2018 年一次氣旋爆發(fā)性增長引發(fā)的暴雪過程分析

王 超，曲 哲，孫鵬飛

（1.豐林縣氣象局，黑龍江 豐林 153036; 2.伊春市氣象局，黑龍江 伊春 153000）

1 引言

暴雪是我國冬季常見的災(zāi)害性天氣現(xiàn)象， 氣象工作者對暴雪的天氣氣候特征和機(jī)理做了大量的分析和研究工作[1-3]。 我國暴雪多發(fā)區(qū)是東北地區(qū)，歷史上曾多次造成嚴(yán)重的災(zāi)害[4]，因此對暴雪進(jìn)行研究是十分必要的。

已有學(xué)者對暴雪產(chǎn)生的環(huán)流背景和關(guān)鍵系統(tǒng)做了大量有意義的研究。 暴雪通常發(fā)生在冷暖空氣交匯區(qū)域，對流層低層風(fēng)輻合切變、地面冷鋒、地形抬升及高、 低空急流等多尺度系統(tǒng)共同作用是暴雪形成的有利條件[5-6]。 渦動差動平流與溫度平流的共同作用對垂直運(yùn)動有顯著貢獻(xiàn)[7]，中低層正渦度的產(chǎn)生和維持有利于強(qiáng)暴雪的形成[8]。 在冷空氣呈楔形抬升暖濕空氣時， 低空冷空氣與中低空暖濕急流形成強(qiáng)垂直風(fēng)切變和深厚的鋒生區(qū)， 其產(chǎn)生的強(qiáng)斜升運(yùn)動和鋒面次級環(huán)流可以使降雪增強(qiáng)[9]。 低空急流對濕位渦的輸送, 可以加強(qiáng)條件性對稱不穩(wěn)定[10]，而大氣濕斜壓性的增加可以造成垂直渦度的顯著增加，從而導(dǎo)致氣旋爆發(fā)性增長，有利于強(qiáng)降雪的維持和加強(qiáng)[11-12]。有研究發(fā)現(xiàn)， 強(qiáng)降雪落區(qū)位于最大上升運(yùn)動中心北側(cè)，與強(qiáng)上升運(yùn)動中心并不完全重合[13]。

對中國東北地區(qū)降雪時空演變特征的分析中發(fā)現(xiàn)，東北地區(qū)的大雪和暴雪主要發(fā)生在冬末春初，弱降雪日數(shù)呈減小趨勢，但大雪和暴雪日數(shù)增多，且降雪強(qiáng)度增加[14]；另外，秋季北極海冰與東北暴雪存在年代際上的負(fù)相關(guān)現(xiàn)象[15]。 高松影等[16]對東北的暴雪研究發(fā)現(xiàn)，直接水汽來源是東海和黃海，同時，重要水汽源地還有西太平洋和日本海。孫欣等[17]研究認(rèn)為深厚的強(qiáng)鋒區(qū)、北上的江淮氣旋和低空急流，配合非地轉(zhuǎn)濕Q 矢量輻合上升支的強(qiáng)弱和位置變化， 與降水的強(qiáng)度和落區(qū)有十分密切的關(guān)系，850 hPa 低渦也是產(chǎn)生暴雪的重要影響系統(tǒng)[18]，對流層低層冷空氣的侵入和中高層風(fēng)向的轉(zhuǎn)變可以很好的判斷降雪開始和結(jié)束的時間[19]。

2018 年11 月8-10 日黑龍江出現(xiàn)了一次由爆發(fā)性氣旋造成的區(qū)域性暴雪天氣， 牡丹江站出現(xiàn)1961年以來11 月最大降雪量， 強(qiáng)降雪范圍和強(qiáng)度超過2007 年3 月3—5 日，此次過程大范圍強(qiáng)雨雪天氣導(dǎo)致黑龍江省大部分高速公路、國省道全線封閉，長途客運(yùn)站停運(yùn)。 降雪后路面融水導(dǎo)致道路濕滑，入夜后黑龍江省大部分道路出現(xiàn)大范圍結(jié)冰， 交通形勢異常嚴(yán)峻，給生產(chǎn)安全造成嚴(yán)重?fù)p失。 針對此次極端暴雪的環(huán)流背景、 影響系統(tǒng)配置和產(chǎn)生暴雪的關(guān)鍵環(huán)境參數(shù)等問題，根據(jù)ERA5（0.25 ×0.25 ）再分析資料及常規(guī)觀測資料對本次暴雪過程特征進(jìn)行多尺度系統(tǒng)分析， 重點(diǎn)研究爆發(fā)性氣旋發(fā)展機(jī)制及其對暴雪的關(guān)鍵作用， 建立此次暴雪過程的發(fā)生發(fā)展的概念模型，從而對此類天氣預(yù)報(bào)提供參考。

2 降水實(shí)況

2018 年11 月8-10 日黑龍江省爆發(fā)了一次區(qū)域性暴雪天氣過程， 大致的降雪區(qū)域分別分布在東南部（最大降水量＞40 mm）、東北部（＞30 mm）和中北部（＞20 mm）， 東南部降雪集中時段在8 日夜間到9 日白天，東北部和中北部集中在9 日白天，其中雨轉(zhuǎn)雨夾雪區(qū)域?yàn)闁|南部和東北部，純雪的區(qū)域?yàn)橹斜辈俊４舜谓笛┻^程，8 日下午黑龍江東南部出現(xiàn)小雨天氣，8 日夜間降水區(qū)向北推進(jìn)，東南部轉(zhuǎn)為雨夾雪，東北部出現(xiàn)雨夾雪， 中北部出現(xiàn)降雪；9 日08 時起，東北部降水加強(qiáng)；至14 時，東南部降水減弱，中北部降水加強(qiáng)； 20 時， 東北部和中北部降水減弱； 10 日白天三個暴雪區(qū)域仍有弱降水產(chǎn)生。 整個降水過程除了中北部為純雪， 其他區(qū)域均以雨夾雪為主， 東南部降水持續(xù)時間最長、 降水量最大，24 h 有3 個站降水量超過50.0 mm，分別為牡丹江（70.0 mm）、海林（52.7 mm）、穆棱（51.7 mm）；東南部24 h 最大降水量出現(xiàn)在綏濱（35.7 mm）；中北部降雪量最大的三個站分別為烏伊嶺（24.0 mm）、五營（22.4 mm）和蘿北（18.2 mm），對應(yīng)的積雪深度分別為25 cm、32 cm 和22 cm。

3 環(huán)流背景及影響系統(tǒng)

3.1 高空環(huán)流演變與冷空入侵

這次暴雪出現(xiàn)前期， 東亞中高緯度500 hPa 呈“緯向型”環(huán)流，極渦向南壓進(jìn)，在后部有冷空氣不斷向南擴(kuò)散，緯向環(huán)流中有短波槽向東移動，在低緯度地區(qū)有高原槽東移， 其東移過程中， 中緯度低槽合并， 同時， 在鄂霍次克海有阻高建立， 并北抬發(fā)展， 受阻高的阻擋作用， 冷空氣先從高緯地區(qū)向南入侵， 然后在阻高后部自南向北推進(jìn)， 入侵黑龍江。 8 日白天，受高空槽影響，黑龍江東南部開始出現(xiàn)小雨天氣。 8 日20 時，500 hPa 在貝湖東南到河套東北一帶和遼東半島到黃海一帶分別有一支低壓槽， 黑龍江位于低壓槽前；700 hPa 和850 hPa 低渦分別位于遼寧和朝鮮半島， 低渦東側(cè)有極強(qiáng)的中空（500 hPa 最大風(fēng)速42 m·s-1）、低空（700 hPa 最大風(fēng)速38 m·s-1，850 hPa 最大風(fēng)速28 m·s-1） 和超低空（925 hPa 最大風(fēng)速24 m·s-1）偏南急流將黃海和東海的水汽和不穩(wěn)定能量向黑龍江輸送；同時200 hPa 高空急流的抽吸作用也有利于低渦發(fā)展， 高低空急流的耦合作用導(dǎo)致黑龍江東南部出現(xiàn)強(qiáng)降水。 9 日08時， 500 hPa 兩支低壓槽趨于合并， 鄂霍次克海阻高北抬穩(wěn)定加強(qiáng)，700 hPa 和850 hPa 低渦向北移到黑龍江東南部，急流帶北抬，中空（500 hPa 最大風(fēng)速24 m·s-1）、低空（700 hPa 最大風(fēng)速24 m·s-1，850 hPa最大風(fēng)速28 m·s-1） 和超低空 （925 hPa 最大風(fēng)速26 m·s-1）偏南急流將日本海的水汽輸送到黑龍江中北部和東北部地區(qū)， 高低空急流耦合區(qū)也隨之北移影響黑龍江中北部和東北部， 中北部的暴雪過程開始，同時700 hPa 和850 hPa 偏南風(fēng)和偏東風(fēng)輻合切變線移到黑龍江東南部，導(dǎo)致此區(qū)域的強(qiáng)降水持續(xù)。綜上，在中緯度低槽合并，使黑龍江省地區(qū)處于槽前有強(qiáng)的正渦度平流區(qū)域， 并且促使低空低渦強(qiáng)烈的發(fā)展，低渦東側(cè)有很強(qiáng)的925-500 hPa 偏南急流，同時高空有200 hPa 急流與之配合，高低空急流耦合區(qū)的位置移動是造成三個區(qū)域形成較大降水的主要原因，700 hPa 和850 hPa 切變線影響黑龍江東南地區(qū)也是導(dǎo)致該區(qū)域形成強(qiáng)降水的重要原因，另外，極渦南下，由于上下游效應(yīng)，使得鄂霍次克海阻高北抬發(fā)展、穩(wěn)定少動，導(dǎo)致降雪持續(xù)較長時間。

3.2 地面氣旋爆發(fā)增長過程

此次暴雪過程發(fā)生在地面暖鋒前、 高空暖區(qū)中， 7-8 日， 黑龍江中東部地區(qū)地面最低溫度從-13-(-4) ℃上升到-5-2 ℃，24 h 氣溫升幅6-8 ℃，局地達(dá)10 ℃。 此次過程發(fā)生前期，海平面氣壓場上黃海附近海域?yàn)榘靶螆隹刂啤?8 日白天，隨著高原槽東移，槽前正渦度平流、暖平流（850 hPa 以下）和海面上絕熱（黃海海溫比山東半島高7-9 ℃）、非絕熱（降水釋放凝結(jié)潛熱），以及高空急流的強(qiáng)輻散抽吸作用（200 hPa 急流在黃海上空分為兩支，一支向東，一支向東北）使黃海海域有鋒面氣旋爆發(fā)性發(fā)展，氣旋隨高空引導(dǎo)氣流東移北上；08 日20 時（圖1a），氣旋中心氣壓24 hPa 降幅達(dá)19 hPa， 達(dá)到爆發(fā)性氣旋標(biāo)準(zhǔn)（24 hPa×sin40°/sin60°≈17.8 hPa）[19],氣旋中心北部的黑龍江東南地區(qū)開始出現(xiàn)強(qiáng)降水，同時，在河套北部到內(nèi)蒙古東部一帶有副冷鋒南壓。 隨著中高緯度低槽和南支槽趨于合并，09 日08 時（圖1c），氣旋中心移到吉林東部日本海上， 中心氣壓降至998 hPa，黑龍江東南部降水持續(xù)，中北部和東北部強(qiáng)降水開始，副冷鋒移到河套東北到吉林一帶。 9 日夜間，隨著副冷鋒移入， 高低空系統(tǒng)趨于重合， 地面氣旋開始錮囚，同時由于地面摩擦作用，氣旋逐漸減弱填塞，暴雪過程趨于結(jié)束。 此次暴雪過程，黃海海域鋒面氣旋的強(qiáng)烈發(fā)展是造成強(qiáng)降雪的重要原因。

圖1 2018 年11 月(a)8 日20 時、(b)9 日02 時、(c)9 日08 時(d)9 日14 時海平面氣壓場

4 結(jié)論

本文對這次暴雪過程的環(huán)流形勢及其影響系統(tǒng)是采取再分析資料及常規(guī)觀測資料進(jìn)行的， 系統(tǒng)的描述了這次過程， 并對其物理成因進(jìn)行了詳細(xì)的分析。 整個過程期間，東亞中高緯度地區(qū)極渦南下，上下游效應(yīng)使鄂海阻高穩(wěn)定發(fā)展， 極渦底部有短波槽攜帶冷空氣向東移動南下；低緯度高原槽向東移動，在山東半島附近兩支低壓槽趨于重合， 使黃海有氣旋爆發(fā)性生成發(fā)展，同時也加強(qiáng)了低空低渦的發(fā)展，低渦前部中低空偏南急流不斷向黑龍江輸送暖濕空氣； 地面氣旋北上過程中， 不斷有冷空氣呈楔形入侵，在對流層中低層形成次級環(huán)流加強(qiáng)上升運(yùn)動，在大氣層結(jié)處于對稱不穩(wěn)定時，有不穩(wěn)定能量的釋放，造成此次過程的暴雪產(chǎn)生。