李銘鑒 宋 佳 劉雨桐 曲驊倩

（1.鐵嶺市氣象臺，遼寧 鐵嶺 112000；2.鐵嶺市氣象局服務中心，遼寧 鐵嶺 112000；3.鐵嶺縣氣象臺，遼寧 鐵嶺 112000）

引言

通常將500hPa高度圖上，東北地區(qū)附近有至少一條等高線，而且有溫度冷中心與其配合，生命史大于等于3天的比較深厚的冷型低壓環(huán)流稱為東北冷渦。

東北冷渦是在東亞阻塞形勢下發(fā)生的比較深厚的冷性低壓系統(tǒng)，在對流層中高層常常表現(xiàn)為一個閉合系統(tǒng)，在中高緯度西風環(huán)流中存在并延伸向低緯的深槽。東北冷渦是我國最常見的一種切斷低壓，不管是從時間尺度還是空間尺度來講，它均遠遠大于西南低渦等低渦系統(tǒng)。東北冷渦一年四季均可出現(xiàn)，其中出現(xiàn)頻率最高的季節(jié)為夏季，而其中尤以6月出現(xiàn)的頻率最高，其活動的生命周期一般為一周左右。

東北冷渦是一種比較深厚的冷性渦旋系統(tǒng)，在它所在區(qū)域的上空還常常出現(xiàn)“上冷下暖”的不穩(wěn)定氣層結構，從而造成其所在區(qū)域出現(xiàn)災害性強對流天氣。

孫力等通過研究發(fā)現(xiàn),對冷渦的散度、渦度和螺旋度等物理量診斷分析，都表現(xiàn)出非對稱的分布,在冷渦東側出現(xiàn)低層輻合，高層輻散的情況，冷渦西側渦度遠小于東側渦度,分析高能濕舌軸線和水汽通量分布，便可發(fā)現(xiàn)對應的大值也落在這一區(qū)域,所以冷渦的東邊成為強降水區(qū)。

特定的環(huán)流形勢和充足的水汽條件能夠產(chǎn)生區(qū)域性強降水。張立祥等在總結東北冷渦研究進展時強調應從冷渦觸發(fā)機制研究入手, 借助當今先進的觀測設施和多種數(shù)值模式，加強觀測和模擬, 繼續(xù)重點研究東北冷渦的內部結構和動力過程等。

1.天氣概述

受東北冷渦及地面氣旋強烈發(fā)展影響，11月7～9日我省出現(xiàn)歷史罕見的特大暴雪、雨雪冰凍、寒潮、大風天氣。全省62個國家氣象觀測站平均降水量41.1毫米，有39個氣象站出現(xiàn)特大暴雪，最大降雪量和最大小時降雪量均出現(xiàn)在鞍山站，分別為80.3毫米和10.6毫米，雨雪過程伴有11級瞬時大風、16℃以上的強降溫、冰凍和弱雷電。此次過程降雪持續(xù)時間達80小時以上，為我省歷史罕見。全省62個國家氣象觀測站中，有39個站出現(xiàn)大于30毫米的特大暴雪，超過全省總站數(shù)的3/5，分布在除撫順、丹東外的12個地市。全省近90%的氣象站出現(xiàn)暴雪以上量級降雪。多個國家氣象觀測站突破1951年有完整氣象記錄以來歷史極值，其中沈陽地區(qū)平均降雪量為54.6毫米，突破1905年以來歷史極值。

遼寧省共20個國家級氣象觀測站最大積雪深度達到30厘米以上，占總站數(shù)的32%。有48個站出現(xiàn)大于10厘米的積雪，占全省總站數(shù)的77%，其中最大積雪深度為53厘米，出現(xiàn)在鞍山站。 25個站積雪深度超過2007年“3.04”暴雪過程，突破1951年有完整氣象記錄以來歷史極值，其中沈陽地區(qū)最大積雪深度為41厘米，突破1905年以來歷史極值。

圖1 11月6日08時-9日20時降水量、積雪深度（資料來源：遼寧省氣象局）

2.降水成因分析

6日早間，遼寧地區(qū)受冷高壓外圍冷鋒影響，此時遼寧大部分地區(qū)地面溫度都在4℃以上，地表溫度較高。850hpa遼西地區(qū)受低空切變影響，同時渤海水汽輸送通道建立，為遼西地區(qū)降水提供水汽補充，此時遼西部分地區(qū)出現(xiàn)弱雨夾雪或陣雪。

圖2 11月6日08時海平面氣壓場、850hpa形勢場、500hpa形勢場

6日夜間，隨著冷鋒南下，遼寧地區(qū)氣溫明顯下降，大部分地區(qū)氣溫均降至0℃以下，同時850hpa低空急流建立，中心最大風力達12m/s，黃海、東海兩條海上水汽輸送通道建立，為遼寧地區(qū)源源不斷提供充足的暖濕空氣，為暴雪天氣提供充足的水汽條件。7日白天至夜間，貝加爾湖冷空氣東移，副熱帶高壓后部暖濕氣流北上，隨著超強的冷、暖空氣交匯，東北冷渦強烈發(fā)展，海洋的暖濕水汽及熱量補充，配合東北冷渦動力誘發(fā)作用，地面氣旋爆發(fā)性，誘發(fā)低層低渦及地面氣旋發(fā)展，從底層到高空形成深厚的低壓系統(tǒng)，在強的動力抬升及水汽輻合作用下，降水強度明顯加強。與此同時，地面冷高壓自西向東楔入低層，形成冷墊，850hpa高度附近西南暖濕氣流在冷墊上爬升，遼寧地區(qū)中西部上空從低向高形成“冷—暖—冷”的結構，導致降水相態(tài)復雜，大部分地區(qū)出現(xiàn)雨轉雨夾雪或凍雨轉雪過程，部分地區(qū)還出現(xiàn)霰現(xiàn)象。低層暖濕與高層干冷形成對流不穩(wěn)定，同時大尺度鋒生產(chǎn)生斜壓不穩(wěn)定，部分地區(qū)出現(xiàn)弱雷電說明存在不穩(wěn)定條件，降雪過程中不穩(wěn)定能量釋放對降雪增幅也起到一定的貢獻。此次天氣過程850hpa高空有3條輸送通道向遼寧輸送水汽，歷史罕見，850hPa比濕最大達6g/kg以上（暴雪閾值為2g/kg），達到產(chǎn)生極端降雪的水汽條件。

圖3 11月7日20時海平面氣壓場、850hpa形勢場、500hpa形勢場

9日東北冷渦旋轉引導強冷空氣不斷補充南下，遼北地區(qū)處于冷渦底部，同時850hpa受低值系統(tǒng)底部切變影響并與冷中心相配合，850hpa相對濕度依舊較大，降雪仍在持續(xù)。10日白天冷渦主體仍在吉林省境內，鐵嶺市、撫順市北部仍受冷渦底部影響，東北冷渦在旋轉移動的過程中，向東分量較小，且繼續(xù)不斷引導冷空氣南下，于10日夜間在內蒙古境內形成橫槽并轉豎影響鐵嶺、撫順地區(qū)，10日夜間至11日早間遼北仍有降雪。11日隨著東北冷渦北上速度加快，此次過程結束。

3.凍雨成因分析

6日夜間至7日早間遼寧出現(xiàn)大范圍凍雨現(xiàn)象，這次凍雨出現(xiàn)前，因受地面弱高壓、500hpa及850hpa暖中心影響，5日夜間遼寧地區(qū)大部氣溫明顯偏高，為5至10℃。6日白天到夜間，地面圖上，高壓冷鋒開始影響遼寧大部，在過去24h內，遼寧大部地面氣壓增加了12hpa。850hpa圖上5日20時和7日08時溫差達到了12-16℃。受低空鋒區(qū)和地面東北大風影響，遼寧大部氣溫降幅為10-16℃。在36h內氣溫急劇下降至0℃以下，地面溫度的劇烈變化為凍雨產(chǎn)生創(chuàng)造了有利條件。

從錦州探空圖可以看出6日08時800hpa以下的溫度均在0℃以上，800—600hpa之間溫度為-14至0℃。6日白天由于冷空氣入侵，6日20時1000hpa和850hpa附近仍為暖層，在600hpa附近有-9℃左右冷層，此時遼寧中部地面氣溫降至0℃。由此可知，6日白天遼寧中部、西部上空對流程高層呈冷的冰晶層，對流層中低層有溫度t＞0℃的暖層可使冰晶融化，近地層有氣溫t＜0℃的冷層，同時地面溫度達到0℃以下。這種大氣溫度的垂直結構具備了產(chǎn)生凍雨的天氣條件。

6日8時之前，700hpa遼寧地區(qū)處于水汽通量相對高值區(qū)，凍雨發(fā)生前遼寧中北部上空始終維持水汽通量輻合大值區(qū)。分析相對濕度發(fā)現(xiàn)，凍雨產(chǎn)生前遼寧中部北部上空500hpa以下中低空始終維持較高的相對濕度大值區(qū)，同時西南氣流引領渤海灣暖濕空氣向遼寧中部地區(qū)輸送水汽，表明此次凍雨天氣在中空充沛的水汽輸送及近飽和狀態(tài)中產(chǎn)生的。

圖4 11月6日08時、6日20時錦州市探空圖

4.大風分析

此次過程伊始，隨著貝加爾湖冷空氣南下，遼寧省處于高壓外圍冷鋒前部影響，氣壓梯度較大，同時處于負變壓中，變壓風較大，有利于大風天氣的加強。7日白天至夜間，貝加爾湖冷空氣東移，副熱帶高壓后部暖濕氣流北上，隨著超強的冷、暖空氣交匯，東北冷渦強烈發(fā)展，海洋的暖濕水汽及熱量補充，配合東北冷渦動力誘發(fā)作用，地面氣旋爆發(fā)性，誘發(fā)低層低渦及地面氣旋發(fā)展，遼寧省由高壓冷鋒轉為氣旋北上影響，東北大風轉為西北大風。由于地面氣旋強烈發(fā)展，從底層到高空形成深厚的低壓系統(tǒng)，整層的西北氣流使地面西北風加大，有利于大風天氣的加強。

小結

通過對2021年11月6至10日東北冷渦降水的過程分析，得到以下結論：

1）冷渦后部是否有冷空氣的補充是冷渦是否可以繼續(xù)穩(wěn)定發(fā)展的必要條件。東北冷渦及地面氣旋強烈發(fā)展，動力條件好。超強的冷、暖空氣交匯，導致東北冷渦強烈發(fā)展；海洋的暖濕水汽及熱量補充，配合東北冷渦動力誘發(fā)作用，地面氣旋爆發(fā)性發(fā)展歷史罕見，為極端暴雪提供深厚、持久的動力條件。

2）水汽條件極端充沛，持續(xù)時間長。此次天氣過程有3條輸送通道向遼寧輸送水汽，歷史罕見，850hPa比濕最大達6g/kg以上（暴雪閾值為2g/kg），達到產(chǎn)生極端降雪的水汽條件。

3）溫度垂直差異大，雨雪相態(tài)復雜。地面冷高壓自西向東楔入底層，形成冷墊，850hPa附近西南暖濕氣流在冷墊上爬升，從低向高形成“冷—暖—冷”的結構，導致降水相態(tài)異常復雜，大部地區(qū)出現(xiàn)雨雪混雜的時段。

4)不穩(wěn)定條件利于降雪增幅。低層暖濕與高層干冷形成對流不穩(wěn)定，同時大尺度鋒生產(chǎn)生斜壓不穩(wěn)定，部分地區(qū)出現(xiàn)弱雷電說明存在不穩(wěn)定條件，降雪過程中不穩(wěn)定能量釋放對降雪增幅也起到一定的貢獻。

5)700 hpa和850hgpa持續(xù)多天的西南氣流為降水輸送了大量暖濕空氣，為降水提供了暖空氣來源，并決定了冷年空氣的建輝地區(qū)和低溫凍雨災害發(fā)生的區(qū)域。遼寧上空的冷、暖、冷層分布是此次凍雨出現(xiàn)的必要原因，這種大氣溫度的垂直結構域具備了產(chǎn)生凍雨的天氣條件。

6)此次極端降水天氣的可預報性較好，中尺度模式對降水落區(qū)的提示性具有一定的參考性，但是雨雪相態(tài)預報與實際情況略有差異，雨雪相態(tài)轉換的預報時間略晚于實際，今后預報中要做針對性訂正。