通遼市一次大到暴雪天氣過程診斷分析

劉夢迪，王一冰

(通遼市氣象局，內(nèi)蒙古 通遼 028000)

通遼市位于內(nèi)蒙古東部，松遼平原西瑞，科爾沁草原腹地，地理位置位于北緯42°15′～45°59′；東經(jīng)119°14′～123°43′之間，處于蒙古高原遞降遼河平原的斜坡，地貌總輪廓是南北高，中部低平。通遼市地處中緯度，屬于溫帶、干旱和半干旱、大陸性季風(fēng)氣候。作為通遼市經(jīng)濟(jì)第一產(chǎn)業(yè)的農(nóng)牧業(yè)與降水緊密相連，春播前的降雪可以有效改善土壤墑情和生態(tài)環(huán)境，對農(nóng)業(yè)有著至關(guān)重要的作用，但強(qiáng)降雪天氣也容易導(dǎo)致低溫凍害、大風(fēng)、道路結(jié)冰、地面積雪等災(zāi)害性天氣，對農(nóng)業(yè)和交通等產(chǎn)生不利影響，對國民生命財產(chǎn)安全造成威脅[1]。張志杰[2]對內(nèi)蒙古中部地區(qū)一次降雪天氣分析中指出：高空短波槽和地面倒槽是11.22暴雪產(chǎn)生的主要影響系統(tǒng)，暴雪中心位于中低層兩個水汽通量軸線交匯區(qū)域；侯瑞欽等[3]對2009年深秋河北省特大暴雪天氣成因進(jìn)行分析指出：由于冷鋒系統(tǒng)長時間影響，并產(chǎn)生正逆雙向次級環(huán)流，導(dǎo)致強(qiáng)上升運(yùn)動和中層強(qiáng)輻合及正渦度柱耦合；楊成芳等[4]對2017年2月21—22日山東暴雪過程特征進(jìn)行分析，初步揭示了江淮暴雪過程近地面氣象要素對積雪深度復(fù)雜影響，發(fā)現(xiàn)降水相態(tài)、降雪量、降水強(qiáng)度、氣溫、地溫和風(fēng)速均可影響積雪的產(chǎn)生；劉娜等[5]對吉林省三場暴雪天氣過程診斷分析，結(jié)果表明：降雪過程前期地面均有顯著回暖過程，地面至850 hPa均存在明顯的不穩(wěn)定機(jī)制，且850 hPa假相當(dāng)位溫存在明顯鋒區(qū)。因此對強(qiáng)降雪成因機(jī)理進(jìn)行分析總結(jié)，可以為今后的預(yù)報工作中更好地識別天氣形勢變化與預(yù)報降雪量級上發(fā)揮一定的指示作用。

1 降雪實況

表1 通遼市2019年3月20日—21日累計降雪量

由于高空橫槽轉(zhuǎn)豎、850 hPa風(fēng)場輻合區(qū)與相對濕度大值區(qū)相互配合以及江淮氣旋東移北上在我國東北生成倒槽，在2019年3月20日13時開始，由通遼市西南部的奈曼旗開始，后各個旗縣逐漸開始出現(xiàn)降雪，最強(qiáng)小時降雪量出現(xiàn)在15時—16時科左中旗，1h降雪量達(dá)到2.5 mm，全市主體降雪時段為19時至次日08時之間。截至3月21日09時，全市4個站點出現(xiàn)大雪，5個站點出現(xiàn)暴雪。降雪量最大值出現(xiàn)在主城區(qū)科爾沁區(qū)站，降雪累計量達(dá)到15.2 mm，積雪深度則達(dá)到13 cm。

2 環(huán)流背景

2.1 高空環(huán)流形勢分析

2019年3月20日在高空200 hPa上，從河套地區(qū)至遼寧省有一條高空急流逐漸建立，通遼市位于高空急流出口左前側(cè)，對應(yīng)區(qū)域高空有著強(qiáng)烈的輻散，高空急流帶來的抽吸作用促使低層大氣不斷產(chǎn)生輻合；500 hPa上，亞歐中高緯維持兩槽一脊環(huán)流形勢，通遼市處于槽前西南氣流中，槽前正渦度平流促使低層產(chǎn)生輻合上升運(yùn)動；700 hPa上溫度槽落后于高度槽，槽后冷平流不斷補(bǔ)充，使得槽不斷加深發(fā)展；850 hPa上渤海海域存在低渦，通遼市位于低渦頂后部位置，東南暖濕氣流不斷向此輸送，暖濕氣流不斷與南下冷空氣交匯，使得通遼市中南部產(chǎn)生此次暴雪天氣。

2.2 海平面氣壓場分析

此次降雪過程的影響系統(tǒng)為江淮氣旋，不斷東移北上移至渤海灣，在我國東北至日本南部產(chǎn)生倒槽，通遼市位于冷鋒鋒區(qū)前和倒槽前部，此位置冷暖空氣交匯，易產(chǎn)生降雪天氣。

3 物理量場分析

3.1 水汽條件

3.1.1 比濕場。降雪期間，在850 hPa比濕場上，2019年3月20日08時通遼市全市比濕基本達(dá)到2 g·kg-1，南部達(dá)到3 g·kg-1，14時達(dá)到4 g·kg-1，此數(shù)值達(dá)到了通遼市暴雪發(fā)生的指標(biāo)。

3.1.2 水汽輻合與濕層。強(qiáng)降雪的發(fā)生需要充沛的水汽持續(xù)地向降雪區(qū)輸送，水汽通量表示水汽輸送強(qiáng)度的物理量，同時風(fēng)的方向代表水汽輸送的方向。在2019年3月20日08時850 hPa水汽通量和風(fēng)矢量疊加圖(見圖1)上可以看到渤海至通遼市南部已有南風(fēng)建立，為通遼市不斷輸送水汽，到20時，水汽通量值明顯增大，同時冷空氣南下加強(qiáng)與東南風(fēng)輸送來的暖濕水汽不斷交匯，在渤海灣形成閉合低渦。

圖1 2019年3月20日08時、20時水汽通量與風(fēng)場疊加

圖2 2019年3月20日08時-20時水汽通量散度沿43°N垂直剖面

圖3 2019年3月20日08時-20時垂直上升速度沿43°N垂直剖面

圖4 2019年3月20日08時、20時散度沿43°N垂直剖面

水汽通量散度代表水汽集中程度，它的正負(fù)值表示水汽因輸送進(jìn)出而增加或減少。從圖2可以看到，08時時通遼市上空850 hPa至700 hPa仍然是水汽通量散度正值區(qū)，表明中低層還有弱的輻散區(qū)，高層500 hPa則對應(yīng)著水汽輻合中心，至20時對應(yīng)底層至850 hPa轉(zhuǎn)為水汽通量散度負(fù)值區(qū)，中心值可達(dá)到-3.5×10-7g/(s·hPa·cm2)，而700 hPa～500 hPa轉(zhuǎn)為明顯的福散區(qū)，中心值2.5×10-7g/(s·hPa·cm2)，在低層大值區(qū)表明水汽持續(xù)不斷在通遼市南部輻合，為此次暴雪的產(chǎn)生提供了充沛的水汽條件。

暴雪的發(fā)生需要深厚的濕層，在通遼站2019年3月20日20時t-logp圖上，相對濕度≥80%的濕層由地面延伸至600 hPa高度以上，表征此時濕層十分深厚。綜上所述，850 hPa上持續(xù)充沛的水汽輻合和深厚的濕層為此次暴雪的發(fā)生提供了充分的水汽。

3.2 動力條件

3.2.1 上升運(yùn)動。垂直運(yùn)動使水汽冷卻凝結(jié)，是產(chǎn)生降雪的重要條件。在垂直速度剖面圖上(見圖3)，2019年3月20日08時—20時降雪區(qū)域?qū)?yīng)的上空，由開始的中低層弱的上升運(yùn)動演變?yōu)?00 hPa以下都是強(qiáng)烈的上升運(yùn)動，850 hPa高度的垂直上升速度最大值<-1.6 ×10-3hPa·s-1。至21日08時垂直速度轉(zhuǎn)為正值，降雪趨于結(jié)束。結(jié)果表明：強(qiáng)烈的垂直上升運(yùn)動是利于降雪的有利條件，強(qiáng)降雪區(qū)對應(yīng)著強(qiáng)烈的上升運(yùn)動區(qū)域。

3.2.2 高空輻散低空輻合。降雪期間，在高空300 hPa上，河套至遼寧地區(qū)存在西南來向高空急流，通遼市位于高空急流軸出口區(qū)左前側(cè)區(qū)域，對應(yīng)位置有著強(qiáng)烈的輻散抽吸作用，促使低層水汽輻合，地面減壓，氣旋發(fā)展。對應(yīng)散度剖面圖(見圖4)上，在2019年3月20日08時850 hPa以下為弱的輻散區(qū)，中層為弱輻合區(qū)；但20時時，400 hPa以下均為輻合區(qū)，300 hPa存在強(qiáng)輻散，中心值可達(dá)20×10-6s-1，這種高層強(qiáng)烈輻散，低層輻合導(dǎo)致上升運(yùn)動加強(qiáng)，促進(jìn)了低層暖濕氣流上升運(yùn)動。

3.3 不穩(wěn)定能量條件

此次降雪前，地面存在明顯升溫過程，地面為偏南風(fēng)控制，利于暖濕氣流的輸送。為此次降雪提供不穩(wěn)定能量。2019年3月20日08時，850 hPa通遼市中南部位于θse≥24℃高值區(qū)內(nèi)，表明降雪前有不穩(wěn)定能量的發(fā)展；20時高空850 hPa等溫線與等假相當(dāng)位溫線走向基本一致，雖θse值明顯減小，但通遼市中東部降雪區(qū)仍維持在12℃的大值區(qū)內(nèi)。

綜上所述，降雪前不穩(wěn)定能量的累積和假相當(dāng)位溫高值區(qū)，為此次降雪提供了不穩(wěn)定機(jī)制。

4 結(jié)論

分析此次通遼市中南部大到暴雪天氣過程，可以得出以下結(jié)論：①此次通遼市大到暴雪天氣過程主要影響系統(tǒng)是：高空橫槽轉(zhuǎn)豎引導(dǎo)冷空氣南下，850 hPa存在水汽輻合區(qū)以及渤海灣有水汽持續(xù)向通遼市中南部地區(qū)輸送，海平面氣壓場上江淮氣旋逐步東移北上，在渤海附近維持時間較長，對高空系統(tǒng)有阻擋作用，導(dǎo)致此次降雪量偏大。此次降雪的高低空配置形勢可在之后提前識別，為預(yù)報和相關(guān)服務(wù)打好基礎(chǔ)。②為此次大到暴雪天氣的發(fā)生提供水汽條件是：降雪區(qū)域比濕值較大，深厚的濕層延伸至高空600 hPa以上以及850 hPa強(qiáng)的水汽輻合和存在渤海灣向通遼市中南部的水汽通道。③此次大到暴雪天氣發(fā)生的動力條件是：降雪期間，幾乎整層大氣都存在強(qiáng)烈的輻合上升運(yùn)動，對應(yīng)高空300 hPa存在高空急流，在初期降雪時段，高空急流出口區(qū)左前方的輻散區(qū)存在的抽吸作用有利于中低空產(chǎn)生輻合上升運(yùn)動，使地面減壓，從而導(dǎo)致氣旋發(fā)展產(chǎn)生此次暴雪天氣。④為此次降雪提供不穩(wěn)定能量的條件是：降雪前期，地面存在偏南氣流輸送的暖濕空氣，降雪期間850hPa存在假相當(dāng)位溫大值區(qū)，為本次降雪提供了對流不穩(wěn)定條件。