一次强雨雪天气过程的诊断分析

闫纬西

摘要：本文利用ERA5逐时再分析资料，从降水降雪概况、天气形势和物理量等方面综合分析了2020年11月16日华北和东北地区的一次强雨雪天气过程。结果表明：1、这次强雨雪天气由冬季极涡分裂为偶极型，寒潮带来的冷空气引起。2、11月16日和21日是大范围降水时期，往年相比呈现北多南少的形势。3、阻塞高压较弱是造成冷空气频繁，长时间低温的原因。4、西风急流强且集中，比湿度高为强降水提供了条件。

关键词：强雨雪天气;天气学;华北东北地区

中图分类号：P458.121.1

强雨雪是一种寒潮引起的灾害天气，会引发霜冻和大范围持续低温，通常与极地极涡分裂和西部利亚中部冷空气活动有关，有西风急流加强，强冷高压以及阻塞环流崩溃的特点。戴彩悌[1]，聂高臻[2]等分别对环流背景，影响及成因等进行了研究。但每次寒潮的强雨雪天气过程都不尽相同，因此有必要继续探究我国北方地区强雨雪天气的形成机制。

2020年11月17日至23日，我国东北地区发生了强雨雪天气，北方多地区降温幅度突破历史极值，局部降雪量超过81mm，降温超过14℃，使部分地区遭受雪灾和冷冻灾害，公路封闭等人们生活受到较大影响[4]。

一、资料与方法

采用ECMWF、Copernicus实验室共同提供的ERA5逐时再分析资料[5-6]，分辨率0.25°×0.25°。

二、降水降雪概况

此次寒潮天气的强降水呈现北多伴随大范围低温雨雪，南少但降水频繁。如降水图，18日02时我国北方出现大范围降雨降雪，5～10mm降水区东移并增加，集中在华北平原和黄土高原，降水量在10～20mm范围，山东地区有25mm降水中心;至08时内蒙古高原东部有1～2mm降雪，降雪东移时由于大兴安岭的阻碍聚集在其南边，到20时中心地区降雪量升高到10mm，周边降雪量约4mm。21日我国中部地区由于冷空气频繁影响，以阴天微量降水天气为主。

三、天气形势分析

1.500 hPa环流背景

15日08时，极涡分裂变形，亚洲一侧的极涡中心南压至东亚鄂霍茨克附近，新地岛以西附近冷空气由西北路进入我国，高纬地区呈现两槽一脊型，脊在东亚日本以东海上和乌拉尔山附近，槽在贝加尔湖西部，槽脊自西向东移动，且靠近我国的极涡较强，有强冷空气中心，温度场槽脊明显落后于高度场槽脊，槽后有强冷平流向槽区输送，高压脊有暖平流向脊区输送。次日08时，由于中高纬度地区副热带高压带影响，亚洲西部强西南风吹向高纬副极地低压带，在西风带长波槽脊的发展中，脊不断北抬增强（图 3.1（a）），东亚大槽逐渐东移入海。18日20时来自欧洲和中亚的两槽叠加，槽前有短暂西南急流建立，冷槽受冷平流影响携带冷空气向东南方向发展，西伯利亚冷空气南下入侵，由于青藏高原阻碍使冷空气穿过准噶尔盆地，取道河西走廊、黄土高原南下影响我国东部平原，中纬地区南北温度梯度、锋区，斜压性升高，高空槽随稳定纬向的西风气流东移，东亚大槽逐渐重建，热带西南季风使我国东部冬季降雪量增加。20日8时槽前与槽内都有明显的冷平流，高纬度地区可见明显的冷舌和极涡（图 3.1（b）），我国东北附近极涡持续南压并加强。21日槽附近冷平流加剧，来自欧洲和中亚的两槽叠加，受冷平流影响，冷槽引导冷空气向东南方向发展，乌拉尔山西部出现一阻塞高压，并逐渐东移，东亚大槽持续加深。

2.850hPa环流背景

850hpa下冷高压占据西部利亚大部分地区形成中心强度1560hpa的冷堆，冷低压东移逐渐控制东北和华北地区，19日-6℃线南压至东北地区，强冷中心达-45℃，西伯利亚有强冷空气堆积的低压中心，北部有强暖平流，欧亚中高纬有纬向环流，冷空气活动频繁且气温波动大，西风急流分支且较为波动，利于竖槽带动冷空气南下向东移动（图 3.2（a），图 3.2（b））。20日冷平流进入高压脊内，切断低压侵入阻塞高压区域，预示高压脊的崩溃，中强度的拉尼娜现象对副热带高压的影响导致冷高压空气团大规模南下。23日我国被冷高压控制，气温逐渐回升。

四、物理量诊断分析

1.K指数

16日在亚洲南部包括我国南海地区K指数在25～30。17日14时由K指数分布图，我国南部K达35，天气层极不稳定，降水层沿东南海地区迅速北移，南部，东南地区比湿度由0～3升至12，东北和华北地区由0以下达到0～20;亚洲南部由于青藏高原和强西风作用，印度河平原地区与印度半岛降水汇和大量聚集，K在25～30天气层十分活跃（图 4.1（a））。17日02时不稳定层继续北上，经长江中下游平原到华北平原，使K值由20以下升到25～30，次日08时向西横流于四川地区，使该范围K值为20～30;向北直入东北平原，K增加到20。中西伯利亚地区K略升高到0～20，呈现持续低温天气。19日20时不稳定大气逐渐东移;21日该聚集气流随着暖平气流绕过喜马拉雅山到达四川地区和华北地区北方冷空氣相遇造成该地区升高了20，发生雨雪交加的天气，东北地区由于距离较远且不稳定能量有所消耗，K值仍处于0以下。22日起亚洲天气基本波动不大，K维持在0左右，23日08时降水层再次进入长江中下游平原，至24减少天气重新稳定。

2.垂直运动场

大气的垂直运动对天气发展，雨雪形成有重要作用，冬季西风急流强而稳定，南支槽暖平流向我国华南地带输送水汽。15日垂直速度主要在亚洲图兰低地和西伯利亚平原，分别为-120（Pa/s）和大范围-40（Pa/s），随后由西路冷空气引导向东发展。17-20日在我国东北和华北地区，西伯利亚部分平原和印度河地区在500hpa上垂直速度达到-80（Pa/s），黄淮以南地区也达到了-40（Pa/s），并出现-180（Pa/s）以上极值，证明上层利于降水的强对流空气出现。20日20时到次日02时，华北平原地区的垂直速度由于西南方向不稳定天气层的侵入，局部最高达到-80（Pa/s），14时跨过渤海直达我国东北地区，该地垂直速度升高40（Pa/s），22日14时东北和华北地区重新恢复到0。于此同时西伯利亚地区一直保持-80（Pa/s）左右较集中的垂直速度（图 4.2（b））。

3.濕度场

我国出现两次大范围降水，结合温度场的冷空气流动和湿度场的分布。第一次从17日开始，我国黄淮南部，长江流域比湿升高，局部地区由6g/kg升高为12-15g/kg，黄河流域比湿度也有所升高，各地出现大范围降水和区域性强降水;随着降水带东移，华北地区比湿从1～2g/kg升高到4～8g/kg，东北地区为3～6g/kg，伴随间歇性阴雨天气。19日08时高比湿中心开始从我国东部离开，途经我国长江中下游地区，比湿随之降低到8～11g/kg，导致该部分地区有阴雨转晴的趋势。到21日迎来第二次大范围降水，此次降水对北方湿度影响不大，华北地区比湿度提高到6g/kg，但东北地区比湿一直在南下缩小，22日东北地区全降为0g/kg左右，至23日，北方地区比湿基本均恢复至0～3g/kg左右，降水减少。

五、结语

1.极地极涡分裂为偶极形并南压至东亚地区，强度较弱的阻塞高压崩溃导致强冷空气大范围南下和持续低温。

2.不稳定天气层先后从南北两方向移动影响我国且北方较强，造成北方强降水增加。

3.强雨雪区上空850hPa的比湿在12g/kg以上，水汽充沛，满足形成暴雨的水汽条件。

4.此次寒潮导致的大范围雨强雪天气主要受强西风急流的影响形成，强雨雪区上空500hPa的垂直速度较强且集中，为该区域对流发展提供了充足的动力条件。

参考文献

[1]戴彩悌，姜勇强，谢倩，王学忠，郭晓雨. 2016年11月19～24日强寒潮天气过程分析与诊断[A]. 中国气象学会.第34届中国气象学会年会 S1 灾害天气监测、分析与预报论文集[C].中国气象学会：中国气象学会，2017：2.

[2]聂高臻，高拴柱.2020年10月大气环流和天气分析[J].气象，2021，47（01）：127-132.

[3]中国气象局. 中国气象局11月新闻发布会[EB/OL]. http：//www.cma.gov.cn/2011wmhd/2011wzbft/2011wzxzb/xwfbh_2011/index.html， 2020–11–04/2021–03–04.

[4]Hersbach， H.， Bell， B.， Berrisford， P.， Biavati， G.， Horányi， A.， Muñoz Sabater， J.， Nicolas， J.， Peubey， C.， Radu， R.， Rozum， I.， Schepers， D.， Simmons， A.， Soci， C.， Dee， D.， Thépaut， J-N. （2018）： ERA5 hourly data on pressure levels from 1979 to present. Copernicus Climate Change Service （C3S） Climate Data Store （CDS）. （Accessed on < 15-01-2021 >）， 10.24381/cds.bd0915c6.

[5]Hersbach， H.， Bell， B.， Berrisford， P.， Biavati， G.， Horányi， A.， Muñoz Sabater， J.， Nicolas， J.， Peubey， C.， Radu， R.， Rozum， I.， Schepers， D.， Simmons， A.， Soci， C.， Dee， D.， Thépaut， J-N. （2018）： ERA5 hourly data on single levels from 1979 to present. Copernicus Climate Change Service （C3S） Climate Data Store （CDS）. （Accessed on < 24-01-2021>）， 10.24381/cds.adbb2d47.

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