一次东北冷涡影响下辽宁地区特大暴雪、冻雨天气的过程分析

李铭鉴 宋 佳 刘雨桐 曲骅倩

（1.铁岭市气象台，辽宁 铁岭 112000；2.铁岭市气象局服务中心，辽宁 铁岭 112000；3.铁岭县气象台，辽宁 铁岭 112000）

引言

通常将500hPa高度图上，东北地区附近有至少一条等高线，而且有温度冷中心与其配合，生命史大于等于3天的比较深厚的冷型低压环流称为东北冷涡。

东北冷涡是在东亚阻塞形势下发生的比较深厚的冷性低压系统，在对流层中高层常常表现为一个闭合系统，在中高纬度西风环流中存在并延伸向低纬的深槽。东北冷涡是我国最常见的一种切断低压，不管是从时间尺度还是空间尺度来讲，它均远远大于西南低涡等低涡系统。东北冷涡一年四季均可出现，其中出现频率最高的季节为夏季，而其中尤以6月出现的频率最高，其活动的生命周期一般为一周左右。

东北冷涡是一种比较深厚的冷性涡旋系统，在它所在区域的上空还常常出现“上冷下暖”的不稳定气层结构，从而造成其所在区域出现灾害性强对流天气。

孙力等通过研究发现,对冷涡的散度、涡度和螺旋度等物理量诊断分析，都表现出非对称的分布,在冷涡东侧出现低层辐合，高层辐散的情况，冷涡西侧涡度远小于东侧涡度,分析高能湿舌轴线和水汽通量分布，便可发现对应的大值也落在这一区域,所以冷涡的东边成为强降水区。

特定的环流形势和充足的水汽条件能够产生区域性强降水。张立祥等在总结东北冷涡研究进展时强调应从冷涡触发机制研究入手, 借助当今先进的观测设施和多种数值模式，加强观测和模拟, 继续重点研究东北冷涡的内部结构和动力过程等。

1.天气概述

受东北冷涡及地面气旋强烈发展影响，11月7～9日我省出现历史罕见的特大暴雪、雨雪冰冻、寒潮、大风天气。全省62个国家气象观测站平均降水量41.1毫米，有39个气象站出现特大暴雪，最大降雪量和最大小时降雪量均出现在鞍山站，分别为80.3毫米和10.6毫米，雨雪过程伴有11级瞬时大风、16℃以上的强降温、冰冻和弱雷电。此次过程降雪持续时间达80小时以上，为我省历史罕见。全省62个国家气象观测站中，有39个站出现大于30毫米的特大暴雪，超过全省总站数的3/5，分布在除抚顺、丹东外的12个地市。全省近90%的气象站出现暴雪以上量级降雪。多个国家气象观测站突破1951年有完整气象记录以来历史极值，其中沈阳地区平均降雪量为54.6毫米，突破1905年以来历史极值。

辽宁省共20个国家级气象观测站最大积雪深度达到30厘米以上，占总站数的32%。有48个站出现大于10厘米的积雪，占全省总站数的77%，其中最大积雪深度为53厘米，出现在鞍山站。 25个站积雪深度超过2007年“3.04”暴雪过程，突破1951年有完整气象记录以来历史极值，其中沈阳地区最大积雪深度为41厘米，突破1905年以来历史极值。

图1 11月6日08时-9日20时降水量、积雪深度（资料来源：辽宁省气象局）

2.降水成因分析

6日早间，辽宁地区受冷高压外围冷锋影响，此时辽宁大部分地区地面温度都在4℃以上，地表温度较高。850hpa辽西地区受低空切变影响，同时渤海水汽输送通道建立，为辽西地区降水提供水汽补充，此时辽西部分地区出现弱雨夹雪或阵雪。

图2 11月6日08时海平面气压场、850hpa形势场、500hpa形势场

6日夜间，随着冷锋南下，辽宁地区气温明显下降，大部分地区气温均降至0℃以下，同时850hpa低空急流建立，中心最大风力达12m/s，黄海、东海两条海上水汽输送通道建立，为辽宁地区源源不断提供充足的暖湿空气，为暴雪天气提供充足的水汽条件。7日白天至夜间，贝加尔湖冷空气东移，副热带高压后部暖湿气流北上，随着超强的冷、暖空气交汇，东北冷涡强烈发展，海洋的暖湿水汽及热量补充，配合东北冷涡动力诱发作用，地面气旋爆发性，诱发低层低涡及地面气旋发展，从底层到高空形成深厚的低压系统，在强的动力抬升及水汽辐合作用下，降水强度明显加强。与此同时，地面冷高压自西向东楔入低层，形成冷垫，850hpa高度附近西南暖湿气流在冷垫上爬升，辽宁地区中西部上空从低向高形成“冷—暖—冷”的结构，导致降水相态复杂，大部分地区出现雨转雨夹雪或冻雨转雪过程，部分地区还出现霰现象。低层暖湿与高层干冷形成对流不稳定，同时大尺度锋生产生斜压不稳定，部分地区出现弱雷电说明存在不稳定条件，降雪过程中不稳定能量释放对降雪增幅也起到一定的贡献。此次天气过程850hpa高空有3条输送通道向辽宁输送水汽，历史罕见，850hPa比湿最大达6g/kg以上（暴雪阈值为2g/kg），达到产生极端降雪的水汽条件。

图3 11月7日20时海平面气压场、850hpa形势场、500hpa形势场

9日东北冷涡旋转引导强冷空气不断补充南下，辽北地区处于冷涡底部，同时850hpa受低值系统底部切变影响并与冷中心相配合，850hpa相对湿度依旧较大，降雪仍在持续。10日白天冷涡主体仍在吉林省境内，铁岭市、抚顺市北部仍受冷涡底部影响，东北冷涡在旋转移动的过程中，向东分量较小，且继续不断引导冷空气南下，于10日夜间在内蒙古境内形成横槽并转竖影响铁岭、抚顺地区，10日夜间至11日早间辽北仍有降雪。11日随着东北冷涡北上速度加快，此次过程结束。

3.冻雨成因分析

6日夜间至7日早间辽宁出现大范围冻雨现象，这次冻雨出现前，因受地面弱高压、500hpa及850hpa暖中心影响，5日夜间辽宁地区大部气温明显偏高，为5至10℃。6日白天到夜间，地面图上，高压冷锋开始影响辽宁大部，在过去24h内，辽宁大部地面气压增加了12hpa。850hpa图上5日20时和7日08时温差达到了12-16℃。受低空锋区和地面东北大风影响，辽宁大部气温降幅为10-16℃。在36h内气温急剧下降至0℃以下，地面温度的剧烈变化为冻雨产生创造了有利条件。

从锦州探空图可以看出6日08时800hpa以下的温度均在0℃以上，800—600hpa之间温度为-14至0℃。6日白天由于冷空气入侵，6日20时1000hpa和850hpa附近仍为暖层，在600hpa附近有-9℃左右冷层，此时辽宁中部地面气温降至0℃。由此可知，6日白天辽宁中部、西部上空对流程高层呈冷的冰晶层，对流层中低层有温度t＞0℃的暖层可使冰晶融化，近地层有气温t＜0℃的冷层，同时地面温度达到0℃以下。这种大气温度的垂直结构具备了产生冻雨的天气条件。

6日8时之前，700hpa辽宁地区处于水汽通量相对高值区，冻雨发生前辽宁中北部上空始终维持水汽通量辐合大值区。分析相对湿度发现，冻雨产生前辽宁中部北部上空500hpa以下中低空始终维持较高的相对湿度大值区，同时西南气流引领渤海湾暖湿空气向辽宁中部地区输送水汽，表明此次冻雨天气在中空充沛的水汽输送及近饱和状态中产生的。

图4 11月6日08时、6日20时锦州市探空图

4.大风分析

此次过程伊始，随着贝加尔湖冷空气南下，辽宁省处于高压外围冷锋前部影响，气压梯度较大，同时处于负变压中，变压风较大，有利于大风天气的加强。7日白天至夜间，贝加尔湖冷空气东移，副热带高压后部暖湿气流北上，随着超强的冷、暖空气交汇，东北冷涡强烈发展，海洋的暖湿水汽及热量补充，配合东北冷涡动力诱发作用，地面气旋爆发性，诱发低层低涡及地面气旋发展，辽宁省由高压冷锋转为气旋北上影响，东北大风转为西北大风。由于地面气旋强烈发展，从底层到高空形成深厚的低压系统，整层的西北气流使地面西北风加大，有利于大风天气的加强。

小结

通过对2021年11月6至10日东北冷涡降水的过程分析，得到以下结论：

1）冷涡后部是否有冷空气的补充是冷涡是否可以继续稳定发展的必要条件。东北冷涡及地面气旋强烈发展，动力条件好。超强的冷、暖空气交汇，导致东北冷涡强烈发展；海洋的暖湿水汽及热量补充，配合东北冷涡动力诱发作用，地面气旋爆发性发展历史罕见，为极端暴雪提供深厚、持久的动力条件。

2）水汽条件极端充沛，持续时间长。此次天气过程有3条输送通道向辽宁输送水汽，历史罕见，850hPa比湿最大达6g/kg以上（暴雪阈值为2g/kg），达到产生极端降雪的水汽条件。

3）温度垂直差异大，雨雪相态复杂。地面冷高压自西向东楔入底层，形成冷垫，850hPa附近西南暖湿气流在冷垫上爬升，从低向高形成“冷—暖—冷”的结构，导致降水相态异常复杂，大部地区出现雨雪混杂的时段。

4)不稳定条件利于降雪增幅。低层暖湿与高层干冷形成对流不稳定，同时大尺度锋生产生斜压不稳定，部分地区出现弱雷电说明存在不稳定条件，降雪过程中不稳定能量释放对降雪增幅也起到一定的贡献。

5)700 hpa和850hgpa持续多天的西南气流为降水输送了大量暖湿空气，为降水提供了暖空气来源，并决定了冷年空气的建辉地区和低温冻雨灾害发生的区域。辽宁上空的冷、暖、冷层分布是此次冻雨出现的必要原因，这种大气温度的垂直结构域具备了产生冻雨的天气条件。

6)此次极端降水天气的可预报性较好，中尺度模式对降水落区的提示性具有一定的参考性，但是雨雪相态预报与实际情况略有差异，雨雪相态转换的预报时间略晚于实际，今后预报中要做针对性订正。