呼伦贝尔市海拉尔区2021年4月强降雪天气成因诊断分析

2022-11-19吴宏伟乌尼尔

农业灾害研究 2022年10期

吴宏伟，乌尼尔

内蒙古呼伦贝尔市海拉尔区气象局，内蒙古呼伦贝尔 021008

强降雪是呼伦贝尔市春季重要的灾害性天气之一，由于当地处于冬春交替状态，暴雪不仅导致路面积雪严重，10℃～15℃的昼夜温差还会导致严重的道路结冰，对民航、公路交通运输、牧业生产等行业影响明显。尤其在人口较为集中的城镇，发生大量中小学生停课、室外作业停工、高速公路和机场限时关闭等情况。为了给地方防灾减灾工作提供准确、及时的预报预警，气象学者对呼伦贝尔各地的暴雪成因进行了长期、细致的研究，也取得了可应用的成果[1]。王洪丽等[2]认为此次暴雪天气过程是由短波扰动叠加低空锋区，导致斜压有效位能释放转变为扰动动能，并促使扰动发展加深为大型涡动而产生的；王慧清[3]认为降雪过程是产生在欧亚大陆中高纬度两脊一槽型的环流形势下,500 hPa上低槽是主要的影响天气系统；常煜等[4]认为低空气流不断向呼伦贝尔市输送暖湿气流，并形成强烈的辐合上升运动而产生暴雪。俞小鼎等[5]认为条件不稳定导致的垂直对流、条件对称不稳定导致的倾斜对流以及中性条件下锋生强度的较强垂直环流是冷季高架对流形成的3种机制。

1 降水实况

2021年4月15日12:00（北京时间，下同），海拉尔区谢尔塔拉十队和市气象局开始出现雨夹雪，强度从0.4 mm/h逐渐加强到1.0～3.1 mm/h，降水的相态从雨夹雪逐渐转为纯雪。其中，15日14:00～23:00为此次过程降雪强度最强的时间段。15日23:00之后降雪强度明显减弱，但持续至16日15:00左右。从降雪量来看,此次过程是海拉尔区2021年度春季最强的一次降雪天气过程，除了扎罗木得以外的地区均达到了暴雪级别（表1），市区降雪量达26.8 mm，积雪深度24 cm。

表1 海拉尔区各乡镇4月15日12:00～16日15:00降水量

2 形势分析

2.1 大尺度环流背景

4月14日20:00（图1a），500 hPa高度场上在北纬50°以南，东经110°以西地区已经形成了短波槽。与此同时，在850 hPa温度场上，在东经120°附近已建立暖脊，0℃线北抬至呼伦贝尔市南部。在暖脊西部强烈暖平流的作用下，高空短波槽迅速加深，而极地冷空气沿着偏北气流不断地补充南下堆积。至15日08:00（图1b），整个欧亚大陆形成了“鞍”型环流形势，有利于生成锋面，而且容易产生中尺度气旋。从温度场的变化来看，极地冷空气沿着偏北风不断南下，-4℃线已南压至40°N附近，为暴雪的产生提供了冷空气。

15日12:00开始出现降雪天气，至15日20:00高空槽继续加深且在原地维持少动，槽前较强的偏南风引导暖湿气流不断北上。至16日的08:00（图1c），高空槽的位置基本维持，海拉尔区始终处于槽前的偏南气流中，槽前的正涡度平流为当地强降雪的产生提供了有利的动力条件。在偏南暖湿气流与从极地不断补充南下的冷空气共同的作用下，呼伦贝尔市大部地区出现了暴雪天气。因此，就此次过程而言，受高空槽受下游暖脊阻塞的影响，在原地维持并加深是导致强降雪的关键因素。

图1 2021年4月14日20:00（a）和15日08:00（b）、20:00（c）500 hPa高度场和850 hPa温度场

2.2 海平面气压场变化特征

从海平面气压场的发展情况来看，从15日08:00（图2a）起，中心强度997.5 hPa的蒙古气旋逐渐北抬东移影响我国东北地区。气旋移动非常缓慢，从15日08:00～20:00（图2b）的12 h，气旋的中心仅向东移动了约3个经距，向北抬了一个纬距，而且中心强度有所加强，到16日05:00中心强度加强至995 hPa。在整个移动过程中，呼伦贝尔市大部分地区一直处于蒙古气旋顶部偏东暖湿气流中。这种低空的暖湿空气与高空的偏北冷空气在呼伦贝尔市上空强烈交汇，并维持较长时间，造成了此次大范围暴雪天气。

图2 2021年4月15日08:00（a）和15日20:00（b）海平面气压场

3 不稳定机制

3.1 层结不稳定条件

从15日08:00海拉尔站T-logP图分析，700～600 hPa之间存在比较深厚的逆温层，厚度达50 hPa 左右，属于一次冷季高架对流过程。15日08:00（图3a），500 hPa为西南风（24 m/s），700 hPa为偏北风（4 m/s），850 hPa以下为偏东风（10 m/s），风向垂直切变明显。0～6 km风矢量差达32 m/s，风切变为西南风，与热成风方向一致，风场具有较强斜压性。此外，850～700 hPa偏东气流较强，但700 hPa以下T-Td≥4℃，700～400 hPa之间也仅有3℃左右，整层的水汽条件较差，降水仍处于发展阶段，降雪强度较弱。至15日20:00（图3b），700 hPa以下T-Td已达1℃～2℃之间，500 hPa以下T-Td≤3℃，中低层大气水汽条件接近饱和。700 hPa以下偏东暖湿气流为整个呼伦贝尔市暴雪的形成提供了充足的水汽和能量。随着冷空气的侵入，冷暖两股气流在呼伦贝尔市西部地区交汇，导致大范围的强降雪[6-7]。

图3 2021年4月15日08:00（a）和15日20:00（b）海拉尔站T-logP图

3.2 雷达回波特征

从海拉尔区暴雪的位置来看（图4），海拉尔多普勒天气雷达回波显示，降雪区域以多个回波带为主，最强反射率因子大于30 dBz，属于强回波。回波没有明显传播效应，与天气系统的发展和移动呈现一致的发展和移动轨迹，属于比较典型的条件对称不稳定导致的倾斜对流带状回波特征。

图4 2021年4月15日22:00（a）、23:01（b）、23:56（b）925 hPa组合反射率因子

4 水汽和动力抬升条件

4月15日08:00，850 hPa以下水汽通道已经建立，降雪区水汽主要来自渤海湾，15日08:00（图5a）地面风场显示，风力比较弱，但风向不规则，可清晰地看到“人”字形切边，海拉尔区处于切变线上。从4月15日20:00（图5b）925 hPa风场来看，我国东北地区已形成了2条低空急流，其中一条低空急流的出口区在呼伦贝尔市48°N东经119°E的位置。这条低空急流将日本海的水汽源源不断地往北输送。而海拉尔区正处于低空急流的出口区。此外，从比湿变化来看，15日08:00，850 hPa比湿1 g/kg，到20:00增加至2 g/kg。因此，充沛的水汽和地面的动力抬升作用是此次产生大量级降雪的主要成因。