張家界市雨雪相態(tài)轉(zhuǎn)換預(yù)報(bào)著眼點(diǎn)研究

陳孟瓊+王林+劉劍橋+胡艷陽+張海鷗

摘要 利用常規(guī)天氣圖、NCEP再分析資料、鄂西站探空資料，對(duì)張家界市2014年3次低溫雨雪冰凍過程的天氣實(shí)況、天氣背景、環(huán)境條件等進(jìn)行了綜合分析。通過分析研究出張家界市出現(xiàn)雨夾雪或純雪的氣溫指標(biāo)值，張家界站、慈利站氣溫≤2 ℃，桑植站氣溫≤1 ℃。通過分析臨近張家界的鄂西T-logP資料得知，降雪前中低層存在逆溫層，降雪后在高空冷平流的影響下降溫，其逆溫減弱直至消失。逆溫層的厚度、強(qiáng)度與降雪的強(qiáng)度和維持時(shí)間正相關(guān)。雨雪的大小，除了考慮水汽條件外，還要綜合考慮動(dòng)力抬升的強(qiáng)弱和降水持續(xù)時(shí)間的長短。對(duì)冬季雨雪相態(tài)轉(zhuǎn)換研究可明確雨雪分界線及轉(zhuǎn)換時(shí)間，為精細(xì)化預(yù)報(bào)預(yù)警提供技術(shù)支撐。

關(guān)鍵詞 雨雪；相態(tài)轉(zhuǎn)換；預(yù)報(bào)著眼點(diǎn)；湖南張家界

中圖分類號(hào) P458.121 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1007-5739（2017）06-0214-04

Research on Forecast Focus of Phase Transformation of Rain and Snow in Zhangjiajie City

CHEN Meng-qiong WANG Lin LIU Jian-qiao HU Yan-yang ZHANG Hai-ou

（Zhangjiajie Meteorological Bureau in Hunan Province，Zhangjiajie Hunan 427000）

Abstract Using conventional weather maps，NCEP reanalysis data，Western Hubei Station sounding data，the actual weather，weather background and environmental conditions of low temperature and freezing process for 3 times in Zhangjiajie City in 2014 were analyzed comprehensively in this paper. The results showed that temperature index of sleet or pure snow in Zhangjiajie City was obtained，temperature of Zhangjiajie Station and Cili Station was less than or equal to 2 ℃，temperature of Sangzhi Station was less than or equal to 1 ℃.Through the analysis of T-logP data in western Hubei，there was low-level inversion layer before snow，and the inversion weakened until disappear under the influence of high altitude cold advection after snow. Thickness and strength of inversion layer were positively associated with the intensity and duration of snow. The size of the rain and snow was also related to the strength of the dynamic lifting and the rainfall duration，besides water vapor condition. The research on phase transformation of winter snow and rain can provide technical support for fine forecast，because it can confirm the demarcation line and conversion time of rain and snow.

Key words rain and snow；phase transformation；forecast focus；Zhangjiajie Hunan

張家界市位于湖南西北部，地處云貴高原隆起與洞庭湖沉降區(qū)結(jié)合部，介于北緯28°52′～29°48′、東經(jīng)109°40′～111°20′之間。境內(nèi)多山，地勢(shì)由西北向東南傾斜，桑植縣西北部的斗蓬山海拔1 890.4 m，為市境最高處，市內(nèi)最低點(diǎn)海拔75 m，位于慈利東部。張家界屬中亞熱帶山原型季風(fēng)性濕潤氣候，光熱充足，雨量充沛，無霜期長，嚴(yán)寒期短，出現(xiàn)連續(xù)5 d或以上日平均氣溫≤0 ℃的嚴(yán)寒期年份極少。冬季平均降雪日數(shù)為8.5 d，最多達(dá)17 d，最少3 d。平均初雪日在12月8日，終雪日為3月11日。一次嚴(yán)重的雨雪天氣過程往往伴隨大風(fēng)和大幅度降溫現(xiàn)象，甚至出現(xiàn)冰凍，對(duì)越冬作物、旅游交通等產(chǎn)生不利影響[1-3]。

1 天氣實(shí)況

2014年2月上、中旬期間，張家界前后共出現(xiàn)3次低溫雨雪冰凍天氣過程，分別為4日白天至8日夜間（簡稱0206過程），12日白天（簡稱0212過程），16日晚上至17日晚上（簡稱0218過程）。其中，0206過程降雪強(qiáng)度達(dá)到中雪，主要降雪時(shí)段為5日夜間至6日夜間、7日夜間至8日夜間，降水相態(tài)包含有雨、雨夾雪、雪，過程累計(jì)雨雪總量為12.6 mm，最大積雪深度1 cm；0212雨雪天氣過程較弱，僅12日白天下了0.1 mm的純雪，雪深0 cm；0218過程降雪強(qiáng)度達(dá)到大到暴雪，主要降雪時(shí)段為17日晚上，降水相態(tài)包含有雨、雨夾雪、雪，雨雪總量達(dá)8.8 mm，最大積雪深度4 cm（桑植）。這3次降雪天氣過程的共同點(diǎn)是降雪范圍廣，大部分地區(qū)均出現(xiàn)了積雪、道路結(jié)冰等現(xiàn)象，對(duì)交通運(yùn)輸和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成了嚴(yán)重的影響。不同之處在于0206過程低溫雨雪持續(xù)時(shí)間長達(dá)5～6 d，更有利于積雪和冰凍天氣的維持；而0218過程的強(qiáng)度要明顯強(qiáng)于0206過程和0212過程，但由于這次降雪過程是先雨后雪，所以最大積雪深度只有4 cm；0212過程降雪時(shí)間短、強(qiáng)度弱[4-6]。

2 天氣背景分析

2.1 500 hPa高空形勢(shì)

分析這3次過程的500 hPa高空形勢(shì)場(chǎng)，從圖1（a）、（b）、（c）可以看出，0206過程和0212過程的歐亞中高緯為寬廣的低壓槽區(qū)，有分裂小槽攜帶冷空氣東移南下影響我國大部地區(qū)，中低緯0206過程高原上多小波動(dòng)?xùn)|傳，0212過程僅四川1個(gè)低槽。而0218過程歐亞中高緯為一槽一脊型，烏拉爾山為高壓脊，亞洲東部沿海到貝湖北部為低壓槽區(qū)，新疆東部有冷槽東移南下，中低緯在陜西—川南有緯向型低槽東出影響張家界[7-10]。

2.2 地面冷空氣

分析這3次過程的地面形勢(shì)場(chǎng)，從圖1（d）、（e）、（f）可以看到，影響張家界的冷空氣路徑分為2條：一是由華北地區(qū)經(jīng)山東—河南—湖北中東部南下的東路冷空氣，二是由西北地區(qū)經(jīng)陜南—川北—鄂西南下的中路冷空氣。其中0206過程和0212過程為東路冷空氣影響，0218過程?hào)|路冷空氣先影響，然后中路冷空氣南下補(bǔ)充影響。這3次過程中，冷高壓中心位置均在45°N附近，中心強(qiáng)度0206過程為1 047.5 hPa，0212過程為1 050.0 hPa，0218過程為1 060.0 hPa。降雪均出現(xiàn)在冷鋒后，影響張家界的海平面氣壓在1 030.0 hPa以上[11]。

2.3 西南急流

分析這3次降雪過程前12 h內(nèi)的700 hPa西南急流（圖2），2月5日20：00，在106°～110°E、23°～25°N，有一中心值>17.0 m/s以上的U分量大值區(qū)，張家界市處于其北側(cè)，U值為13 m/s，垂直運(yùn)動(dòng)條件較好，有利降水發(fā)生。12日8：00，在106°～110°E、22°～24°N有一個(gè)中心值>24 m/s的U分量大值區(qū)，位置偏南，張家界U值為3 m/s，不利降水發(fā)生。17日20：00，在108°～116°E、24°～28°N，有東北—西南向的>21 m/s的U分量大值區(qū)，張家界處于其西北側(cè)，U值為14.5 m/s，垂直運(yùn)動(dòng)條件較好，有利降水發(fā)生?？梢?，0218過程西南急流位置最利于張家界的水汽和動(dòng)力條件的發(fā)展，有強(qiáng)降水發(fā)生，0206過程居中，0212過程最差，當(dāng)天只下了小雪。

3 環(huán)境條件分析

3.1 水汽分布

分析這3次降雪過程前12 h內(nèi)的850 hPa相對(duì)濕度（圖3），2月5日20：00，在108°～112°E、27°～30°N有西北—東南向的100%濕度值中心，表示張家界市水汽條件好，有利降水發(fā)生。2月12日8：00，在107°～110°E、23°～26°N有濕度大值中心95%，而在其北部的張家界，相對(duì)濕度只有60%，水汽條件較差，不利于降水發(fā)生。17日20：00，在108°～110°E、25°～30°N為南北向的100%濕度值中心，張家界市正處在其中，水汽條件好，利于降水發(fā)生。可見，0206過程和0218過程水汽條件好，而0212過程水汽條件差。

3.2 動(dòng)力條件

分析這3次降雪過程前12 h內(nèi)700 hPa垂直速度（圖4），2月5日20：00，在109°～115°E、27°～29°N有一橢圓形的上升運(yùn)動(dòng)的大值中心-0.2×10-3 hPa/s，張家界市處于其西北側(cè)，垂直上升速度為-0.185×10-3 hPa/s，動(dòng)力條件較好，有利降水發(fā)生。2月12日8：00，在110°～114°E、30°～33°N有一南北向的上升運(yùn)動(dòng)的大值中心-0.225×10-3 hPa/s，張家界市處于其西南側(cè)，為-0.175×10-3 hPa/s，比0206過程垂直運(yùn)動(dòng)條件略差，也較有利降水發(fā)生。2月17日20：00，在105°～108°E、26°～28°N有一橢圓形的上升運(yùn)動(dòng)的大值中心-0.375×10-3 hPa/s，張家界市處于其東北側(cè)，為-0.3×10-3 hPa/s，垂直上升運(yùn)動(dòng)條件很好，有利較強(qiáng)的降水發(fā)生。可見，0218過程上升運(yùn)動(dòng)條件最好，而0206過程和0212過程上升運(yùn)動(dòng)條件相比而言稍差。

3.3 氣溫條件

分析張家界、慈利、桑植國家觀測(cè)站3次雨雪轉(zhuǎn)換期的氣溫變化情況（圖5），張家界站0206過程中，5日晚上有個(gè)雨—雨夾雪—雪的轉(zhuǎn)換過程，對(duì)應(yīng)氣溫由2.5 ℃ 降至0.6 ℃，9：12—9：47下純雪，氣溫0.8 ℃，10：06轉(zhuǎn)雨夾雪，持續(xù)52 min，氣溫1.0～1.4 ℃，19：27開始再次出現(xiàn)雨夾雪，氣溫2.0 ℃；0212過程中，12日9：36—14：55下純雪，對(duì)應(yīng)氣溫由0.5 ℃降至-0.3 ℃后回升到1.7 ℃；0218過程中，17日20：00至18日8：00，經(jīng)歷了雨—雨夾雪—雪的轉(zhuǎn)換過程，對(duì)應(yīng)氣溫由4.7 ℃降到0.6 ℃再回升到1.6 ℃，最低氣溫出現(xiàn)在18日1：00，為0.6 ℃?？梢姀埣医缯練鉁卦?.0 ℃以下時(shí)，下雨夾雪或純雪的可能性非常大。

慈利站0206過程中，5日晚上有雨—雨夾雪—雪的轉(zhuǎn)換過程，對(duì)應(yīng)氣溫由1.2 ℃降至0.5 ℃再緩慢回升到0.7 ℃，10：45開始下間歇性純雪，一直到16：02，氣溫1.4～1.8 ℃，16：02轉(zhuǎn)雨，持續(xù)52 min，氣溫1.8 ℃；0212過程中，12日10：31—13：24下純雪，對(duì)應(yīng)氣溫為1.8～2.2 ℃；0218過程中，17日20：00至18日8：00，經(jīng)歷了雨—雨夾雪—雪的轉(zhuǎn)換過程，對(duì)應(yīng)氣溫由4.1 ℃降到0.9 ℃再回升到1.9 ℃，最低氣溫出現(xiàn)在18日1：00，為0.9 ℃?？梢姶壤練鉁卦?.2 ℃以下時(shí)，下雨夾雪或純雪的可能性非常大。

桑植站0206過程中，6日9：06轉(zhuǎn)雨夾雪，對(duì)應(yīng)當(dāng)時(shí)氣溫為0.5 ℃，10：29轉(zhuǎn)純雪，持續(xù)到12：22，氣溫0.3～0.5 ℃，15：56轉(zhuǎn)雨，持續(xù)到18：08，氣溫穩(wěn)定在1.1 ℃；0212過程中，12日9：24到13：25下純雪，對(duì)應(yīng)當(dāng)時(shí)氣溫為-0.2 ℃降到 -0.7 ℃后再緩慢回升到0.2 ℃，16：28再次下純雪，持續(xù)到19：20，氣溫由0.8 ℃降至0.2 ℃；0218過程中，17日20：00到18日8：00，經(jīng)歷了雨—雨夾雪—雪的轉(zhuǎn)換過程，氣溫再由2.3 ℃降至0 ℃再緩慢回升到0.8 ℃，最低氣溫出現(xiàn)在17日24：00，為0 ℃?？梢娚Ｖ矚鉁卦?.0 ℃以下時(shí)，下雨夾雪或純雪的可能性非常大。

3.4 T-logP圖分析

從臨近張家界的鄂西站T-logP資料（圖6）分析，這3次降雪過程中，降雪前都存在逆溫層，降雪后在高空冷平流的影響下降溫，其逆溫減弱直至消失[12]。逆溫層的厚度、強(qiáng)度與降雪的強(qiáng)度和維持時(shí)間正相關(guān)。濕層越深厚，降水越大。0206過程的逆溫層高度在760～800 hPa之間，逆溫層起始高度較其他2次低，厚度40 hPa，強(qiáng)度0.15 ℃/hPa，近地面溫度>0 ℃，660 hPa以下濕度大，水汽條件好，所以出現(xiàn)了雨雪相態(tài)轉(zhuǎn)換且維持時(shí)間較長。0212過程在680～750 hPa之間存在一逆溫層，厚度70 hPa，強(qiáng)度0.07 ℃/hPa，近地面溫度 ≤0 ℃，從高空到地面溫度均<0 ℃，500 hPa以下水汽條件好，故此次過程表現(xiàn)為短暫的無相態(tài)變化的直接降雪過程。0218過程在640～750 hPa之間存在一逆溫層，厚度110 hPa，強(qiáng)度0.07 ℃/hPa，近地面溫度>0 ℃，濕層深厚，300 hPa以下濕度都很大，這次過程出現(xiàn)了雨雪相態(tài)轉(zhuǎn)換，降水強(qiáng)度明顯大于其他2次，但降雪維持時(shí)間不長。

從風(fēng)的垂直變化可以看出，3次過程均為深厚的冷平流控制。0206過程和0218過程中低層垂直風(fēng)切變比較大，表明有充足的水汽供應(yīng)和足夠的動(dòng)力條件，使得這2次過程的雨強(qiáng)較大，持續(xù)時(shí)間較長。0212過程動(dòng)力條件較差，所以只出現(xiàn)短時(shí)間的小雪天氣。

4 雨雪相態(tài)轉(zhuǎn)換預(yù)報(bào)著眼點(diǎn)和預(yù)報(bào)指標(biāo)特征值

（1）當(dāng)歐亞中高緯為寬廣的低壓槽區(qū)或一槽一脊型，亞洲東部沿海到貝湖北部為低壓槽區(qū)，槽后偏北氣流攜帶冷空氣東移南下，中低緯四川小槽東移或高原波動(dòng)?xùn)|傳，地面表現(xiàn)為東路或中路強(qiáng)冷空氣南下，海平面氣壓將升到1 030 hPa以上，在地面冷鋒后，配合模式溫度預(yù)報(bào)，則預(yù)報(bào)由雨轉(zhuǎn)雨夾雪，如果溫度下降迅速，也可能24 h內(nèi)轉(zhuǎn)雪，尤其在高山地區(qū)。當(dāng)前期已有冷空氣影響，波動(dòng)過后雨雪過程結(jié)束，但轉(zhuǎn)好1～2 d高低空氣溫回升不明顯，再有波動(dòng)過來時(shí)，關(guān)注溫度預(yù)報(bào)，可以直接預(yù)報(bào)多云轉(zhuǎn)雪。目前研究出張家界市出現(xiàn)雨夾雪或純雪的氣溫指標(biāo)值，張家界站、慈利站氣溫 ≤2 ℃，桑植站氣溫≤1 ℃。

（2）分析臨近張家界的鄂西T-logP資料得知，降雪前中低層存在逆溫層，降雪后在高空冷平流的影響下降溫，其逆溫減弱直至消失。逆溫層的厚度、強(qiáng)度與降雪的強(qiáng)度和維持時(shí)間正相關(guān)。當(dāng)鄂西站整層溫度≤0 ℃時(shí)，表現(xiàn)為無相態(tài)變化的直接降雪過程；當(dāng)鄂西站近地面層出現(xiàn) >0 ℃的情況，表現(xiàn)為有相態(tài)變化的雨雪轉(zhuǎn)換。濕層越深厚，降水越大。

（3）雨雪天氣過程中，有來自低緯地區(qū)孟加拉灣等地的水汽北上，與冷空氣匯合。但總的來說，溫度越低，空氣能容納的水汽含量越低，水汽條件就會(huì)越差，降水量不會(huì)太大。雨雪的大小，除了考慮水汽條件外，還要綜合考慮抬升的強(qiáng)弱和持續(xù)時(shí)間的長短，中低層垂直風(fēng)切變?cè)酱?，表明有充足的水汽供?yīng)和足夠的動(dòng)力條件，強(qiáng)而持續(xù)的西南氣流和深厚的濕層為強(qiáng)降雪源源不斷地提供水汽。

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