呼伦贝尔东南部与齐齐哈尔地区2020 年4 月20-21 日极端降雪天气成因分析

2020-03-16姜凤友

黑龙江气象 2020年4期

姜凤友

（呼伦贝尔市气象局，内蒙古呼伦贝尔021008）

1 引言

冬春季北方地区的暴雪灾害是我国主要天气气候事件，会给国民经济和人民生命财产造成巨大损失；因此对暴雪天气的成因和维持机制等进行研究、提高暴雪天气的预报准确率有重要意义；呼伦贝尔地区地处我国东北部，特别是东部与黑龙江省西部相邻，经统计东北冷涡是呼伦贝尔及齐齐哈尔地区主要的降水影响系统；东北冷涡是一个深厚的天气系统，一般可以维持3-5 d，在其持续控制下，能造成大范围区域持续性降水［1-4］。 2020 年4 月19-21 日深厚的东北冷涡及强盛的地面气旋相互作用，呼伦贝尔市中东部及齐齐哈尔地区出现了一次明显的雨雪天气过程。 19 日夜间降水由雨转雪，20 日08 时-21日08 时是降雪最强时段，齐齐哈尔市、扎兰屯市特大暴雪，阿荣旗、甘南县大暴雪，富裕县、莫力达瓦达斡尔族自治旗、小二沟镇暴雪。公路交通严重受阻，多起车辆被困雪中，多处种植大棚、暖窖被大雪压塌。本文利用Micaps 数据、GPS-MET 水汽、雷达资料，对天气系统演变及强降雪主要成因进行分析，着重分析降雪发生时动力条件、水汽条件等物理参数，雷达产品特征，阐述强降雪天气形成的机理，提升大家对东北冷涡天气系统高低空配置的认识，为暴雪天气预报提供一定的参考依据。

2 天气实况

受东北冷涡及地面气旋影响，2020 年4 月19-21 日呼伦贝尔市中东部及齐齐哈尔地区出现持续降水天气，19 日下午至20 日08 时降水相态由雨转雨夹雪到雪。 20 日08 时-21 日08 时持续降雪，扎兰屯市、阿荣旗、齐齐哈尔市小时降雪量都在1 mm 左右，最大小时降雪量出现在扎兰屯市21 日06 时2.2 mm。 24 h 扎兰屯市、齐齐哈尔市特大暴雪，降雪量33.9 mm、31.1 mm，突破历史极值；阿荣旗、甘南县大暴雪，降雪量27.9 mm、26.6 mm，突破历史同期极值；富裕县、小二沟镇、莫力达瓦达斡尔族自治旗暴雪，降雪量分别为17.3 mm、13.0 mm 和12.6 mm。

3 天气系统演变

3.1 500 hPa 位势高度距平场

20 日20 时500 hPa 位势高度距平场显示，东北冷涡区位势高度明显低于距平场，冷涡中心区高度比平均场偏低60 gpm，东北冷涡强度较强；上游乌拉尔山高脊北挺至极地，位势高度明显高于距平场，脊区高度比平均场偏高80 gpm，脊前西北气流引导冷空气东南下进入冷涡，使得冷图1500 hPa 位势高度距平场圆圈区为低涡、三角区为脊区涡维持或加强；下游鄂霍次克海高脊，位势高度明显高于距平场，脊区高度比平均场偏高60 gpm，对东北冷涡起到阻挡作用,使东北冷涡稳定少动（图1）。

3.2 高空天气系统

19 日20 时500 hPa 在贝加尔湖至呼伦贝尔市之间为一较深厚的高空槽，温度槽落后于高度槽，在槽后偏北气流引导下，冷空气不断向槽区输送，促使系统进一步发展；至20 日08 时高空槽加强为冷涡，中心位于呼伦贝尔市西部，中心值528 dagpm，涡后有-40 ℃的冷中心（图1a）；至20 日20 时冷涡东南掉，中心位于吉林省西部，中心值528 dagpm，冷涡等高线由2 根闭合增加为3 根；至21 日08 时冷涡东移，中心位于吉林省东部，中心值下降为520 dagpm，冷涡等高线由3 根闭合增加为5 根（图1b），说明冷涡非常深厚。

图1 （a）20 日08 时（b）21 日08 时500 hPa 环流场

图2 （a）20 日08 时（b）21 日08 时850 hPa 环流场

19 日20 时850 hPa 东北冷涡，中心位于兴安盟东部，中心值140 dagpm，对应500 hPa 槽前，与500hPa 相比系统后倾明显，处于发展阶段；至20 日08 时冷涡略东移且明显加强，中心值下降到132 dagpm，系统仍后倾明显，将继续发展（图2a）；至20日20 时冷涡东北上，中心位于黑龙江省中部；至21日08 时冷涡略西退且加强，中心值下降为128 dagpm（图2b），与500 hPa 相比冷涡位置基本重合，说明冷涡非常深厚，系统达到强盛阶段。

3.3 地面天气系统

20 日08 时地面天气图，气旋中心位于吉林省东部，气压1000.0 hPa，强降雪区位于气旋顶后部；20日20 时气旋略东移北上，21 日08 时气旋略西退南压。从20 日08 时至21 日08 时24 h 气旋中心移动路线可以看出，气旋先东移北上再西退南压，24 h 内位置及强度都变化不大，这也是产生大量级降雪的一个重要原因。

4 成因分析

4.1 高、低空急流

降雪时段地面气旋上空存在高空急流和低空急流（图3），高低空急流的耦合作业使降雪加强，强降雪区在急流出口区的左侧，高空急流的辐散抽吸作业使地面气旋不断维持或加强，低空急流不断将暖湿空气向降雪区输送，提供水汽和能量，强降雪区位于显著湿区内。

4.2 水汽条件分析

充足的水汽是产生暴雪最主要的条件之一，暴雪发生不但要求有丰富的局地水汽条件，还要有源源不断的水汽进行补充［5］，在整个降雪时段850 hPa一直有偏南低空急流向降雪区输送水汽。渤海至强降雪区一直有一条水汽通量大值区，与低空急流吻合，在强降雪区附近达到3 g·cm-1·hPa-1·s-1，水汽通量散度达到-4×10-6g·cm-2·hPa-1·s-1（图略）。比湿是空气中水汽的绝对含量，经统计出现暴雪天气过程，850 hPa 比湿要达到2 g·kg-1［6］，通过对20 日20 时850 hPa 比湿场分析得出（图略），此次强降雪天气比湿达到3 g·kg-1。

图5 20 日08 时200 hPa、850 hPa 急流与显著湿区

对齐齐哈尔站20 日20 时探空图进行分析，对流层中低层（925-650 hPa）温度与露点线几乎重合，特别是925-850 hPa 有较厚的逆温层、气温由-8 ℃上升到-1 ℃，气温上升使得大气饱和时水汽含量明显增加，为强降雪提供更充分的水汽。 850 hPa 以上为偏南风，850-925 hPa 为东北风，暖湿气流的输送形成逆温层，风场切变明显，有利于降水的产生。

4.3 动力条件分析

4.3.1 散度

20 日20 时925 hPa 散度场, 东北地区哈尔滨市为辐合中心，强降雪区散度值达到-12×10-5s-1以上；700 hPa 强降雪区散度值减弱为-6×10-5s-1(图略)，至500 hPa 以上散度值转为正值且数值明显小于低层散度值，这种低层辐合高层辐散的形势，有利于地面气旋的发展加强，且低层辐合明显强于高层辐散的现象说明，此次降雪主要是由中低层系统强烈发展所致。

4.3.2 垂直速度

冷涡中心及东南部下方的暖湿空气对应的上升运动区的发展增强,将对强降雪的增幅起到很大作用［7］。在对20 日20 时925 hPa 垂直速度场的分析中得出, 冷涡的中心附近吉林省中部为上升运动中心，在强降雪区垂直速度达到-8×10-2Pa·s-1以上；700 hPa强降雪区垂直速度减弱为-4×10-2Pa·s-1，至500 hPa以上垂直速度值转为正值，这种低层较强的上升运动，为本次强降雪的产生提供了有利的动力抬升条件(图略)。

5 雷达资料分析

20 日15 时34 分从齐齐哈尔雷达资料分析，强降雪地区回波强度在20-25 dBz；降雪期间一直有均匀的絮状回波存在，最大反射率因子为30 dBz，对于降雪来说，回波强度较强。在整个降雪过程中反射率因子回波强度梯度较小，回波分布比较均匀。沿着扎兰屯至阿荣旗（123.64°E 48.14°N-122.46°E 47.82°N)回波较强的地方做雷达反射率剖面，看出回波顶高度在3 m 左右的，强回波高度在1-2 km 左右，说明主要降雪云层在850-700 hPa 高度，这正是水汽丰富的地区。

6 GPS-MET 水汽与降水的关系

呼伦贝尔市10 个GPS-MET 水汽观测站，其中在这次降雪过程中扎兰屯、小二沟站达到暴雪及以上，通过对这两站PWV 与对应降水量的演变过程进行分析，扎兰屯市PWV 从19 日08 时9.8 mm 上升到17 时15.8 mm，上升了6 mm，开始出现降水；在降水前期19 日17-20 时为雨转雨夹雪，19 日20 时-20日02 时为雨夹雪转雪，期间PWV 逐渐下降；20 日08 时-21 日07 时PWV 波动幅度较小，整个降水期间小时降水量都在1 mm 左右，但可以看出雨或雨夹雪时PWV 要比雪大一些。小二沟PWV 从19 日14时13.8 mm 下降到23 时10.4 mm，下降了3.4 mm，开始出现降雪；19 日23 时-21 日08 时PWV 波动幅度较小，整个降水期间小时降水量都在1 mm 以下且有的时段没有降水。两站对比可以看出扎兰屯站PWV 持续上升一段时间出现降水，而小二沟站PWV下降一段时间出现降水；降水期间小二沟站PWV 比扎兰屯站略大，但是降水量却比扎兰屯站小；所以可以初步得出，PWV 与降水没有必然联系，PWV 达到一定值后，能否降水及量级大小还要有其他条件配合。