一次冷涡暴雪的天气过程分析

庞　博,付洪泰（.黑龙江省气象台，黑龙江哈尔滨50030; .哈尔滨市气象台，黑龙江哈尔滨5008）



一次冷涡暴雪的天气过程分析

庞博1,付洪泰2
（1.黑龙江省气象台，黑龙江哈尔滨150030; 2.哈尔滨市气象台，黑龙江哈尔滨150028）

摘要：此次过程主要影响系统是蒙古气旋，冷空气源地为中西伯利亚，经贝湖、蒙古发展加深形成蒙古低压并从西南开始影响黑龙江省。过程从2015年2月20日夜间开始至23日结束。黑龙江省共有40个观测点过程量达到暴雪级别,南部部分地区经历了比较明显的降水相态转换。分析最终得出：（1）锋区强弱以及位置是产生强降雪的关键，暖锋强于冷锋时易产生强降雪，冷锋强于暖锋时则降雪量级一般不大。（2）急流是大范围强降雪产生的必要条件，急流不仅提供了动力条件，与水汽源地联通后更成为重要的水汽条件。（3）中低层正涡度、中高层负涡度结构的稳定维持,使低层气旋性涡度环流增强,为强降雪天气提供了动力条件。

关键词：暴雪;降水相态

1　引言

此次过程主要是由东北冷涡引起的一次降雪过程。由于冷涡维持时间较长，自2015年2月20日夜间开始至23日基本结束，黑龙江省共有40个观测点过程量达到暴雪级别。南部部分地区经历了比较明显的降水相态转换。其中以哈尔滨为例：哈尔滨、双城、宾县、尚志、五常、延寿在21-22日经历了雪转雨夹雪转雪的过程。

2　环流背景

2.1高空形势

高空影响系统为东北冷涡。前期贝湖西北部附近为大范围反气旋环流，上下游各有一处气旋性切变。21日08时500 hPa综合图可以看出是典型的暴雪环流场形势“Ω”型(图1)［1］。中心位于贝湖南部的冷涡南部急流明显，平流能量转化为扰动能量，使冷涡发展，维持，引发持续性的降雪天气。冷涡由黑龙江省西部进入，自西向东北移动，维持稳定，移动较慢。22日20时冷涡中心移动到黑龙江省北部，低层急流消失，暖湿输送带崩溃，冷涡开始减弱。南部辽宁一带出现东西向急流，系统开始东移并逐步入海。23日08时，随着系统移动加快，后部冷空气的补充，冷平流增强，暖平流减弱，预计黑龙江省将转为涡后控制，将出现大范围的阵雪天气。整个过程趋于结束。

2.2地面形势

图1　2015年(a)2月21日08时(b)2月22日20时500 hPa综合图

此次过程主要地面影响系统是蒙古气旋，冷空气源地为中西伯利亚，经贝湖、蒙古发展加深形成蒙古低压从西南向开始影响黑龙江省。20日夜间，暖锋由黑龙江省西南部进入，引发降雪。21日14时地面填图可见蒙古低压前部暖空气强烈，中北部冷暖锋交汇形成锢囚锋引发强降雪。同时低压连通海面，且有低空急流配合，水汽输送稳定，更有利于产生暴雪。22日08时锢囚锋位置略微北抬，主体降水区域开始偏北，同时后部冷锋逐渐跟进，受后部冷空气影响锢囚锋将减弱消散，随着锢囚锋的消散系统移出，暴雪天气趋于结束（图2）。

3　中尺度分析及物理量场

图2　2015年(a)2月21日14时(b)2月22日08时地面图

3.1中尺度分析

21日08时中分析可以看出暖锋前部为降水主体区域，250 hPa有高空急流配合高层抽吸作用下更有利于产生强降水。500 hPa，槽后存在急流槽前有一条自渤海至黑龙江省中部的显著流线。700、850 hPa偏南急流明显，将海面水汽不断的向黑龙江省输送，急流出口前有明显的辐合线。同时可以发现700、850 hPa温度脊配合暖锋与降水区域存在较好的对应关系。

21日20时，地面暖锋经过之处产生降雪，且暖锋移动较快与主冷锋在黑龙江省北部相汇并锢囚形成持续性强降雪，地面暖锋后部辐合线明显。槽前槽后两股高中低空急流交汇并加强，形成新的位置趋于一致的西南急流，动力条件更加稳定，水汽输送作用加强。700、850 hPa温度脊随急流北抬，为持续强降雪提供了良好的热力条件。

22日08时，主冷锋移动速度下降并南下，副冷风北抬追上主体暖锋在黑龙江省中北部形成锢囚锋，地面辐合线北移并有所减弱，降水还将持续一段时间，主体冷锋的南下加强将使得前部的锢囚锋逐渐消散减弱降水条件。急流减弱并南退，只有250 hPa黑龙江省北部还存在高空急流，南部850 hPa还存在一条弱的显著流线。700、850 hPa温度脊随系统北抬东移并减弱，同时值得关注的整层的温度槽都即将移入黑龙江省，这标志着降雪的动力热力条件都将减弱，降水趋于结束(图3)。

图3　2月21日(a)08时中分析(b)20时中分析(c)22日08时中分析

3.2物理量分析

动力条件：21日08时925 hPa、700 hPa、850 hPa黑龙江省西部均有正涡度，垂直高度上达到了500 hPa,中心强度10×10-10s-10，再向上均为负涡度。中低层正涡度、中高层负涡度结构的稳定维持,促使低层气旋性涡度环流增强,为强降雪天气提供了动力条件[2]。

水汽条件：700 hPa、850 hPa存在急流，风速最大值＞20 m/s。源源不断的输送渤海、黄海水汽并与西北部冷空气交汇，产生强降水。急流区附近风气变强，中低层水汽通量散度都是负值，低层中心强度一度达到-10×10-7g·cm-2·s-1·hPa-1。相对湿度中低层都大于80%，水汽条件充足。同时沿着急流方向做剖面可以看到沿着急流轴整层相对湿度大于90%。水汽急流前区到雪区存在大范围深厚湿区，黑龙江省大部为强烈的水汽辐合区，深厚的湿层和持续的水汽辐合为暴雪的产生提供了充沛的水汽条件。

热力条件：假相当位温是表征大气温度、压力、湿度的综合特征量，表示大气的温湿特征和垂直运动[3]。其水平分布和垂直分布与对流天气的发生发展有极大关系，也反映了大气中能量的分布。21日08时假相当位温轴位于黑龙江省西部到南部，通过叠加降水落区对比发现此次强暴雪落区与假相当位温线密集带有一定的对应关系。

4　卫星云图的分析

由于黑龙江省的纬度原因，可见光图像并不清晰但可分辨出云层深厚，整体近似斜压叶状云系和带状云系。冷锋后部的光滑分界，黑龙江省北部降水区域依稀可以分辨出一些暗影，反映出北部的中低层辐合明显。南部低层水汽输送通道在可见光上辨别明显，副冷锋位置清晰，低层有大片的层状云沿着急流向东北移动。

红外图像上则更加明显，黑龙江省中部后边界光滑干冷空气入侵明显，整体为典型逗点云系，逗点中心可以分辨出“T”字型的锢囚锋云系。云顶亮度高，涡旋扩散范围大，这些都有利于强降水的产生。

5　降水相态的转换

此次暴雪过程中，南部地区出现了降水相态的转换。以哈尔滨地区为例20日20时-24日08时总降水量(mm):哈尔滨靳家13.5、双城8.8、宾县8.3、尚志19.8、五常15.6、延寿11.7降雪转雨夹雪转雪。21 日08时到22日02时哈尔滨、双城、宾县、尚志、五常、延寿六站温度始终维持在零上1℃左右，降水相态是由雨转雨夹雪。直到22日02时至04时左右哈尔滨、双城、宾县、尚志、五常、延寿六站干球和最低温度由零上1℃左右降至零下2℃以下。降水相态由雨夹雪转雪。

过程分析：

21日08时：700 hPa哈尔滨温度-11℃;850 hPa哈尔滨温度-8℃;700 hPa，850 hPa都存在强暖平流，可以看到强暖平流和低层急流轴基本吻合，哈市西部基本处于暖平流出口处。系统上游站温度高，850 hPa温度-4℃，21日白天温度逐渐升高;地面哈市整体处于低压顶前部，整体偏南风，地面温度预计将逐渐升高。同时地面哈市处于暖锋前引起大范围持续性降水中。由降水影响，21日白天地面温度可能偏高，降水主要是雨夹雪;红外图像上，哈尔滨被云覆盖，基本不存在辐射升温。温度不会过高。综上，哈市大部地区降水相态为雨夹雪。

21日20时：700 hPa哈尔滨温度-13℃。850 hPa哈尔滨温度-5℃;700 hPa，850 hPa可以看到暖平流渐弱，暖平流的影响逐渐减弱。系统上游站温度高，850 hPa温度-5℃，预计21日夜间温度还将维持一段时间偏高。降水相态还是雨夹雪;地面图上，哈市整体处于低压中心前部，整体依然是偏南风，地面温度预计还将维持。同时地面哈市还处于暖锋前引起大范围持续性降水中。由降水影响地面温度可能将逐渐降低，降水还主要是雨或雨夹雪;红外图像上，哈尔滨上空云逐渐移开辐射降温，地面温度逐渐降低。综上，哈市大部地区降水相态为雨或雨夹雪。

22日08时：700 hPa哈尔滨温度-20℃;850 hPa哈尔滨温度-13℃;700 hPa，850 hPa全部为冷平流;地面图上，哈市整体处于低压中心底前部，整体依然是偏南风，但冷锋已经进入哈市，地面温度明显降低，降水相态为雪;红外图像上，哈尔滨上无云辐射降温，地面温度会逐渐降低。综上，哈市大部地区降水相态将转为雪。

6　小结

(1)锋区强弱以及位置是判断降雪的关键，暖锋强于冷锋易产生强降雪，冷锋强于暖锋降雪量级一般不大。暖锋锋区，锋生位于黑龙江省南部易产生暴雪。锢囚锋易产生连续性降雪天气。强降雪落区预报的主要标示即是锋生区的位置和暖锋的路径。

(2)急流是大范围强降雪产生的必要条件，急流不仅提供了动力条件与水汽源地联通后更成为重要的水汽条件，判断急流的位置变化是判断暴雪天气变化的重要标识。急流出口区和低层温度脊的配合可以很好的对应出降水区域，可依据此对暴雪灾害的影响范围作出预先判断。

(3)中低层正涡度、中高层负涡度结构的稳定维持,促使低层气旋性涡度环流增强,为强降雪天气提供了动力条件。正涡度平流中心先于暴雪出现,这对判断暴雪的产生有明显的指示作用。

参考文献

[1]孙仲毅,王军,靳冰凌,等.河南省北部一次暴雪天气过程诊断分析[J].高原气象,2010,29(5):1338 -1344.

[2]胡中明，周伟灿我国东北地区暴雪形成机理的个例研究[ J] .南京气象学院学报, 2005 , 28(5):680-684.

[3]侯瑞钦，张迎新，范俊红，等.2009年深秋河南省特大暴雪天气成因分析[ J] .气象, 2011 , 37(11):1352-1359.

Analysis of a cold vortex snowstorm weather process

PANG Bo1，FU Hong-tai2
（1. Meteorological observatory of Heilongjiang province, Heilongjiang Harbin 150030；2.Harbin Meteorological Observatory ,Heilongjiang Harbin 150028)

Abstract:The process is mainly caused by the Mongolian cyclone, the middle of Siberian is the cold air source. Through the Baikal and Mongolia, the cold air transformed Mongolian low system and began to affect Heilongjiang Province from the southwest. The process began at the night of February 20, 2015 and ended at February 23. 40 observation stations reached snowstorm level in Heilongjiang Province. Parts of southern experienced a relatively significant precipitation phase conversion .Finally, the result shows that :(1) The strength of the front area and the location is the key to produce heavy snowfall, if the warm front is stronger that cold front, it prone to cause heavy snowfall, else the snow is small.(2) The jet is a necessary condition for wide range of heavy snowfall, the jet not only provides dynamic conditions but also become an important water vapor condition after connect with water vapor resource.(3) The stable maintenance of positive vorticity in the lower and middle and negative in upper and middle level enhance the circulation of the low level cyclone, and provided the dynamic conditions for the strong snowfall weather conditions.

Key words:snowstorm; precipitation phase

第一作者简介：庞博（1983-),男，黑龙江省哈尔滨市人，黑龙江大学，本科生，工程师.

收稿日期：2016－1－1

文章编号：1002－252X(2016)01－0009－04

中图分类号：P458.1+21

文献标识码：A