吉林省南部一次回流與倒槽影響的特大暴雪天氣分析

胥珈珈 丑士連 蔡檸澤

（白山市氣象局，吉林白山 134300）

1 引言

近年來(lái)，東北地區(qū)夏季暴雨和冬季暴雪多有發(fā)生[1]。在當(dāng)今全球氣候變暖的背景下，冷季災(zāi)害天氣未見(jiàn)減少，寒潮冷涌、凍雨及雪災(zāi)仍不斷發(fā)生[2-3]。我國(guó)學(xué)者對(duì)近10年來(lái)的冷季災(zāi)害天氣已做過(guò)一些研究。王寧等[4]對(duì)2015年2月21—25日吉林省一次罕見(jiàn)的大暴雪天氣進(jìn)行了分析，得出高空冷渦配合地面蒙古氣旋東移發(fā)展是形成暴雪的重要因素，強(qiáng)降雪期間伴隨明顯的干侵入及鋒生過(guò)程，冷空氣作用顯著；田忠臣等[5]對(duì)白山市一次罕見(jiàn)暴雪過(guò)程進(jìn)行分析后得出，此次天氣過(guò)程是在非常有利的環(huán)流背景下，受貝加爾湖到日本海之間的“Ω”型高壓壩和地面的西南渦與華北倒槽合并東移以及低空切變線、輻合線直接影響產(chǎn)生。

東北地區(qū)暴雪的發(fā)生條件關(guān)鍵是南方水汽、熱量輸送和北方強(qiáng)冷空氣南下在東北交綏。2020年2月14—15日吉林省南部受回流和倒槽影響出現(xiàn)強(qiáng)降雪過(guò)程，降水范圍廣、強(qiáng)度大。本文從環(huán)流配置、水汽、能量條件等進(jìn)行分析，以期對(duì)回流與倒槽北上影響產(chǎn)生的暴雪天氣進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，提高該類強(qiáng)降雪天氣的預(yù)報(bào)能力。

2 資料與方法

利用地面與高空氣象觀測(cè)資料、經(jīng)過(guò)質(zhì)量控制的自動(dòng)氣象站觀測(cè)資料，分析天氣實(shí)況和環(huán)流形勢(shì)。診斷分析資料來(lái)源于美國(guó)國(guó)家環(huán)境預(yù)報(bào)中心（NCEP）逐日4次的NCEP 1°×1°再分析資料。選取2月15日20時(shí)臨江站探空資料與相應(yīng)的NCEP再分析資料進(jìn)行對(duì)比檢驗(yàn)；利用耿貝爾分布計(jì)算白山站過(guò)程降雪量的重現(xiàn)期。

3 降雪過(guò)程特點(diǎn)

2020年2月14日20時(shí)—16日08時(shí)，吉林省中南部出現(xiàn)區(qū)域性大暴雪天氣。最大單站降雪量出現(xiàn)在白山站，為40.8mm，達(dá)到了特大暴雪量級(jí)。其中14日20時(shí)—15日20時(shí)24h累計(jì)降雪量為32.9mm。本次過(guò)程的降雪特點(diǎn)：一是暴雪范圍大、梯度大，暴雪區(qū)域呈帶狀緯向分布，大于20mm區(qū)域集中在38°N—45°N；二是降雪強(qiáng)度大，主要集中在15日08—20時(shí)，6h最大降雪量超過(guò)15mm；三是新增雪深明顯，特別是在高海拔地區(qū)、東南部地區(qū)新增積雪在10cm以上，最大新增積雪深度出現(xiàn)在通化站，達(dá)37cm；四是雪后伴隨寒潮天氣，吉林省中南部地區(qū)降溫8～10℃，個(gè)別縣（市）降溫幅度達(dá)15℃以上。

本次過(guò)程有3個(gè)氣象站出現(xiàn)了極端暴雪事件，選取耿貝爾Ⅰ型分布模型對(duì)白山站1981—2020年日降雪極值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，計(jì)算得出本次暴雪過(guò)程白山站、通化站、靖宇站重現(xiàn)期超過(guò)了50年一遇。

4 大尺度環(huán)流形勢(shì)

暴雪出現(xiàn)前，500hPa東亞地區(qū)維持兩槽一脊形勢(shì)，極渦穩(wěn)定加強(qiáng)，極鋒位置偏北，中緯度環(huán)流平直。吉林省南部一直處于溫度鋒區(qū)底部。隨著極渦南壓，貝加爾湖以東的高壓脊不斷東伸，脊前的偏北氣流帶來(lái)的強(qiáng)冷空氣不斷南下補(bǔ)充，低壓槽發(fā)展加深。2月13—15日低壓槽形成閉合冷渦。14日吉林省南部局部出現(xiàn)小雪。14日20時(shí)—15日08時(shí)槽達(dá)到最強(qiáng)，槽前低層西南氣流強(qiáng)盛，濕度增大，全省大部出現(xiàn)中到大雪，南部出現(xiàn)暴雪，白山站達(dá)到特大暴雪。16日02時(shí)500hPa被西北氣流控制，降雪結(jié)束。

地面在暴雪前期一直處于北高南低的形勢(shì)。大陸高壓盤(pán)踞在歐亞大陸，穩(wěn)定少動(dòng)，河套倒槽向東北方向發(fā)展，14日20時(shí)—15日14時(shí)吉林省南部處于高壓底部強(qiáng)盛的偏東或東北氣流中。河套倒槽前的暖濕空氣與高壓底部偏東氣流在吉林省南部交匯。急流頭部風(fēng)速的輻合以及倒槽東南氣流與西南氣流的風(fēng)向切變使吉林省南部出現(xiàn)暴雪天氣。這種回流形勢(shì)與倒槽同時(shí)強(qiáng)烈發(fā)展的形勢(shì)在吉林省并不多見(jiàn)，是造成這次暴雪強(qiáng)度罕見(jiàn)、范圍大、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)的重要原因。

5 降雪成因診斷分析

5.1 深厚的濕層和強(qiáng)烈的水汽輻合

沿42°N做溫度露點(diǎn)差的剖面圖，從14日20時(shí)開(kāi)始，從暴雪區(qū)上游到暴雪區(qū)一直維持大范圍的深厚濕層，濕層頂部在600hPa左右，15日08時(shí)達(dá)到最強(qiáng)，600hPa以下T-Td≤3℃。850hPa水汽通量圖上（圖1），在暴雪區(qū)的西南方和偏東方分別存在一個(gè)強(qiáng)水汽通量中心，中心數(shù)值分別達(dá)到18.1g/(s·hPa·cm)和12.3g/(s·hPa·cm)。西南方的水汽通量軸線呈近似西南—東北走向，東南方的水汽通量軸線呈近似東西走向，暴雪中心就位于兩條水汽通道交匯的附近。兩支水汽通道分別對(duì)應(yīng)西南暖濕空氣和高壓底部東風(fēng)回流帶來(lái)的濕冷空氣，共同為此次暴雪天氣過(guò)程提供了水汽和熱量輸送，在暴雪區(qū)形成一個(gè)強(qiáng)的輻合中心。從水汽通量散度圖上看出，遼寧東部和吉林省南部為強(qiáng)烈的水汽輻合區(qū)。深厚的濕層和強(qiáng)烈的水汽輻合為此次暴雪提供了充分的水汽條件。

圖1 2020年2月15日08時(shí)850hPa露點(diǎn)（a，單位：℃）、850hPa比濕疊加風(fēng)場(chǎng)（b，比濕單位：g/kg，風(fēng)場(chǎng)單位：m/s）、過(guò)程整層水汽通量（c，單位：g·m-1·s-1）和850hPa水汽通量散度（d，單位：g·cm-1·hPa-1·s-1）

5.2 低空急流

5.2.1 925hPa偏東急流

暴雪前期，由于500hPa鄂霍次克海低壓穩(wěn)定少動(dòng)，槽后冷空氣出現(xiàn)了強(qiáng)烈下沉，并從低層向南擴(kuò)散，同時(shí)由于貝加爾湖高壓脊前的冷空氣南下補(bǔ)充使內(nèi)蒙古東部的低壓槽加深發(fā)展，槽后負(fù)渦度平流促使地面加壓，地面大高壓發(fā)展加強(qiáng)。從14日20時(shí)開(kāi)始，來(lái)自朝鮮半島東部日本海的水汽沿著高壓底部偏東氣流不斷補(bǔ)充到吉林省南部，在925hPa表現(xiàn)為超低空偏東急流（925hPa強(qiáng)度≥12m/s）。

5.2.2 850hPa西南急流

暴雪出現(xiàn)前48h，低壓槽東移與南支槽同相疊置，槽前的西南氣流和南支槽前的西南氣流產(chǎn)生輻合，造成西南急流的進(jìn)一步加強(qiáng)，并引導(dǎo)渤海灣的低層暖濕氣流向北方輸送。北上的西南氣流又與高空低壓槽前的氣流產(chǎn)生耦合，造成西南急流的進(jìn)一步加強(qiáng)，暴雪出現(xiàn)前12h，850hPa形成了大范圍的≥14m/s的西南急流。

925hPa超低空偏東急流與850hPa西南急流在吉林南部—朝鮮半島北部匯合，共同向暴雪區(qū)輸送水汽，產(chǎn)生強(qiáng)烈的降水。15日20時(shí)之后高壓減弱，地面氣旋東移，偏東風(fēng)急流和西南急流逐漸不明顯，降雪逐漸趨于結(jié)束。兩支急流為此次天氣提供了水汽和熱量輸送。

5.3 不穩(wěn)定條件和動(dòng)力條件

5.3.1 高不穩(wěn)定能量條件

由于本次降雪過(guò)程降雪時(shí)段比較集中，且雪量很大，在暴雪中心附近的降雪量梯度也很大，說(shuō)明此次過(guò)程具有很強(qiáng)的對(duì)流性降水的特征。分析動(dòng)能演變特征發(fā)現(xiàn)，700hPa上14日20時(shí)，能量中心位于遼東半島，最大中心數(shù)值達(dá)42m2/s2，吉林省南部地區(qū)位于能量密集帶即能量鋒區(qū)上。之后，能量中心加強(qiáng)，能量鋒區(qū)南壓。15日08時(shí)吉林省中部和南部分別位于兩條能量密集帶上，這兩條能量密集帶分別對(duì)應(yīng)偏東回流氣流和西南倒槽前暖濕氣流，兩支不穩(wěn)定能量在吉林省南部耦合加強(qiáng)，形成一個(gè)高不穩(wěn)定能量區(qū)，為暴雪的產(chǎn)生提供了能量條件。

14日20時(shí)—15日08時(shí)，吉林省南部位于高能中心，中心數(shù)值迅速增大，對(duì)應(yīng)暴雪出現(xiàn)一個(gè)增幅期，兩個(gè)高能中心分別對(duì)應(yīng)著兩個(gè)強(qiáng)降雪中心。計(jì)算θse（500-700）和θse（700-850），從它們的分布來(lái)看（圖2a、圖2b），暴雪發(fā)生前吉林省整層為對(duì)流性不穩(wěn)定，位于強(qiáng)降水區(qū)上游的遼寧中部地區(qū)低層不穩(wěn)定性明顯大于高層，隨著倒槽前暖濕氣流的上升運(yùn)動(dòng)，低層不穩(wěn)定性向上輸送，使對(duì)流不穩(wěn)定性層次增厚。15日08時(shí)，對(duì)流性不穩(wěn)定維持且范圍逐漸東移擴(kuò)大，在吉林省南部無(wú)論是中層還是低層，不穩(wěn)定性依然加強(qiáng)。因此，暴雪區(qū)上空的高不穩(wěn)定能量具有明顯對(duì)流性不穩(wěn)定的特點(diǎn)。

5.3.2 強(qiáng)烈的上升運(yùn)動(dòng)

暴雪區(qū)上空從14日08時(shí)開(kāi)始就出現(xiàn)上升運(yùn)動(dòng)，上升運(yùn)動(dòng)中心位于遼東半島，隨著時(shí)間推移上升運(yùn)動(dòng)中心不斷加強(qiáng)并東移，上升運(yùn)動(dòng)的伸展高度也不斷增加。暴雪出現(xiàn)前12h，吉林省暴雪區(qū)上空幾乎整層為上升運(yùn)動(dòng)（圖2c），垂直上升運(yùn)動(dòng)達(dá)到300hPa，這種強(qiáng)上升運(yùn)動(dòng)一直維持到16日02時(shí)開(kāi)始減弱。

5.3.3 露點(diǎn)鋒

分析14日08時(shí)—16日08時(shí)850hPa露點(diǎn)分布圖（圖2d）的演變特征，發(fā)現(xiàn)14日20時(shí)到16日08時(shí)東部沿海地區(qū)的等露點(diǎn)線密集，呈“Ω”型，向北伸展，同時(shí)北方露點(diǎn)低值區(qū)逐漸南壓，使得等露點(diǎn)線越來(lái)越密集，吉林省南部正位于露點(diǎn)鋒區(qū)密集帶，是高不穩(wěn)定能量的爆發(fā)區(qū)。低層露點(diǎn)鋒的抬升有利于中層不穩(wěn)定能量的釋放。

5.3.4 高空輻散、低空輻合

分析散度場(chǎng)（圖2e、圖2f）發(fā)現(xiàn)，14日20時(shí)暴雪區(qū)南部上空200hPa存在一個(gè)明顯的輻散區(qū)，對(duì)應(yīng)低空850hPa存在一個(gè)輻合區(qū)。15日08時(shí)，高層輻散和低層輻合都有加強(qiáng)，暴雪區(qū)上空200hPa輻散中心達(dá)到4.8×10-6/s，850hPa輻合中心數(shù)值達(dá)到-3.6×10-6/s。這種高層輻散、低層輻合的垂直結(jié)構(gòu)一直維持到16日02時(shí)。高層輻散、低層輻合的垂直配置為強(qiáng)降雪的出現(xiàn)提供了有利的動(dòng)力條件。

圖2 2020年2月15日08時(shí)θse（500-700）（a，單位：K）、θse（700-850）（b，單位：K）、700hPa垂直速度（c，單位：hPa/s）、850hPa等露點(diǎn)線（d，單位：℃）、850hPa散度（e）、200hPa散度（f）

6 結(jié)語(yǔ)

（1）本次強(qiáng)降雪區(qū)呈緯向分布，梯度大，范圍廣，強(qiáng)度罕見(jiàn)，新增雪深明顯。

（2）地面為“北高南低”的形勢(shì)，河套倒槽向東北伸展并逐漸加強(qiáng)，與蒙古東部高壓底部東路回流的濕冷空氣共同作用。

（3）此次暴雪天氣過(guò)程存在兩條水汽輸送帶，分別對(duì)應(yīng)低層西南暖濕空氣和高壓底部東風(fēng)回流帶來(lái)的濕冷空氣，兩支水汽通道共同為此次暴雪天氣過(guò)程提供了水汽和熱量輸送，在暴雪區(qū)形成強(qiáng)的低層輻合中心。

（4）能量鋒區(qū)垂直分布表明隨著倒槽前暖濕氣流的上升運(yùn)動(dòng)，低層不穩(wěn)定性向上輸送，使對(duì)流不穩(wěn)定性層次增厚，高不穩(wěn)定條件發(fā)展。

（5）低層輻合、高層輻散、低層露點(diǎn)鋒等為本次暴雪過(guò)程提供了較好的動(dòng)力條件。