国世友 吴岩 关铭 孙庆丰

摘要 利用NCEP再分析资料和实况资料，对2013年11月16—20日东北冷涡暴雪过程进行分析。结果表明，暴雪发生在对流层低层辐合线附近，对流层低层有暖脊、中层有冷槽。暴雪区水汽主要来源于东北地区东部海上，对流层低层水汽通量在2 g/（cm· hPa·s）以上。东北冷涡发展期，斜压性特征明显，有利于降雪增强；冷涡成熟期、减弱期，显示出正压的特征，降雪减弱。等θse线陡立密集区对流稳定度小，有利于特大暴雪发生。

关键词 东北冷涡；暴雪；系统配置；物理量

中图分类号 S161.6 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2017）06-0205-04

Analysis on an Snowstorm Event Caused by Northeast Cold Vortex

GUO Shi-you，WU Yan，GUAN Ming et al （Heilongjiang Meteorological Observatory，Harbin，Heilongjiang 150030）

Abstract The routine surface observational data and NCEP reanalysis data are used to analyze a persistant snowstorm process of a northeast cold vortex in the Northeast China during 16-19 November，2013.The results show snowstorm appears near convergence line of the low troposphere，and there is warm ridge in the low troposphere and cold trough in the middle troposphere.The source of water vapor is the seas off northeast China's eastern coastline，and water vapor flux at lower troposphere is above 2 g/（cm·hPa·s）.At the initial stage，its baroclinic characteristic is obvious，which provides advantageous condition for the occurrence of snowstorm.At the stage of maturity and decay，snow tends to weaken.Snowstorm often occur in the stiff and dense zone of the θse contour line，where the convective stability is small.

Key words Northeast cold vortex；Snowstorm；System configuration；Physical quantity

东北冷涡是在 500 hPa 天气图上35°～60°N、115°～145°E范围内出现的闭合等高线，并有冷中心或冷槽相配合，持续 3 d及以上的低压天气尺度系统，是东亚阻塞形势下在东北地区发生、发展较为深厚的冷性涡旋，能维持3～4 d或更长时间，一年四季均有出现[1-2]。东北冷涡所控制的地区，冬季可出现很强的降雪，夏季可产生暴雨、雷暴、冰雹及低温冷害等灾害性天气[3-6]。

笔者利用东北地区202站日降水量资料、NCEP 1°×1°逐6 h全球再分析资料，对2013年11月16—19日东北冷涡暴雪的系统配置、物理量场与暴雪落区演变过程进行分析，得出对此类持续性东北冷涡暴雪预报中有指示意义的信息。

1 天气系统配置与暴雪落区

11月16日08：00，500 hPa欧亚中高纬地区为“两槽两脊”形势，里海以北、大兴安岭西部各有1个高空槽，巴尔喀什湖以北、鄂霍次克海为高压脊，贝加尔湖东部-40 ℃冷中心与大兴安岭西部高度槽配合（图1a）；≥20 m/s中空急流轴从中西伯利亚高原伸展至长江下游，然后折向太平洋。700 hPa吉林西部至山东半岛西部为一切变线，与之对应的是850 hPa辽宁至渤海湾切变线，江苏至吉林为暖脊控制。地面上辽宁至渤海为低压控制，东北地区降雪逐渐开始。

16日20：00 850 hPa出现1 400 gpm闭合等值线，17日02：00 700 hPa出现2 880 gpm闭合等值线，08：00 500 hPa高空槽分为南北两支，南支从吉林延伸至日本海，温度槽落后于高度槽；700、850 hPa切变线移至吉林。地面低压中心移至日本海（中心<1 005 hPa），从地面低压伸出地面辐合线到达伊春南部，850 hPa暖温度脊位置与地面辐合线接近。16日08：00—17日08：00 ≥10.0 mm的暴雪区主要位于700 hPa切变线、850 hPa切变线与地面辐合线北侧、850 hPa温度脊与500 hPa温度槽之间（图1b）。

17日14：00，东北地区西部500 hPa切断出5 280 gpm闭合环流（中心在43.5°N、125.0°E），以后低涡向东南移，加强成熟。18日08：00，500 hPa环流中心位于42.5°N、132.2°E，地面低压中心位于44.4°N、133.0°E。17日08：00—18日08：00≥10.0 mm的暴雪区主要位于850 hPa切变线和地面辐合线北侧、850 hPa温度脊与500 hPa温度槽之间（图1c）。

18日08：00—19日08：00，东北冷涡稳定少动，暴雪区位于850 hPa温度脊与500 hPa温度槽之间（图1d），期间850与500 hPa温差超过28 ℃，具备不稳定条件。19日08：00以后，东北冷涡减弱东移，主要影响黑龙江省东部地区，降雪量超过10.0 mm区域减小。20日08：00東北冷涡影响减弱。

11月16—20日东北地区东部降雪量超过10 mm，30站大于30 mm，最多达71.7 mm。冷涡发展阶段（16日08：00—18日08：00）降雪最强，16日08：00—17日08：00有20站超过10 mm；17日08：00—18日08：00降雪最强，32站超过10 mm，其中9站大于30 mm，最多达50 mm；成熟阶段（18日08：00—19日08：00）降雪减弱，21站超过10 mm；冷涡影响减弱阶段（19日08：00—20日08：00）仅有4站超过10 mm。

2 物理量诊断分析

2.1 水汽输送

此次暴雪过程水汽来源于渤海、黄海、日本海、鄂霍次克海（图2）。16日08：00（图2a），从渤海、黄海至东北地区东部的西南风将水汽输送到东北地区，850 hPa东北地区东部为水汽通量大值区，辽宁东部、吉林东部达2 g/（cm· hPa·s），吉林西南部高于4 g/（cm· hPa·s），水汽通量散度中心值达-12×10-6g/（cm2·hPa·s）。冷涡发展过程中，对流层低层风速增强，源源不断向东北地区输送水汽，水汽通量大值区、水汽通量辐合区向东扩展，降雪加强、范围增大。17日08：00（图2b），850 hPa东南风急流将日本海水汽输送到东北地区，东北地区东部水汽通量达2 g/（cm·hPa·s），水汽通量辐合最强区域位于吉林东部，达-4×10-6g/（cm2·hPa·s）。18日08：00（图2c），对流层低层转为偏东风急流，黑龙江东部水汽通量达4 g/（cm·hPa·s），水汽通量辐合区位于吉林东部、黑龙江东部，辐合较前期减弱，大部分区域不足-4×10-6g/（cm2·hPa·s）。19日08：00以后（图2d），对流层低层的偏东风水汽输送减弱，水汽通量2 g/（cm·hPa·s）范围减小，主要位于黑龙江东部，水汽辐合减弱，降雪减弱。

降雪量最大区域位于吉林东南部（130°E，43°N）附近，从沿43°N水汽通量、水汽通量散度、风场的纬向剖面（图3）来看，特大暴雪区上空，16日08：00对流层低层为南风，对流层中层为西南风，风随高度顺转，表明对流层低层有比较强的暖湿平流输送，同时在122°～126°E对流层低层有风向辐合，有利于暖湿气流的聚集。17日08：00水汽通量2 g/（cm· hPa·s）区域伸展至600 hPa，131°E、950 hPa有-20×10-6 g/（cm2· hPa·s）的强水汽通量辐合中心，水汽辐合主要位于850 hPa以下，850 hPa以上为强水汽辐散，对流层低层风向辐合區移至128°～130°E。17日20：00，水汽辐合、水汽辐散范围进一步增大、强度增强，最大达-32×10-6、24×10-6g/（cm2· hPa·s），但辐合、辐散中心较17日08：00东移，在130°E对流层低层转为西北风，中层为偏东风，表明对流层低层转为冷空气影响，对流层低层风向辐合区移至130°～132°E。18日08：00，对流层低层130°～132°E仍为风向辐合区，但逐渐转为冷空气控制，降雪减弱。19日08：00以后，对流层低层风向辐合区移至132°E以东，暴雪区上空的对流层低层为西北风控制，降雪迅速减弱。

2.2 上升运动的维持

从43°N涡度、垂直速度的纬向垂直剖面（图4）来看，16日08：00，122°～128°E强度为-0.2×10-2 hPa/s的上升运动区达到300 hPa，-0.6×10-2 hPa/s中心位于850 hPa附近，其西部有约落后2个经度的强度为2×10-6s-1的正涡度区，强上升运动有利于暖湿水汽持续向上输送。17日08：00，上升区、下沉区同时出现，130°～132°E上升运动加强，131°E、850 hPa附近上升速度达2.0×10-2 hPa/s，上升运动区西侧强涡度区范围扩大，对流层中层出现大范围12×10-6s-1的强涡度区。17日20：00，上升运动达最强，并且强上升运动位于强涡度区内，-0.4×10-2 hPa/s上升区和12×10-6s-1涡度区向上伸展至400 hPa。18日08：00以后，暴雪区上空为垂直强正涡度区，对流层低层为下沉运动，对流层中层为上升运动，降雪强度开始减弱。16日20：00—17日20：00，上升运动区、正涡度区均随高度向西倾斜，强涡度区落后强上升运动区，表明系统斜压性较强，东北冷涡处于发展阶段，有助于上升运动加强，从而降雪强度增强。17日20：00，强涡度区与强上升运动区重合，大气斜压性逐渐减弱，暴雪区上升运动减弱，由垂直的强涡度控制，降雪减弱。

2.3 不稳定条件

假相当位温是表征大气温度、压力、湿度的综合特征量，表示了大气的温湿特征和垂直运动，也反映了大气中能量的分布。16日08：00（图5a），伴随西南风的水汽、能量输送，850 hPa有θse≥292 K高能舌从渤海、黄海伸向东北地区，在东北地区西部形成θse等值线密集带，表明这里处在西北方干冷空气与西南方暖湿气流交界的不稳定斜压锋区内。16日20：00—18日08：00（图5b），850 hPa θse高能舌从日本海伸向吉林、黑龙江，吉林东南部、黑龙江东南部的θse锋区加强，出现特大暴雪天气。18日08：00以后（图5c、d），高能舌位于黑龙江，并作逆时针旋转，等θse线梯度减小，降雪减弱。从16日开始的暴雪天气位于θse锋区内。

从沿43°N的θse纬向垂直剖面（图6）来看，由于冷暖空气的交汇使得θse等值线倾斜加强，逐渐变得异常陡立、密集，θse的垂直梯度很小（θsep≈0），大气湿斜压性增加，导致垂直涡度显著发展，θse倾斜性越强，气旋性涡度增长越剧烈，一直持续到18日08：00。16日20：00对流层低层125°～126°E、17日08：00的128°～130°E、17日20：00和18日08：00的130°～132°E θse等值线密集带几乎与等压面垂直，同时西部有冷空气入侵，使不稳定能量释放，在等θse线陡立密集区内出现特大暴雪。18日08：00以后，等θse线水平梯度减小，降雪较前期减弱。

3 结论

（1）16日08：00—18日08：00，东北冷涡处于发展期，先在对流层低层出现闭合中心，而后中高层逐渐出现闭合环流，在此期间降雪最强，吉林东南部、黑龙江东南部出现特大暴雪天气。18日08：00—20日08：00，东北冷涡处于成熟期、减弱期，吉林中部、黑龙江东部发生暴雪天气。暴雪主要发生在对流层低层辐合线附近，同时对流层低层有暖脊、中层有冷槽配合。

（2）此次暴雪天气的水汽、能量主要源于渤海、黄海、日本海、鄂霍次克海。暴雪区的对流层低层水汽通量在2 g/（cm· hPa·s）以上，水汽通量散度达-4×10-6 g/（cm2·hPa·s），并且水汽在对流层低层强辐合，对流层中高层强辐散。对流层低层θse高能舌从海上伸展到东北地区，等θse线密集带附近发生暴雪天气；等θse线陡立密集区对流稳定度较小，有利于发生特大暴雪。

（3）-0.2×10-2 hPa/s上升运动区与4×10-6s-1正涡度区均向西倾斜，正涡度区落后于上升运动区，大气斜压性强，东北冷涡处于发展阶段，降雪强。正涡度区与上升运动区重合时，正涡度区、上升运动区接近垂直状态，东北冷涡达到成熟期，降雪也随之减弱。

参考文献

[1] 张立祥，李泽椿.东北冷涡研究概述[J].气候与环境研究，2009，14（2）：218-228.

[2] 梁红，马福全，李大为，等.西北太平洋SST暖水区·ITCZ对东北冷涡及副热带高压的影响[J].安徽农业科学，2010，38（30）：17164-17166.

[3] 寇思聪，曹雯.本溪地区一次大到暴雪天气过程分析[J].安徽农业科学，2011，39（11）：6605-6607.

[4] 辛艳辉，王宪彬.辽宁省两次区域性暴雪过程的对比分析[J].安徽农业科学，2012，40（32）：15812-15815，15887.

[5] 国世友.黑龙江省春季两次强降雪天气分析[J].安徽农业科学，2013，41（1）：210-212，287.

[6] 郑媛媛，张雪晨，朱红芳，等.东北冷涡对江淮飑线生成的影响研究[J].高原气象，2014，33（1）：261-269.