蒙古气旋影响下一次大范围降雪天气过程成因诊断分析

王常顺 王慧清

(1.呼伦贝尔学院农林学院 内蒙古 海拉尔 021008 2.呼伦贝尔市气象局 内蒙古 海拉尔 021008)

前言

呼伦贝尔市位于祖国的最北端，冬季漫长寒冷，夏季短暂凉爽。大兴安岭横亘境内，将呼伦贝尔划分为三个区域，岭东和松嫩平原相接，主要以农业为主，称为农区；岭西属于蒙古高原的一部分，主要以草原为主，称为牧区；大兴安岭地区则称为林区。呼伦贝尔市是我国畜牧业主要分布区域之一，冬春季大范围的降雪对畜牧业生产、交通运输和人民生活等造成了较大的影响，是制约呼伦贝尔市畜牧业持续发展的重要致灾因子。

2016年3月4日-3月5日，呼伦贝尔市出现了一次明显的降雪天气过程，扎兰屯、阿荣旗、莫旗、鄂伦春、图里河、牙克石、博克图降大雪；满洲里、陈旗、海拉尔、鄂温克、小二沟、根河降中雪；新右旗、新左旗和额尔古纳市降小雪。其中，牙克石市、鄂伦春旗和博克图12h降雪量达到暴雪量级。本文利用常规观测资料、Micaps资料、卫星资料、雷达资料，着重分析中到大雪发生时动力条件、热力条件、水汽条件等物理参数及雷达特征，以认识降雪天气形成的机理，为呼伦贝尔市预报业务提供一定的参考依据，以期提高呼伦贝尔市大雪预报的准确率。

1 降雪实况

受蒙古冷涡影响，2016年3月4日09时至3月5日08时呼伦贝尔市出现大范围降雪天气。从4日12时开始，呼伦贝尔市范围内自西向东逐渐出现降雪。4日16时降雪开始加强，到夜间22时降雪达到第一个峰值(图1a)，呼伦贝尔市小时总降雪量为7.1mm，之后降雪略有减小，次日02时又开始加强，次日03时达到第二个峰值，呼伦贝尔市小时总降雪量为6.3mm。据统计，呼伦贝尔市24h平均降雪量为4.7mm。扎兰屯、阿荣旗、莫旗、鄂伦春、图里河、牙克石、博克图24h内降大雪，降雪量为5.0mm～9.0mm；满洲里、陈旗、海拉尔、鄂温克、小二沟、根河24h内降中雪，降雪量为3.3mm～4.7mm；其他3个观测站24h降小雪，降雪量为0.8mm～1.3mm。其中，牙克石市、鄂伦春旗和博克图12h降雪量分别为8.7mm、7.4mm和8.7mm，达到暴雪量级。(图1b，表1)。

图1 2016年3月4日09时至3月5日08时小时降雪量 (a)、 24h降雪量(b)实况分布图(单位：mm)

表1 2016年3月4日09时～3月5日08时降雪量及积雪深度

注：雪量单位：mm，积雪深度单位：cm

2 环流背景

500hPa图上，整个欧亚大陆为一槽两脊型，西部的高压脊较东部高压脊发展强盛。2日20时(图略)，乌拉尔山以西存在阻塞高脊，脊线位于50°E附近，高脊发展强盛，脊顶北挺到60°N以北，振幅≥15个纬距，极地冷涡位于80-140°E、70°N附近，冷涡中心分裂为二，分别位于90°E 、70°N和130°E 、70°N附近，位于90°E 、70°N附近冷涡底部分裂出冷槽向南伸到巴尔喀什湖地区。随着冷空气不断加强，冷涡西侧与乌拉尔山高脊之间的西北急流推动冷涡东移南下，涡后冷平流使得冷涡底部分裂出的冷槽的斜压性加强，有利于冷槽的发展。24h后，乌拉尔山以西的高压脊位置少动，经向度加大，脊顶北挺到70°N以北。极地冷涡沿着脊前西北气流不断下滑南亚，其底部分裂出的冷槽东移至萨彦岭以东，开始影响我国西北地区，呼伦贝尔市受下游高压脊的影响。4日20时(图2a)，低槽进一步东移，到达蒙古国东部地区，冷槽有明显的斜压性，槽后冷平流使得冷槽进一步发展加深，呼伦贝尔市受槽前西南气流影响。槽前的暖平流促使下游高脊发展，形成阻塞高脊，对冷槽在呼伦贝尔市上空长时间停留是非常有利的，从而导致降雪维持。700hPa上(图2b)，在蒙古国东部为一低涡，低涡前部已压在呼伦贝尔市西部，呼伦贝尔市主体处于低涡前部西南气流影响下，低涡位置与500hPa冷槽同位相叠加。850hPa图上(图2c)，呼伦贝尔市同样受低涡影响，其前部的暖湿气流顺着西南风源源不断输送到呼伦贝尔市上空。

图2 2016年3月4日20时500hPa(a)、700hPa(b)、 850hPa(c)高空形势图

3 主要影响系统

海平面气压场上，2日20时(图略)，在巴尔喀什湖、萨彦岭以东一带为一弱高压系统，蒙古国中部为一闭合低压，但是强度较弱，只有一根闭合等压线，中心值为1010hPa。3日20时，位于巴尔喀什湖、萨彦岭以东一带的弱高压不断加强为一强盛的高压系统，中心值达1045hPa。其前部位于蒙古国中部的低压系统也不断加强，形成3根闭合等压线，中心值为1007.5 hPa。此时，呼伦贝尔市受下游地区弱高压的控制。4日14时(图3a)，高压继续东移到萨彦岭以东蒙古国境内，同时，蒙古气旋也进一步东移，强度加强，呼伦贝尔市处于其前部外围控制下，受其影响，呼伦贝尔市西部地区开始出现降雪天气。4日20时(图3b),系统进一步东移，中心压到呼伦贝尔市西部，此时，降雪范围进一步扩大，降雪强度也加大。之后，蒙古气旋不断加强，受下游系统的阻挡在呼伦贝尔市上空停留打转，给呼伦贝尔市带来持续性降雪天气。

此次降雪过程中，蒙古气旋的移动路径呈“U”字型(图3c)。自其在蒙古国中部形成起，先东移南压，影响内蒙古中部地区，之后东移北上，开始影响呼伦贝尔市，给呼伦贝尔市带来大范围降雪天气。受下游阻塞高压的影响，其在呼伦贝尔市上空持续停留打转，使得降雪得以维持，是造成此次中到大雪天气的主要原因之一。

图3 2016年3月4日14时(a)、20时(b)海平面气压场及蒙古气旋移动路径图(c)

4 成因分析

4.1 动力条件

4.1.1 散度场特征

在对散度场的分析中可以看出(图5a,b),2016年3月4日20时呼伦贝尔市850hPa散度中心值为-10×10-5s-1，配合高空500hPa上为散度正值区，中心值达到9×10-5s-1，这种高层辐散低层辐合的形势，使上升运动得以发展加强，对降雪的形成极为有利。分析4日20时散度场空间垂直剖面图(图5c)发现：呼伦贝尔市西部115-120oE(此时已出现降雪)上空同样表现为高层正值、低层负值的形势。辐合在900hPa附近达到最强，中心值为-12×10-5s-1；辐散中心出现在400hPa附近，强度较弱为8×10-5·s-1。这种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。而呼伦贝尔市东部地区121～125oE(此时还未出现降雪)上空具有与西部地区相反的结构，有下沉气流产生。这样在垂直方向上形成了次级环流，其上升支区域有降雪产生，而下沉支区域降雪还未出现。随着系统东移北上，降雪区域也逐渐东移。

图5 2016年3月4日20时500hPa(a)、850hPa(b)散度场(10-6s-1)及散度场空间垂直剖面图(c)

4.1.2 垂直运动特征

垂直运动使水汽冷却凝结，是产生降雪的重要条件。2016年3月4日20时呼伦贝尔市上空从低层到高层为一致的上升运动区，700hPa垂直速度中心值为-28 Pa· s-1(图6a)，上升运动发展强烈，为本次强降雪的产生提供了有利的动力抬升条件。在4日20时垂直速度空间剖面图上(图6b)，开始产生降雪的区域上空整层均处于强烈的上升运动区中，垂直运动最大中心位于700～400hPa层次上，这支强上升运动是降雪的重要条件。未产生降雪的区域上空整层均处于下沉运动区中，最大中心也位于700～400hPa层次上。从垂直速度空间剖面图上也可看出在垂直方向上存在一次级环流，其辐合上升支区域有降雪产生，而它的下沉支区域降雪还未出现。

图6 2016年3月4日20时700hPa(a)垂直速度场(Pa·s-1)及垂直速度场空间垂直剖面图(b)

4.1.3涡度平流分析

本次降雪天气发生时呼伦贝尔市恰好处在500hPa槽前的正涡度平流区中，且正涡度平流区与地面蒙古气旋在垂直方向上叠置，这样就使得地面的低压系统获得动力性发展，从而加深加强，这在一定程度上也进一步加强了本次降雪天气(图7)。

图7 2016年3月4日20时500hPa高度场和涡度平流场叠加(黑线为高度场，红线为涡度平流)

4.2 水汽条件

4.2.1 水汽输送特征

从图8a中可见，此次降水的水汽通道有两条，一条是西南路径，水汽通量大值区位于孟加拉湾，中心值为8g·s-1cm-1，配合西南气流将水气输送到呼伦贝尔市上空，一条是偏南路径，水汽通量大值区位于渤海湾，中心值为6g·s-1cm-1，配合偏南气流将水气输送到呼伦贝尔市。850hPa上比湿线与流线有较好的叠加，同时在呼伦贝尔市西部偏西地区存在明显的流场辐合，湿舌从孟加拉湾及渤海湾一直北伸到呼伦贝尔市西部，说明降雪发生时呼伦贝尔市上空有水汽的堆积，也说明西南低空急流对水汽输送起重要作用(图8b)。因此，低空的水汽和动力辐合是造成本次大雪天气的重要条件。

从水汽通量散度与流场叠加图(图8c)分析知，自孟加拉湾的水汽源源不断地输送到呼伦贝尔市上空，水汽通量散度在呼伦贝尔市西部偏西地区有一个明显的辐合区，大值中心强度达-9×10-7g·s-1·cm-2·hPa-1。风场辐合中心与水汽辐合中心基本重合，这说明水汽伴随西南气流源源不断地向呼伦贝尔市输送并在呼伦贝尔市上空堆积，也说明水汽和动力的辐合是造成本次大到暴雪天气的重要条件。

图8 2016年3月4日20时850hPa水汽通量和流场(a); 比湿和流场(b); 水汽通量散度和流场(c)

4.2.2本地水汽特征

图9 2016年3月4日20时50527站单站探空相对湿度分析图(a)及温度对数压力图(b)

水汽源源不断输送补充对强降雪的发生有重要作用，然而本地水汽的作用也不可忽视。从海拉尔站(50527)探空相对湿度分析图(图9a)中可以看出，降雪发生时中低层(850hPa-600hPa)相对湿度基本在90%-100%之间，这表明降雪发生时呼伦贝尔市上空水汽充足。海拉尔站(50527)温度对数压力图上(图9b)显示，对流层中低层(925hPa-600hPa)温度与露点线几乎重合，这也说明强降雪发生时呼伦贝尔市上空湿层深厚，水汽基本达到饱和，为强降雪提供了有利的水汽条件。

5 雷达特征

图11 2016年3月4日50527雷达站15时(a)、16时(b)、21时(c)、22时(d)组合反射率因子

海拉尔降雪比较集中的时段主要集中在15时、21时和22时，选取了海拉尔雷达站降雪集中时段的组合反射率因子(图11)。从图中可以看出，本次降雪刚发生时(图11a、b)，在呼伦贝尔市上空一直有均匀的絮状回波存在，最大反射率因子为30dBz，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，为层状云降水回波。随着时间的推移(图11c)，出现一条近东西向的强回波带，比较整齐，之后回波面积逐渐扩大(图11d)，强度略有加强，降雪强度也随之加强。在西南气流的推动下，强回波不断东北移，降雪区域也向呼伦贝尔市北部不断推进，海拉尔周围降雪逐渐减弱。

小结

通过对2016年3月4日-5日发生在呼伦贝尔市境内一次大范围降雪天气的成因进行诊断分析，得到如下结论：

⑴本次降雪过程的主要影响天气系统是500hPa低槽、乌拉尔山高压脊以及日本海阻塞高压。

⑵在700hPa图上，在蒙古国东部为一低涡，呼伦贝尔市主体处于低涡前部西南气流影响下，低涡位置与500hPa冷槽同位相叠加。

⑶本次降雪过程的主要影响系统是蒙古气旋，其移动路径呈“U”字型。

⑷动力条件方面，高层辐散低层辐合的高低空配置，再加上高空槽前的正涡度平流与地面蒙古气旋在垂直方向上叠置，使上升运动得以发展加强，地面的低压系统获得动力性发展在一定程度上进一步加强了本次降雪天气。

⑸850hPa上存在一支西南低空急流，配合比湿≥2g/Kg；水汽通量散度-9×10-7g·s-1·cm-2·hPa-1，西南低空急流使得低纬度水汽源源不断向呼伦贝尔市输送并使得水汽在呼伦贝尔市上空辐合堆积，有利于降雪的产生。本次降雪发生时本地水汽也起了很重要的作用。

⑹本次降雪发生时，在呼伦贝尔市上空有最大反射率因子为30dBz且均匀分布的层状云降水回波存在。