呼倫貝爾市海拉爾區(qū)2021年4月強降雪天氣成因診斷分析

吳宏偉，烏尼爾

內(nèi)蒙古呼倫貝爾市海拉爾區(qū)氣象局，內(nèi)蒙古呼倫貝爾 021008

強降雪是呼倫貝爾市春季重要的災害性天氣之一，由于當?shù)靥幱诙航惶鏍顟B(tài)，暴雪不僅導致路面積雪嚴重，10℃～15℃的晝夜溫差還會導致嚴重的道路結(jié)冰，對民航、公路交通運輸、牧業(yè)生產(chǎn)等行業(yè)影響明顯。尤其在人口較為集中的城鎮(zhèn)，發(fā)生大量中小學生停課、室外作業(yè)停工、高速公路和機場限時關(guān)閉等情況。為了給地方防災減災工作提供準確、及時的預報預警，氣象學者對呼倫貝爾各地的暴雪成因進行了長期、細致的研究，也取得了可應用的成果[1]。王洪麗等[2]認為此次暴雪天氣過程是由短波擾動疊加低空鋒區(qū)，導致斜壓有效位能釋放轉(zhuǎn)變?yōu)閿_動動能，并促使擾動發(fā)展加深為大型渦動而產(chǎn)生的；王慧清[3]認為降雪過程是產(chǎn)生在歐亞大陸中高緯度兩脊一槽型的環(huán)流形勢下,500 hPa上低槽是主要的影響天氣系統(tǒng)；常煜等[4]認為低空氣流不斷向呼倫貝爾市輸送暖濕氣流，并形成強烈的輻合上升運動而產(chǎn)生暴雪。俞小鼎等[5]認為條件不穩(wěn)定導致的垂直對流、條件對稱不穩(wěn)定導致的傾斜對流以及中性條件下鋒生強度的較強垂直環(huán)流是冷季高架對流形成的3種機制。

1 降水實況

2021年4月15日12:00（北京時間，下同），海拉爾區(qū)謝爾塔拉十隊和市氣象局開始出現(xiàn)雨夾雪，強度從0.4 mm/h逐漸加強到1.0～3.1 mm/h，降水的相態(tài)從雨夾雪逐漸轉(zhuǎn)為純雪。其中，15日14:00～23:00為此次過程降雪強度最強的時間段。15日23:00之后降雪強度明顯減弱，但持續(xù)至16日15:00左右。從降雪量來看,此次過程是海拉爾區(qū)2021年度春季最強的一次降雪天氣過程，除了扎羅木得以外的地區(qū)均達到了暴雪級別（表1），市區(qū)降雪量達26.8 mm，積雪深度24 cm。

表1 海拉爾區(qū)各鄉(xiāng)鎮(zhèn)4月15日12:00～16日15:00降水量

2 形勢分析

2.1 大尺度環(huán)流背景

4月14日20:00（圖1a），500 hPa高度場上在北緯50°以南，東經(jīng)110°以西地區(qū)已經(jīng)形成了短波槽。與此同時，在850 hPa溫度場上，在東經(jīng)120°附近已建立暖脊，0℃線北抬至呼倫貝爾市南部。在暖脊西部強烈暖平流的作用下，高空短波槽迅速加深，而極地冷空氣沿著偏北氣流不斷地補充南下堆積。至15日08:00（圖1b），整個歐亞大陸形成了“鞍”型環(huán)流形勢，有利于生成鋒面，而且容易產(chǎn)生中尺度氣旋。從溫度場的變化來看，極地冷空氣沿著偏北風不斷南下，-4℃線已南壓至40°N附近，為暴雪的產(chǎn)生提供了冷空氣。

15日12:00開始出現(xiàn)降雪天氣，至15日20:00高空槽繼續(xù)加深且在原地維持少動，槽前較強的偏南風引導暖濕氣流不斷北上。至16日的08:00（圖1c），高空槽的位置基本維持，海拉爾區(qū)始終處于槽前的偏南氣流中，槽前的正渦度平流為當?shù)貜娊笛┑漠a(chǎn)生提供了有利的動力條件。在偏南暖濕氣流與從極地不斷補充南下的冷空氣共同的作用下，呼倫貝爾市大部地區(qū)出現(xiàn)了暴雪天氣。因此，就此次過程而言，受高空槽受下游暖脊阻塞的影響，在原地維持并加深是導致強降雪的關(guān)鍵因素。

圖1 2021年4月14日20:00（a）和15日08:00（b）、20:00（c）500 hPa高度場和850 hPa溫度場

2.2 海平面氣壓場變化特征

從海平面氣壓場的發(fā)展情況來看，從15日08:00（圖2a）起，中心強度997.5 hPa的蒙古氣旋逐漸北抬東移影響我國東北地區(qū)。氣旋移動非常緩慢，從15日08:00～20:00（圖2b）的12 h，氣旋的中心僅向東移動了約3個經(jīng)距，向北抬了一個緯距，而且中心強度有所加強，到16日05:00中心強度加強至995 hPa。在整個移動過程中，呼倫貝爾市大部分地區(qū)一直處于蒙古氣旋頂部偏東暖濕氣流中。這種低空的暖濕空氣與高空的偏北冷空氣在呼倫貝爾市上空強烈交匯，并維持較長時間，造成了此次大范圍暴雪天氣。

圖2 2021年4月15日08:00（a）和15日20:00（b）海平面氣壓場

3 不穩(wěn)定機制

3.1 層結(jié)不穩(wěn)定條件

從15日08:00海拉爾站T-logP圖分析，700～600 hPa之間存在比較深厚的逆溫層，厚度達50 hPa 左右，屬于一次冷季高架對流過程。15日08:00（圖3a），500 hPa為 西 南 風（24 m/s），700 hPa為偏北風（4 m/s），850 hPa以下為偏東風（10 m/s），風向垂直切變明顯。0～6 km風矢量差達32 m/s，風切變?yōu)槲髂巷L，與熱成風方向一致，風場具有較強斜壓性。此外，850～700 hPa偏東氣流較強，但700 hPa以下T-Td≥4℃，700～400 hPa之間也僅有3℃左右，整層的水汽條件較差，降水仍處于發(fā)展階段，降雪強度較弱。至15日20:00（圖3b），700 hPa以下T-Td已達1℃～2℃之間，500 hPa以下T-Td≤3℃，中低層大氣水汽條件接近飽和。700 hPa以下偏東暖濕氣流為整個呼倫貝爾市暴雪的形成提供了充足的水汽和能量。隨著冷空氣的侵入，冷暖兩股氣流在呼倫貝爾市西部地區(qū)交匯，導致大范圍的強降雪[6-7]。

圖3 2021年4月15日08:00（a）和15日20:00（b）海拉爾站T-logP圖

3.2 雷達回波特征

從海拉爾區(qū)暴雪的位置來看（圖4），海拉爾多普勒天氣雷達回波顯示，降雪區(qū)域以多個回波帶為主，最強反射率因子大于30 dBz，屬于強回波。回波沒有明顯傳播效應，與天氣系統(tǒng)的發(fā)展和移動呈現(xiàn)一致的發(fā)展和移動軌跡，屬于比較典型的條件對稱不穩(wěn)定導致的傾斜對流帶狀回波特征。

圖4 2021年4月15日22:00（a）、23:01（b）、23:56（b）925 hPa組合反射率因子

4 水汽和動力抬升條件

4月15日08:00，850 hPa以下水汽通道已經(jīng)建立，降雪區(qū)水汽主要來自渤海灣，15日08:00（圖5a）地面風場顯示，風力比較弱，但風向不規(guī)則，可清晰地看到“人”字形切邊，海拉爾區(qū)處于切變線上。從4月15日20:00（圖5b）925 hPa風場來看，我國東北地區(qū)已形成了2條低空急流，其中一條低空急流的出口區(qū)在呼倫貝爾市48°N東經(jīng)119°E的位置。這條低空急流將日本海的水汽源源不斷地往北輸送。而海拉爾區(qū)正處于低空急流的出口區(qū)。此外，從比濕變化來看，15日08:00，850 hPa比濕1 g/kg，到20:00增加至2 g/kg。因此，充沛的水汽和地面的動力抬升作用是此次產(chǎn)生大量級降雪的主要成因。

圖5 2021年4月15日08:00地面風場（a）、15日20:00（b）925 hPa風場和15日20：00（c）850 hPa比濕

5 結(jié)論

（1）500 hPa 高空槽的不斷加深加上下游阻暖脊阻塞的影響下維持少動，為此次暴雪天氣提供了持續(xù)的冷空氣輸送，925 hPa偏南急流在為暴雪產(chǎn)生提供充沛水汽條件的同時，也提供了良好的動力條件。

（2）本次暴雪屬于一次冷季高架對流過程，暖濕氣流沿著冷墊爬升，條件對稱不穩(wěn)定導致的傾斜對流造成了強降雪的發(fā)生，不穩(wěn)定層大致位于700～600 hPa。

（3）偏南低空急流攜帶來自渤海和日本海2個源地的水汽到呼倫貝爾市，為興安嶺以西地區(qū)暴雪的產(chǎn)生提供了充沛的水汽。

（4）暴雪區(qū)出現(xiàn)在低層切變線、地面氣旋曲率最大處與低空急流出區(qū)左側(cè)疊加的區(qū)域。

（5）暴雪區(qū)高層輻散、低層輻合，維持較強的上升運動是此次暴雪形成的動力機制。