2020 年11 月牡丹江一次暴雪天气过程分析

范天红，路平平，于翠红，王春杰

（牡丹江市气象局，黑龙江 牡丹江 157000）

1 引言

冬季暴雪是中国主要灾害性天气之一，主要集中在东北和西部高原山区[1]。暴雪是黑龙江省常发生的灾害性天气，尤其以秋末冬初和冬末春初的暴雪危害最大。众多学者从暴雪触发、加强机制和各尺度天气系统间的相互作用等方面开展了大量的研究，得出了很多有重要参考价值的结论。如盛春岩等[2]从暴雪天气过程的对称不稳定进行分析，指出对流不稳定能量释放是产生暴雪的重要原因；刘宁微等[3]对北上低涡引发辽宁暴雪天气分析指出地面气旋北上、低空急流和底层上升运动是增强暴雪的有利条件。众多文献从不同角度对暴雪形成机理进行分析，对强降雪分析预报起到很好的指导性作用。

牡丹江市地处黑龙江省东南部，地形以丘陵、山地为主，11 月18 -20 日牡丹江市所辖6 县市均出现了暴雪天气(图1)。本次降雪过程强度大，持续时间长，过程累计降水量居牡丹江市1961 年以来历史第二位，仅次于2018 年11 月9 日的降雪量（70 mm）。

图1 牡丹江及6 县市逐6 h 降雪量图

2 暴雪天气过程实况

受江淮气旋北上和高空冷涡的共同影响，2020年11 月18-20 日牡丹江全区出现了一场罕见的大范围暴雪局部大暴雪的天气过程。该过程有3 个特点：（1）影响范围广持续时间长相态复杂。17 日夜间降雪首先从林口、穆棱开始以阵雪为主，由于前期温度较高,18 日04 时全区开始出现雨或雨夹雪天气，15 时转为纯雪,降雪主要出现在18 日夜间到19 日白天。（2）该过程降水量（最大值57 mm）和积雪深度（最大值34 cm）仅次于历史极值（2018 年11 月9 日最大降雪量70 mm）,最大降雪中心在林口穆棱绥芬河呈带状分布。18 日23 时-19 日12 时降雪强度最大，小时降雪量林口最大4.5 mm。（3）此次降雪天气过程具有短时强降水的对流性天气特点。

3 环流形势分析

3.1 高空形势

18 日08 时500 hPa 天气图贝湖以西到新疆北部为高空槽，蒙古中部到河套地区有温度槽落后高度槽,在北部冷空气南压的推动下18 日20 时位于蒙古中部及河套地区的高空槽在18 日20 时东移至渤海湾（图2），此时850 hPa 切变线贯穿河北、辽宁、吉林到牡丹江地区，牡丹江市处于槽前的西南气流中，切变线南部有南风急流将渤海湾和日本海的水汽源源不断输送到牡丹江地区，对流层中层有西南急流，高层有西风急流，250 hPa 存在风速≥50 m·s-1的急流核。对切变线和急流的分析表明[4]牡丹江上空的低空急流造成低层很强的暖湿空气的平流,辐合很强，加强了层结的不稳定度，加强低层的扰动，从而触发不稳定能量的释放。而且低层流场风向或风速的辐合线产生抬升作用，使牡丹江地区产生强烈的上升运动。高空急流为强对流的发生提供了强的大尺度的抬升条件和垂直风切变条件，牡丹江处在低层辐合中上层辐散的强上升运动区，高层强辐散区有利于强迫出强的上升运动。700 hPa 风场19 日08 时风速突然增大（图略），由于低空急流是一种动量、热量和水汽的高度集中带，当低空急流增强时，在其左侧或急流中心会出现强辐合。加之长时间处在槽前，为在牡丹江地区形成暴雪提供了有利条件。

图2 18 日20 时（a）850 hPa、500 hPa 风场分析（b）850 hPa、500 hPa 温度场分析(→250 hPa 急流……250 hPa 等风速线➨500 hPa 急流→500 hPa 显著流线=850 hPa 切变线➨850 hPa 急流……850 hPa 暖脊……500 hPa 暖脊……200 hPa 冷中心)

3.2 温度分析

从图2（b）中可以看出，对流层中低层有暖脊北伸，说明中低空向暖且暖层深厚，高层200 hPa 有-64℃度的冷中心与之配合，顶层的干冷空气入侵导致上冷下暖引起不稳定。

3.3 湿度分析

19 日08 时牡 丹 江 地区850 hPa、700 hPa、500 hPa 温度露点差≤4 ℃，中低层空气暖湿且湿层深厚，高空干冷,下湿上干的不稳定层结触发强烈的上升运动。

3.4 地面形势

地面图上影响系统主要是北部高压和江淮气旋，17 日14 时在四川西部的甘孜地区合并形成完整低压，低压中心值995 hPa。江淮气旋一路东移北上。18 日20 时牡丹江处在低压中心附近偏北一些的低压倒槽北部偏南气流和偏东气流的交汇处，低压中心有暖脊北伸（图3b），地面增暖引起气层的不稳定，渤海湾存在辐合线，未来北上影响牡丹江地区。高空槽的位相落后于地面气旋中心，地面气旋位于高空较大辐散部位的下方，使气旋加深和维持[5],降水发生在气旋中心的暖区中。18 日15 时牡丹江市降水相态由雨夹雪转雪。18 日20 时，在牡丹江南部出现3 h的负变压中心（图3 b），有利于该地区产生抬升作用。19 日20 时牡丹江降雪量累计31.1 mm。20 日08时以后随着能量释放，暖空气势力减弱，大气上升运动开始减弱，湿层厚度降低，地面降水天气随之减弱，降雪逐渐减弱停止。

图3 18 日20 时(a)海平面气压场(b)地面填图3 h 变压场等温线，辐合线

4 卫星云图演变特征

从红外卫星云图上可以看出，18 日20 时黑龙江省南部地区有一大片降水云团，云层较厚，由于受到海上高压的阻挡，降水云团移动速度比较缓慢，在牡丹江上空停留时间较长，西北强冷空气和偏南暖湿气流在牡丹江上空交汇。从降雪实况可以看到，降雪强度较大的时段主要集中18 日23 时-19 日12 时，与实况基本吻合，14 时后主要的降水云系逐渐减弱移出，后部的残留云系有少量降雪20 日白天降雪基本结束。

5 物理量诊断分析

5.1 水汽条件

充沛的水汽是暴雪产生的重要条件，从18 日20时水汽通量和比湿场可以看出，牡丹江位于比湿大值区北部，比湿达4 g/kg。中国东部地区为水汽通量大值区，较强的偏南风急流有利于将水汽源源不断输送到牡丹江上空，18 日20 时-19 日20 时牡丹江地区集结了大量的水汽，低空相对湿度已经接近饱和。

5.2 动力条件

19 日08 时牡丹江处在水汽通量散度大值区附近，垂直速度场700 hPa 达到-40 m·s-1（图略）。暖湿气流的输送对于暴雪的发生和持续固然重要,但暖湿气流的局地聚集对于强暴雪的发生更有意义。当垂直方向上比湿分布不均匀时，由于垂直运动而引起的水汽垂直输送，会导致比湿的局地变化，因为一般来说，低层湿度大于高层，所以某层的上升运动将使局地比湿增加[6]。

5.3 热力不稳定条件

18 日20 时牡丹江地区地面温度露点差≤2 ℃（除北部林口市温度露点差7 ℃偏大，降雪量也最小与实况相符，20 时林口降雪量2.4 mm）。地面有暖脊是显著的降压区,3 h 变压达-6 hPa（图3 b）。加之中低空都有暖脊，暖湿层深厚，高空200 hPa 有-64 ℃的冷中心配合。高层干冷空气的侵入造成牡丹江地区上冷下暖气层很不稳定，地面及中低空的暖脊表明低层增暖引起气层不稳定，在牡丹江上空大气低层辐合最强辅助高空急流，高层强辐散将有利于强迫出强的上升运动，并且地面到高空存在强的垂直风切变（图略），暖湿干冷气团的交界面容易发生对流，高低空风形成的低层辐合高层辐散，垂直风切变都有利于系统的发展和维持[7]

6 各家模式对比

比较EC、GFC 及GRAPES 的预报产品，降水落区比较一致，24 h 降水强度与实况基本一致，48-72 h EC 偏小，60-84 h GFC 偏大，GRAPES 比较好。可见本次降水过程GRAPES 预报与实况最接近。总体来说模式预报对本次降水过程预报效果较好。

7 结论

（1）此次暴雪天气发生在500 hPa 高空槽、850 hPa 切变线、850 hPa 低涡和地面江淮气旋共同配合的天气系统下。

（2）地面图上，江淮气旋沿着高空槽前西南气流并携带大量水汽向东北方向移动，低压进入东北地区后强烈发展，在低压北侧形成暴雪天气。从地面到中低空有深厚的暖气层，为这次暴雪提供了必要的热力条件。

（3）850 hPa 流场中，低空急流输送暖湿空气促使大气不稳定。切变线贯穿河北辽宁吉林牡丹江地区，南风急流将暖湿空气源源不断地输送到牡丹江上空聚集，与高空强冷空气剧烈交汇并长时间停留，是本次降雪天气持续时间长，强度大的主要原因。低层辐合高层强烈辐散触发强烈的上升运动也是导致牡丹江地区出现暴雪大暴雪天气的主要动力原因。

（4）高层辐散流场在低空辐合流场上空叠置，抬升力会更强。高空急流有利于增强高层辐散，维持上升运动。强降雪主要出现在大气低层辐合高层辐散时段内，与垂直上升速度大值中心配合较好。

（5）数值预报对暴雪预报有很好的指导作用。