2018 年一次气旋爆发性增长引发的暴雪过程分析

王 超，曲 哲，孙鹏飞

（1.丰林县气象局，黑龙江 丰林 153036; 2.伊春市气象局，黑龙江 伊春 153000）

1 引言

暴雪是我国冬季常见的灾害性天气现象， 气象工作者对暴雪的天气气候特征和机理做了大量的分析和研究工作[1-3]。 我国暴雪多发区是东北地区，历史上曾多次造成严重的灾害[4]，因此对暴雪进行研究是十分必要的。

已有学者对暴雪产生的环流背景和关键系统做了大量有意义的研究。 暴雪通常发生在冷暖空气交汇区域，对流层低层风辐合切变、地面冷锋、地形抬升及高、 低空急流等多尺度系统共同作用是暴雪形成的有利条件[5-6]。 涡动差动平流与温度平流的共同作用对垂直运动有显著贡献[7]，中低层正涡度的产生和维持有利于强暴雪的形成[8]。 在冷空气呈楔形抬升暖湿空气时， 低空冷空气与中低空暖湿急流形成强垂直风切变和深厚的锋生区， 其产生的强斜升运动和锋面次级环流可以使降雪增强[9]。 低空急流对湿位涡的输送, 可以加强条件性对称不稳定[10]，而大气湿斜压性的增加可以造成垂直涡度的显著增加，从而导致气旋爆发性增长，有利于强降雪的维持和加强[11-12]。有研究发现， 强降雪落区位于最大上升运动中心北侧，与强上升运动中心并不完全重合[13]。

对中国东北地区降雪时空演变特征的分析中发现，东北地区的大雪和暴雪主要发生在冬末春初，弱降雪日数呈减小趋势，但大雪和暴雪日数增多，且降雪强度增加[14]；另外，秋季北极海冰与东北暴雪存在年代际上的负相关现象[15]。 高松影等[16]对东北的暴雪研究发现，直接水汽来源是东海和黄海，同时，重要水汽源地还有西太平洋和日本海。孙欣等[17]研究认为深厚的强锋区、北上的江淮气旋和低空急流，配合非地转湿Q 矢量辐合上升支的强弱和位置变化， 与降水的强度和落区有十分密切的关系，850 hPa 低涡也是产生暴雪的重要影响系统[18]，对流层低层冷空气的侵入和中高层风向的转变可以很好的判断降雪开始和结束的时间[19]。

2018 年11 月8-10 日黑龙江出现了一次由爆发性气旋造成的区域性暴雪天气， 牡丹江站出现1961年以来11 月最大降雪量， 强降雪范围和强度超过2007 年3 月3—5 日，此次过程大范围强雨雪天气导致黑龙江省大部分高速公路、国省道全线封闭，长途客运站停运。 降雪后路面融水导致道路湿滑，入夜后黑龙江省大部分道路出现大范围结冰， 交通形势异常严峻，给生产安全造成严重损失。 针对此次极端暴雪的环流背景、 影响系统配置和产生暴雪的关键环境参数等问题，根据ERA5（0.25 ×0.25 ）再分析资料及常规观测资料对本次暴雪过程特征进行多尺度系统分析， 重点研究爆发性气旋发展机制及其对暴雪的关键作用， 建立此次暴雪过程的发生发展的概念模型，从而对此类天气预报提供参考。

2 降水实况

2018 年11 月8-10 日黑龙江省爆发了一次区域性暴雪天气过程， 大致的降雪区域分别分布在东南部（最大降水量＞40 mm）、东北部（＞30 mm）和中北部（＞20 mm）， 东南部降雪集中时段在8 日夜间到9 日白天，东北部和中北部集中在9 日白天，其中雨转雨夹雪区域为东南部和东北部，纯雪的区域为中北部。此次降雪过程，8 日下午黑龙江东南部出现小雨天气，8 日夜间降水区向北推进，东南部转为雨夹雪，东北部出现雨夹雪， 中北部出现降雪；9 日08 时起，东北部降水加强；至14 时，东南部降水减弱，中北部降水加强； 20 时， 东北部和中北部降水减弱； 10 日白天三个暴雪区域仍有弱降水产生。 整个降水过程除了中北部为纯雪， 其他区域均以雨夹雪为主， 东南部降水持续时间最长、 降水量最大，24 h 有3 个站降水量超过50.0 mm，分别为牡丹江（70.0 mm）、海林（52.7 mm）、穆棱（51.7 mm）；东南部24 h 最大降水量出现在绥滨（35.7 mm）；中北部降雪量最大的三个站分别为乌伊岭（24.0 mm）、五营（22.4 mm）和萝北（18.2 mm），对应的积雪深度分别为25 cm、32 cm 和22 cm。

3 环流背景及影响系统

3.1 高空环流演变与冷空入侵

这次暴雪出现前期， 东亚中高纬度500 hPa 呈“纬向型”环流，极涡向南压进，在后部有冷空气不断向南扩散，纬向环流中有短波槽向东移动，在低纬度地区有高原槽东移， 其东移过程中， 中纬度低槽合并， 同时， 在鄂霍次克海有阻高建立， 并北抬发展， 受阻高的阻挡作用， 冷空气先从高纬地区向南入侵， 然后在阻高后部自南向北推进， 入侵黑龙江。 8 日白天，受高空槽影响，黑龙江东南部开始出现小雨天气。 8 日20 时，500 hPa 在贝湖东南到河套东北一带和辽东半岛到黄海一带分别有一支低压槽， 黑龙江位于低压槽前；700 hPa 和850 hPa 低涡分别位于辽宁和朝鲜半岛， 低涡东侧有极强的中空（500 hPa 最大风速42 m·s-1）、低空（700 hPa 最大风速38 m·s-1，850 hPa 最大风速28 m·s-1） 和超低空（925 hPa 最大风速24 m·s-1）偏南急流将黄海和东海的水汽和不稳定能量向黑龙江输送；同时200 hPa 高空急流的抽吸作用也有利于低涡发展， 高低空急流的耦合作用导致黑龙江东南部出现强降水。 9 日08时， 500 hPa 两支低压槽趋于合并， 鄂霍次克海阻高北抬稳定加强，700 hPa 和850 hPa 低涡向北移到黑龙江东南部，急流带北抬，中空（500 hPa 最大风速24 m·s-1）、低空（700 hPa 最大风速24 m·s-1，850 hPa最大风速28 m·s-1） 和超低空 （925 hPa 最大风速26 m·s-1）偏南急流将日本海的水汽输送到黑龙江中北部和东北部地区， 高低空急流耦合区也随之北移影响黑龙江中北部和东北部， 中北部的暴雪过程开始，同时700 hPa 和850 hPa 偏南风和偏东风辐合切变线移到黑龙江东南部，导致此区域的强降水持续。综上，在中纬度低槽合并，使黑龙江省地区处于槽前有强的正涡度平流区域， 并且促使低空低涡强烈的发展，低涡东侧有很强的925-500 hPa 偏南急流，同时高空有200 hPa 急流与之配合，高低空急流耦合区的位置移动是造成三个区域形成较大降水的主要原因，700 hPa 和850 hPa 切变线影响黑龙江东南地区也是导致该区域形成强降水的重要原因，另外，极涡南下，由于上下游效应，使得鄂霍次克海阻高北抬发展、稳定少动，导致降雪持续较长时间。

3.2 地面气旋爆发增长过程

此次暴雪过程发生在地面暖锋前、 高空暖区中， 7-8 日， 黑龙江中东部地区地面最低温度从-13-(-4) ℃上升到-5-2 ℃，24 h 气温升幅6-8 ℃，局地达10 ℃。 此次过程发生前期，海平面气压场上黄海附近海域为鞍形场控制。 8 日白天，随着高原槽东移，槽前正涡度平流、暖平流（850 hPa 以下）和海面上绝热（黄海海温比山东半岛高7-9 ℃）、非绝热（降水释放凝结潜热），以及高空急流的强辐散抽吸作用（200 hPa 急流在黄海上空分为两支，一支向东，一支向东北）使黄海海域有锋面气旋爆发性发展，气旋随高空引导气流东移北上；08 日20 时（图1a），气旋中心气压24 hPa 降幅达19 hPa， 达到爆发性气旋标准（24 hPa×sin40°/sin60°≈17.8 hPa）[19],气旋中心北部的黑龙江东南地区开始出现强降水，同时，在河套北部到内蒙古东部一带有副冷锋南压。 随着中高纬度低槽和南支槽趋于合并，09 日08 时（图1c），气旋中心移到吉林东部日本海上， 中心气压降至998 hPa，黑龙江东南部降水持续，中北部和东北部强降水开始，副冷锋移到河套东北到吉林一带。 9 日夜间，随着副冷锋移入， 高低空系统趋于重合， 地面气旋开始锢囚，同时由于地面摩擦作用，气旋逐渐减弱填塞，暴雪过程趋于结束。 此次暴雪过程，黄海海域锋面气旋的强烈发展是造成强降雪的重要原因。

图1 2018 年11 月(a)8 日20 时、(b)9 日02 时、(c)9 日08 时(d)9 日14 时海平面气压场

4 结论

本文对这次暴雪过程的环流形势及其影响系统是采取再分析资料及常规观测资料进行的， 系统的描述了这次过程， 并对其物理成因进行了详细的分析。 整个过程期间，东亚中高纬度地区极涡南下，上下游效应使鄂海阻高稳定发展， 极涡底部有短波槽携带冷空气向东移动南下；低纬度高原槽向东移动，在山东半岛附近两支低压槽趋于重合， 使黄海有气旋爆发性生成发展，同时也加强了低空低涡的发展，低涡前部中低空偏南急流不断向黑龙江输送暖湿空气； 地面气旋北上过程中， 不断有冷空气呈楔形入侵，在对流层中低层形成次级环流加强上升运动，在大气层结处于对称不稳定时，有不稳定能量的释放，造成此次过程的暴雪产生。