2020 年11 月阿拉善盟大雪天气过程锋面分析

宝乐尔

（阿拉善盟气象局，内蒙古 阿拉善盟 750306）

近年来，气象工作者对降雪天气，尤其是大雪、暴雪天气的研究显示，大雪、暴雪天气中常见的天气系统有锋面活动。锋面活动，即指锋消、锋生现象。综合性物理量锋生函数，既考虑了大气的热力特征也考虑了动力特征，锋区与函数大值区位置重合，可作为诊断锋面时空分布特征及强度的重要指标[1-2]。朱乾根等[3]研究指出，锋生作用使水平位温梯度随时间增加，造成热成风平衡被破坏，从而形成垂直于锋区中暖区上升、冷区下沉的次级环流。杨金锡等[4]指出降雨带与锋生函数大值区配合度较好，且锋生大值区中存在多个强中心。降雪天气中，锋生过程具有重要的指示意义[5-12]。

前期研究为探究阿拉善盟大雪天气提供了研究思路及方法，但对于锋面结构、锋消、锋生的认识仍然匮乏。2020 年11 月20 日至21 日阿拉善盟大部地区出现降雪天气，其中贺兰山及沿山一带降雪量普遍达到大到暴雪，且锋生过程明显。本文将利用NECP/NCAR 再分析资料、常规资料、自动站资料等，对本次过程的锋消、锋生结构演变特征进行研究诊断，分析其动力、水汽条件特征，望提高阿拉善盟大到暴雪预报的准确率及预报提前量，为实际预报提供参考。

1 数据来源及天气实况

1.1 数据来源

本文使用2020 年11 月20 日至21 日NECP/NCAR再分析资料、常规资料、自动站资料，计算分析大雪过程中的锋生函数、垂直运动、温度平流及假相当位温等要素，分析大雪天气中冷锋垂直结构及强度演变。

锋生是促使新锋面形成或原有锋面加强的过程。主要表现为：在等压面图上，由于空气水平运动、垂直运动和非绝热变化等过程，使某地带等温线随时间而加密，即温度或位温梯度增强的过程，称为锋生;当地面图上某地带的气象要素和天气现象显示出锋面特征，或者已有锋面表现得更清楚和活跃，也称为锋生。锋生函数通常定义为：

F＞0 为锋生，预示未来锋区将加强；F＜0 为锋消，预示未来锋区将减弱[13]。

1.2 天气实况

2020 年11 月20 日08 时至21 日13 时，内蒙古自治区阿拉善盟出现首场大雪天气，贺兰山及沿山地区普遍量级达大雪。政府所在地巴彦浩特镇降雪量7.2mm，积雪深度达6.0cm。最大降雪量出现在北寺为10.2mm，达到暴雪量级。

11 月20 日08 时开始，阿拉善盟自西向东出现降雪天气，20 日20 时降雪强度增强，11 月20 日20 时至21日08 时12 小时间，巴彦浩特降雪量达6.0mm，雪强峰值为0.9mm/h（22 日02-03 时），北寺降雪量达7.7mm，雪强峰值为1.1mm（22 日03-04 时）。21 日08 时降雪减弱，13时全盟降雪天气趋于结束。

本次大雪天气落区集中、持续时间较长、累积降雪量大。大雪导致市区道路湿滑拥堵、航班延误，居民出行和生活受到了极大的影响。

2 天气形式演变

20 日08 时欧亚大陆为“两槽两脊”型，脊前偏北急流将极地冷空气源源不断地向北输送，阿拉善盟上空被槽前西南、偏西气流控制。20 日20 时，随着脊前强冷平流输送使南段低槽发展东移，阿拉善盟上空西南气流由10m/s 增强至16m/s。在干冷空气的推动下，槽后冷空气主体开始影响阿拉善盟地区。21 日08 时冷槽转向呈南-北向，且基本移出阿拉善盟。低层700hPa，20 日08 时，冷式切变线位于阿拉善盟西部地区上空，其前部偏南低空急流为本次大雪提供了丰富的水汽条件。20 日20 时，高度场与温度场交角呈90°，强冷平流不断向南输送冷空气且由于偏南气流的加强，原位于四川地区的低槽加深形成低涡，其北部暖式切变线携带暖湿空气与北方冷空气在阿拉善盟地区交汇，有利于锋生，进一步加强降雪强度。降雪开始前，冷高压中心盘踞于蒙古至新疆北部，冷锋位于新疆中部至蒙古国西南部。从高压母体中分裂了南下一个高压中心位于锡林郭勒盟，其前部存在副冷锋。此时，阿拉善盟上空为地面倒槽控制。20 日20 日，随着高压母体中又分裂一个高压中心东移南下，倒槽减弱南退，冷锋扫过阿拉善盟大部地区，造成大部地区降雪天气。本次大雪过程发生在高层西北风急流配合低层暖湿气流的有利背景下，冷槽、地面冷锋等共同作用。本文将重点通过分析锋面演变特征与其结构，探讨与降雪之间的关系。

3 冷锋垂直结构及变化特征

3.1 冷锋的垂直结构变化

经典锋面理论指出，锋区基本沿着等位温线的方向，锋区内位温线密集且与等温线正交。能够综合表征大气温湿特征的物理量为假相当位温，故可结合温度场和假相当位温场确定锋区的位置及结构，沿大雪区垂直于锋面的105°E 做温度和假相当位温垂直经向剖面。19 日08时等假相当位温线水平梯度小，垂直梯度大，即沿水平方向分布。20 日08 时开始，锋区主体位于40°N 至50°N。20日20 时开始，随着母体高压中强冷空气补充南下，锋区加强，32°N 至40°N 区域内，等假相当位温线抬升，垂直梯度减小，形成随高度向北倾斜的陡立且密集的带状区域，此区域内，等假相当位温线、等温线密集且几乎正交，为锋区位置，此时巴彦浩特及贺兰山山区降雪强度开始加强，20 日20 时至21 日08 时巴彦浩特累积降雪量为6.0mm，北寺降雪量为7.7mm。21 日08 时，锋区主体东移，巴彦浩特上空假相当位温线密集度减小且700hPa 以上假相当位温呈水平分布，指示着锋区减弱，对应锋消过程，降雪强度减弱。假相当位温的演变特征能够表示锋生（消）过程，对降雪强度预报有很好的指示意义。

3.2 冷锋形成的动力及热力条件

影响锋生的要素不同，其中温度分布对锋生有重要的作用，正如前文所分析，存在明显的温度密集带。此次天气过程中，锋生活动主要发生在对流层中低层。20 日08 时西北急流输送冷空气，从而在地面34°N 至50°N 区域内形成冷垫，暖湿气流沿冷垫爬升。20 日20 时，随着冷平流进一步向南扩展加强，垂直方向发展至500hPa，形成闭合冷中心。700hPa 由于西南低涡的建立，暖平流增强并继续沿冷垫爬升，温度平流梯度增大，有利于锋生。综合08 时和20 时，可分析出36°N 至44°N 区域，即巴彦浩特上空，温度平流梯度增强且被抬升至600hPa 至500hPa 之间，而锋生中心大值区恰好位于冷暖梯度大值带中。此次冷锋是风场和温度场共同作用下逐渐形成的准垂直带状结构（见图1）。

图1 105°E 温度平流（线条，单位：10-5 K·s-1）、锋生函数（填色，单位：10-8K·（m·s）-1）剖面

锋生中心位于600hPa 温度平流密集带，利用600hPa 锋生函数及温度平流，直观分析此次冷锋的演变特征。20 日08 时冷空气前端扩散南下，温度平流密集区，即锋生区位于100°E 以西地区，巴彦浩特位于暖平流区。20 日20 时，600hPa 冷平流中心值为-11×10-5K·s-1，冷锋发展南压，锋生值为8×10-8K·（m·s）-1，巴彦浩特位于最强锋区，降雪强度增大。21 日08 时，巴彦浩特处于锋后，锋生值由正值转为负值，锋面和降雪减弱（见图2）。

图2 600hPa 温度平流（线条，单位：10-5K·s-1）、锋生函数（填色，单位：10-8K·（m·s）-1）分布

综上所述，巴彦浩特经历了一次锋生过程，锋生时雪强大，冷锋在维持过程中，斜压性增强，坡度增大，为降雪强度的增大提供了非常有利的动力条件。600hPa 温度平流密集区的演变表征着锋面强度、位置变化，锋生中心对降雪中心预报有很好的指示意义。

4 水汽输送及辐合的空间结构

研究表明在一区域内本身存在的水汽不足以引发降水过程，要形成降水必须建立水汽输送通道，分析4 个时间段的整层水汽通量及散度可以看出，本次降雪过程主要有两个通道。一是由偏西气流带来的水汽，另一个是西南方向传输的水汽。21 日20 时，来自西南方向和偏西气流的两条水汽树洞相遇在阿拉善盟东南部地区，产生明显的整层水汽辐合，降雪强度加强。次日08 时水汽输送和辐合带移出阿拉善盟，降水结束。

分析19 日20 时至21 日20 时巴彦浩特上空水平水汽通量、水平水汽通量散度时间剖面图，时间间隔为6 小时。可以看出20 日14 时开始，巴彦浩特上空600hPa 至500hPa 开始有水汽输送，20 时以后高空水汽开始辐合，22 日02 时，水汽输送及辐合达到最强，正是巴彦浩特上空强锋生区。

垂直方向运动也发挥了重要作用，分析巴彦浩特相对数度、垂直速度时间剖面图，21 日02 时，巴彦浩特上空上升运动与下沉运动相遇，上升运动峰值中心与下沉运动峰值中心对称分布于500hPa，进一步加强了600hPa至500hPa 的水汽辐合，此时相对湿度达到峰值，降雪强度达到最大，巴彦浩特21 日02 时至03 时降雪量为0.9mm/h。以上分析与郭英莲等[1]研究结论相一致，水平锋生加强辐合抬升并提供水汽输送，即水汽输送、辐合强度变化与巴彦浩特降雪演变有很好的对应关系。

5 结论

（1）本次大雪过程发生在高层西北风急流配合低层暖湿气流的有利背景下，随着高压母体中分裂一个高压中心东移南下时，冷锋扫过阿拉善盟大部地区，造成大部地区降雪天气。

（2）伴随着高空冷槽东移，巴彦浩特经历了一次锋生过程，与巴彦浩特降雪强度变化对应。锋生时雪强大，冷锋在维持过程中，坡度增大，斜压性增强，为降雪强度的增大提供了非常有利的动力条件。600hPa 温度平流密集区的演变表征着锋面位置、强度变化，锋生中心对降雪中心预报有一定指示意义。

（3）本次过程建立了两个水汽输送通道，当偏西通道和西南通道在我盟东南部相遇时，巴彦浩特上空水汽辐合，相对湿度增大，加上较为强烈的上升运动，以及锋面过境带来的冷平流，致使巴彦浩特地区产生大雪天气。