沈陽降水相態(tài)特征分析及預(yù)報(bào)方法

段云霞，李得勤，李大為，梁　紅，柴曉玲，張　帥

(1. 遼寧省沈陽市氣象局，遼寧　沈陽　110168；2. 南京信息工程大學(xué)，江蘇　南京　210044；3. 沈陽中心氣象臺(tái)，遼寧　沈陽　110016)

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沈陽降水相態(tài)特征分析及預(yù)報(bào)方法

段云霞1,2，李得勤3，李大為1，梁紅1，柴曉玲1，張帥1

(1. 遼寧省沈陽市氣象局，遼寧沈陽110168；2. 南京信息工程大學(xué)，江蘇南京210044；3. 沈陽中心氣象臺(tái)，遼寧沈陽110016)

摘要：基于2003～2012年1～3月與11～12月沈陽市渾南站近10 a常規(guī)地面和探空觀測資料，將影響沈陽地區(qū)的天氣形勢分為冷高前部、蒙古氣旋、華北—河套氣旋和倒槽—江淮氣旋型，基于不同高度上的溫度和氣壓層間的位勢厚度，建立沈陽不同天氣形勢降水相態(tài)預(yù)報(bào)的指標(biāo)。不同天氣形勢對應(yīng)的不同降水相態(tài)的溫度及位勢厚度特征存在明顯差異，冷高前部型對應(yīng)冷空氣最強(qiáng)，降水相態(tài)一般為雪，其溫度指標(biāo)較其他天氣型更低，位勢厚度指標(biāo)也較其他天氣型更小，另外3種天氣形勢的降水相態(tài)也能通過溫度和位勢厚度指標(biāo)加以區(qū)分。此外，位勢厚度作為預(yù)報(bào)指標(biāo)較溫度指標(biāo)更易區(qū)分降水相態(tài)，尤其是700 hPa與1 000 hPa之間的位勢厚度(H(700-1000))在不同天氣分型條件下差別較大。通過與不同地區(qū)建立的降水相態(tài)預(yù)報(bào)指標(biāo)對比發(fā)現(xiàn)，建立的預(yù)報(bào)指標(biāo)與以往的研究比較接近，但基于天氣分型建立的預(yù)報(bào)指標(biāo)更有利于對不同降水相態(tài)的準(zhǔn)確預(yù)報(bào)和把握。

關(guān)鍵詞：天氣分型；降水相態(tài)；指標(biāo)；位勢厚度

引言

沈陽地區(qū)冬季相對較長，冷暖季節(jié)交替時(shí)，單次降水過程經(jīng)常會(huì)伴隨不同降水相態(tài)的變化，特別在寒潮天氣爆發(fā)時(shí)，降溫幅度大，導(dǎo)致降水相態(tài)轉(zhuǎn)變的天氣經(jīng)常發(fā)生，對降水相態(tài)及不同相態(tài)轉(zhuǎn)變時(shí)間的準(zhǔn)確預(yù)報(bào)是天氣預(yù)報(bào)工作中面臨的難題。對于天氣服務(wù)而言，當(dāng)24 h累計(jì)降水量達(dá)到5 mm、降水相態(tài)為雨時(shí)，對城市交通、市民出行及社會(huì)生產(chǎn)不會(huì)產(chǎn)生太大影響。但如果降水相態(tài)為降雪，5 mm的降水量則達(dá)到大雪量級，產(chǎn)生的影響不可忽視。所以，降水相態(tài)的準(zhǔn)確預(yù)報(bào)對氣象服務(wù)質(zhì)量有決定性的作用，同時(shí)也能夠及時(shí)為政府部門的決策提供依據(jù)。

受觀測資料限制，對降水相態(tài)轉(zhuǎn)變天氣的云內(nèi)微物理結(jié)構(gòu)以及大氣溫度和濕度的垂直結(jié)構(gòu)與變化還沒有很好的認(rèn)識(shí)。降水相態(tài)的變化主要在于空中成雪相關(guān)的微物理機(jī)制以及雪花下落過程中大氣溫度的垂直變化。廖曉農(nóng)等[1]用探空資料及微波輻射儀觀測的溫度廓線與中尺度數(shù)值模式的輸出結(jié)果分析了北京一次降水相態(tài)轉(zhuǎn)變的天氣過程，發(fā)現(xiàn)0 ℃層高度相對于云底的高度與降水相態(tài)有很好的對應(yīng)關(guān)系，指出冷空氣活動(dòng)是造成不同降水相態(tài)天氣溫度垂直分布不同的主要原因；漆梁波等[2]指出降水相態(tài)的判別應(yīng)該綜合考慮溫度與位勢厚度，通過對中國東部冬季降水相態(tài)的研究，認(rèn)為溫度平均廓線對雨和雪的區(qū)分較好，雪和雨夾雪在低層的大氣冷暖狀態(tài)較相似，區(qū)別主要是雨夾雪在中層相對較暖接近降雨，雪花在中層有部分融化，降落到地面時(shí)，在近地層繼續(xù)融化，以雨夾雪的形態(tài)出現(xiàn)。

國外關(guān)于雨雪的判斷，除了傳統(tǒng)的氣溫閾值外，不同高度層的位勢厚度也常用來表征大氣的冷暖情況，如Lowndes等[3]用850～1 000 hPa之間的位勢厚度(H850-1000)區(qū)別降雨和降雪天氣，當(dāng)H850-1000≤ 1 280 gpm，判定降水相態(tài)為雪。此外，700～1 000 hPa之間的位勢厚度(H700-1000)也用來區(qū)分雨、雪、凍雨及冰粒，并將其應(yīng)用于數(shù)值模式的后處理中用于計(jì)算不同降水相態(tài)的診斷量[4-5]。

國內(nèi)對降水相態(tài)預(yù)報(bào)研究相對較晚，早期主要針對不同高度層上的溫度進(jìn)行分析，并通過建立相應(yīng)的預(yù)報(bào)指標(biāo)判別降水相態(tài)[6-8]。如許愛華等[6]通過分析一次寒潮天氣過程指出，將925和1 000 hPa上的溫度(T925和T1000)作為區(qū)分雨雪的判據(jù)，當(dāng)T925≤ -2 ℃且T1000≤ 0 ℃時(shí)降水相態(tài)為雪；李江波等[7]在對一次強(qiáng)降溫過程的降水相態(tài)進(jìn)行分析后指出，當(dāng)0 ℃層高度下降到950 hPa以下、地面氣溫<0 ℃、925 hPa溫度<-2 ℃，且1 000 hPa溫度<2 ℃，降水相態(tài)將從雨逐漸向雨夾雪到雪轉(zhuǎn)變。隨著對已有判據(jù)的不斷使用和對降水相態(tài)天氣特征的不斷認(rèn)識(shí)，位勢厚度也逐漸用于降水相態(tài)預(yù)報(bào)指標(biāo)的建立工作中[9-10]。漆梁波等[2]在研究中國東部冬季降水相態(tài)時(shí)，采用H700-1000、H700-850、H850-1000、T925、T1000，以單個(gè)判據(jù)和混合判據(jù)的方式，建立了雨、雪、雨夾雪和凍雨(冰粒)預(yù)報(bào)的判據(jù)，結(jié)果表明其具有較好的應(yīng)用效果。張琳娜等[11]在建立北京地區(qū)冬季降水相態(tài)識(shí)別指標(biāo)時(shí)，除了將不同高度層上的溫度和位勢厚度作為判據(jù)，還加入了地面2 m溫度和相對濕度。

隨著數(shù)值預(yù)報(bào)模式的不斷發(fā)展，數(shù)值模式所使用的微物理過程方案中包含了更加細(xì)致的水物質(zhì)分類，如云水、雨水、冰晶、雪、霰和水汽量等。但模式仍然不能直接輸出降水的相態(tài)產(chǎn)品，需要借助實(shí)際觀測資料的分析來對數(shù)值預(yù)報(bào)模式的結(jié)果進(jìn)行診斷，得到數(shù)值預(yù)報(bào)模式降水相態(tài)的診斷預(yù)報(bào)閾值。崔錦等[12-13]基于東北地區(qū)數(shù)值預(yù)報(bào)結(jié)果建立了東北地區(qū)冬季降水相態(tài)的預(yù)報(bào)產(chǎn)品，在東北區(qū)域數(shù)值預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)中也得到了很好的應(yīng)用。

降水相態(tài)不僅與近地層的溫度有關(guān)，還與中層大氣氣溫和層結(jié)狀態(tài)有很大的關(guān)系?？v觀以上研究內(nèi)容，雖然已經(jīng)對不同降水相態(tài)的溫度和位勢厚度進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，并建立了一些指標(biāo)，但這些研究具有很強(qiáng)的局地特征，不同文獻(xiàn)中的判據(jù)不能完全統(tǒng)一，也很難應(yīng)用于其他地方。與以往研究不同的是，這里選取了對沈陽具有代表性的渾南站作為研究對象，通過地面觀測資料首先確定影響該地的天氣形勢，然后對不同的天氣形勢進(jìn)行歸類，進(jìn)而對每種天氣形勢不同高度上對應(yīng)的溫度與位勢厚度進(jìn)行分析，最終建立沈陽地區(qū)不同降水相態(tài)的預(yù)報(bào)指標(biāo)，為天氣預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)提供判斷依據(jù)。

1資料及天氣分型

所用資料為沈陽渾南站2003～2012年1～3月和11～12月共10 a的地面數(shù)據(jù)與每日08時(shí)和20時(shí)的探空觀測資料。

冬季影響遼寧省及其周邊區(qū)域的天氣系統(tǒng)主要有冷高前部、蒙古氣旋、華北氣旋、河套氣旋、倒槽和江淮氣旋。根據(jù)冷空氣活動(dòng)路徑和強(qiáng)度特征，將來源于沈陽地區(qū)西部的華北氣旋和河套氣旋二者合并為一類，將來自沈陽地區(qū)西南方向的倒槽和江淮氣旋系統(tǒng)劃分為一類。最終，將影響沈陽冬季的天氣形勢歸納為冷高前部型、蒙古氣旋型、華北—河套氣旋型與倒槽—江淮氣旋型共4種。

沈陽地區(qū)冬季較長，降水相態(tài)主要以降雪為主，在冷暖交替季節(jié)，降雪天氣過程常常伴有降雨和雨夾雪天氣，這里主要以每年1～3月和11～12月的降水過程作為統(tǒng)計(jì)研究對象。通過統(tǒng)計(jì)2003～2012年渾南站1～3月和11～12月地面觀測資料中的降水樣本共386次，其中雨夾雪27個(gè)樣本、雨106個(gè)樣本、雪 253個(gè)樣本。圖1給出沈陽城區(qū)渾南站2003～2012年近10 a冬季1～3月和11～12月出現(xiàn)的降雨、降雪和雨夾雪天氣的樣本數(shù)，可以看出2010和2012年的降雪天氣次數(shù)較往年明顯增加，降雨天氣次數(shù)除2005年和2009年外，其余年接近10～15次。自2007年以來，雨夾雪天氣有效記錄次數(shù)呈明顯增加趨勢。圖2給出2003～2012年1～3月和11～12月每月發(fā)生降雪、降雨和雨夾雪天氣的次數(shù)，可以看出12月與1月沈陽地區(qū)降水主要以降雪為主，主要因?yàn)?2月和1月為該地區(qū)氣溫最低月份，其它3個(gè)月均能出現(xiàn)雨夾雪和降雨，但主要集中在3月和11月，2月相對較少。

圖1　2003～2012年沈陽冬季1～3月

圖2　2003～2012年沈陽1～3月和

由于不同降水相態(tài)指標(biāo)的建立主要依據(jù)不同高度上的溫度和位勢厚度，其主要基于探空觀測資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。所以所使用的實(shí)際分析樣本選擇08時(shí)與20時(shí)沈陽渾南站發(fā)生降水的樣本，表1給出4種天氣分型所對應(yīng)的樣本數(shù)。

表1　2003～2012年影響沈陽的

2結(jié)果分析

根據(jù)以往的研究結(jié)果[1-2,6-9]，國內(nèi)早期大多使用850 hPa、925 hPa及近地面2 m溫度(T850、T925和T2 m)建立不同降水相態(tài)的預(yù)報(bào)指標(biāo)，但僅僅使用溫度并不能很好地界定降水相態(tài)。不同高度上的位勢厚度表示空氣從一個(gè)高度抬升(或下降)到另外一個(gè)高度所吸收(或釋放)的能量，實(shí)際上在一定程度上反映了2層大氣間的冷暖狀況。結(jié)合以往的研究[3-5,9-10]，本文引入700 hPa與1 000 hPa及850 hPa與1 000 hPa間的位勢厚度(H700-1000和H850-1000)，用來建立不同降水相態(tài)的預(yù)報(bào)指標(biāo)。

2.1不同天氣形勢下的溫度統(tǒng)計(jì)特征

降水相態(tài)的主要影響要素仍然為溫度，但不同降水相態(tài)的轉(zhuǎn)變不僅與近地面溫度有關(guān)，還與整層大氣溫度的垂直結(jié)構(gòu)有直接的關(guān)系。所以，以往的研究內(nèi)容也大多使用了不同高度上的溫度建立降水相態(tài)的預(yù)報(bào)指標(biāo)[11]。在建立沈陽冬季降水相態(tài)的預(yù)報(bào)指標(biāo)時(shí)，考慮了850 hPa高度上的溫度(T850)、925 hPa高度上的溫度(T925)與近地面2 m高度上的溫度(T2 m)，用來對比分析不同天氣形勢條件下不同降水相態(tài)對應(yīng)的3個(gè)溫度要素的差異。

圖3為4種天氣分型情況下降水相態(tài)為雨和雪時(shí)T850、T925和T2 m的分布，由于冷高前部型天氣降水相態(tài)基本為雪，降雨樣本很少，所以圖3a中只給出降雪樣本的溫度變化。統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示冷高前部(圖3a)降水相態(tài)為雪時(shí)一般滿足T850≤-11 ℃、T925≤-10 ℃和T2 m≤-2 ℃，26個(gè)降雪樣本中僅有3個(gè)樣本未滿足上述條件。對于蒙古氣旋天氣形勢(圖3b)，降水相態(tài)為雪時(shí)一般滿足T850≤-5 ℃、T925≤-4 ℃和T2 m≤-1 ℃；當(dāng)降水相態(tài)為雨時(shí)一般滿足T850>-7 ℃、T925>-5 ℃和T2 m>-1 ℃；當(dāng)-7 ℃-8 ℃、T925>-5 ℃和T2 m>-1 ℃，T850和T925較其他天氣分型的溫度更低。倒槽—江淮氣旋的天氣形勢(圖3d)，當(dāng)降水相態(tài)為雪時(shí)一般滿足T850≤-6 ℃、T925≤-3 ℃和T2 m≤-1 ℃；而當(dāng)降水相態(tài)為雨時(shí)一般滿足T850>-7 ℃、T925>-2 ℃和T2 m>1 ℃。整體而言，冷高前部天氣形勢下不同氣壓層上的溫度相對較低，在5個(gè)月中，降水相態(tài)基本上均為雪；蒙古氣旋形勢下不同高度上的溫度較華北—河套氣旋型低，即西北路冷空氣較西路冷空氣相對強(qiáng)一些。值得注意的是倒槽—江淮氣旋天氣形勢西南路系統(tǒng)較西路系統(tǒng)更冷，一方面可能由于西南路系統(tǒng)濕度比較大導(dǎo)致升溫較慢；另一方面，倒槽與江淮氣旋造成沈陽的降水天氣大多數(shù)都與高空冷渦天氣配合，冷渦系統(tǒng)為深厚的冷性系統(tǒng)，中高層溫度也相對較低。

2.2不同天氣形勢下位勢厚度統(tǒng)計(jì)特征

常規(guī)的08時(shí)與20時(shí)探空資料所得的溫度只是不同標(biāo)準(zhǔn)高度層上的溫度，不能用來識(shí)別2層之間或整層大氣的溫度狀況。根據(jù)大氣靜力學(xué)方程，氣壓層之間的厚度與2層間的平均溫度成正比，平均溫度越高，對應(yīng)2層之間的厚度也就越大，即氣壓層之間的厚度能體現(xiàn)2層間大氣的整體冷暖情況。所以，2層間的位勢厚度也常常被用來建立降水相態(tài)的預(yù)報(bào)指標(biāo)，即通過比較這些厚度可得出降水類型的閾值以提供不同相態(tài)降水的信息[15-16]。

圖3　冷高前部(a)、蒙古氣旋(b)、華北—河套氣旋(c)和倒槽—江淮氣旋(d)

圖4給出4種天氣分型對應(yīng)的降水相態(tài)為雪和雨時(shí)H700-1000和H850-1000的箱線圖，方框中的橫線代表中位數(shù)，方框的上下邊界分別代表樣本數(shù)第一四分位數(shù)和第三四分位數(shù)，由于冷高前部型降雨樣本較少，所以沒有給出相應(yīng)的箱線圖?？梢钥闯?，4種天氣分型對應(yīng)的降水相態(tài)為雨時(shí)，H700-1000與H850-1000均比降水相態(tài)為雪時(shí)大，即降水相態(tài)為雨時(shí)整層空氣相對較暖，對應(yīng)位勢厚度也較大。蒙古氣旋、華北—河套氣旋和倒槽—江淮氣旋型降水相態(tài)為雨時(shí)H700-1000和H850-1000最小值都比降水相態(tài)為雪時(shí)的第三四分位數(shù)大，即當(dāng)H700-1000和H850-1000小于第三四分位數(shù)時(shí)降水相態(tài)基本可以判別為雪。降水相態(tài)為雪(雨)時(shí)，華北—河套氣旋H700-1000和H850-1000的中位數(shù)最大，分別為2 770 gpm(2 880 gpm)和1 275 gpm(1 335 gpm)，冷空氣強(qiáng)度相對最弱。冷高前部天氣形勢下，降水相態(tài)大部分為雪，H700-1000和H850-1000的中位數(shù)最小，分別為2 710 gpm和1 230 gpm，冷空氣強(qiáng)度最強(qiáng)。降水相態(tài)為雪(雨)時(shí)，蒙古氣旋和倒槽—江淮氣旋形勢下，H700-1000和H850-1000相近，H700-1000和H850-1000中位數(shù)差值均<20 gpm(雪)和10 gpm(雨)，特別是降雪相態(tài)時(shí)兩者H850-1000中位數(shù)相同。

圖5給出4種天氣分型下降水相態(tài)為雪和雨的不同樣本H700-1000和H850-1000的分布?？梢钥闯隼涓咔安啃?圖5a)與其他3種天氣分型對應(yīng)的H700-1000和H850-1000有較大差別，冷高前部天氣形勢下只給出降雪天氣位勢高度的分布特征，對應(yīng)降水相態(tài)為雪時(shí)一般同時(shí)滿足H700-1000≤2 750 gpm、H850-1000≤1 270 gpm；蒙古氣旋型(圖5b)對應(yīng)的降水相態(tài)為雪時(shí)一般同時(shí)滿足H700-1000≤2 780 gpm、H850-1000≤1 280 gpm，降水相態(tài)為雨時(shí)同時(shí)滿足H700-1000>2 770 gpm、H850-1000>1 290 gpm；華北—河套氣旋型(圖5c) 降水相態(tài)為降雪時(shí)同時(shí)滿足H700-1000≤2 850 gpm、H850-1000≤1 300 gpm，降水相態(tài)為雨時(shí)同時(shí)滿足H700-1000>2 770 gpm、H850-1000>1 290 gpm；倒槽—江淮氣旋型(圖5d)樣本數(shù)相對較少，但也呈現(xiàn)出比較明顯的特征，降水相態(tài)為降雪時(shí)同時(shí)滿足H700-1000≤2 800 gpm、H850-1000≤1 290 gpm，而降水相態(tài)為雨時(shí)同時(shí)滿足H700-1000>2 770 gpm和H850-1000>1 290 gpm。

圖4　冷高前部、蒙古氣旋、華北—河套氣旋、倒槽—江淮氣旋天氣形勢下

圖5　冷高前部(a)、蒙古氣旋(b)、華北—河套氣旋(c)、倒槽—江淮氣旋(d)型

2.3沈陽降水相態(tài)判別指標(biāo)建立

表2給出冷高前部、蒙古氣旋、華北—河套氣旋和倒槽—江淮氣旋4種天氣分型下降水相態(tài)為雪和雨時(shí)不同高度上的溫度和位勢厚度的預(yù)報(bào)指標(biāo)。從3個(gè)高度上溫度的降雪指標(biāo)來看，冷高前部的指標(biāo)與其他3種天氣形勢的指標(biāo)差異相對較大，不同高度上的溫度均低于其他3種天氣形勢的指標(biāo)，其中T850和T925偏低5～6 ℃。對于其他3種天氣形勢的指標(biāo)，降雨樣本數(shù)比較少，但就這幾個(gè)樣本而言，T850指標(biāo)相差1 ℃，華北—河套氣旋T850偏低，倒槽—江淮氣旋T925和T2 m偏高。對于位勢厚度指標(biāo)，降水相態(tài)為雪時(shí)，不同天氣形勢的H850-1000相差30 gpm，H700-1000相差則達(dá)到100 gpm，這充分說明850 hPa以上的中高層冷暖情況對降水相態(tài)預(yù)報(bào)具有很好的指示作用。對于不同天氣分型，冷高前部的位勢厚度和溫度指標(biāo)比較一致，位勢厚度也較其他3種天氣形勢偏小，特別是H700-1000，且華北—河套氣旋的位勢厚度指標(biāo)也表現(xiàn)出與溫度指標(biāo)相似的情況。具體應(yīng)用中在考慮溫度指標(biāo)的同時(shí)也應(yīng)充分考慮H700-1000指標(biāo)。

表3給出國內(nèi)最新相關(guān)研究建立的預(yù)報(bào)指標(biāo)，用來分析不同地區(qū)降水相態(tài)預(yù)報(bào)指標(biāo)的共性與差異，為沈陽市以及其他地區(qū)降水相態(tài)預(yù)報(bào)指標(biāo)的建立和應(yīng)用提供指導(dǎo)?？梢钥闯鲭m然統(tǒng)計(jì)樣本來自不同研究區(qū)域，但從溫度指標(biāo)來看，不同地區(qū)的T850存在較好的一致性；從位勢厚度指標(biāo)來看，不同地區(qū)的H700-1000和H850-1000也具有很好的一致性。具體來看，南部地區(qū)(中國東南部地區(qū)和江蘇省)降雪的T850溫度指標(biāo)較北方(北京、山西和丹東)偏高1 ℃，相比之下，近地面的溫度指標(biāo)(T925和T2 m)并不完全一致，當(dāng)T925的溫度<-2 ℃，T2 m的溫度<0 ℃時(shí)，降水相態(tài)一般為雪。結(jié)合表2可以看出這些指標(biāo)與本文建立的指標(biāo)相比相對偏高。從位勢厚度指標(biāo)來看，雖然樣本來自于不同地區(qū)，但H700-1000、H850-1000指標(biāo)之間的差異并不明顯。但相對于溫度指標(biāo)而言，H700-1000、H850-1000差異較大，也便于分辨。同樣對比以往的降雪指標(biāo)與本文建立的指標(biāo)發(fā)現(xiàn)，對于不同天氣分型H700-1000與以往的指標(biāo)存在一定的差異，而H850-1000與以往的指標(biāo)有很好的一致，不同天氣分型條件下的差異較小，這也同時(shí)反映了在位勢高度指標(biāo)建立時(shí)應(yīng)重點(diǎn)考慮850 hPa高度以上的溫度條件，即H700-1000，從而更加有利于降水相態(tài)的準(zhǔn)確把握。

表2　不同天氣分型下降水相態(tài)為雪、雨時(shí)溫度與位勢厚度指標(biāo)

表3　以往研究文獻(xiàn)中降水相態(tài)的判據(jù)

為了檢驗(yàn)預(yù)報(bào)指標(biāo)對實(shí)際降水相態(tài)預(yù)報(bào)的指示意義，選擇2013～2014年1～3月和11～12月08時(shí)與20時(shí)降水樣本進(jìn)行檢驗(yàn)。表4給出分別使用位勢厚度和溫度指標(biāo)判斷正確和錯(cuò)誤的樣本數(shù)?？梢钥闯?2個(gè)降水樣本，利用溫度和位勢厚度指標(biāo)檢驗(yàn)的準(zhǔn)確率均為90.9%，而降水相態(tài)判斷出錯(cuò)的樣本主要為華北—河套氣旋天氣形勢，且均不能同時(shí)滿足相應(yīng)的溫度與位勢厚度指標(biāo)。所以在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，不僅需要將2種指標(biāo)結(jié)合使用，且降水相態(tài)判別出現(xiàn)差異時(shí)，還需引入其他判別方法。而根據(jù)以往的預(yù)報(bào)指標(biāo)，如果不對天氣進(jìn)行分型，利用850 hPa、925 hPa和地面溫度分別為-4 ℃、-2 ℃和0 ℃直接作為降水相態(tài)預(yù)報(bào)判別指標(biāo)，準(zhǔn)確率僅為77.3%?？梢姡瑢⑻鞖庑蝿莘中秃?，單獨(dú)利用溫度指標(biāo)或位勢厚度指標(biāo)判別都較以往的指標(biāo)顯示出一定的優(yōu)勢，將二者結(jié)合，對降水相態(tài)的預(yù)報(bào)具有很好的指導(dǎo)意義。

表4　分別使用溫度和位勢厚度指標(biāo)對2013～2014年沈陽冬季降水樣本相態(tài)的檢驗(yàn)

3小結(jié)

(1)基于不同的天氣分型，利用T850、T925和T2 m建立了沈陽不同降水相態(tài)的預(yù)報(bào)指標(biāo)，通過4種天氣分型條件下降水相態(tài)指標(biāo)的對比得到冷高前部天氣形勢下一般發(fā)生降雪天氣，蒙古氣旋相對華北—河套氣旋型溫度更低，同時(shí)倒槽—江淮氣旋西南路系統(tǒng)較西路系統(tǒng)更冷，這可能與相對濕度較高或冷渦天氣控制有關(guān)。

(2)不同標(biāo)準(zhǔn)高度間的位勢厚度反映了一定高度層之間空氣的冷暖情況，比只選擇某一層或幾層上的溫度作為判別指標(biāo)更有代表性意義。針對不同天氣分型的位勢厚度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，基于H700-1000和H850-1000建立不同降水相態(tài)的預(yù)報(bào)指標(biāo)，結(jié)果表明位勢厚度不僅能反映溫度指標(biāo)的一些特征，且較溫度指標(biāo)更易分辨降水相態(tài)，特別是中高層H700-1000與低層溫度指標(biāo)的綜合使用能更好地判別降水相態(tài)。

(3)建立的預(yù)報(bào)指標(biāo)雖然絕大多數(shù)與以往研究得到的指標(biāo)有很好的一致性，但由于引入天氣分型，較以往研究指標(biāo)更為細(xì)致，也更具有指導(dǎo)性作用。通過對2013～2014年的降水樣本進(jìn)行檢驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)，根據(jù)天氣分型建立的降水相態(tài)預(yù)報(bào)指標(biāo)更加可靠。

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Analysis on Precipitation Phase Characteristics and Its Forecast Methods of Shenyang

DUAN Yunxia1,2, LI Deqin3, LI Dawei1, LIANG Hong1, CHAI Xiaoling1, ZHANG Shuai1

(1.ShenyangMeteorologicalBureauofLiaoningProvince,Shenyang110168,China;2.CollegeofAtmosphereScience,NanjingUniversityofInformationScience&Technology,Nanjing210044,China;3.ShenyangCentralMeteorologicalObservatory,Shenyang110016,China)

Abstract:Based on surface conventional observation data and sounding data from January to March and November to December during 2003-2012 at Hunnan station of Shenyang, the weather circulation influencing Shenyang was classified into four patterns including the front of cold high pressure, Mongolia cyclone, North China-Yellow River cyclone and the inverted trough-Changjiang-Huaihe cyclone firstly, then on the basis of that, the identification criterions of different precipitation phase in winter of Shenyang were established. By comparing the identification criterions of different precipitation phase, it was found that there were significant differences in temperature and geopotential thickness for different precipitation phase under different weather patterns. The strength of cold air was strongest under the front of cold high pressure situation, and temperature was lower and geopotential thickness was thinner than those under other weather situations. However, temperature and geopotential thickness could be used to distinguish precipitation phase of the other three weather patterns quite well. It was more likely to distinguish precipitation phase with geopotential thickness than that with temperature only, especially the geopotential thickness between 700 hPa and 1 000 hPa. Finally, by comparing the identification criterions with the past work, though the identification criterion in this work was more close to the past, it was more conductive to distinguish precipitation phase and make more accurate prediction based on weather patterns.

Key words:synoptic patterns; precipitation phase; identification criterion; geopotential thickness

中圖分類號(hào)：P457.6

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1006-7639(2016)-01-0051-07

doi:10.11755/j.issn.1006-7639(2016)-01-0051

作者簡介：段云霞(1983-)，女，內(nèi)蒙烏蘭察布人，博士研究生，主要從事雷達(dá)資料反演、臺(tái)風(fēng)數(shù)值模擬研究. E-mail：yxduan@163.com通訊作者：李得勤(1981-)，男，甘肅民樂人，博士，主要從事中尺度天氣、陸面過程和區(qū)域氣候模擬研究. E-mail：lewen05@hotmail.com

基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金“參數(shù)優(yōu)化和數(shù)據(jù)同化用于土壤濕度估算研究”(41105064)和“遼寧省強(qiáng)對流專家型預(yù)報(bào)員團(tuán)隊(duì)”共同資助

收稿日期：2015-04-25；改回日期：2015-06-29

段云霞，李得勤，李大為，等.沈陽降水相態(tài)特征分析及預(yù)報(bào)方法[J].干旱氣象，2016，34(1)：51-57, [DUAN Yunxia, LI Deqin, LI Dawei, et al. Analysis on Precipitation Phase Characteristics and Its Forecast Methods of Shenyang[J]. Journal of Arid Meteorology, 2016, 34(1):51-57], doi:10.11755/j.issn.1006-7639(2016)-01-0051