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        牡丹江一次暴雪天氣成因分析

        2020-07-22 08:44:12路平平于翠紅
        黑龍江氣象 2020年2期
        關(guān)鍵詞:散度剖面圖暴雪

        路平平 ,于 躍 ,于翠紅 ,俞 蛟

        (1.牡丹江市氣象局,黑龍江 牡丹江157000;2.解放軍93088部隊(duì),內(nèi)蒙古 赤峰 024000)

        1 引言

        冬季暴雪是我國主要災(zāi)害性天氣之一,給國民經(jīng)濟(jì)和人民生命財(cái)產(chǎn)帶來巨大損失,深入研究暴雪成因及把握預(yù)報(bào)著眼點(diǎn)對于提高暴雪預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率具有重要意義。國內(nèi)外學(xué)者從暴雪觸發(fā)、加強(qiáng)機(jī)制和各尺度天氣系統(tǒng)間的相互作用等方面開展了大量的研究,同時(shí)也對暴雪中尺度系統(tǒng)進(jìn)行了深入的研究,得出了很多有重要參考價(jià)值的結(jié)論。如盛春巖等[1]從暴雪天氣過程的對稱不穩(wěn)定進(jìn)行分析,指出對流不穩(wěn)定能量釋放是產(chǎn)生暴雪的重要原因;劉寧微等[2]對北上低渦引發(fā)遼寧暴雪天氣分析指出地面氣旋北上、低空急流和底層上升運(yùn)動(dòng)是增強(qiáng)暴雪的有利條件。眾多文獻(xiàn)從不同角度對暴雪形成機(jī)理進(jìn)行分析,對強(qiáng)降雪分析預(yù)報(bào)起到很好的指導(dǎo)性作用。本文利用常規(guī)觀測資料和NCEP再分析資料,對2019年11月17-18日牡丹江暴雪環(huán)流形勢和物理量進(jìn)行分析,總結(jié)暴雪成因及預(yù)報(bào)著眼點(diǎn),為類似暴雪天氣預(yù)報(bào)提供參考依據(jù)。

        2 資料與方法

        本文使用的資料主要來源于美國NCEP提供的一天 4 次(00:00,06:00,12:00,18:00UTC)再分析資料,垂直分層1000-100 hPa的網(wǎng)格點(diǎn)數(shù)據(jù)、MICAPS常規(guī)觀測資料、牡丹江自動(dòng)觀測系統(tǒng)采集的實(shí)況資料,運(yùn)用天氣學(xué)原理方法進(jìn)行分析。

        3 天氣概況和雪情

        2019年11月17-18日,受蒙古氣旋和海上低壓倒槽影響,牡丹江地區(qū)出現(xiàn)了大范圍暴雪過程,這次降雪強(qiáng)度大,影響范圍廣,降雪時(shí)段集中,給交通運(yùn)輸和人們?nèi)粘I顜砹撕艽蟮挠绊?。牡丹江地區(qū)所有市縣全部達(dá)到暴雪:牡丹江15.4 mm、寧安15.7 mm、海林 12.1 mm、林口 14.2 mm、穆棱 20.8 mm、東寧20.0 mm、綏芬河26.4 mm。24 h降雪量分布不均,強(qiáng)中心主要集中在黑龍江東部,牡丹江全區(qū)積雪深度 12-26 cm。

        4 環(huán)流形勢及影響系統(tǒng)

        降雪發(fā)生前17日08時(shí)500 hPa(圖1a),歐亞中高緯烏拉爾山至新疆的高壓脊發(fā)展強(qiáng)盛,牡丹江受東部高壓脊控制,上游貝加爾湖地區(qū)低壓槽分南北兩段,南段槽溫度場落后于高度場,冷中心強(qiáng)度-40℃,槽后等溫線和等高線接近垂直,大氣具有明顯的斜壓性,同時(shí),我國青海、四川盆地和東南沿海各有一支高空槽;對應(yīng)850 hPa西部高壓脊向東北發(fā)展,海上高壓脊呈西北-東南走向,內(nèi)蒙古東部和華北地區(qū)分別有兩支高空槽呈階梯槽形勢。17日20時(shí),500 hPa(圖1b)高空槽合并成東亞大槽,中高層徑向環(huán)流加強(qiáng),850 hPa階梯槽合并形成切斷低壓,向東北移動(dòng)到內(nèi)蒙古與黑龍江西部,槽后西北風(fēng)和等溫線接近垂直有冷空氣輸送,槽前有海上西南暖濕氣流,等溫線密集帶加大,鋒生加強(qiáng),為暴雪發(fā)生提供有利的環(huán)流背景。

        圖1 17日(a)08時(shí)、(b)20時(shí)500 hPa環(huán)流形勢

        對應(yīng)地面圖上,降雪前期17日08時(shí)蒙古高壓控制我國西北大部分地區(qū),冷空氣沿高壓前擴(kuò)散南下,高壓前南部邊緣有明顯的鋒面活動(dòng),冷暖鋒于內(nèi)蒙古東部低壓中心交匯,同時(shí),江淮氣旋北上到黃海,從海平面氣壓場疊加衛(wèi)星云圖可以看出,冷渦云系與鋒面相配合,朝鮮半島附近有范圍較大的低壓倒槽云系。17日20時(shí),隨著高壓東移,低壓倒槽與蒙古低壓合并加強(qiáng),冷渦云系和倒槽云團(tuán)合并,受其影響17日夜間牡丹江出現(xiàn)暴雪。

        5 成因分析

        5.1 水汽條件分析

        充足的水汽是強(qiáng)降水發(fā)生的必要條件。利用NCEP1°×1°再分析資料對水汽通量和水汽通量散度進(jìn)行了診斷分析(圖2),17日20時(shí)氣旋中心位于黑龍江以西內(nèi)蒙古東北,我國東北經(jīng)朝鮮半島到長江下游有范圍較大的水汽通量大值區(qū),槽前西南風(fēng)急流將水汽向牡丹江上空輸送,為暴雪發(fā)生提供了充沛的水汽條件。而水汽輻合(水汽通量散度負(fù)值區(qū))主要集中在黑龍江東部,與降水中心基本重合,這說明水汽伴隨西南氣流源源不斷的向牡丹江上空輸送。18日02時(shí)降雪發(fā)生時(shí),在高空引導(dǎo)氣流作用下水汽通量加強(qiáng)向東北緩慢移動(dòng),水汽通量最大為15 g·cm-1·hPa-1·s-1,中心偏南,牡丹江達(dá)到最大 5-9 g·cm-1·hPa-1·s-1,且 700 hPa 有明顯的風(fēng)切變與之配合,可以看出降雪落區(qū)強(qiáng)度和水汽通量強(qiáng)度吻合。18日08時(shí)高空槽旋轉(zhuǎn)東移,水汽通道也東移,牡丹江降雪逐漸結(jié)束。

        分析水汽的垂直分布情況,做牡丹江上空(129°E、45°N)水汽通量散度時(shí)間剖面圖(圖3),從時(shí)間剖面圖可以看出:500 hPa以上基本是正值,水汽輻散,水汽輻合位于近地面層到600 hPa,17日14時(shí)對流層中低層開始有水汽輻合,隨著水汽輻合加強(qiáng)17日夜間降雪開始,強(qiáng)降雪發(fā)生在水汽輻合強(qiáng)中心加強(qiáng)的時(shí)間段,18日08時(shí)水汽輻合減弱,降雪也逐漸減小結(jié)束。

        圖 2 (a)17 日 20 時(shí) 850 hPa(b)18 日 02 時(shí) 700 hPa 水汽通量(單位:10-5g·s-1·cm-2·hPa-1)和風(fēng)場

        5.2 動(dòng)力條件

        圖3 11月16日20時(shí)-18日20時(shí)水汽通量時(shí)空演變

        圖 4 沿 129°E、44°N 散度時(shí)空演變(單位:10-5s-1)

        圖5 17日02時(shí)沿129°E垂直速度緯度-高度剖面圖

        圖 6 沿 129°E、44°N 垂直速度時(shí)空演變(單位:10-3hPa.s-1)

        從牡丹江上空散度時(shí)間剖面圖(圖4)發(fā)現(xiàn)看出:降雪發(fā)生前,牡丹江上空已經(jīng)出現(xiàn)低層輻合、高層輻散的結(jié)構(gòu),隨著降雪的臨近,輻合、輻散中心也明顯增強(qiáng),最大輻散中心位于250 hPa附近,強(qiáng)度達(dá)4.5×10-5s-1,可見對流層高層輻散抽吸作用加強(qiáng)中低層的輻合,這種低層輻合高層輻散配置有利上升運(yùn)動(dòng),也有利水汽輸送。從17日20時(shí)垂直速度沿129°E垂直剖面圖(圖5)可以看出:垂直上升運(yùn)動(dòng)中心呈東北-西南傾斜結(jié)構(gòu),說明南方的暖濕氣流沿冷氣墊傾斜爬升,上升運(yùn)動(dòng)兩側(cè)40°N以南和52°N以北均為下沉運(yùn)動(dòng),這種垂直方向形成正反兩個(gè)環(huán)流的垂直結(jié)構(gòu)更有利于上升運(yùn)動(dòng)發(fā)展,從垂直運(yùn)動(dòng)時(shí)間演變圖(圖6)看出,與低層輻合高層輻散相對應(yīng),17日14時(shí)-18日09時(shí)牡丹江上空整層大氣為強(qiáng)垂直上升運(yùn)動(dòng),為暴雪的發(fā)生提供了有利的動(dòng)力條件,18日02時(shí)400-700 hPa上升運(yùn)動(dòng)最劇烈,中心強(qiáng)度達(dá)到-0.95×10-3hPa.s-1, 前文分析可知此時(shí)水汽通量最強(qiáng),充足的水汽配合長時(shí)間的垂直上升運(yùn)動(dòng),為暴雪的發(fā)生提供水汽和動(dòng)力條件,18日08時(shí)隨著上升運(yùn)動(dòng)迅速減弱降雪結(jié)束。

        6 結(jié)論

        (1)此次暴雪過程天氣背景是東亞大槽斜壓發(fā)展,海上低壓北上帶來大量水汽和不穩(wěn)定能量,與蒙古氣旋合并冷暖氣流交匯有利鋒區(qū)加強(qiáng),低空切變線使得不穩(wěn)定能量釋放產(chǎn)生暴雪。

        (2)物理量場的時(shí)空分布表明:低空西南急流有利水汽輸送,牡丹江上空形成深厚的濕層;低層輻合高層輻散配置有利上升運(yùn)動(dòng)加強(qiáng);垂直方向形成正反兩個(gè)環(huán)流,西南暖濕氣流沿 “冷空氣墊”傾斜爬升輻合,為暴雪提供了水汽和動(dòng)力條件。

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