黑龙江省区域暴雪天气气旋特征分析

祝玉梅，周显伟，胡好莉，刘长成

（齐齐哈尔市气象局，黑龙江 齐齐哈尔161006）

1 引言

黑龙江省降雪从10 月开始一直持续到次年4月，长达7 个月之久，暴雪天气频发，可给国家和人民生命财产造成重大损失。 刘宁微等[1]对2007 年3月4 日东北特大暴雪天气过程成因进行了初步分析， 认为地面气旋北上带来的南来倒槽是产生暴雪的天气特征， 低空急流输送水汽和低层上升运动是增强降雪强度的有利条件， 这一分析结果对预报暴雪天气具有指示意义。 任丽等[2-3]对2013 年一次温带爆发性气旋引发的暴雪过程进行了动力诊断，指出：暴雪与高空锋区的锋生有密切关系， 低层强锋区自南向北移动经过黑龙江省东部的时间和位置与暴雪有较好的对应关系； 大气湿斜压性增强引起垂直涡度的显著增强，促使气旋爆发性增长。 付亮等[4]对影响东北的北上温带气旋暴雪进行了统计研究， 根据500 hPa 环流形势进行了分型，并对每种类型暴雪的气旋路径、强度变化、降水分布、水汽输送和热动力特征进行了详细分析， 暴雪中心都位于北支高空急流入口区右侧或南支高空急流出口区左侧的位置。高玉中等[5]对1989 年-2004 年15 个暴雪个例分析表明： 造成黑龙江省暴雪的低压天气系统不仅来自西北、偏西和偏南方向，而且还有在东北和日本海新生成的,其中又以西南和南来的居多；高空影响系统主要是低槽，其次是低涡，但降暴雪时多数是低涡；造成暴雪的锋面系统以暖锋和锢囚锋为最多。

黑龙江省暴雪过程多，范围广、强度大、持续时间长、强降雪中心多变，在实际暴雪预报工作中经常出现降雪强度和降雪中心出现的位置预报出现较大偏差，而暴雪天气都是发生在温带气旋背景下的，因此对造成黑龙江省暴雪天气的气旋类型和移动路径特征研究分析对暴雪预报是十分有必要的。

2 资料与方法

本文从全国气象台站地面观测资料从2006 年3月-2016 年3 月的中国气象局信息中心下发的地面观测资料和降水量资料先筛选08-08 时黑龙江省区域性暴雪个例， 再利用黑龙江省气象局信息中心资料室整编的黑龙江省站点逐日降水量(日降水量指当日20 时至次日20 时的24 h 累积雨量) 资料补充黑龙江省20 时-20 时区域性暴雪过程， 利用常规探空探测资料和风云2E 卫星资料统计和诊断分析暴雪发生的时空分布特征、 高空环流形势特征、 气旋源地、移动路径和强度，根据影响气旋源地和移动路径进行分类， 对各类型区域暴雪按照影响气旋移动路径进行分型，并诊断分析出各类型暴雪预报指标。 本文采用的全国气象台站地面观测资料黑龙江省83个国家级地面气象观测站， 剔除建站较晚的大兴安岭地区北极村站（50137）。

3 结果分析

3.1 区域暴雪时空分布

近 10 a （2006 年 3 月-2016 年 3 月） 共筛选出由温带气旋引发黑龙江省区域性暴雪天气37 次，其 中 08-08 时 筛 选 30 次 ， 20 时 -20 时 7 次（20130327、 20121022、 20101230、 20101112、20100401、20090213、20071020）。区域性暴雪天气指黑龙江省82 个国家级观测站中至少有3 个相邻站24 h 纯降雪量都≥10 mm 暴雪天气。

近10 a 黑龙江省区域性暴雪天气中82 个站点出现的频次分布呈东多西少分布态势， 西北部大兴安岭地区和齐齐哈尔西南部、 大庆的中南部只有1次区域性暴雪天气；10 次以上有两个中心，分别为东北部以伊春、鹤岗、佳木斯、双鸭山和集贤一线为中心，东南部以鸡西和牡丹江为中心。 这种分布状态与黑龙江省位于东亚季风的北边缘密切相关， 偏南暖湿气流带来充沛的水汽和层结不稳定， 与中高纬冷空气在黑龙江省东南部汇合， 有利于暴雪天气发生[6]。 也可以分析出地形对区域性暴雪天气的形成起到至关重要的作用， 小兴安岭余脉和完达山围成的喇叭口地形， 使得西南或东南来的暖湿空气沿汤旺河北上辐合抬升, 造成黑龙江省东北一线暴雪次数较多；张广才岭和老爷岭位于黑龙江省东南部，东南暖湿气流北上遇到这两个山脉时,在迎风坡辐合抬升会产生黑龙江省次数最多的区域性暴雪天气， 鸡西虎林站21 次。

图1 近10 a 黑龙江省区域性暴雪冬季（10 月-次年4 月）年际分布（a）和月际分布（b）

近10 a 黑龙江省区域性暴雪平均每年发生3-4次，但每年并不均匀，2011 年冬季没有发生区域性暴雪，2009 年冬季发生次数最多，为6 次，其他年为2-5 次（图1a）。 黑龙江省冬季漫长寒冷，从每年 11 月开始，一直持续到次年3 月，长达5 个月之久，此期间降水绝大部分是雪， 黑龙江省区域性暴雪天气的出现最早时间（图1b）在10 月，最晚时间是在4 月，前后时间跨度长达6 个月， 暴雪主要出现在3-4 月和10-11 月的季节过渡期里，3 月和11 月的暴雪次数多于4 月和10 月，各月的暴雪极值绝大多数都出现在东部地区。 隆冬季节（12、1、2 月）暴雪次数明显减少，大兴安岭、黑河、齐齐哈尔、绥化等地区12、1、2月份均无区域性暴雪，1、2 月份出现区域性暴雪的地区集中在东部偏南地区，且出现的次数很少。

3.2 影响系统统计

高空环流系统前引导气流对地面气旋移动起着决定性作用，引导气流大小决定温带气旋移动速度，从而引起气旋降雪落区、强度和持续时间有所不同。所以将造成近10 a 黑龙江省区域性暴雪的500 hPa高空形势进行以下分类统计： 如果黑龙江区域暴雪期间500 hPa 高空影响系统一直有低涡维持定义为低涡型（17 次，占45.95%）；其一直为槽定义为低槽型（12 次，占32.43%）；如果前期为槽后期转为低涡定义为槽切断低涡型， 简称槽切涡 （8 次，占21.62%）， 大部分区域暴雪区域都被500 hPa 低槽（涡）的前部西南气流控制，少部分被低涡北部东南气流控制。

地面影响系统主要有蒙古气旋（15 次，占41%）、东北气旋（2 次，占 5%）、黄河气旋（3 次，占 8%）、日本海气旋（5 次，占 14%）、江淮气旋（4 次，占 11%）和北上温带气旋与蒙古气旋合并而形成合并气旋（8次，占22%）。 江淮气旋造成黑龙江省区域性暴雪天气过程时气压最低值均值最低，为985 hPa；东北气旋最高为1 002 hPa；其他气旋在994-998 hPa 之间。日本海气旋对应500 hPa 环流形势都为低涡，东北气旋对应500 hPa 环流形势为低涡和低槽，其它气旋对应500 hPa 环流形势都为低涡、低槽和槽切断低涡三种形式。 虽然按气旋生成源地有蒙古气旋、 东北气旋、黄河气旋、江淮气旋和日本海气旋，但按照移动路径大体可分为3 大类：蒙古气旋、单独北上温带气旋和北上温带气旋与蒙古气旋形成的合并气旋。

3.2.1 蒙古气旋

沈建国等[7]将生成于（43°-50°N，90°-120°E）范围内的气旋定义为蒙古气旋， 并将其移动路径分为偏东路径、东北路径和东南路径。偏东路径基本与45°N纬圈平行，从源地进入日本海和北太平洋。 东北路径自源地经过我国大兴安岭以北进入西伯利亚或鄂霍次克海。 东南路径最少，经内蒙古进入华北或者辽宁和吉林入海。近10 a 的37 次黑龙江省区域性暴雪中有19 次地面气旋是在贝加尔湖南部蒙古地区生成的蒙古气旋， 它是黑龙江省区域性暴雪的主要影响系统，降雪范围和出现的频率远超过其它影响系统，其影响产生的黑龙江省区域暴雪时间跨度也是最宽的，从10 月份到次年4 月份均可出现。

给黑龙江省造成区域性暴雪的蒙古气旋移动路径，一般向东经兴安盟、松嫩平原、松花江下游移去的最为常见（偏东路径：11 次 20160317、 20160305、20151026、 20150221、 20131106、 20130327、20110313、 20100401、 20070323 -24、 20070310、20060310），这条路径经常会给黑龙江省的齐齐哈尔北部、黑河、伊春、鹤岗和佳木斯一线造成暴雪天气，这条路径水汽来源有渤黄海和日本海； 发展强盛的蒙古气旋，降雪强度和范围一般不大，降雪同时可能伴有大风。 这是因为气旋内暖空气多来自青藏高原的东北部和河西走廊一带，水汽不足，常常除了气旋中心北部出现一些降水以外， 其他地区多半只有高云；另一条路径（图2）是向东南移动经黑龙江省东南的日本海，再转向东北移动，由于此类发展强盛的蒙古气旋到达日本海洋面上时风力较大， 建立低空急流将日本海水汽输送到黑龙江省东部地区， 使其产生范围和强度较大的降雪 （东南路径：3 次20151202、20101112 和 20100224），三次蒙古气旋移动路径后半程和对黑龙江省东部造成的区域性暴雪结构与东北气旋相似。 第三类：蒙古气旋与北上温带气旋合并对黑龙江省产生区域性暴雪天气。

图2 暴雪东北气旋和蒙古气旋偏南移动路径

蒙古气旋偏东路径环境场特征： 高空通常北支西风急流偏弱， 南支西风急流轴北抬至东北地区中部，暴雪区位于副热带西风急流轴左前部，有利于形成高层辐散场[8]， 为空气上升运动提供抽吸动力条件；500 hPa 上，从极区有冷槽东移南下，通常高空槽平浅或移过贝加尔湖后发展加深切断成冷涡， 冷槽（涡）主体通常在 40°N 以北；850 hPa 上，在贝加尔湖附近会形成低涡，低涡表现为半冷半暖结构，涡前有强暖平流， 前期黄渤海和后期日本海到暴雪区的偏南或偏东急流向暴雪区输送水汽，并有暖脊配合。 暖脊下面会有蒙古气旋新生，并随低涡东移加强，从而给黑龙江省带来暴雪天气， 区域性暴雪一般出现在低压北部，位于低压长轴的北部顶点附近。 气旋中心一般位于内蒙古东北部、东北地区中北部，气旋中心强度普遍在984-1 002.5 hPa， 以中心强度在1 000 hPa 左右为最多；若中心气压低于990 hPa，并且气旋路径偏北时， 通常会给黑龙江省西北区域造成暴雪天气，但是降雪范围和强度比较小。 暴雪落区一般位于低压北部，少数发生在冷锋前（20160305）。 暴雪区的对流层中低层（500 hPa 以下）为深厚的饱和层，水汽充沛；低空急流在低压北部辐合线处辐合抬升，在对流层中低层形成大范围的上升运动区； 假相当位温场上， 暴雪区位于高能舌北部或是高能舌左侧假相当位温密集区内；云图上表现为斜压逗点云系，暴雪区处于逗点头云系区。

东北气旋亦称东北低压， 绝大多数是从外地移来的，本地产生的不多。 近10 a 的37 次黑龙江省区域性暴雪中受东北新生气旋影响的有5 次。其中有2次（20070130、20141112）地面气旋是在东北地区新生成的， 此类气旋前期从华北或是江淮地区有低压倒槽向北传播发展， 在东北地区中南部的倒槽有气旋新生，降雪与气旋新生基本是同时出现，只有该气旋进入日本海后迅速发展加强才能给黑龙江省东部地区带来暴雪天气， 该移动路径和蒙古气旋中的东南路径（20101112、20130228 和 20151202）相似，但是由于生成时间短并且在日本海维持时间较短，所以和其他造成黑龙江省区域暴雪气旋相比气旋中心值偏高、暴雪范围较小、暴雪强度较弱。 还有3 次过程和江淮气旋共同影响对黑龙江省造成区域性暴雪天气。

蒙古气旋或新生东北气旋南折入日本海造成黑龙江省区域性暴雪主要发生在11 月-次年2 月，会给黑龙江省东部地区带来区域性暴雪天气。 高空500 hPa 上表现为深槽东移发展的过程，冷空气主体移到黑龙江省时通常在40°N 以南，使得地面气旋前期南部移动加快入海， 后期沿槽前西南气流向东北方向移动，强降雪的范围也随着北移。 蒙古气旋和新生东北气旋南部受高空北支西风急流南压， 在40°N以南和副热带西风急流合并加强， 使得气旋中心向日本海发生交替传播，气旋到海上获得强烈发展，或是与海上的低压合并加强， 会进一步增加了气旋本身携带的热量和水汽，降水量级往往很大。 暴雪落区一般位于气旋中心北部长轴附近， 气旋进入锢囚阶段时降雪效率较大。

3.2.2 单独北上温带气旋

南方气旋是生成于25°N-35°N 之间的锋面气旋，主要包括江淮气旋、黄淮气旋和东海气旋。 有些南方气旋入海后向东北方向移动并快速发展， 可给东北地区带来大范围的雨雪天气， 这类气旋称为北上气旋[4]。

黄河气旋是指黄河流域生成的气旋， 近10 a 的37 次黑龙江省区域性暴雪中有3 次地面气旋（20060419、20091205 和 20131116-19） 是在黄河流域生成的，生成的月份在11 月、12 月和4 月份，都是冷暖空气转化的季节， 这3 次黄河气旋都是由于冷锋移入从东北伸向华北的“V”形低压槽中而形成，迅速向东进入渤海北上， 途径黄海和朝鲜半岛发展加强，到达日本海上时发展到最为强盛，主要给黑龙江省东部带来区域性暴雪天气， 降雪范围和强度通常比较大，气旋进入陆地后，强度将会减弱，黑龙江省东部地区的降雪强度减小，并逐渐结束（图3）。

图3 暴雪黄河气旋移动路径

黄河气旋北上环境场特征： 北支高空西风急流由北-南向转为呈“V”型，南支副热带西风急流呈西南-东北并北抬与北支西风急流汇合，高空急流为非纬向急流， 非纬向高空急流有利于高层辐散场的形成,使爆发性气旋发展[9]。 500 hPa 高空冷涡的东北部或高空槽前，对流层中低层为偏南急流，把海上的热量和水汽向暴雪区输送， 并在冷涡北部的切变线处辐合抬升，从而形成暴雪，暴雪落区一般位于气旋北部长轴的右侧（即低压倒槽的暖区）。 由于海上水汽的输送， 黑龙江省中东部地区的对流层中低层（500 hPa 以下）为深厚的饱和层，从日本海上到黑龙江省东部为暖脊， 东南风急流使暴雪区为暖湿空气所占据， 为暴雪提供了水汽和热力条件。 假相当位温场上， 暴雪区位于高能舌北部或是高能舌左侧假相当位温密集区内。 云图上表现为涡旋云系，其北侧的逗点云系最为活跃。

江淮气旋是指发生在长江中下游和淮河流域的锋面气旋。 近10 a 黑龙江省区域性暴雪主要地面影响气旋是江淮气旋有12 次， 都是发生在每年的11月份和2-4 月份，每年春秋季节正是冷、暖空气较为活跃的季节。 其中4 次是北上单独造成黑龙江省区域性暴雪天气， 其移动路径是沿高空槽前西南气流向北东方向经黄海到日本海（图4）。还有8 次与蒙古气旋合并造成黑龙江省区域性暴雪天气， 其路径向东北移动过程中与蒙古气旋合并时可能发生西折。由于江淮气旋本身就携带较多的水汽， 并在北上过程中气旋中心路径一般都在海上， 从而进一步增加了江淮气旋所携带的热量和水汽， 气压中心值也比其它气旋低，中心强度普遍在980-990 hPa，所以单独江淮气旋北上会给黑龙江省东部地区带来较大暴雪天气，降雪范围和降雪量通常比其它类型暴雪大，暴雪落区一般位于气旋北部。

图4 暴雪江淮气旋移动路径

单独江淮气旋北上给黑龙江省带来暴雪天气均出现在春秋季节， 高空急流形势和黄河气旋北上的高空急流类似。 500 hPa 上，亚洲东部通常为南北两支高空槽，北部槽位相略超前于南部槽，南部槽前的华东地区有新生的气旋活动， 并且气旋一直处于槽前， 在沿着槽前西南气流向东北方向移动很快进入东海，气旋入海后获得强烈发展，强度迅速增强，之后南部槽东移速度较快，逐渐接近北部槽，或是与北部槽合并，高空槽径向度将加大，槽前偏南风引导江淮气旋一路北上，经过黄海、朝鲜半岛后多数进入日本海。 一般气旋中心到达朝鲜半岛后，黑龙江省东南部地区的降雪随即开始； 气旋进入日本海后还将继续加强，而黑龙江省东部地区的降雪强度达到最大；气旋进入俄罗斯远东地区后，其强度将会维持，或略有减弱，黑龙江省东部地区的降雪强度减小，并逐渐结束。 暴雪落区一般位于气旋北部，高空冷涡的东北部，对流层中低层为偏东急流，把海上的热量和水汽向暴雪区输送，并在冷涡北部的切变线处辐合抬升，从而形成暴雪。

日本海气旋就是在日本海生成和发展的温带气旋，由于日本海相对较大，且深度也很大，同时又处于东亚南北两支西风急流的汇合处（入口），因此日本海气旋有着与其他地区发展的东亚气旋的不同之处。近10 a 的37 次黑龙江省区域性暴雪中有5 次地面气旋是在日本海海上生成的， 生成的季节在秋冬季。 此类气旋一类是前期从东亚大陆上的一个弱气旋波或弱气旋向日本海方向移动发展生成气旋（20071020 和 20101230），降雪主要集中在气旋发展阶段； 另一类是东海有气旋生成北上沿着日本岛南部移动到关东时在朝鲜东的日本海分裂传播新生气旋(20071228-29、20091114 和 20160118)，降雪主要发生在气旋分裂传播时。 此类气旋与黄河气旋北上路径一致， 主要会给黑龙江省东部地区带来区域暴雪天气。

此类型暴雪是气旋在日本海上新生或东海气旋向东北移动过程中分裂传播移入日本海加强。气旋中心在日海海上停留时间较长，黑龙江省东部地区处于气旋的北部，出现暴雪天气。高空北支西风急流呈“U”型，高空500 hPa 上冷槽或是涡底槽位置偏东偏南，槽线位于黄渤海附近，所以新生气旋的位置偏东，移到了海面上。 其环流形势与黄河气旋北上类似：暴雪落区一般位于气旋北部，低空切变线附近，对流层中低层为偏东急流， 把海上的热量和水汽向暴雪区输送，并在气旋北部的切变线处辐合抬升， 从而形成暴雪。由于海上水汽的输送，黑龙江省中东部地区的对流层中低层（500 hPa 以下）为深厚的饱和层，从日本海上到黑龙江省东部为暖脊，东南风急流使暴雪区为暖湿空气所占据，为暴雪提供了必要条件。

3.2.3 北上温带气旋与蒙古气旋合并

北上温带气旋与蒙古气旋（或东北新生气旋）合并（以下简称：合并气旋）造成黑龙江省区域性暴雪天气，这样的天气过程在近10 a 的37 次黑龙江省区域性暴雪中有 8 次 （20070213-14、20080324-25、20090321、20100224、20100314、20100412-13、

20121111-13、2014 年 11 月 30 日-12 月 1 日），出现频率较高（占22%）。 主要影响黑龙江省东部地区，在特殊环流形势下合并气旋合并时会发生西折， 降雪范围向黑龙江省西部扩大， 暴雪区域为黑龙江省中东部。

合并气旋暴雪类型高空急流北支急流强盛，副热带西风急流偏弱或偏南， 暴雪区位于北支西风急流上；500 hPa 上通常为北支槽和南支短波槽， 向东发展移动过程中发生北支槽和短波槽合并形成冷涡， 冷涡前部高压脊向北伸展形成高压坝使其移动缓慢， 延长了降水持续时间；850 hPa 上低涡合并后向下发展表现为北上温带气旋和蒙古气旋的合并；气旋前部的低空急流为强降雪的发生和发展提供了持续的暖湿空气，为暴雪过程提供水汽和热力条件；地面气旋合并后爆发性发展触发产生暴雪， 云系都为逗点云系。

4 结论

本文利用常规观测资料对2006 年3 月-2016 年3 月由温带气旋引发黑龙江省暴雪天气过程进行普查，共筛选出37 次区域性（相邻站 ≥3）暴雪天气过程，统计分析出以下结论：

（1）近10 a 黑龙江省区域性暴雪频次分布呈现东多西少分布； 区域暴雪主要出现在3-4 月和10-11 月的季节过渡期里；黑龙江省区域性暴雪年际变化大。

（2）绝大部分暴雪区域都被500 hPa 低槽（涡）的前部西南气流控制， 极少部分被低涡北部东南气流控制；区域暴雪地面影响系统主要有蒙古气旋、单独北上温带气旋和北上温带气旋与蒙古气旋合并形成的合并气旋三种类型； 区域性暴雪一般都有偏南风低空急流配合，又以东南风低空急流为最多。

（3）蒙古气旋作为冬季黑龙江省降雪的主要影响系统，其出现的频率远超过其它影响系统，时间跨度也是最广的， 从10 月份到次年4 月份均可出现，所以蒙古气旋活动造成的暴雪也是最多的， 造成暴雪天气范围覆盖整个黑龙江省， 黑龙江省西北部只有在蒙古气旋影响下才可能产生暴雪天气， 其中蒙古气旋偏东路径200 hPa 上通常北支西风急流偏弱，南支西风急流北抬，为空气上升运动提供动力条件；500 hPa 上高空槽平浅或移过贝加尔湖后发展加深切断成冷涡，冷槽（涡）主体通常在40°N 以北；偏南或东南低空急流将黄渤海或日本海暖湿空气输送到黑龙江省大部分地区。

（4）单独北上温带气旋和北上温带气旋与蒙古气旋形成的合并气旋通常发生在季节转换期间，造成区域暴雪主要集中在黑龙江省东部；200 hPa 上为南北两支西风急流，在黑龙江省南部合并加强，使得地面气旋移动到日本海上， 气旋在海上获得强烈发展，或是与海上的低压合并加强，会进一步增加了气旋本身携带的热量和水汽，使得降雪强度往往很大；高空500 hPa 上冷空气主体移到黑龙江时通常在40°N 以南，使得地面气旋前期南部移动加快入海，后期沿槽前西南气流向东北方向移动。