江淮氣旋北上造成黑龍江省強(qiáng)雨雪天氣成因分析

任 麗, 楊艷敏

(黑龍江省氣象臺(tái)，哈爾濱 150030)

引 言

中高緯地區(qū)的災(zāi)害性天氣通常與溫帶鋒面氣旋的移動(dòng)和發(fā)展相聯(lián)系[1-6]。20世紀(jì)以來，科學(xué)家們針對(duì)鋒面氣旋從觀測到理論經(jīng)歷了長期不懈的探索和研究過程[7-11]。江淮氣旋是我國常見的氣旋之一，生成于長江中下游地區(qū)和江淮流域。江淮氣旋生成后北上，常常會(huì)給東北地區(qū)帶來大范圍的暴雨(雪)天氣。2007年3月3-5日，受江淮氣旋北上影響，中國東北地區(qū)出現(xiàn)了最強(qiáng)的一次雨雪天氣過程，其中東北東部和南部出現(xiàn)了自1951年有氣象記錄以來歷史同期最強(qiáng)的暴風(fēng)雪天氣[12]。許多學(xué)者對(duì)此過程進(jìn)行了研究，揭示了這次暴雪天氣的成因機(jī)制[13-16]。2013年11月24-26日在中國東北地區(qū)發(fā)生了一次由北上的江淮氣旋引發(fā)的雨雪天氣過程，在江淮氣旋到達(dá)東北地區(qū)的過程中形成了錮囚鋒，黑龍江省的大暴雪過程就發(fā)生在與氣旋錮囚鋒對(duì)應(yīng)的鉤狀云區(qū)中[17-18]。

錮囚鋒形成和發(fā)展同樣會(huì)造成較大量級(jí)的降水。學(xué)者們對(duì)于華北錮囚鋒降水的研究較多：華北地形錮囚鋒是東亞大槽在偏西位置斜壓發(fā)展，引導(dǎo)冷空氣經(jīng)一定路徑南下直接遭遇華北特殊地形影響的產(chǎn)物，華北地形錮囚鋒為冷式錮囚，鋒區(qū)結(jié)構(gòu)淺薄，主要存在于850 hPa以下，其水平和垂直尺度均小于經(jīng)典鋒面氣旋錮囚鋒[19-21]?；亓魈鞖庑蝿菹碌娜A北錮囚鋒, 是由東西2條冷鋒形成的冷鋒錮囚鋒，在生命史、尺度和結(jié)構(gòu)等方面與陸地氣旋錮囚鋒區(qū)別很大[22-24]。對(duì)于東北地區(qū)氣旋發(fā)展到錮囚階段，冷鋒追上暖鋒而形成的錮囚鋒降水機(jī)制研究較少。2018年11月8-9日在中國東北地區(qū)發(fā)生了一次由江淮氣旋北上引發(fā)的強(qiáng)降水天氣過程。江淮氣旋向東北地區(qū)移動(dòng)的過程中，獲得強(qiáng)烈發(fā)展，在黑龍江省發(fā)展到錮囚階段。黑龍江省東部大部分地區(qū)2 d降水累積量超過11月份平均降水量，降水中心牡丹江站更是出現(xiàn)了1961年以來11月份最大的單日降水。本次降水過程強(qiáng)降水范圍和強(qiáng)度及單日降水量均較2007年3月3-5日和2013年11月24-26日降水過程的大。那么這樣的極端強(qiáng)降水是在怎樣的環(huán)流背景下產(chǎn)生的?影響系統(tǒng)及環(huán)境場有什么特點(diǎn)?深秋時(shí)節(jié)如此充足的水汽供應(yīng)從何而來？針對(duì)以上問題，本文利用常規(guī)觀測資料、衛(wèi)星云圖、雷達(dá)回波資料、自動(dòng)氣象站降水量及0.25°×0.25°的NCEP/NCAR再分析資料，對(duì)本次過程進(jìn)行全面分析，探究東北地區(qū)錮囚鋒降水的特點(diǎn)和成因，為預(yù)報(bào)此類天氣提供參考依據(jù)。

1 降水實(shí)況

2018年11月8日14:00—10日08:00(圖1a)東北地區(qū)北部出現(xiàn)強(qiáng)降水天氣過程，降水集中出現(xiàn)在8日夜間到9日白天。東部地區(qū)降水量普遍≥30 mm，超過11月份平均降水量(10～20 mm)。黑龍江省牡丹江地區(qū)有3站降水量>50 mm，最大降水(73 mm)出現(xiàn)在牡丹江站，為1961年以來11月份最大的單日降水。黑龍江省中東部地區(qū)積雪深度普遍≥10 cm，達(dá)到暴雪標(biāo)準(zhǔn)。最大積雪深度出現(xiàn)在小興安嶺地區(qū)：五營站為33 cm，伊春站為24 cm(圖1b)。

8日下午黑龍江省東南部地區(qū)受氣旋外圍云系影響率先出現(xiàn)降水，暖鋒鋒生導(dǎo)致降水強(qiáng)度不斷增強(qiáng)，9日白天氣旋中心經(jīng)過黑龍江省時(shí)降水強(qiáng)度達(dá)到最大。本次過程多為雨雪混合態(tài)降水。強(qiáng)降水中心牡丹江站(圖1c)，9日01:00-10:00溫度接近0 ℃，降水相態(tài)轉(zhuǎn)為固態(tài)(雪)，累積降雪量為46 mm，積雪深度為20 cm；10:00-20:00，氣溫升高，降水相態(tài)轉(zhuǎn)為雨夾雪。9日20:00以后降水強(qiáng)度減小，夜間氣溫下降，大部地區(qū)轉(zhuǎn)為陣雪。此次降水過程中小興安嶺地區(qū)整層溫度均<0 ℃(圖1d)，降水相態(tài)一直為雪，所以積雪深度大。

牡丹江站較大降水集中出現(xiàn)在8日21:00-9日12:00(圖1c)。其間，有兩個(gè)降水峰值：11.8 mm·h-1(9日08:00)和10.2 mm·h-1(9日12:00)?？梢姳敬螐?qiáng)降水過程具有中尺度特征。11月份黑龍江省出現(xiàn)降水強(qiáng)度≥10 mm·h-1的降水很罕見。隨著江淮氣旋的北上，牡丹江站氣壓由8日17:00的1019.7 hPa下降到9日11:00的1005.6 hPa，18 h下降了14.1 hPa，氣旋經(jīng)歷了強(qiáng)烈發(fā)展的過程。

圖1 2018年11月8日14時(shí)-10日08時(shí)降水量(陰影,單位：mm)和最大積雪深度(數(shù)字，單位：cm，僅顯示>10 cm)(a)，地形高度分布(b，單位：m)，11月8日17時(shí)-10日07時(shí)牡丹江站逐時(shí)降水量、氣溫和氣壓演變(c)及9日08時(shí)伊春站探空?qǐng)D(d)

2 天氣尺度環(huán)境背景

2.1 天氣尺度環(huán)流背景

500 hPa上，2018年11月7日08:00(圖略)，極渦位置偏向亞洲大陸北部，在西西伯利亞平原北部(80°E、72°N)和中西伯利亞高原東部(120°E、68°N)分別有2個(gè)極渦中心，均有t<-40 ℃的冷中心與之對(duì)應(yīng)。在極渦緩慢東移的過程中不斷有冷空氣旋轉(zhuǎn)南下，表現(xiàn)為多個(gè)短波槽引導(dǎo)冷空氣東移南下；河套到四川東部地區(qū)(106°E)為高空冷槽，受北部短波槽后冷平流的影響，緩慢東移并不斷加深。8日20:00(圖2a)，分別在貝加爾湖北部和蒙古國東部有2個(gè)高空槽，河套附近的冷槽東移至中國大陸沿海120°E附近。冷槽經(jīng)向度較大，槽前后風(fēng)速均較大，槽前西南氣流引導(dǎo)氣旋向東北方向移動(dòng)；冷槽東部為高壓脊。之后高壓脊不斷加強(qiáng)，冷槽東移受阻，向北移動(dòng)的分量逐漸加大，和蒙古國東部的高空槽合并加強(qiáng)切斷成冷渦。10日02:00(圖2b)，冷渦位于黑龍江省上空，各地轉(zhuǎn)為分散性陣雪天氣。

圖2 2018年11月8日20時(shí)(a)和10日02時(shí)(b)500 hPa高度場(實(shí)線)和溫度場(虛線)

850 hPa上，8日14:00(圖略)低渦中心位于遼東半島南部，黑龍江省東南部處于低渦東北側(cè)，有偏南氣流輻合，開始出現(xiàn)降水。8日20:00-9日02:00(圖略)低渦向東北移動(dòng)的過程中，其東北側(cè)的東南氣流加強(qiáng)達(dá)到急流標(biāo)準(zhǔn)，急流前側(cè)加強(qiáng)的輻合作用促使降水強(qiáng)度增大。9日08:00(圖3a)，低渦移至海參崴附近，其北側(cè)的東南低空急流繼續(xù)加強(qiáng)，風(fēng)速≥20 m·s-1；鋒區(qū)移動(dòng)到黑龍江省東南部地區(qū)，強(qiáng)暖平流促使暖鋒鋒生(圖3b)，低空急流從日本海上向北輸送的熱量和水汽在鋒區(qū)處輻合抬升，從而形成強(qiáng)降水。9日01:00-10:00，東南部山區(qū)受暖鋒鋒生及低渦中心強(qiáng)輻合作用，出現(xiàn)強(qiáng)降水(牡丹江站為46 mm)，此時(shí)大氣中低層溫度≤0 ℃，加之夜間地面輻射冷卻作用，2 m氣溫下降至接近0 ℃，降水相態(tài)轉(zhuǎn)為雪。之后，強(qiáng)輻合區(qū)及強(qiáng)降水區(qū)隨低渦緩慢向北移動(dòng)。9日20:00(圖3a)，低渦中心移至黑龍江省東北角，全省大部地區(qū)受渦后西北氣流控制，轉(zhuǎn)為陣雪天氣。

圖3 2018年11月9日08時(shí)850 hPa高度場(實(shí)線)、溫度場(虛線)、風(fēng)場(風(fēng)羽)、溫度平流(陰影)(a)及鋒生函數(shù)(陰影)(b)

7日夜間到8日清晨，中國東南沿海到長江口附近為低壓倒槽，8日02:00，在長江口北岸形成低壓，中心氣壓為1017 hPa，之后迅速加強(qiáng)為鋒面氣旋，經(jīng)朝鮮半島沿日本海與大陸交界處向東北方向移動(dòng)。9日02:00氣旋移至朝鮮半島東北部(圖4a)，中心氣壓為1001 hPa，24 h變壓為-16 hPa，具有后彎特征的暖鋒移至黑龍江省東南地區(qū)(圖4b)，降水強(qiáng)度開始增大。9日08:00氣旋在日本海東側(cè)再度登陸，中心強(qiáng)度為998 hPa，暖鋒北側(cè)有大范圍△p6≤-3 hPa的負(fù)變壓區(qū)，冷鋒后側(cè)有大范圍△p6≥2 hPa的正變壓區(qū)，有變壓風(fēng)向負(fù)變壓中心輻合，正負(fù)變壓中心之間變壓梯度大的區(qū)域內(nèi)變壓風(fēng)較大。氣旋發(fā)展加深，向負(fù)變壓中心移動(dòng)，鋒面附近有變壓風(fēng)輻合，低層輻合加強(qiáng)導(dǎo)致強(qiáng)降水。9日14:00氣旋強(qiáng)度達(dá)到最大并出現(xiàn)錮囚鋒，之后強(qiáng)度逐漸減弱，對(duì)應(yīng)的降水強(qiáng)度減小(圖4c)。

2.2 鋒面結(jié)構(gòu)特征

位溫(θ)、比濕(q)、水平風(fēng)場和鋒生函數(shù)的垂直剖面圖上(圖5a、b、c)，可見暖鋒和錮囚鋒特征。由9日02:00沿129.4°E(牡丹江站所在經(jīng)度)作的垂直剖面(圖5a)可看出，42°-47°N低層為等θ密集帶，即為寬廣的暖鋒鋒區(qū)，鋒區(qū)向北傾斜，坡度較小。對(duì)流層低層40°N以南為偏西風(fēng)冷平流，以北為源自日本海的東南風(fēng)暖濕氣流(圖5d)，強(qiáng)暖平流作用促使鋒區(qū)上900-700 hPa有強(qiáng)鋒生帶，低層鋒生，降水強(qiáng)度開始增大。9日08:00(圖5b)40°N附近為冷鋒，鋒后為偏西到西北風(fēng)，對(duì)應(yīng)著強(qiáng)冷平流(圖5e)；暴雪區(qū)處于暖鋒前，中低層為暖鋒鋒區(qū)，由偏東風(fēng)轉(zhuǎn)為東北風(fēng)，溫度平流較弱，低層維持較大比濕(800 hPa以下，比濕≥4 g·kg-1)。43°-45°N，暖濕氣團(tuán)沿著鋒面抬升，低層等溫線向上突起，偏東風(fēng)和偏北風(fēng)的輻合加強(qiáng)了暖濕空氣的上升運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致黑龍江省東南部地區(qū)出現(xiàn)強(qiáng)降水。

由9日14:00沿132°E作的垂直剖面(圖5c)可見，三江平原地區(qū)(46°N)兩個(gè)鋒面相交，位溫呈漏斗狀，具有錮囚鋒特征：鋒區(qū)變窄，鋒面南側(cè)干冷空氣位溫為282 K，冷空氣前側(cè)為弱冷平流(圖5f)；鋒區(qū)北側(cè)干冷空氣位溫為276 K，為偏東氣流，有較強(qiáng)的暖平流。鋒區(qū)北側(cè)低層有強(qiáng)鋒生帶，在北移的過程中不斷鋒生。暖濕氣團(tuán)被抬離地面，46°N附近 600 hPa以下等溫線向上突起(圖5f)，900 hPa高度上與北側(cè)冷氣團(tuán)的溫差可達(dá)8 ℃。三江平原的強(qiáng)降水主要是錮囚鋒強(qiáng)烈抬升暖濕空氣造成的。

圖5 2018年11月9日02—14時(shí)位溫(黑實(shí)線)、比濕(短虛線)、水平風(fēng)場(風(fēng)向桿)、鋒生函數(shù)(陰影)的經(jīng)向剖面圖(a、b、c，雙實(shí)線為錮囚鋒)及溫度平流(紅實(shí)線和藍(lán)色長虛線)、溫度(短虛線)和v-ω(ω放大20倍)經(jīng)向剖面圖(d、e、f)

黑龍江省東南部地區(qū)長時(shí)間(>6 h)處于暖鋒鋒區(qū)中，鋒區(qū)低層有鋒生作用，促使低層鋒區(qū)加強(qiáng)且更加傾斜，暖濕空氣在暖鋒上持續(xù)輻合抬升，形成長時(shí)間的強(qiáng)降水。暖鋒前偏東氣流強(qiáng)度大，維持時(shí)間長，為強(qiáng)降水提供了充足的水汽。東北部地區(qū)受錮囚鋒影響出現(xiàn)強(qiáng)降水，此錮囚鋒的北側(cè)暖鋒前冷空氣強(qiáng)度大于南側(cè)冷鋒后冷空氣強(qiáng)度，是暖式錮囚鋒。

3 環(huán)境條件特征

3.1 水汽特征和動(dòng)力條件

氣旋一路北上的過程中，其東側(cè)一直存在的東南風(fēng)低空急流，將海上的水汽和熱量向氣旋環(huán)流中輸送，使其不斷發(fā)展加強(qiáng)。2018年11月9日02:00(圖6a)，氣旋中心移至朝鮮北部，在低空850 hPa上有一條近乎南北向的帶狀水汽通量高值區(qū)，從東海、經(jīng)日本海不斷向東北地區(qū)伸展，東北地區(qū)中東部低層大氣濕度不斷增大。不斷向北輸送的水汽在氣旋中心北部及水汽輸送帶上均有輻合，黑龍江省東南部地區(qū)低層水汽輻合開始加強(qiáng)。08:00(圖略)，帶狀水汽通量高值區(qū)北抬到黑龍江省東部，水汽通量高值舌前部有低層水汽強(qiáng)輻合，黑龍江省東部通量值達(dá)到12 g·s-1·cm-1·hPa-1，并出現(xiàn)大范圍-6×10-7g·s-1·cm-2·hPa-1的水汽輻合區(qū)，02:00—08:00黑龍江省東南部地區(qū)出現(xiàn)持續(xù)性的強(qiáng)降水天氣(圖1b)。14:00(圖6b)，帶狀水汽通量高值區(qū)北抬到黑龍江省東北部，水汽通量值與水汽輻合的最大值強(qiáng)度與08:00的相當(dāng)，范圍縮小，強(qiáng)降水區(qū)北抬。

9日02:00沿129.4°E的經(jīng)向剖面圖(圖6c)上，44°—45°N上升運(yùn)動(dòng)區(qū)一直延伸至對(duì)流層高層，在對(duì)流層中上層(500—400 hPa)達(dá)到最大，為-2.4 Pa·s-1。對(duì)流層中低層為較強(qiáng)的水汽輻合區(qū)，與強(qiáng)上升運(yùn)動(dòng)相重疊的區(qū)域即為強(qiáng)降水區(qū)，強(qiáng)降水區(qū)兩側(cè)有較弱的下沉運(yùn)動(dòng)。08:00(圖略)，中低層的水汽輻合區(qū)與強(qiáng)上升運(yùn)動(dòng)區(qū)向北移動(dòng)到45°N附近，上升運(yùn)動(dòng)大值區(qū)下降到600 hPa。14:00沿132°E的經(jīng)向剖面圖(圖6d)上，水汽輻合區(qū)下降到850 hPa以下，低層輻合加強(qiáng)；上升運(yùn)動(dòng)區(qū)的向上伸展高度降低，大值區(qū)下降到850 hPa以下，黑龍江省東北部地區(qū)降水強(qiáng)度達(dá)到最大。

圖6 2018年11月9日02-14時(shí)850 hPa水汽通量(等值線)及水汽通量散度(陰影)(a、b)和水汽通量散度(陰影)、垂直速度(等值線)及v-ω(ω放大20倍)的垂直剖面(c、d)

9日08:00，地面到300 hPa水汽通量垂直積分(圖7a)顯示強(qiáng)降水期間有兩條水汽輸送路徑：第一支為氣旋東部的偏南急流從黃海、東海向北輸送水汽，第二支為氣旋北部的偏東急流從日本海向西輸送水汽。最后這兩支攜帶水汽的低空急流合并由強(qiáng)降水區(qū)的東邊界輸入產(chǎn)生強(qiáng)降水。

利用NCEP/NCAR每天4次的0.25°×0.25°再分析資料，計(jì)算8日14:00—10日08:00強(qiáng)降水區(qū)(圖7a中黑色方框4個(gè)邊界128.5°—134°E、44°—48.5°N)地面至300 hPa各邊界每隔6 h水汽輸送量(正值為流入，負(fù)值為流出)。各邊界水汽計(jì)算公式為

(1)

式中,l1和l2表示邊界兩端經(jīng)(緯)度，ps為海平面氣壓。

計(jì)算結(jié)果(圖7b)表明，8日14:00—9日08:00主要依靠東邊界輸入水汽，且輸入量迅速增加，在08:00達(dá)到最大，為14.99×107t·s-1。除了降水剛開始的6 h內(nèi)南邊界有少量水汽輸入外，其他邊界均為水汽輸出。9日14:00以后東邊界水汽輸入量迅速減小，直至轉(zhuǎn)為水汽輸出；其他邊界均由水汽輸出轉(zhuǎn)為水汽輸入，且西邊界和北邊界的水汽輸入量較大。8日14:00—9日14:00，強(qiáng)降水階段，東、南、北邊界的水汽輸入量分別為38.95×107、9.82×107和2.70×107t·s-1,分別占水汽輸入總量的75.68%、19.08%和5.24%。西邊界的水汽輸出量為16.40 t·s-1。9日20:00—10日08:00，降水減弱階段，南、西、北邊界的水汽輸入量分別為8.99×107、20.36×107和14.14×107t·s-1,分別占水汽輸入總量的20.68%、46.81%和32.51%。東邊界的水汽輸出量為10.26×107t·s-1?？梢姡瑥?qiáng)降水期間東邊界的水汽輸入最為關(guān)鍵，占到整個(gè)水汽輸入總量的75.68%，與水汽通量分析顯示的氣旋東側(cè)的東南氣流將日本海上的水汽源源不斷地向東北地區(qū)輸送是一致的。

圖7 2018年11月9日08時(shí)地面到300 hPa水汽通量的垂直積分(a，填色區(qū)和矢量)和8日14時(shí)—10日08時(shí)圖7(a)方框各邊界地面到300 hPa的水汽輸送(b)

3.2 不穩(wěn)定特征

圖8是2018年11月9日02:00—14:00的濕位渦MPV和?θe/?p的經(jīng)向垂直剖面圖。02:00(圖8a)43°N以北整層大氣?θe/?p<0，為對(duì)流穩(wěn)定狀態(tài)。08:00(圖8b)43°—45°N低層依然為對(duì)流穩(wěn)定，出現(xiàn)MPV<0，表現(xiàn)為濕對(duì)稱不穩(wěn)定，與牡丹江雷達(dá)1.5°仰角反射率因子圖(圖10b)上表現(xiàn)為兩條帶狀主雨帶特征相對(duì)應(yīng)?？疾鞚駥?duì)稱不穩(wěn)定區(qū)正壓項(xiàng)MPV1和斜壓項(xiàng)MPV2的貢獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)，該處MPV1>0且MPV2<0(圖略)，即強(qiáng)斜壓性是濕對(duì)稱不穩(wěn)定產(chǎn)生的主要原因。此處為暖鋒前(圖5b)，對(duì)流層低層大氣穩(wěn)定度增大，中高層穩(wěn)定度減小。暖濕空氣的輻合抬升加強(qiáng)了上升運(yùn)動(dòng)，中高層大氣穩(wěn)定度減小有利于上升運(yùn)動(dòng)的維持和發(fā)展。

14:00(圖8c)，43°—48°N對(duì)流層低層在錮囚鋒附近及其兩側(cè)的冷氣團(tuán)內(nèi)(圖5c)大氣變得更加穩(wěn)定。錮囚鋒低層等溫線向上突起的地方(圖5f)為大氣逆溫，穩(wěn)定度最大，?θe/?p<-2.1 K·hPa-1；錮囚鋒中高層大氣穩(wěn)定度進(jìn)一步減小。

圖8 2018年11月9日MPV(陰影，僅給出負(fù)值)和?θe/?p(等值線)的經(jīng)向剖面圖MPV單位:10-6 m2·K·s-1·kg-1,?θe/?p

可見在暖鋒降水過程中，低層出現(xiàn)濕對(duì)稱不穩(wěn)定，中高層大氣穩(wěn)定度減小，有利于上升運(yùn)動(dòng)的維持和發(fā)展。錮囚鋒與暖鋒相比，低層大氣對(duì)流穩(wěn)定更強(qiáng)，中高層大氣穩(wěn)定度更小。

3.3 高低空急流

隨著氣旋的北上加強(qiáng)，氣旋東側(cè)和北側(cè)的氣流加強(qiáng)成低空急流。11月9日02:00(圖略)，氣旋北側(cè)的東南低空急流移至黑龍江省東南部，此處降水強(qiáng)度增大。200 hPa上西風(fēng)急流斷裂為南北兩支，南支位于125°E以西35°N附近，北支位于125°E以東50°N附近，急流核強(qiáng)度均達(dá)到40 m·s-1。08:00(圖9a)，低空東南急流隨氣旋北移加強(qiáng)，風(fēng)速>20 m·s-1；兩支高空急流均加強(qiáng)北移，急流核強(qiáng)度>50 m·s-1。低空急流左前側(cè)的強(qiáng)輻合區(qū)位于暖鋒前(圖9b)，與北支高空急流右后側(cè)及南支高空急流左前側(cè)的強(qiáng)輻散區(qū)(圖9c)重疊，有強(qiáng)烈的上升運(yùn)動(dòng)，迫使暖濕空氣強(qiáng)烈抬升，造成強(qiáng)降水。

圖9 2018年11月9日08時(shí)高低空急流(a)和850 hPa(b)及200 hPa(c)散度場

14:00(圖略)，低空東南急流維持較大強(qiáng)度緩慢向北移動(dòng)；南北兩支高空急流東移的過程中分別有向南北方向的位移，高低空急流耦合作用減弱，氣流上升速度減小。20:00以后，低空東南急流減弱移出黑龍江省，南支高空急流核南退至30°N，北支高空急流東移到140°E以東，降水強(qiáng)度大幅度減小。

4 中尺度特征

氣旋在向東北方向移動(dòng)的過程中獲得發(fā)展，形成連續(xù)完整的渦旋云系。2018年11月9日10:00可見光云圖上(圖10a),渦旋云系位于中國東北地區(qū)到日本島一帶，冷鋒云系與晴空區(qū)交界附近云頂多凸起的褶皺和斑點(diǎn)，表明有對(duì)流活動(dòng)，對(duì)流云西側(cè)的暗影清晰可見。在氣旋中心附近也有對(duì)流活動(dòng)，給黑龍江省東南部地區(qū)帶來較大降水。云系北側(cè)云頂表面較為光滑、均勻，在云系的北邊界出現(xiàn)向東北方向伸展的纖維狀卷云，表明高空風(fēng)速大。之后渦旋云系緩慢向北偏東方向移動(dòng)，在渦中心及錮囚鋒和冷鋒云系后邊界附近不斷有弱對(duì)流活動(dòng)，表明此次降水過程具有中尺度特征。

9日08:04牡丹江雷達(dá)1.5°仰角反射率因子圖(圖10b)上，存在兩條主雨帶，為混合云降水回波，強(qiáng)回波最大反射率因子>35 dBZ。此時(shí)牡丹江站氣溫為0.1 ℃，地面觀測降水性質(zhì)為雪，排除零度層亮帶的影響，圖像上>35 dBZ的回波為對(duì)流云回波，也說明了降水過程具有中尺度特征。由沿圖4b中直線作的反射率因子垂直剖面(圖10c)發(fā)現(xiàn)，降雪回波高度較低，一般不超過4 km，>35 dBZ的較強(qiáng)反射率因子高度在2 km以下。

圖10 2018年11月9日10:00 FY-2G可見光云圖(a)、08:04牡丹江雷達(dá)1.5°仰角反射率因子(b)及沿圖(b)中直線的反射率因子垂直剖面圖(c)

5 結(jié)論與討論

(1)暖鋒降水過程中，低層出現(xiàn)濕對(duì)稱不穩(wěn)定，中高層大氣穩(wěn)定度減小，濕對(duì)稱不穩(wěn)定加強(qiáng)了鋒面輻合抬升造成的上升運(yùn)動(dòng)，有利于上升運(yùn)動(dòng)的維持和加強(qiáng)。此錮囚鋒為暖式錮囚鋒，與暖鋒相比，低層大氣更加對(duì)流穩(wěn)定，中高層大氣穩(wěn)定度更小。

(2)強(qiáng)降水期間有兩條水汽輸送路徑：氣旋北部的偏東急流和氣旋東部的偏南急流。最后這兩支攜帶水汽的低空急流合并由強(qiáng)降水區(qū)的東邊界輸入產(chǎn)生強(qiáng)降水。強(qiáng)降水期間，東邊界的水汽輸送量占水汽輸入總量的75.68%，是產(chǎn)生強(qiáng)降水的關(guān)鍵。

(3)強(qiáng)降水區(qū)處于低空急流左前側(cè)的強(qiáng)輻合區(qū)及北支高空急流右后側(cè)和南支高空急流左前側(cè)的強(qiáng)輻散區(qū)。強(qiáng)烈的上升運(yùn)動(dòng)迫使暖濕空氣強(qiáng)烈抬升，造成強(qiáng)降水。

本文得到的錮囚鋒降水的成因和特點(diǎn)是基于2018年11月8—9日強(qiáng)降水過程的分析結(jié)果，結(jié)論是否具有普適性還需要研究更多的個(gè)例來驗(yàn)證。使用的再分析資料時(shí)間間隔為6 h，由于時(shí)間分辨率較低，會(huì)漏掉錮囚鋒降水過程中的一些細(xì)節(jié)，期待未來通過數(shù)值模擬獲得更小時(shí)空分辨率的資料進(jìn)行更細(xì)致的研究。