snowfall weather conditions.

Key words:snowstorm; precipitation phase

第一作者簡介：龐博（1983-),男，黑龍江省哈爾濱市人，黑龍江大學(xué)，本科生，工程師.

收稿日期：2016－1－1

文章編號(hào)：1002－252X(2016)01－0009－04

中圖分類號(hào)：P458.1+21

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A