牡丹江一次暴雪天气成因分析

路平平 ，于 跃 ，于翠红 ，俞 蛟

(1.牡丹江市气象局，黑龙江 牡丹江157000;2.解放军93088部队，内蒙古 赤峰 024000)

1 引言

冬季暴雪是我国主要灾害性天气之一，给国民经济和人民生命财产带来巨大损失，深入研究暴雪成因及把握预报着眼点对于提高暴雪预报准确率具有重要意义。国内外学者从暴雪触发、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，同时也对暴雪中尺度系统进行了深入的研究，得出了很多有重要参考价值的结论。如盛春岩等[1]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[2]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。本文利用常规观测资料和NCEP再分析资料，对2019年11月17－18日牡丹江暴雪环流形势和物理量进行分析，总结暴雪成因及预报着眼点，为类似暴雪天气预报提供参考依据。

2 资料与方法

本文使用的资料主要来源于美国NCEP提供的一天 4 次（00：00，06：00，12：00，18：00UTC）再分析资料，垂直分层1000－100 hPa的网格点数据、MICAPS常规观测资料、牡丹江自动观测系统采集的实况资料，运用天气学原理方法进行分析。

3 天气概况和雪情

2019年11月17－18日，受蒙古气旋和海上低压倒槽影响，牡丹江地区出现了大范围暴雪过程，这次降雪强度大，影响范围广，降雪时段集中，给交通运输和人们日常生活带来了很大的影响。牡丹江地区所有市县全部达到暴雪：牡丹江15.4 mm、宁安15.7 mm、海林 12.1 mm、林口 14.2 mm、穆棱 20.8 mm、东宁20.0 mm、绥芬河26.4 mm。24 h降雪量分布不均，强中心主要集中在黑龙江东部，牡丹江全区积雪深度 12－26 cm。

4 环流形势及影响系统

降雪发生前17日08时500 hPa（图1a），欧亚中高纬乌拉尔山至新疆的高压脊发展强盛，牡丹江受东部高压脊控制，上游贝加尔湖地区低压槽分南北两段，南段槽温度场落后于高度场，冷中心强度－40℃，槽后等温线和等高线接近垂直，大气具有明显的斜压性，同时，我国青海、四川盆地和东南沿海各有一支高空槽；对应850 hPa西部高压脊向东北发展，海上高压脊呈西北－东南走向，内蒙古东部和华北地区分别有两支高空槽呈阶梯槽形势。17日20时，500 hPa（图1b）高空槽合并成东亚大槽，中高层径向环流加强，850 hPa阶梯槽合并形成切断低压，向东北移动到内蒙古与黑龙江西部，槽后西北风和等温线接近垂直有冷空气输送，槽前有海上西南暖湿气流，等温线密集带加大，锋生加强，为暴雪发生提供有利的环流背景。

图1 17日（a）08时、(b)20时500 hPa环流形势

对应地面图上，降雪前期17日08时蒙古高压控制我国西北大部分地区，冷空气沿高压前扩散南下，高压前南部边缘有明显的锋面活动，冷暖锋于内蒙古东部低压中心交汇，同时，江淮气旋北上到黄海，从海平面气压场叠加卫星云图可以看出，冷涡云系与锋面相配合，朝鲜半岛附近有范围较大的低压倒槽云系。17日20时，随着高压东移，低压倒槽与蒙古低压合并加强，冷涡云系和倒槽云团合并，受其影响17日夜间牡丹江出现暴雪。

5 成因分析

5.1 水汽条件分析

充足的水汽是强降水发生的必要条件。利用NCEP1°×1°再分析资料对水汽通量和水汽通量散度进行了诊断分析（图2），17日20时气旋中心位于黑龙江以西内蒙古东北，我国东北经朝鲜半岛到长江下游有范围较大的水汽通量大值区，槽前西南风急流将水汽向牡丹江上空输送，为暴雪发生提供了充沛的水汽条件。而水汽辐合（水汽通量散度负值区）主要集中在黑龙江东部，与降水中心基本重合，这说明水汽伴随西南气流源源不断的向牡丹江上空输送。18日02时降雪发生时，在高空引导气流作用下水汽通量加强向东北缓慢移动，水汽通量最大为15 g·cm－1·hPa－1·s－1，中心偏南，牡丹江达到最大 5－9 g·cm－1·hPa－1·s－1，且 700 hPa 有明显的风切变与之配合，可以看出降雪落区强度和水汽通量强度吻合。18日08时高空槽旋转东移，水汽通道也东移，牡丹江降雪逐渐结束。

分析水汽的垂直分布情况，做牡丹江上空（129°E、45°N）水汽通量散度时间剖面图（图3），从时间剖面图可以看出：500 hPa以上基本是正值，水汽辐散，水汽辐合位于近地面层到600 hPa，17日14时对流层中低层开始有水汽辐合，随着水汽辐合加强17日夜间降雪开始，强降雪发生在水汽辐合强中心加强的时间段，18日08时水汽辐合减弱，降雪也逐渐减小结束。

图 2 (a)17 日 20 时 850 hPa(b)18 日 02 时 700 hPa 水汽通量（单位：10-5g·s-1·cm-2·hPa-1）和风场

5.2 动力条件

图3 11月16日20时-18日20时水汽通量时空演变

图 4 沿 129°E、44°N 散度时空演变（单位：10-5s-1）

图5 17日02时沿129°E垂直速度纬度-高度剖面图

图 6 沿 129°E、44°N 垂直速度时空演变(单位：10-3hPa.s-1）

从牡丹江上空散度时间剖面图（图4）发现看出：降雪发生前，牡丹江上空已经出现低层辐合、高层辐散的结构，随着降雪的临近，辐合、辐散中心也明显增强，最大辐散中心位于250 hPa附近，强度达4.5×10－5s－1，可见对流层高层辐散抽吸作用加强中低层的辐合，这种低层辐合高层辐散配置有利上升运动，也有利水汽输送。从17日20时垂直速度沿129°E垂直剖面图（图5）可以看出：垂直上升运动中心呈东北－西南倾斜结构，说明南方的暖湿气流沿冷气垫倾斜爬升，上升运动两侧40°N以南和52°N以北均为下沉运动，这种垂直方向形成正反两个环流的垂直结构更有利于上升运动发展，从垂直运动时间演变图（图6）看出，与低层辐合高层辐散相对应，17日14时－18日09时牡丹江上空整层大气为强垂直上升运动，为暴雪的发生提供了有利的动力条件，18日02时400－700 hPa上升运动最剧烈，中心强度达到－0.95×10－3hPa.s－1， 前文分析可知此时水汽通量最强，充足的水汽配合长时间的垂直上升运动，为暴雪的发生提供水汽和动力条件，18日08时随着上升运动迅速减弱降雪结束。

6 结论

（1）此次暴雪过程天气背景是东亚大槽斜压发展，海上低压北上带来大量水汽和不稳定能量，与蒙古气旋合并冷暖气流交汇有利锋区加强，低空切变线使得不稳定能量释放产生暴雪。

（2）物理量场的时空分布表明：低空西南急流有利水汽输送，牡丹江上空形成深厚的湿层；低层辐合高层辐散配置有利上升运动加强；垂直方向形成正反两个环流，西南暖湿气流沿 “冷空气垫”倾斜爬升辐合，为暴雪提供了水汽和动力条件。