一次東北冷渦暴雪過程分析

國世友 吳巖 關銘 孫慶豐

摘要 利用NCEP再分析資料和實況資料，對2013年11月16—20日東北冷渦暴雪過程進行分析。結果表明，暴雪發(fā)生在對流層低層輻合線附近，對流層低層有暖脊、中層有冷槽。暴雪區(qū)水汽主要來源于東北地區(qū)東部海上，對流層低層水汽通量在2 g/（cm· hPa·s）以上。東北冷渦發(fā)展期，斜壓性特征明顯，有利于降雪增強；冷渦成熟期、減弱期，顯示出正壓的特征，降雪減弱。等θse線陡立密集區(qū)對流穩(wěn)定度小，有利于特大暴雪發(fā)生。

關鍵詞 東北冷渦；暴雪；系統(tǒng)配置；物理量

中圖分類號 S161.6 文獻標識碼 A 文章編號 0517-6611（2017）06-0205-04

Analysis on an Snowstorm Event Caused by Northeast Cold Vortex

GUO Shi-you，WU Yan，GUAN Ming et al （Heilongjiang Meteorological Observatory，Harbin，Heilongjiang 150030）

Abstract The routine surface observational data and NCEP reanalysis data are used to analyze a persistant snowstorm process of a northeast cold vortex in the Northeast China during 16-19 November，2013.The results show snowstorm appears near convergence line of the low troposphere，and there is warm ridge in the low troposphere and cold trough in the middle troposphere.The source of water vapor is the seas off northeast China's eastern coastline，and water vapor flux at lower troposphere is above 2 g/（cm·hPa·s）.At the initial stage，its baroclinic characteristic is obvious，which provides advantageous condition for the occurrence of snowstorm.At the stage of maturity and decay，snow tends to weaken.Snowstorm often occur in the stiff and dense zone of the θse contour line，where the convective stability is small.

Key words Northeast cold vortex；Snowstorm；System configuration；Physical quantity

東北冷渦是在 500 hPa 天氣圖上35°～60°N、115°～145°E范圍內(nèi)出現(xiàn)的閉合等高線，并有冷中心或冷槽相配合，持續(xù) 3 d及以上的低壓天氣尺度系統(tǒng)，是東亞阻塞形勢下在東北地區(qū)發(fā)生、發(fā)展較為深厚的冷性渦旋，能維持3～4 d或更長時間，一年四季均有出現(xiàn)[1-2]。東北冷渦所控制的地區(qū)，冬季可出現(xiàn)很強的降雪，夏季可產(chǎn)生暴雨、雷暴、冰雹及低溫冷害等災害性天氣[3-6]。

筆者利用東北地區(qū)202站日降水量資料、NCEP 1°×1°逐6 h全球再分析資料，對2013年11月16—19日東北冷渦暴雪的系統(tǒng)配置、物理量場與暴雪落區(qū)演變過程進行分析，得出對此類持續(xù)性東北冷渦暴雪預報中有指示意義的信息。

1 天氣系統(tǒng)配置與暴雪落區(qū)

11月16日08：00，500 hPa歐亞中高緯地區(qū)為“兩槽兩脊”形勢，里海以北、大興安嶺西部各有1個高空槽，巴爾喀什湖以北、鄂霍次克海為高壓脊，貝加爾湖東部-40 ℃冷中心與大興安嶺西部高度槽配合（圖1a）；≥20 m/s中空急流軸從中西伯利亞高原伸展至長江下游，然后折向太平洋。700 hPa吉林西部至山東半島西部為一切變線，與之對應的是850 hPa遼寧至渤海灣切變線，江蘇至吉林為暖脊控制。地面上遼寧至渤海為低壓控制，東北地區(qū)降雪逐漸開始。

16日20：00 850 hPa出現(xiàn)1 400 gpm閉合等值線，17日02：00 700 hPa出現(xiàn)2 880 gpm閉合等值線，08：00 500 hPa高空槽分為南北兩支，南支從吉林延伸至日本海，溫度槽落后于高度槽；700、850 hPa切變線移至吉林。地面低壓中心移至日本海（中心<1 005 hPa），從地面低壓伸出地面輻合線到達伊春南部，850 hPa暖溫度脊位置與地面輻合線接近。16日08：00—17日08：00 ≥10.0 mm的暴雪區(qū)主要位于700 hPa切變線、850 hPa切變線與地面輻合線北側、850 hPa溫度脊與500 hPa溫度槽之間（圖1b）。

17日14：00，東北地區(qū)西部500 hPa切斷出5 280 gpm閉合環(huán)流（中心在43.5°N、125.0°E），以后低渦向東南移，加強成熟。18日08：00，500 hPa環(huán)流中心位于42.5°N、132.2°E，地面低壓中心位于44.4°N、133.0°E。17日08：00—18日08：00≥10.0 mm的暴雪區(qū)主要位于850 hPa切變線和地面輻合線北側、850 hPa溫度脊與500 hPa溫度槽之間（圖1c）。

18日08：00—19日08：00，東北冷渦穩(wěn)定少動，暴雪區(qū)位于850 hPa溫度脊與500 hPa溫度槽之間（圖1d），期間850與500 hPa溫差超過28 ℃，具備不穩(wěn)定條件。19日08：00以后，東北冷渦減弱東移，主要影響黑龍江省東部地區(qū)，降雪量超過10.0 mm區(qū)域減小。20日08：00東北冷渦影響減弱。

11月16—20日東北地區(qū)東部降雪量超過10 mm，30站大于30 mm，最多達71.7 mm。冷渦發(fā)展階段（16日08：00—18日08：00）降雪最強，16日08：00—17日08：00有20站超過10 mm；17日08：00—18日08：00降雪最強，32站超過10 mm，其中9站大于30 mm，最多達50 mm；成熟階段（18日08：00—19日08：00）降雪減弱，21站超過10 mm；冷渦影響減弱階段（19日08：00—20日08：00）僅有4站超過10 mm。

2 物理量診斷分析

2.1 水汽輸送

此次暴雪過程水汽來源于渤海、黃海、日本海、鄂霍次克海（圖2）。16日08：00（圖2a），從渤海、黃海至東北地區(qū)東部的西南風將水汽輸送到東北地區(qū)，850 hPa東北地區(qū)東部為水汽通量大值區(qū)，遼寧東部、吉林東部達2 g/（cm· hPa·s），吉林西南部高于4 g/（cm· hPa·s），水汽通量散度中心值達-12×10-6g/（cm2·hPa·s）。冷渦發(fā)展過程中，對流層低層風速增強，源源不斷向東北地區(qū)輸送水汽，水汽通量大值區(qū)、水汽通量輻合區(qū)向東擴展，降雪加強、范圍增大。17日08：00（圖2b），850 hPa東南風急流將日本海水汽輸送到東北地區(qū)，東北地區(qū)東部水汽通量達2 g/（cm·hPa·s），水汽通量輻合最強區(qū)域位于吉林東部，達-4×10-6g/（cm2·hPa·s）。18日08：00（圖2c），對流層低層轉為偏東風急流，黑龍江東部水汽通量達4 g/（cm·hPa·s），水汽通量輻合區(qū)位于吉林東部、黑龍江東部，輻合較前期減弱，大部分區(qū)域不足-4×10-6g/（cm2·hPa·s）。19日08：00以后（圖2d），對流層低層的偏東風水汽輸送減弱，水汽通量2 g/（cm·hPa·s）范圍減小，主要位于黑龍江東部，水汽輻合減弱，降雪減弱。

降雪量最大區(qū)域位于吉林東南部（130°E，43°N）附近，從沿43°N水汽通量、水汽通量散度、風場的緯向剖面（圖3）來看，特大暴雪區(qū)上空，16日08：00對流層低層為南風，對流層中層為西南風，風隨高度順轉，表明對流層低層有比較強的暖濕平流輸送，同時在122°～126°E對流層低層有風向輻合，有利于暖濕氣流的聚集。17日08：00水汽通量2 g/（cm· hPa·s）區(qū)域伸展至600 hPa，131°E、950 hPa有-20×10-6 g/（cm2· hPa·s）的強水汽通量輻合中心，水汽輻合主要位于850 hPa以下，850 hPa以上為強水汽輻散，對流層低層風向輻合區(qū)移至128°～130°E。17日20：00，水汽輻合、水汽輻散范圍進一步增大、強度增強，最大達-32×10-6、24×10-6g/（cm2· hPa·s），但輻合、輻散中心較17日08：00東移，在130°E對流層低層轉為西北風，中層為偏東風，表明對流層低層轉為冷空氣影響，對流層低層風向輻合區(qū)移至130°～132°E。18日08：00，對流層低層130°～132°E仍為風向輻合區(qū)，但逐漸轉為冷空氣控制，降雪減弱。19日08：00以后，對流層低層風向輻合區(qū)移至132°E以東，暴雪區(qū)上空的對流層低層為西北風控制，降雪迅速減弱。

2.2 上升運動的維持

從43°N渦度、垂直速度的緯向垂直剖面（圖4）來看，16日08：00，122°～128°E強度為-0.2×10-2 hPa/s的上升運動區(qū)達到300 hPa，-0.6×10-2 hPa/s中心位于850 hPa附近，其西部有約落后2個經(jīng)度的強度為2×10-6s-1的正渦度區(qū)，強上升運動有利于暖濕水汽持續(xù)向上輸送。17日08：00，上升區(qū)、下沉區(qū)同時出現(xiàn)，130°～132°E上升運動加強，131°E、850 hPa附近上升速度達2.0×10-2 hPa/s，上升運動區(qū)西側強渦度區(qū)范圍擴大，對流層中層出現(xiàn)大范圍12×10-6s-1的強渦度區(qū)。17日20：00，上升運動達最強，并且強上升運動位于強渦度區(qū)內(nèi)，-0.4×10-2 hPa/s上升區(qū)和12×10-6s-1渦度區(qū)向上伸展至400 hPa。18日08：00以后，暴雪區(qū)上空為垂直強正渦度區(qū)，對流層低層為下沉運動，對流層中層為上升運動，降雪強度開始減弱。16日20：00—17日20：00，上升運動區(qū)、正渦度區(qū)均隨高度向西傾斜，強渦度區(qū)落后強上升運動區(qū)，表明系統(tǒng)斜壓性較強，東北冷渦處于發(fā)展階段，有助于上升運動加強，從而降雪強度增強。17日20：00，強渦度區(qū)與強上升運動區(qū)重合，大氣斜壓性逐漸減弱，暴雪區(qū)上升運動減弱，由垂直的強渦度控制，降雪減弱。

2.3 不穩(wěn)定條件

假相當位溫是表征大氣溫度、壓力、濕度的綜合特征量，表示了大氣的溫濕特征和垂直運動，也反映了大氣中能量的分布。16日08：00（圖5a），伴隨西南風的水汽、能量輸送，850 hPa有θse≥292 K高能舌從渤海、黃海伸向東北地區(qū)，在東北地區(qū)西部形成θse等值線密集帶，表明這里處在西北方干冷空氣與西南方暖濕氣流交界的不穩(wěn)定斜壓鋒區(qū)內(nèi)。16日20：00—18日08：00（圖5b），850 hPa θse高能舌從日本海伸向吉林、黑龍江，吉林東南部、黑龍江東南部的θse鋒區(qū)加強，出現(xiàn)特大暴雪天氣。18日08：00以后（圖5c、d），高能舌位于黑龍江，并作逆時針旋轉，等θse線梯度減小，降雪減弱。從16日開始的暴雪天氣位于θse鋒區(qū)內(nèi)。

從沿43°N的θse緯向垂直剖面（圖6）來看，由于冷暖空氣的交匯使得θse等值線傾斜加強，逐漸變得異常陡立、密集，θse的垂直梯度很?。é萻ep≈0），大氣濕斜壓性增加，導致垂直渦度顯著發(fā)展，θse傾斜性越強，氣旋性渦度增長越劇烈，一直持續(xù)到18日08：00。16日20：00對流層低層125°～126°E、17日08：00的128°～130°E、17日20：00和18日08：00的130°～132°E θse等值線密集帶幾乎與等壓面垂直，同時西部有冷空氣入侵，使不穩(wěn)定能量釋放，在等θse線陡立密集區(qū)內(nèi)出現(xiàn)特大暴雪。18日08：00以后，等θse線水平梯度減小，降雪較前期減弱。

3 結論

（1）16日08：00—18日08：00，東北冷渦處于發(fā)展期，先在對流層低層出現(xiàn)閉合中心，而后中高層逐漸出現(xiàn)閉合環(huán)流，在此期間降雪最強，吉林東南部、黑龍江東南部出現(xiàn)特大暴雪天氣。18日08：00—20日08：00，東北冷渦處于成熟期、減弱期，吉林中部、黑龍江東部發(fā)生暴雪天氣。暴雪主要發(fā)生在對流層低層輻合線附近，同時對流層低層有暖脊、中層有冷槽配合。

（2）此次暴雪天氣的水汽、能量主要源于渤海、黃海、日本海、鄂霍次克海。暴雪區(qū)的對流層低層水汽通量在2 g/（cm· hPa·s）以上，水汽通量散度達-4×10-6 g/（cm2·hPa·s），并且水汽在對流層低層強輻合，對流層中高層強輻散。對流層低層θse高能舌從海上伸展到東北地區(qū)，等θse線密集帶附近發(fā)生暴雪天氣；等θse線陡立密集區(qū)對流穩(wěn)定度較小，有利于發(fā)生特大暴雪。

（3）-0.2×10-2 hPa/s上升運動區(qū)與4×10-6s-1正渦度區(qū)均向西傾斜，正渦度區(qū)落后于上升運動區(qū)，大氣斜壓性強，東北冷渦處于發(fā)展階段，降雪強。正渦度區(qū)與上升運動區(qū)重合時，正渦度區(qū)、上升運動區(qū)接近垂直狀態(tài)，東北冷渦達到成熟期，降雪也隨之減弱。

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