馮景瑜 徐昌龍 張 昊 崔春杰

（延邊朝鮮族自治州氣象局，吉林延吉 133001）

1 引言

暴雪作為冬季重要的災害性天氣之一，國內(nèi)外學者對于暴雪的發(fā)生、發(fā)展機制等方面做了大量的研究[1-5]。周晉紅等[6]研究發(fā)現(xiàn)2011年冬季山西省第一次區(qū)域性暴雪天氣是由高空西風槽、低空切變、地面回流和倒槽共同影響造成的，且降水開始前，低空東北風是干冷性質(zhì)，降水開始后，低空東北風是濕冷墊；馮麗莎等[7]發(fā)現(xiàn)，中高層偏南氣流，低層偏北氣流的流場配置對于暴雪的發(fā)生起到至關(guān)重要的作用；閆琦等[8]通過對比2015年初遼寧地區(qū)兩次暴雪過程發(fā)現(xiàn)，兩次過程低渦是暴雪引發(fā)的直接原因，但促使低渦生成的正渦度變率增大原因存在差異；徐娟娟等[9]發(fā)現(xiàn)中層冷空氣的侵入是2018年1月3日陜西區(qū)域性暴雪的主要觸發(fā)機制。

本文以2020年3月初的一次延邊暴雪過程為例，利用常規(guī)觀測資料、ECMWF 0.25°×0.25°再分析資料、NCEP 2.5°×2.5°再分析資料綜合分析此次過程，以期為研究本區(qū)域暴雪的發(fā)生、發(fā)展機制提供參考。

2 降雪實況

2020年3月3—4日延邊州出現(xiàn)的暴雪天氣過程有3個特點：一是降雪量大且分布不均，全州平均降水量為12.4mm，最大降水量出現(xiàn)在汪清縣，為21.0mm；中東部6個縣（市）出現(xiàn)暴雪；西部和龍出現(xiàn)大雪，敦化出現(xiàn)中雪。二是持續(xù)時間長，降雪于3日傍晚從和龍開始，到4日傍晚結(jié)束，持續(xù)時間超過24h。三是降雪強度大，降雪主要集中在4日凌晨到上午，其中延吉市最大小時降水量（4日6—7時）達2.8mm。

3 環(huán)流形勢演變及主要影響系統(tǒng)

3.1 500hPa環(huán)流特征

3日08時，歐亞中高緯為兩槽一脊，巴爾喀什湖附近有高空槽，從貝加爾湖西側(cè)至新疆為高壓脊控制，脊前黑龍江北側(cè)有冷渦逐漸發(fā)展，在冷渦的西南部及內(nèi)蒙古中北部，有冷槽逐漸東移。3日20時冷渦少動，其南部的冷槽移至內(nèi)蒙古東北部，延邊州受高空槽前西南氣流控制，此時延邊州降水已經(jīng)開始。之后冷槽逐漸東移，且槽后始終伴有冷平流，冷槽不斷加深，北部冷渦南落減弱并逐漸與南部冷槽合并，至4日20時，高空槽移出延邊州，降水結(jié)束。

3.2 切變線及地面氣旋

與500hPa對應，3日08時700hPa上在黑龍江北部和內(nèi)蒙古東部分別有南北兩條切變線形成，并逐漸東移，在移動過程中，北部切變線逐漸減弱，南部逐漸增強，并于4日02時在吉林中部形成氣旋性渦旋；至08時渦旋東移加強；14時后減弱移出延邊州。3日08時850hPa上在內(nèi)蒙古東南側(cè)有一西南—東北向的切變生成，并逐漸東移；20時隨著偏南急流的逐漸增強，延邊州中東部的降水逐漸增強，此時西部受弱切變控制；4日02時偏南急流轉(zhuǎn)為東南急流，延邊州中東部處于急流出口區(qū)；06時左右東南急流南撤，汪清縣降水強度明顯減弱；14時左右切變移出。地面受蒙古氣旋逐漸東移的影響，延邊位于氣旋的北部，4日14時氣旋入海。

4 水汽輸送特征

4.1 比濕

降雪開始前的3日08時，延邊州比濕不足1g/kg；至3日17時，全州比濕在1.2～1.8g/kg；4日02時，全州比濕在2g/kg左右，此時降水強度最強；至4日下午比濕明顯減小。

4.2 水汽通量及水汽通量散度

從3日08時至4日02時的整層水汽通量可以看出，隨著降雪強度的逐漸增強，源自日本海的偏東風水汽在延邊州東部逐漸增強，此外從渤海到朝鮮半島南部有東北向水汽向日本海輸送，在日本海匯合的這兩支水汽的加強和北伸是這次強降雪的關(guān)鍵。至4日02時（圖1a），延邊州東部的水汽通量達到10kg·m-1s-1以上，隨后水汽輸送減弱。

整層積分的水汽通量散度表明，降雪過程中，3日14時—4日14時，延邊州均處在水汽通量輻合的區(qū)域，最大值小于-1×10-5g·cm-2·s-1。3日夜間開始輻合大值區(qū)從延邊西南部進入，4日02時（圖1b）至08時，全州位于輻合大值區(qū)內(nèi)。從850 hPa水汽通量散度看到，3日20時之后，延邊州大部分地方均位于水汽通量輻合的區(qū)域，尤其是中東部，水汽通量輻合最強。4日05時，強輻合中心位于延邊中部，強度超過-4.5×10-5g·cm-2·hPa-1·s-1?？梢钥吹剑瑥娊邓l(fā)生時，中低層水汽輻合和整層的水汽輻合均較強。

圖1 2020年3月4日02時整層水汽通量（a，單位：kg·m-1s-1）和整層水汽通量散度（b，單位：10-5g·cm-2·s-1）

5 動力條件

5.1 鋒生區(qū)

鋒面強迫與暴雪的形成和加強密切相關(guān)，冷暖空氣交匯對峙有利于鋒生，鋒生也是引發(fā)次級環(huán)流的一個重要因素，而鋒生函數(shù)能較好地反映鋒生、鋒消和鋒面強度變化。鋒生函數(shù)（F）可表達為：

式中，u、v和ω分別是沿x、y和p坐標軸的速度分量；θ為位溫；F1（水平變形項）表示空氣水平運動對鋒生的作用；F2（垂直項）表示垂直運動對鋒生的影響；F3（非絕熱加熱項）表示非絕熱加熱對鋒生的作用。當F>0時為鋒生，F(xiàn)<0時為鋒消。

從700hPa鋒生函數(shù)分布來看，3日17時開始，延邊中西部已經(jīng)出現(xiàn)鋒生；20時強鋒生區(qū)位于西部，隨時間推移，中西部鋒生逐漸減弱；3日23時之后在延邊中部和東部有強鋒生區(qū)穩(wěn)定維持，4日02—05時（圖2a）中心強度最大達到20×10-10K·m-1s-1以上，與暴雪區(qū)位置相吻合；至4日17時后鋒生明顯減弱。

從850hPa鋒生函數(shù)分布來看，3日17時開始，延邊中東部始終為鋒生區(qū)；3日20時，強鋒生中心區(qū)位于延邊中部，中心強度最大值達到60×10-10K·m-1s-1以上（圖2b），在此鋒生區(qū)的位置，低空偏南急流逐漸增強，且在出口區(qū)強烈輻合。

從沿130°E的垂直剖面圖上可知，4日02時至08時43°N（圖2c）附近，950—850hPa有強鋒生區(qū)，且鋒生中心強度超過50×10-10K·m-1s-1。北部1 000—700hPa偏北氣流攜帶干冷空氣形成“冷墊”，迫使暖濕氣流沿“冷墊”抬升，同時不斷有冷空氣楔入中低層暖濕氣流內(nèi)，形成次級環(huán)流，導致上升運動增強，次級環(huán)流上升支與偏南暖濕急流交匯輻合是鋒生的主要原因。至14時（圖2d）次級環(huán)流上升明顯減弱，43°N附近鋒生減弱，鋒生作用及相應的鋒面垂直環(huán)流有利于暴雪的發(fā)生。由此可知，在鋒生作用和增強的次級環(huán)流共同影響下，降雪強度最大，持續(xù)時間也較長。

5.2 散度和垂直速度

沿43.3°N（汪清站）的散度和垂直速度的垂直剖面表明，3日20時，中低層的強輻合中心在129°E至130°E，700hPa以下為輻合，并且在此區(qū)域內(nèi)200hPa以下均為上升運動。4日02—05時（圖3a），低層的輻合達到最強，中心小于-12×10-5s-1；此時延邊中部降水強度最強，達1.8mm/h。至4日傍晚前后，中低層轉(zhuǎn)為下沉運動。降雪期間，128.0°E至129°E區(qū)域900hPa以下存在弱的下沉運動，900hPa以上存在上升運動；同時低層水汽輻合較弱；與此對應，敦化站（43.37°N）降雪強度在0.6mm/h以下，且降雪持續(xù)時間較短。值得注意的是，4日早晨至中午，在41°N至43°N強上升氣流的南北兩側(cè)存在下沉運動區(qū)，形成次級環(huán)流，兩個次級環(huán)流的上升支重疊（圖3b），正好位于暴雪區(qū)的上空，為此次暴雪提供了天氣尺度的上升運動。

圖3 2020年3月4日05時沿43.3°N（a）和08時沿130.0°E（b）的散度（實線，單位：10-5·s-1）和垂直速度（陰影，單位：Pa·s-1）的垂直剖面

6 熱力和不穩(wěn)定條件

6.1 假相當位溫

從850hPa的θse水平分布中可以看到，3日14時至4日08時，有10℃高能舌伸入延邊南部（圖4a），高能舌隨時間逐漸東移，且在延邊中東部梯度加大，θse鋒區(qū)建立，與強降雪時段相對應。分析沿暴雪中心（汪清站129.78°E）的垂直剖面可以發(fā)現(xiàn)，中低層的能量鋒區(qū)在偏南急流的引導下，逐漸向北移動，3日23時—4日08時，在42°N—44°N形成θse鋒區(qū)，且明顯向北傾斜（圖4b）。950hPa以下被冷空氣占據(jù)，成為低值帶；950hPa以上維持θse陡峭密集隨高度北傾的型態(tài)。這表明低空偏南急流向北輸送暖濕氣流疊加在低層冷空氣之上，是此次暴雪產(chǎn)生并持續(xù)的重要熱力條件。

圖4 2020年3月4日02時850hPa假相當位溫（a，單位：℃）和沿129.78°E的假相當位溫垂直剖面（b，單位：℃）

6.2 濕位渦

濕位渦由渦度矢垂直分量（ζMPV1）和渦度矢水平分量（ζMPV2）組成，前者是濕正壓項，主要表征大尺度水平方向的慣性穩(wěn)定性和對流穩(wěn)定性；后者是濕斜壓項，主要包含濕斜壓性和水平風垂直切變的貢獻。3日23時—4日08時ζMPV1>0且ζMPV2<0時的絕對高值區(qū)位于延邊中部和東北部，在3日23時 （圖5a）延 邊 中 部 出 現(xiàn)ζMPV1為1.2PVU（1PVU=10-6m2·K·kg-1·s-1）且ζMPV2為-0.3PVU的高絕對值區(qū)，此時相應區(qū)域出現(xiàn)的降水強度較大。從沿129.78°E的垂直剖面看，在3日23時（圖5b）至4日08時，均出現(xiàn)了ζMPV1>0，ζMPV2<0，且高絕對值的配置，并且發(fā)現(xiàn)本次過程發(fā)生在大尺度對流穩(wěn)定的大氣環(huán)境下，但中尺度上出現(xiàn)對稱不穩(wěn)定的區(qū)域，降雪量級較大。

圖5 2020年3月3日23時850hPa濕位渦（a，單位：PVU；紅色實線為濕正壓項；陰影為濕斜壓項）和沿129.78°E的濕位渦垂直剖面（b，單位：PVU；紅色實線為濕正壓項；陰影為濕斜壓項）

7 結(jié)語

（1）本次延邊州暴雪過程受500hPa冷渦及其南部高空槽，配合低層切變線的影響。切變線的東側(cè)為偏南急流逐漸發(fā)展，延邊中東部地區(qū)受東南急流出口區(qū)強輻合抬升作用出現(xiàn)暴雪天氣。

（2）從降雪開始前至4日02時，源自日本海的水汽不斷加強北伸，輸送至延邊地區(qū)，之后水汽輸送逐漸減弱。降雪期間強降雪區(qū)域的比濕達到2g/kg以上，中東部的整層水汽通量輻合更強，850hPa水汽通量輻合強度超過-4.5×10-5g·cm-2·hPa-1·s-1，與強降雪落區(qū)一致。

（3）穩(wěn)定而持續(xù)的輻合上升運動有利于產(chǎn)生暴雪天氣，而西部輻合上升運動較弱，且持續(xù)時間較短是降雪量較少的原因之一。中低層的強鋒生區(qū)與暴雪區(qū)域?qū)P(guān)系較好，次級環(huán)流上升支與偏南暖濕急流交匯輻合是鋒生的主要原因。在鋒生作用和增強的次級環(huán)流共同影響下，降雪強度最大，持續(xù)時間也較長。

（4）低空偏南急流向北輸送暖濕氣流疊加在低層冷空氣之上，是此次暴雪產(chǎn)生并持續(xù)的重要熱力條件。本次降雪發(fā)生在對流穩(wěn)定和對稱不穩(wěn)定的大氣環(huán)境下，且高絕對值的配置對暴雪有很好的對應關(guān)系。