暴雪是辽宁冬季典型的灾害性天气现象，主要发生在初冬至冬末，初春或秋末也常出现雨夹雪及雨雪转换等复杂天气（阎琦等，2012；阎琦等，2016）。如2007年3月4日，辽宁出现百年一遇的特大暴雪，使得交通瘫痪、房屋坍塌，造成巨大经济损失。暴雪的发生机制与预报技术因而成为气象业务关注的重点。

欧美地区暴雪多与温带气旋活动有关（Martin，1998；Grim et al.，2007），在其形成机制中，湿度条件、抬升过程、大气不稳定度及地形作用是关键因素（Nicosia and Grumm，1999；Novak et al.，2004）。国内许多学者从影响系统、物理量特征、数值模式检验及雷达特征等方面针对暴雪开展了大量研究（Li et al.，2021；韩汶君等，2023；谭政华等，2023；金巍等，2023；庄晓翠等，2024；王思慜等，2024）。我国北方地区的暴雪过程受温带气旋影响，许多暴风雪天气都与黄河气旋和江淮气旋北上有关（黄子怡等，2023），暖湿气流与冷锋后部冷空气交汇，增强锋区和水汽辐合，是强降雪形成的主要原因（杨成芳等，2015；阎琦等，2019）；东北地区回流型暴雪过程中，锋生活动促使强降雪增强（张爱忠等，2023），850 hPa温度场上出现明显温度锋区，大气斜压性强。陈涛和崔彩霞（2012）通过诊断分析指出，地形前方的中尺度辐合有利于低层局地锋生；黄晓璐等（2021）研究发现，高空下传的湿位涡正压项可增强低层冷空气，有利于锋生；任丽等（2016）对一次由爆发性气旋引发的黑龙江暴雪过程分析表明，高层湿位涡正压项沿锋区下传可导致低层正湿位涡增强，促进气旋发展并增强降雪强度。

北方初冬和冬末的暴雪过程常伴有降水相态的转换。研究表明，850 hPa 温度小于等于-4 ℃、地面温度小于等于1 ℃是雨转雪的重要特征（段宇辉等，2013）；925 hPa温度亦对雨雪转换具有指示意义（高清源等，2024），零度层高度快速下降是相态转换的重要判据（马梁臣等，2022）。还有研究表明，温度高于-1 ℃的暖层和低于-3.5 ℃的冷层厚度亦可作为判别雨雪相态的指标（陈光宇等，2023）；雷达产品中零速度线及0 ℃层亮带位置变化亦对雨雪相态转换具有明显指示意义（杨淑华等，2021）。

2021年11月6—9日与2023年11月5—7日，辽宁地区先后经历了两次极端雨转暴雪过程，均由高空冷涡配合地面爆发性气旋系统主导，此种配置在历史同期中罕见，具有明显的极端性。其中，2021年过程尤为猛烈，其累积降雪量和积雪深度均超过2007年“3·04”特大暴雪，刷新辽宁省有完整气象记录以来的历史极值；而2023年过程也表现出极端特征，辽宁中北部观测站雨雪总量为历史同期第二，仅次于2021年。两次过程均对交通和社会运行产生重大影响，凸显出提高极端雨雪过程预报准确率与预警能力的紧迫性。本文围绕上述两次过程，深入分析其形成机理、关键物理量变化及雨雪相态转换条件，对比分析两次天气过程物理机制的异同及成因，旨在为今后辽宁地区强降雪天气的预报与预警提供科学参考，提升预报员对灾害性天气的预报能力，以期在类似系统再次发生时，能够高效、精准地开展预警服务。

本文使用的常规气象观测资料来自辽宁省气象信息中心提供的辽宁省62个国家气象站的地面观测资料，用于分析降水的时空分布特征。同时，使用欧洲中期天气预报中心（European Centre for Medium-Range Weather Forecasts，ECMWF）提供的全球第五代再分析数据集ERA5，该数据集的时间分辨率为1 h，空间分辨率为0.25°×0.25°，垂直方向分为37层，主要用于分析环流形势及计算水汽、动力和热力条件等相关物理量。

采用物理量诊断分析法对2021年与2023年两次极端雨雪过程进行对比研究。

湿位涡（Moist Potential Vorticity，MPV）综合反映大气的动力学、热力学特性及水汽作用，其发展受风的垂直切变、水汽变化和大气层结稳定等因素制约，在暴雪的研究中被广泛应用（艾丽华等，2008）。等压面上展开的湿位涡表达式见吴国雄等（1995）文献。

湿位涡单位为PVU（1 PVU=10^-6 m^-2∙s^-1∙kg^-1）；MPV1为湿正压项，当大气为对流不稳定状态时，MPV1<0；对流稳定时，MPV1>0。MPV2为湿斜压项，在湿位涡守恒的条件下，湿等熵面的倾斜、水平风的垂直切变以及湿斜压性的增强可引起垂直涡度的显著发展。

锋面强迫在降水的发生和加强过程中起关键作用，冷暖空气交汇对峙有利于锋区形成与发展。锋生函数（朱乾根等，2000）可从定量角度分析天气系统演变及气象要素变化，有助于揭示锋区的位置与强度。当锋生函数F>0时表示锋生；F<0时表示锋消。

2021年11月6日08：00（北京时，下同）至9日20：00（简称“过程Ⅰ”），在东北冷涡与地面气旋强烈发展的共同作用下，辽宁省62个国家气象观测站的平均降水量达41.1 mm。其中，39个站出现特大暴雪，鞍山站降雪量、小时降雪量和积雪深度分别达80.3 mm、10.6 mm和53 cm[图1（a）、（c）]，为历史同期最大值。此次降雪过程持续80 h，近半数观测站的降雪量突破历史极值。值得注意的是，6日白天降水以雨或雨夹雪为主，夜间自西向东转为雪，这期间还伴有冻雨。

2023年11月5日08：00至7日08：00（简称“过程Ⅱ”），同样受东北冷涡与地面气旋影响，辽宁省全省平均降水量为41.2 mm；中部和北部地区普遍出现大到暴雪，其中降水量最大值出现在辽阳县，为59.6 mm；最大降雪量出现在法库站，为25.9 mm；最大积雪深度为20 cm，出现在开原站[图1（b）、（d）]。此次过程初期（5日）以降雨为主，6日清晨起自西向东逐渐转为降雪。

尽管两次降水过程的降水总量相近，但过程Ⅰ的降水中心强度更大，位置位于辽宁中部；过程Ⅱ的中心则位于辽宁中部至东北部。两次过程的雪量差异明显，过程Ⅰ中，雪量约占降水总量的三分之二，并伴有冻雨出现；而过程Ⅱ中雪量仅占总降水量的四分之一。

2021年11月6日08：00（图略），500 hPa贝加尔湖南部存在一个宽广的横槽，至7日08：00（图略），该槽在河套地区由横槽发展为竖直槽，槽后西北气流引导冷空气南下，高空槽经向度增强。7日20：00[图2（a）]，高空槽加深形成冷涡，其中心位于（41°N，115°E），强度达544 dagpm，辽宁位于冷涡前部。300 hPa高空急流带明显[图2（b）]，辽宁位于急流入口区右侧，受到强烈抽吸作用。850 hPa低空西南急流建立，急流强度超过21 m∙s^-1，明显加强低层水汽辐合与输送。7日夜间起，冷涡东移加强，辽宁地区自此出现雨转雪过程，至9日清晨，冷涡强度增强至524 dagpm。

2023年11月5日20：00[图2（d）]，500 hPa贝加尔湖南部高空槽加深形成冷涡，中心强度达540 dagpm。300 hPa高空急流带持续存在，辽宁位于急流入口区右侧；850 hPa低空偏南急流强度超过30 m∙s^-1，持续向辽宁输送暖湿气流，降水初期以降雨为主。5日夜间起，冷涡持续引导冷空气南下，冷涡中心范围逐渐扩大，降水相态自西向东由雨转为雪。至6日夜间，冷涡中心强度增强至532 dagpm。

两次过程的冷涡中心均明显偏南，相较于冬半年东北冷涡的平均位置更有利于辽宁地区极端雨雪天气的发生（阎琦等，2022）。

由图2（c）可知，2021年11月7日20：00，地面出现明显气旋中心，中心气压为1 012.5 hPa。此时气旋倒槽已影响辽宁地区，500 hPa冷涡前部上空为300 hPa正涡度平流大值区，地面为气旋中心位置[图2（a）]，表明高空正涡度平流为地面气旋发展提供了有利的高空辐散条件（高松影等，2020）。850 hPa高度，气旋后部的河北至辽西一带为冷平流区[图2（b）]，气旋东北侧辽宁中东部则为暖平流区，冷暖平流交汇于辽西，形成锋区并强迫出垂直上升运动，有利于气旋进一步发展。7日夜间，气旋入海后加强，并进入爆发性发展阶段。8日04：00，气旋中心登陆辽宁东部；12：00，气旋中心气压为997.5 hPa，8日00：00—12：00气旋中心气压12 h内下降12.5 hPa，达到爆发性气旋标准。8日夜间至9日清晨，气旋中心滞留在吉林境内，稳定少动但逐渐减弱。

由图2（f）可知，2023年11月5日08：00，地面气旋中心气压为1 010 hPa，日间气旋东移北上，顶部倒槽逐渐影响辽宁；16：00，气旋入海后加强；20：00，地面气旋中心上空300 hPa为正涡度平流大值区[图2（d）]，为气旋发展提供辐散场。同时，气旋后部为冷平流区[图2（e）]，东北侧为850 hPa暖平流，冷暖平流在辽宁中部交汇形成锋区；6日08：00，气旋中心气压达992.5 hPa，随后气旋进入朝鲜半岛。5日16：00至6日08：00气旋中心气压下降12.5 hPa，同样达到爆发性气旋标准。

两次过程的主要影响系统均为500 hPa冷涡、高低空急流以及地面爆发性气旋，强降水主要分布在气旋东北侧。其不同点为，过程Ⅰ中，冷涡对辽宁的影响持续约3 d，850 hPa冷暖平流交汇形成锋区，低空急流强度达21 m∙s^-1；气旋中心登陆辽东，中心最强气压为997.5 hPa。过程Ⅱ中，冷涡影响持续时间约1 d，锋区形成于6日夜间，强度较弱；低空急流更强，达30 m∙s^-1；地面气旋未登陆辽宁，而是经朝鲜半岛进入吉林，中心气压更强，为992.5 hPa。

过程Ⅰ主要降水时段为2021年11月7日夜间至8日夜间。7日20：00[图3（a）]，辽宁中西部为850 hPa水汽辐合区，渤海湾至辽宁中部存在明显水汽辐合带，与图2（b）中冷暖平流交汇区相对应，水汽自南海经东海、黄海输送至辽宁，水汽通量散度大值区超过-12×10^-5 g∙cm^-2∙hPa^-1∙s^-1，辽宁大部分地区比湿超过3 g∙kg^-1，东部地区达5 g∙kg^-1。8日（图略），比湿大值区向东移动，气旋顶部东南与东北气流在辽宁东北部辐合，强降水中心逐渐东移。

过程Ⅱ主要降水时段为2023年11月5日夜间至6日白天。强降水前期[图3（b）]，辽宁地区850 hPa均为水汽辐合区，其中东部和南部辐合更强，水汽辐合中心位于辽宁南部，与暖平流区相对应，最大值为-22×10^-5 g∙cm^-2∙hPa^-1∙s^-1；水汽输送通道除南海、东海、黄海外，还包括沿气旋东部东南风急流从日本东部海域卷入的水汽支路；辽宁大部比湿超过4 g∙kg^-1，东部地区高达8 g∙kg^-1。5日夜间，随着地面气旋东移，辽宁东南部水汽辐合条件减弱，而辽宁中北部受气旋顶部回流影响，依然为水汽辐合区，夜间低层气温降低导致中北部出现强降雪。

综上所述，过程Ⅱ的水汽条件整体优于过程Ⅰ。两次过程比湿场大值区均位于辽宁东南部，且均达到辽宁暴雪阈值。过程Ⅱ水汽来源更广泛，辐合强度更大，但集中在辽宁东南部，由于前期气温偏高，初始降水相态以雨为主，雨转雪阶段水汽条件转差，导致过程Ⅱ降雪量明显小于过程Ⅰ。相比之下，过程Ⅰ中水汽辐合区与强降雪落区高度一致，是形成大暴雪的重要原因。

图4为两次过程850 hPa湿位涡正压项MPV1和斜压项MPV2的水平分布及沿41°N的垂直剖面。过程Ⅰ，2021年11月7日20：00[图4（a）]，辽宁地区850 hPa MPV1>0，大值区位于辽宁中西部，为2~4 PVU，表明低层大气处于对流稳定状态；同时，辽宁大部分地区MPV2<0，大值区为-2~-1 PVU，且与MPV1大值区空间上高度重合。这种“MPV1>0，MPV2<0”的组合结构表明，在大气整体稳定的背景下，中尺度斜升气流发展，具备条件性对称不稳定结构，有利于强降水的形成。从湿位涡的垂直剖面[图4（c）]可看出，该结构在850 hPa以下尤为明显，随着西部高层冷空气东移，MPV1有明显的高值带下传现象，120°E~124°E范围内对称不稳定层十分明显。8日08：00，850 hPa MPV1中心值达9 PVU；然而8日05：00，MPV2负值中心北移至吉林，导致其与MPV1正值区域空间错配，8日白天降水强度逐渐减弱。

过程Ⅱ，2023年11月5日20：00，辽宁地区850 hPa MPV1均为正值，大值区位于辽宁东南部，中心值为4 PVU，表明低层大气处于对流稳定状态；MPV2均为负值，其中心与MPV1大值中心一致，也表现为条件性对称不稳定结构[图4（b）]，有利于强降水的发生。5日夜间，MPV1大值区与MPV2负值中心均向北移动，两者始终保持良好的空间对应关系。MPV1、MPV2的垂直剖面[图4（d）]显示，辽宁地区MPV1大值中心出现在850 hPa以下，整层MPV1均为正值，而MPV2负值中心主要位于121°E~125°E的低层，表明其条件性对称不稳定结构在低层较为明显。

综上，两次过程均发生于大尺度对流稳定背景下，但中尺度斜升气流强烈发展，强降水主要出现在MPV1大值区与MPV2负值区的叠加区域，即条件性对称不稳定区，850 hPa以下尤为明显，条件性对称不稳定区随高度明显倾斜，且MPV1均存在明显的高值带下传现象。不同之处在于，过程Ⅰ的条件性对称不稳定区分布连续，辽宁地区主要集中在850 hPa以下，而过程Ⅱ在700 hPa附近出现明显断裂，主要集中在925 hPa~800 hPa，并非自地面开始。

过程Ⅰ，2021年11月7日20：00，925 hPa偏北气流引导冷空气南下，与偏南风在辽宁中部交汇形成锋区[图5（a）]，该区域为等假相当位温（θse）线密集带，对应锋生函数大值区，锋生函数最大值超过24×10^-9 K∙m^-1∙s^-1，南侧的辐合流场是促进锋生的关键（高晓梅等，2024），表明锋生作用明显。其剖面图[图5（c）]显示，偏北风自西向东入侵，在地面形成冷垫，暖湿气流沿冷垫爬升，冷暖空气交汇形成锋区，该锋区随高度向西倾斜。低层123°E附近出现一条强锋生带，导致上升运动加强，从而增强了辽宁中部的降水强度。锋生带随后向东北方向移动，锋生与锋消过程交替明显，表明系统斜压性强（赵婷婷等，2023）。

过程Ⅱ，2023年11月6日04：00，925 hPa东北风与东南风在辽东交汇，形成等θse线密集区[图5（b）]，锋生函数最大值达20×10^-9 K∙m^-1∙s^-1。辽西有一锋生区，西部更强冷空气与东部冷空气叠加，在辽西形成副冷锋。从剖面图[图5（d）]也可看出，120°E与124°E附近低层分别存在锋生函数大值区。其中辽东地表温度较高，冷锋过境触发强降水；副冷锋携带的冷空气更强，其经过区域降水相态由雨转为雪。

由上述分析可知，过程Ⅰ的锋区强度及锋生作用均强于过程Ⅱ，冷锋后的较强冷空气在地面形成冷垫，使辽宁地区产生强降雪。过程Ⅱ的锋区及锋生作用主要集中在辽东，低层温度降低及降水相态转变主要由辽西副冷锋引发，但锋生强度相对较弱，导致降雪强度不及过程Ⅰ。

两次过程的降水中心均位于鞍山站附近，故选取该站作为典型个例分析雨雪相态转换过程（图6）。

过程Ⅰ的6日20：00，冷空气入侵辽宁中部，925 hPa气温降至-2 ℃以下，形成冷垫。地面气旋顶部暖湿空气沿冷垫爬升，在900~800 hPa形成暖层，高层为冷空气，这种冷、暖、冷的层结结构，使鞍山站出现短时冻雨。7日14：00至8日08：00水汽最充沛时段，低层至高层抬升运动都十分强烈，8日04：00站点1 h降雪量达10.6 mm。8日白天水汽条件减弱，但低层抬升运动仍较强，降雪持续并最终突破累计降雪量历史极值。

过程Ⅱ，5日大部分地区降水以雨为主，6日凌晨自西向东逐渐转为降雪。受偏南暖湿急流影响，5日白天至6日前半夜，鞍山站地面至700 hPa为0 ℃以上暖层；850 hPa以下抬升运动较弱，而850~500 hPa上升运动强烈；低层比湿在4 g∙kg^-1以上。5日下午，0 ℃等温线延伸至700 hPa，配合充足水汽，出现明显降雨。6日04：00，高空冷涡前部引导冷空气南下，925 hPa气温降至-2 ℃以下，850 hPa降至-4 ℃以下，形成深厚冷垫，有利于降雪发展。由于干冷空气入侵，低层水汽条件逐渐减弱，使得转雪后降雪强度减弱，累计降雪量明显小于雨量，但低层上升运动加强使降雪维持，最终使鞍山站累计降雪量达到暴雪级别。

对比分析表明，过程Ⅰ冷空气在水汽和抬升条件较好时段已形成稳定冷垫，有利于降雪产生；抬升运动长时间维持，使鞍山站累计降雪量大。过程Ⅱ的水汽条件比过程Ⅰ更有利，但水汽最强时段低层抬升较弱，且地面暖层厚度较大，导致前期以降雨为主，后期冷空气入侵时水汽条件已减弱，造成累计降雪量较小，低层抬升运动是降雪维持的主要原因。

通过对辽宁地区2021年和2023年两次极端雨转暴雪过程的系统对比分析，得出以下主要结论。

1）两次过程均受500 hPa冷涡与地面爆发性气旋共同作用，高低空急流耦合为降水提供了强动力条件。降水中心均位于气旋北侧，但位置和持续时间存在差异。过程Ⅰ，冷涡持续影响辽宁3 d，地面气旋登陆辽东，降水中心主要位于辽宁中北部；过程Ⅱ，冷涡影响时间较短（约1 d），气旋中心偏东，降水中心偏向辽宁东北部。

2）两次过程均发生在湿位涡正压项MPV1>0且斜压项MPV2<0的区域，条件性对称不稳定是驱动两次降水过程的主要动力机制。过程Ⅰ锋区强度较大且集中，锋生作用显著；而过程Ⅱ冷暖平流过渡区较为宽广，925 hPa锋区主要位于东南部，副冷锋影响降水相态与分布。

3）过程Ⅰ水汽辐合区与锋区位置匹配良好，共同作用于中部地区，形成强降水中心。过程Ⅱ水汽来源更广、辐合强度更大，但主要集中在东南部，降水中心与抬升运动存在一定偏差，使得过程Ⅱ的降水中心值未达到过程Ⅰ的水平。

4）过程Ⅰ冷空气较早且深入影响低层，形成冷垫效应，促使暖湿空气沿冷垫爬升，加速降水相态由雨向雪的转变；过程Ⅱ初期以雨为主，副冷锋东移增强辽宁中北部低层抬升运动，降水相态逐渐转为雪。

两次过程在大尺度环流背景和动力结构上具有相似性，但在水汽配置、锋区强度和热力条件等方面存在明显差异，这些差异直接影响了降水相态的演变过程及累计降水量的大小。本文的对比分析不仅深化了对辽宁极端雨转暴雪天气形成机制的理解，也为未来类似灾害性天气过程的精准预报与预警提供了重要参考。