2020 年11 月牡丹江一次暴雪天氣過程分析

范天紅，路平平，于翠紅，王春杰

（牡丹江市氣象局，黑龍江 牡丹江 157000）

1 引言

冬季暴雪是中國主要災害性天氣之一，主要集中在東北和西部高原山區(qū)[1]。暴雪是黑龍江省常發(fā)生的災害性天氣，尤其以秋末冬初和冬末春初的暴雪危害最大。眾多學者從暴雪觸發(fā)、加強機制和各尺度天氣系統(tǒng)間的相互作用等方面開展了大量的研究，得出了很多有重要參考價值的結(jié)論。如盛春巖等[2]從暴雪天氣過程的對稱不穩(wěn)定進行分析，指出對流不穩(wěn)定能量釋放是產(chǎn)生暴雪的重要原因；劉寧微等[3]對北上低渦引發(fā)遼寧暴雪天氣分析指出地面氣旋北上、低空急流和底層上升運動是增強暴雪的有利條件。眾多文獻從不同角度對暴雪形成機理進行分析，對強降雪分析預報起到很好的指導性作用。

牡丹江市地處黑龍江省東南部，地形以丘陵、山地為主，11 月18 -20 日牡丹江市所轄6 縣市均出現(xiàn)了暴雪天氣(圖1)。本次降雪過程強度大，持續(xù)時間長，過程累計降水量居牡丹江市1961 年以來歷史第二位，僅次于2018 年11 月9 日的降雪量（70 mm）。

圖1 牡丹江及6 縣市逐6 h 降雪量圖

2 暴雪天氣過程實況

受江淮氣旋北上和高空冷渦的共同影響，2020年11 月18-20 日牡丹江全區(qū)出現(xiàn)了一場罕見的大范圍暴雪局部大暴雪的天氣過程。該過程有3 個特點：（1）影響范圍廣持續(xù)時間長相態(tài)復雜。17 日夜間降雪首先從林口、穆棱開始以陣雪為主，由于前期溫度較高,18 日04 時全區(qū)開始出現(xiàn)雨或雨夾雪天氣，15 時轉(zhuǎn)為純雪,降雪主要出現(xiàn)在18 日夜間到19 日白天。（2）該過程降水量（最大值57 mm）和積雪深度（最大值34 cm）僅次于歷史極值（2018 年11 月9 日最大降雪量70 mm）,最大降雪中心在林口穆棱綏芬河呈帶狀分布。18 日23 時-19 日12 時降雪強度最大，小時降雪量林口最大4.5 mm。（3）此次降雪天氣過程具有短時強降水的對流性天氣特點。

3 環(huán)流形勢分析

3.1 高空形勢

18 日08 時500 hPa 天氣圖貝湖以西到新疆北部為高空槽，蒙古中部到河套地區(qū)有溫度槽落后高度槽,在北部冷空氣南壓的推動下18 日20 時位于蒙古中部及河套地區(qū)的高空槽在18 日20 時東移至渤海灣（圖2），此時850 hPa 切變線貫穿河北、遼寧、吉林到牡丹江地區(qū)，牡丹江市處于槽前的西南氣流中，切變線南部有南風急流將渤海灣和日本海的水汽源源不斷輸送到牡丹江地區(qū)，對流層中層有西南急流，高層有西風急流，250 hPa 存在風速≥50 m·s-1的急流核。對切變線和急流的分析表明[4]牡丹江上空的低空急流造成低層很強的暖濕空氣的平流,輻合很強，加強了層結(jié)的不穩(wěn)定度，加強低層的擾動，從而觸發(fā)不穩(wěn)定能量的釋放。而且低層流場風向或風速的輻合線產(chǎn)生抬升作用，使牡丹江地區(qū)產(chǎn)生強烈的上升運動。高空急流為強對流的發(fā)生提供了強的大尺度的抬升條件和垂直風切變條件，牡丹江處在低層輻合中上層輻散的強上升運動區(qū)，高層強輻散區(qū)有利于強迫出強的上升運動。700 hPa 風場19 日08 時風速突然增大（圖略），由于低空急流是一種動量、熱量和水汽的高度集中帶，當?shù)涂占绷髟鰪姇r，在其左側(cè)或急流中心會出現(xiàn)強輻合。加之長時間處在槽前，為在牡丹江地區(qū)形成暴雪提供了有利條件。

圖2 18 日20 時（a）850 hPa、500 hPa 風場分析（b）850 hPa、500 hPa 溫度場分析(→250 hPa 急流……250 hPa 等風速線?500 hPa 急流→500 hPa 顯著流線=850 hPa 切變線?850 hPa 急流……850 hPa 暖脊……500 hPa 暖脊……200 hPa 冷中心)

3.2 溫度分析

從圖2（b）中可以看出，對流層中低層有暖脊北伸，說明中低空向暖且暖層深厚，高層200 hPa 有-64℃度的冷中心與之配合，頂層的干冷空氣入侵導致上冷下暖引起不穩(wěn)定。

3.3 濕度分析

19 日08 時牡 丹 江 地區(qū)850 hPa、700 hPa、500 hPa 溫度露點差≤4 ℃，中低層空氣暖濕且濕層深厚，高空干冷,下濕上干的不穩(wěn)定層結(jié)觸發(fā)強烈的上升運動。

3.4 地面形勢

地面圖上影響系統(tǒng)主要是北部高壓和江淮氣旋，17 日14 時在四川西部的甘孜地區(qū)合并形成完整低壓，低壓中心值995 hPa。江淮氣旋一路東移北上。18 日20 時牡丹江處在低壓中心附近偏北一些的低壓倒槽北部偏南氣流和偏東氣流的交匯處，低壓中心有暖脊北伸（圖3b），地面增暖引起氣層的不穩(wěn)定，渤海灣存在輻合線，未來北上影響牡丹江地區(qū)。高空槽的位相落后于地面氣旋中心，地面氣旋位于高空較大輻散部位的下方，使氣旋加深和維持[5],降水發(fā)生在氣旋中心的暖區(qū)中。18 日15 時牡丹江市降水相態(tài)由雨夾雪轉(zhuǎn)雪。18 日20 時，在牡丹江南部出現(xiàn)3 h的負變壓中心（圖3 b），有利于該地區(qū)產(chǎn)生抬升作用。19 日20 時牡丹江降雪量累計31.1 mm。20 日08時以后隨著能量釋放，暖空氣勢力減弱，大氣上升運動開始減弱，濕層厚度降低，地面降水天氣隨之減弱，降雪逐漸減弱停止。

圖3 18 日20 時(a)海平面氣壓場(b)地面填圖3 h 變壓場等溫線，輻合線

4 衛(wèi)星云圖演變特征

從紅外衛(wèi)星云圖上可以看出，18 日20 時黑龍江省南部地區(qū)有一大片降水云團，云層較厚，由于受到海上高壓的阻擋，降水云團移動速度比較緩慢，在牡丹江上空停留時間較長，西北強冷空氣和偏南暖濕氣流在牡丹江上空交匯。從降雪實況可以看到，降雪強度較大的時段主要集中18 日23 時-19 日12 時，與實況基本吻合，14 時后主要的降水云系逐漸減弱移出，后部的殘留云系有少量降雪20 日白天降雪基本結(jié)束。

5 物理量診斷分析

5.1 水汽條件

充沛的水汽是暴雪產(chǎn)生的重要條件，從18 日20時水汽通量和比濕場可以看出，牡丹江位于比濕大值區(qū)北部，比濕達4 g/kg。中國東部地區(qū)為水汽通量大值區(qū)，較強的偏南風急流有利于將水汽源源不斷輸送到牡丹江上空，18 日20 時-19 日20 時牡丹江地區(qū)集結(jié)了大量的水汽，低空相對濕度已經(jīng)接近飽和。

5.2 動力條件

19 日08 時牡丹江處在水汽通量散度大值區(qū)附近，垂直速度場700 hPa 達到-40 m·s-1（圖略）。暖濕氣流的輸送對于暴雪的發(fā)生和持續(xù)固然重要,但暖濕氣流的局地聚集對于強暴雪的發(fā)生更有意義。當垂直方向上比濕分布不均勻時，由于垂直運動而引起的水汽垂直輸送，會導致比濕的局地變化，因為一般來說，低層濕度大于高層，所以某層的上升運動將使局地比濕增加[6]。

5.3 熱力不穩(wěn)定條件

18 日20 時牡丹江地區(qū)地面溫度露點差≤2 ℃（除北部林口市溫度露點差7 ℃偏大，降雪量也最小與實況相符，20 時林口降雪量2.4 mm）。地面有暖脊是顯著的降壓區(qū),3 h 變壓達-6 hPa（圖3 b）。加之中低空都有暖脊，暖濕層深厚，高空200 hPa 有-64 ℃的冷中心配合。高層干冷空氣的侵入造成牡丹江地區(qū)上冷下暖氣層很不穩(wěn)定，地面及中低空的暖脊表明低層增暖引起氣層不穩(wěn)定，在牡丹江上空大氣低層輻合最強輔助高空急流，高層強輻散將有利于強迫出強的上升運動，并且地面到高空存在強的垂直風切變（圖略），暖濕干冷氣團的交界面容易發(fā)生對流，高低空風形成的低層輻合高層輻散，垂直風切變都有利于系統(tǒng)的發(fā)展和維持[7]

6 各家模式對比

比較EC、GFC 及GRAPES 的預報產(chǎn)品，降水落區(qū)比較一致，24 h 降水強度與實況基本一致，48-72 h EC 偏小，60-84 h GFC 偏大，GRAPES 比較好?？梢姳敬谓邓^程GRAPES 預報與實況最接近?？傮w來說模式預報對本次降水過程預報效果較好。

7 結(jié)論

（1）此次暴雪天氣發(fā)生在500 hPa 高空槽、850 hPa 切變線、850 hPa 低渦和地面江淮氣旋共同配合的天氣系統(tǒng)下。

（2）地面圖上，江淮氣旋沿著高空槽前西南氣流并攜帶大量水汽向東北方向移動，低壓進入東北地區(qū)后強烈發(fā)展，在低壓北側(cè)形成暴雪天氣。從地面到中低空有深厚的暖氣層，為這次暴雪提供了必要的熱力條件。

（3）850 hPa 流場中，低空急流輸送暖濕空氣促使大氣不穩(wěn)定。切變線貫穿河北遼寧吉林牡丹江地區(qū)，南風急流將暖濕空氣源源不斷地輸送到牡丹江上空聚集，與高空強冷空氣劇烈交匯并長時間停留，是本次降雪天氣持續(xù)時間長，強度大的主要原因。低層輻合高層強烈輻散觸發(fā)強烈的上升運動也是導致牡丹江地區(qū)出現(xiàn)暴雪大暴雪天氣的主要動力原因。

（4）高層輻散流場在低空輻合流場上空疊置，抬升力會更強。高空急流有利于增強高層輻散，維持上升運動。強降雪主要出現(xiàn)在大氣低層輻合高層輻散時段內(nèi)，與垂直上升速度大值中心配合較好。

（5）數(shù)值預報對暴雪預報有很好的指導作用。