國世友，趙 檸

（黑龍江省氣象臺，黑龍江哈爾濱150030）

引言

近年來，隨著科技進步、經(jīng)濟發(fā)展和產(chǎn)業(yè)結構的變化，冬季的雪資源逐步被人們廣泛重視和應用，冰雪體育、冰雪旅游得到進一步發(fā)展，帶動了賓館業(yè)、餐飲業(yè)、交通運輸業(yè)、文化廣告業(yè)等配套產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。而降雪資源的多少依賴于水汽輸送的強弱[1，2]，因此尋找降雪的水汽輸送敏感區(qū)及其水汽源是降雪資源預報的關鍵點，亦是探討強降雪成因的重要因素。本文重點研究水汽遠距離輸送路徑、水汽輸送流型、水汽垂直輸送，揭示降雪區(qū)的水汽源及其水汽輸送強度與降雪量關系。

使用三江平原16個觀測站逐小時降雪量資料、NCEP/CFSv2逐小時分析資料。NCEP/CFSv2資料水平格距 0.5°×0.5°，1000～200hPa垂直 22 層的位勢高度、溫度、緯向風分量、經(jīng)向風分量、比濕、垂直速度。計算三江平原2015年12月1～3日水汽含量、水汽通量、水汽相關矢量，研究三江平原水汽輸送特征對降雪資源的貢獻。

1 環(huán)流形勢及降雪概況

12月1日20時，500hPa亞洲至北太平洋地區(qū)呈兩槽一脊型，黑龍江省受高壓脊控制，內(nèi)蒙古中部、千島群島各有一個低渦。850hPa從內(nèi)蒙古中部的東北冷渦中心向南延伸至大別山為冷式切變線，切變線東側的西南風將暖濕空氣向北輸送，切變線西側西北風向東北冷渦輸送冷空氣，促使東北冷渦在向東移動過程中發(fā)展、加強。同時，地面有蒙古氣旋入海加強、配合，為強降雪的發(fā)生提供了有利的大尺度背景場。2日20時冷渦中心移到吉林西部，850hPa冷式切變線位于東海—日本?！皆鞑浚▓D1），蒙古氣旋中心（位于日本海）延伸出的低壓倒槽到達三江平原西部，使得三江平原出現(xiàn)了十分有利的降雪形勢。850hPa冷式切變線、地面低壓倒槽為降雪的發(fā)生提供了有利的輻合上升條件和水汽、能量條件，在其影響時段，三江平原降雪達到最強。3日20時冷渦中心到達三江平原東部，蒙古氣旋移中心到錫霍特山脈東部，三江平原降雪減弱。

2015年12月1～3日三江平原大部分測站降雪量超過20mm，達到大暴雪量級，其中饒河31.1mm、蘿北31.0mm、集賢30.9mm。降雪過后，三江平原東部最大積雪深度達35cm以上，撫遠為50cm。降雪強度超過1.0mm/h的時段主要在2日20時至3日20時，期間饒河降雪量26.2mm，降雪最強時超過2.0mm/h。

2 水汽來源及其流型特征

為了了解2015年12月初水汽源及水汽輸送特征，采用相關矢量方法[3-6]，追蹤水汽源，并揭示其水汽輸送路徑、相關流型。

單位寬度上整層大氣水汽輸送通量矢量為：

其中u、v、ω分別為東西風和南北風分量，q為比濕，ps、pt分別為地面氣壓和大氣頂氣壓。用 Qλ、Qφ、Qω分別得到緯向、經(jīng)向、垂直水汽輸送通量矢量，pt=200hPa。

降水量與整層積分水汽通量的相關矢量：

其中 Rqu(λ,φ)、Rqv(λ,φ)分別為降水序列與整層積分水汽通量分量Qλ和Qφ之間的相關系數(shù)，(λ,φ)為

圖1 2015年12月2日20時500hPa位勢高度（藍線）及850hPa溫度場（紅線）、風場

用三江平原16個站12月2日00時～4日12時整層大氣水汽含量、整層積分水平水汽通量時間序列分別與同期逐小時降雪量做相關分析（圖2）。可見，三江平原總降雪量和整層大氣水汽含量，在九州帕勞海嶺北部—日本海—三江平原、朱格朱爾山脈、中西伯利亞高原為大范圍顯著正相關區(qū)域，超過99%信度。

圖2中的矢量為三江平原12月2日00時～4日12時南北向整層積分水汽通量、同期整層積分東西向水汽通量與同期逐小時降雪量求相關后的合成矢量。可見，三江平原降雪期間的長白山、西西伯利亞均為一個范圍很廣的氣旋式相關矢量場，三江平原位于長白山氣旋的東北部；在庫頁島—千島群島南部、貝加爾湖東部均為一個范圍很廣的反氣旋式相關矢量場，三江平原位于庫頁島—千島群島南部反氣旋的西北部，這樣三江平原南邊界多為東南向相關矢量場，表明降雪與東南向水汽通量顯著正相關。由此發(fā)現(xiàn)，從長白山到庫頁島—千島群島南部的降雪量和整層積分水平水汽通量具有氣旋式—反氣旋式相關矢量場分布形式，此兩個系統(tǒng)共同向暴雪區(qū)輸送水汽，水汽通量與降雪量的相關矢量值超過了99%信度的顯著性水平檢驗。

將三江平原降雪量和同期水汽含量的顯著相關區(qū)域和與水平水汽通量的顯著相關區(qū)域進行比較可見，相關矢量場與水汽含量相關場對應關系很好的揭示了三江平原降雪的水汽源及其水平輸送路徑。從兩類顯著相關場綜合分析可知，三江平原的水汽源地主要位于九州帕勞海嶺北部—日本海的海洋區(qū)域，通過長白山氣旋與庫頁島—千島群島南部反氣旋相互作用的西南轉東南向異常水汽輸送給暴雪區(qū)提供充足的水汽條件。

3 水汽輸送邊界收支特征

為了分析三江平原（129.5°～135.0°E，45.0°～48.5°N）水平水汽通量變化與降雪的關系，分別計算了經(jīng)向、緯向4個邊界整層的水汽輸送通量（圖3），用以比較各個邊界水汽輸送對降雪的貢獻。由圖3可見：東邊界在12月2日18：00之前輸出逐漸減少，2日19時以后轉為輸入水汽，3日17時以后輸出減少。與圖4比較可以看出，東向的水汽輸送增加與強降雪發(fā)生時間同步，說明東向的水汽輸送對降雪有較好的貢獻；2日00時～4日12時西邊界基本上一直為輸入，但水汽量較小；南邊界在3日03時之前的輸入一直多于北邊界的輸出，強降雪時段處于南向水汽輸入，之后至3日14時南北向的凈輸入少于輸出，3日14時以后南北向輸入量與輸出量相差不多。

圖2 12月2日00時至4日12時三江平原逐小時降雪量和同期整層大氣水汽含量的相關性以及整層水平水汽通量的相關合成矢量場

饒河較密山降雪持續(xù)時間長，計算饒河2日00時～4日12時降雪量與同期三江平原東邊界、西邊界、南邊界、北邊界整層水汽收支的相關系數(shù)分別為-0.7796、-0.4074、0.7594、0.2611，說明 12月 2日 00時 ～4日 12時的東向、南向整層水汽輸入對降雪有顯著的貢獻。

4 水汽垂直輸送特征

水汽進行水平輸送的同時還有垂直輸送，大氣中的垂直輸送在水汽循環(huán)中起著重要作用。由圖4a可知，饒河降雪強度大于1.0mm/h的時段為12月2日20時～3日10時，與之對應的水汽輸送圖4b可見，降雪之前有一個水平水汽輸送增大過程，2日11時950～850hPa水平輸送水汽通量已達4g·s/kg，19時垂直向上輸送水汽通量增大到0.2g/(s·hPa·cm)，降雪強度也隨之增大至1.0mm/h以上，此后水平和垂直向上輸送水汽通量繼續(xù)增大，4g·s/kg最高伸展到600hPa，垂直向上輸送水汽通量 2日23時、3日3時 700～800hPa垂直輸送達 1.0g/(s·hPa·cm)，最大 2.0mm/h。在 3 日 4 時以后水汽水平輸送、垂直向上輸送均逐漸減弱，但3日05時水汽垂直向下輸送開始增強，08時～11時850hPa附近有0.05 g/(s·hPa·cm)向下輸送中心，05 時 ～09 時的 700～800hPa水平水汽通量高于4g·s/kg，此期間雪強超過1.5mm/h。強降雪過后，水汽輸送迅速減弱，3日11時以后水平水汽通量達到1g·s/kg處于800hPa以下，降雪強度也迅速減弱。密山的降雪強度與水汽輸送特征相似（圖4a、c），在雪強達到1.5mm/h之前有一個水平水汽輸送增大過程，當有垂直向下水汽輸送時，水平水汽輸送減弱，降雪也迅速增強，垂直向下水汽通量最大達到0.05g/(s·hPa·cm)以上。

圖3 三江平原12月東、西、南、北邊界整層水汽收支隨時間的變化

圖4 水汽輸送時間演變

5 結論

通過對三江平原2015年12月1～3日降雪天氣的水汽輸送分析，得到以下主要結論。

5.1 三江平原降雪的水汽源地主要是九州帕勞海嶺北部—日本海區(qū)域。水汽通過長白山、西西伯利亞的氣旋式氣流及庫頁島—千島群島南部、貝加爾湖東部的反氣旋式氣流在九州帕勞海嶺北部匯聚，并輸送到日本群島北部，轉為東南氣流到達三江平原。所以，強降雪期間三江平原區(qū)域東邊界、南邊界水平水汽輸送對強降雪有正的貢獻，西邊界、北邊界貢獻較弱。

5.2 日本群島—日本海、西伯利亞高原地區(qū)的水汽垂直向上輸送對三江平原降雪貢獻顯著，呈顯著正相關；庫頁島—千島群島區(qū)域水汽垂直向下輸送與此次降雪呈顯著負相關。

5.3 水汽輸送與降雪強度的時間演變表明，強的水平水汽輸送（達4g·s/kg）配合強的水汽垂直向上輸送（大于 0.2g/(s·hPa·cm)）、弱的水平水汽輸送（低于 2g·s/kg）配合水汽垂直向下輸送（大于 0.05g/(s·hPa·cm)）均可有利于降雪資源增多。