西南低压倒槽引发吉林省南部大暴雪天气分析

丑士连 曹 旭 胥珈珈 郭俊廷

（1.白山市气象局，吉林白山 134300；2.大连市气象信息中心，辽宁大连 116001）

1 引言

吉林省对于本地暴雪的研究起步相对较晚。王晓明等[1-7]从天气学角度对吉林省暴雪个例进行了分析，发现一些特点，但对其发生机理的研究仍较为缺乏。进入21世纪以来，吉林省暴雪极端天气气候事件似乎有频发的态势，且强度愈来愈强，2007年3月4日、2009年2月13日相继出现大暴雪天气过程，同时降雪结束后都伴随强寒潮、大风、道路结冰等气象灾害，给当地的农业、畜牧业、交通运输、教育、渔业、居民生活、冰雪旅游、冰雪运动等带来了不利影响。本文将对2020年2月15—16日吉林省南部的大暴雪过程的降水特点、环流配置、能量、垂直运动和水汽条件等进行分析，并找出大暴雪发生的特征，为以后大暴雪预报提供参考。

2 天气过程概况

2020年2月14日20时—16日08时，吉林省南部出现区域性大暴雪、局部特大暴雪天气（图1）。过程最大降水量出现在白山地区，平均降水量为29.4mm；最大单站降水量出现在白山站，为40.8mm，其中14日20时—15日20时24h累计降水量达32.9mm。东南部地区大部分地方积雪深度为11～55cm；最大积雪深度出现在长白，达55cm。本次过程南部地区新增积雪10～37cm；最大新增积雪深度出现在通化市区，达37cm。总体来说本次过程的降雪具有如下特点：暴雪区域大、降水量大；降水量梯度大，特别是在强降雪中心附近；新增雪深明显；降雪持续时间长，大部地区降雪在24h以上，部分站点持续约36h。

图1 吉林省2020年2月14日20时—16日08时降水量分布（单位：mm）

此外，本次暴雪过程也伴随着强降温。至2月17日08时，吉林省南部地区大部分站点24h降温8～12℃，个别如通化县站，降温幅度达13.1℃，出现了寒潮和强寒潮天气，致使路面结冰严重。

3 天气系统演变

此次暴雪天气影响系统为高空急流、低空锋区、暖式风切变和地面倒槽。

从300hPa环流来看，在12日20时，黑龙江北部为高空急流区；之后该急流快速南压，13日14时，急流区已进入吉林省的西北部；14日20时，急流轴贯穿吉林省的中部区域，并且急流核区明显增强（图2a）；15日20时，急流核区风速达到70m/s（图2b）；之后急流轴快速南压，并且急流核区快速减弱；16日14时急流区移出吉林省。从散度来看，吉林省南部一直为正散度区当中，为高空辐散的形势。所以14日20时—16日08时，吉林省南部都处在高空急流轴右侧和正散度区中，有利于高空的辐散。

13日08时，在500hPa上，20°N—50°N等高线相对平直，北侧为横槽；850hPa温度场上，40°N—50°N为明显的高空锋区。之后横槽在内蒙古北部发展加强，温度锋区逐渐南压。14日08时，在内蒙古中部形成闭合低涡，吉林省等高线仍较为平直，并处在温度锋区的暖区当中。之后低涡逐渐东移并加强，吉林省上空对应的等高线由平直逐渐转为高压脊区，并一直处于温度锋区的暖区（图2c、图2d）。16日14时，低涡进入吉林省，温度锋区移出吉林省。从850hPa散度来看，14日20时，辐合区位于辽宁省南部；15日02时，辐合区已位于吉林省南部，辐合中心位于通化南部；之后该辐合区一直维持在吉林省南部，并持续到16日02时；直至16日08时，吉林省南部辐合区消失。

从地面气压场和850hPa风场来看，在13日08时，中国西南地区地面出现闭合低压，同时在贝加尔湖附近为高压中心；13日20时，西南低压倒槽北伸至华北，贝加尔湖高压增强并有南压的趋势；之后贝加尔湖高压南压，并迫使西南倒槽南落东伸；14日20时，西南低压倒槽头部位于朝鲜半岛北部，西南和东北风暖式切变位于倒槽前部的吉林省南部（图2e），同时在西太平洋上存在一明显高压，并一直维持；之后西南低压中心略有东移，倒槽头部一直维持在吉林省南部。15日20时，在朝鲜半岛南部海域形成新的低压中心（图2f）；之后新生低压中心逐渐沿日本海东移北上，西太平洋上高压稳定维持，使日本海上低压倒槽一直位于吉林省南部；至16日14时，海上高压东移，倒槽和西南—东北风暖式切变才移出吉林省。

图2 2020年2月14日20时（a）、15日20时（b）300hPa急流（阴影，单位：m/s）和散度（红色等值线，单位：10-6/s），14日20时（c）、15日20时（d）500hPa位势高度（黑色实线，单位：gpm）、850hPa温度场（红色线，单位：℃）、散度场（阴影区，单位：10-6/s），14日20时（e）、15日20时（f）850hPa风场（蓝色风杆，单位：m/s）和海平面气压（黑色实线，单位：hPa）

综上可以看出，从14日20时—16日08时，吉林省南部高空处在急流轴右侧、低空位于高空锋区暖区的风切变区、地面则处在西南低压倒槽头部，同时西太平洋上高压稳定维持，迫使西南低压倒槽稳定维持在吉林省南部，这样的高低空有效配置，有利于大暴雪的发生。

4 暴雪天气成因分析

在2月形成如此剧烈的天气，必然要具备充足的热量和能量条件、充沛的水汽、完善的高低空形势和物理量配置。本文就上述条件对本次天气过程的影响进行剖析。

4.1 充足的热量和能量

从850hPa温度场来看，2月11日20时，吉林省南部等温线达到0℃，并一直维持到13日14时；之后随着温度锋区南压，吉林省南部温度开始下降，到14日20时，等温线下降到-4℃，并且为暖区；至15日14时，温度锋区进一步增强，吉林省南部温度降低，但仍为暖区；16日14时，冷中心进入吉林省中部，暖区南落，仅吉林省东部为暖区，并持续到20时。所以降雪过程中，吉林省南部一直处于850hPa的暖区中，说明在降雪前期和降雪时能量都较为充足，并由于前期温度维持在0℃，降雪以黏雪为主，个别如集安站，以雨夹雪为主。之后随着锋区增强，温度虽然下降，但一直为暖区，有利于降雪的持续发生，但降雪强度明显减弱。当暖脊转为冷槽时，冷空气占主导地位，不利于降雪的持续。

从850hPa假相当位温场来看，在12日20时，高能舌已伸至吉林省，假相当位温＞20℃；之后随着温度锋区南压，高能舌缓慢南退，并在吉林省中部形成能量锋区，吉林省南部的假相当位温逐渐增加；至14日14时，在朝鲜半岛北部出现24℃高能中心，能量锋区南落到吉林省南部地区；之后高能舌一直稳定维持在朝鲜半岛北部，能量锋区稳定维持在吉林省南部，且假相当位温最大值一直保持在20℃；至15日20时，吉林省南部假相当位温值下降到16℃；之后逐渐降低，到16日08时，假相当位温值减弱到4～8℃。所以从14日14时—15日20时，吉林省南部假相当位温一直维持在20℃，说明能量一直有持续的补充才得以维持，有利于强降雪的持续。而当能量开始减小时，说明后续能量补充不足，则降雪强度减弱，当值低于4℃之后，降雪趋于结束。

综上，从850hPa到地面，降雪开始前都是能量积聚的过程。在降雪过程中，假相当位温的维持是保证强降雪持续的关键。而当其数值开始降低时，说明后续能量补充不足，降雪强度随之减弱，直到结束。

4.2 动力抬升条件

4.2.1 高层辐散、低层辐合的“抽吸效应”

14日08时，300hPa吉林省南部即为明显的正散度区，而低空850hPa则为负散度区，即高层辐散、低层辐合。至14日20时，正散度中心位于辽宁省西部，其头部位于吉林省南部（图2a），而对应850hPa，辽宁省西部到吉林省南部一线，均为明显的负散度区。之后高空一直维持正散度，低空负散度，特别是在15日白天，高低空散度都有明显增强。至15日20时，正散度中心移至朝鲜半岛北部，吉林省南部正散度相对减弱，低空850hPa辐散也相应减小（图2d）。所以从14日20时—15日20时，吉林省南部一直都处于强高层辐散、低层辐合的形势，有利于低层水汽辐合抬升，从而有利于强降雪的发生。

4.2.2 低空风的辐合

从14日20时850hPa风场可以看到，吉林省中部为东北风，朝鲜半岛北部为西南风，两者形成东北—西南向风切变（图2b），有利于水汽在该区域“截流”，从而促使低层水汽抬升。至15日08时，吉林省北部依然为西北气流，而朝鲜半岛北部有偏南气流和西南气流，造成了吉林省南部不仅存在东北—西南向风切变，同时也有西南风和偏南风的辐合，都有利于低层水汽辐合抬升。

4.2.3 垂直上升运动

大暴雪天气过程中，白山站上空存在较好的大尺度上升运动，14日20时—16日08时的垂直速度时间—高度剖面图（图3）上，低空一直为强的上升运动，300hPa为明显的下沉运动。最强上升运动时段为15日02时、15日14时和16日02时，而地面强降雪时段几乎都与之对应。所以，这种中低层辐合、高层辐散的空间配置，有利于强降雪的发生与发展。

图3 白山站2020年2月14日20时—16日08时垂直运动剖面（单位：Pa/s）

4.2.4 冷锋锋生和地形强迫

从14日20时—16日08时锋生函数来看，在吉林省南部一直存在明显的锋生，从前述可知，850 hPa为明显暖脊和暖式切变线，所以吉林省南部为暖锋锋生区。特别是15日14时的锋生函数，通化、白山西部达到此次过程的最大，说明该时次为最强暖锋锋生时段。

吉林省南部为长白山南侧的迎风坡，所以当气流由吉林省西南部输入时，受到长白山山脉南侧抬升作用，导致水汽沿地形抬升，从而有利于吉林省南部降雪的增强。

4.3 充沛的水汽

4.3.1 比湿

大暴雪的发生，其中必要的条件就是充足的水汽供应。如何能体现出水汽充足呢？不能只看相对湿度的大小，要看整层水汽的厚度和比湿的大小。从白山站比湿剖面（图4）来看，从14日20时—15日14时，比湿都＞3g/kg，与本地暴雪比湿指标一致，且持续时间＞18h，更容易产生大暴雪。另外，从整层的比湿分布来看，2g/kg比湿一直延续到600hPa高度，说明水汽充沛，有利于强降雪的维持。15日20时之后比湿有所降低，2g/kg比湿持续到700hPa，说明后期水汽补充不足。

图4 白山站2020年2月14日20时—16日08时比湿剖面（单位：g/kg）

4.3.2 水汽通量和水汽通量散度

就整个冬半年，受冬季风影响，水汽的输送偏弱，水汽条件也是决定过程降水多寡的关键因素。图5给出了该过程的700hPa水汽通量和水汽通量散度。从图5可以看出，2月14日20时—16日02时，在20°N—40°N水汽通量最为明显，吉林省南部水汽输送主要由西南气流将南方水汽经山东半岛直接输送到吉林省南部；从水汽通量散度来看，水汽通量头部均存在明显的水汽辐合中心，其主要原因是水汽通量头部北侧为偏北气流，正是冷暖空气的交绥区，有利于暖空气辐合抬升，从而促使大暴雪的发生。

图5 2020年2月14日20时（a）、15日14时（b）700hPa水汽通量（单位：g·hPa-1·cm-1·s-1）和水汽通量散度（单位：10-8g·hPa-1·cm-2·s-1）

5 结语

本文利用实时观测资料、NCEP再分析资料对2020年2月15—16日吉林省南部大暴雪过程进行初步研究。结果表明，此次强暴雪是西南低压倒槽进入吉林省南部，配合低空暖式风切变造成的明显降雪。

（1）此次大暴雪具有降雪区域大、降水量大、降水梯度大、新增雪深明显、降雪持续时间长等特点。

（2）此次大暴雪落区位于高空偏西急流右侧、500hPa脊区、850hPa暖区和暖式切变区、地面西南低压倒槽头部。同时，西太平洋上高压稳定，促使高层辐散、低层辐合长时间维持，从而有利于强降雪的发生和维持。

（3）此次大暴雪发生前期，低空增暖明显；在降雪过程中，850hPa假相当位温高能舌顶一直位于朝鲜半岛北部，能量锋区位于吉林省南部，能量峰值一直保持在20℃，与明显降雪时段相对应；而当能量锋区减弱时，降雪强度明显减弱。从动力角度来看，吉林省南部300hPa为正散度区，850hPa为负散度区，低空850hPa存在东北—西南向风切变，西南风和偏南风辐合，有利于低空水汽辐合抬升。西南气流将中国南方水汽持续不断向吉林省南部输送，是大暴雪发生和维持的重要保障。