烏魯木齊冬季清雪預報服務研究

王 健，張月華，譚艷梅

（1.烏魯木齊市氣象局，新疆 烏魯木齊830002；2.民航新疆空中交通管理局氣象中心，新疆 烏魯木齊830016）

降雪和積雪是烏魯木齊冬季主要氣象災害之一，也是當?shù)囟绢A報服務的重點和難點。降雪和積雪常使交通受阻，并誘發(fā)交通事故[1]，較大量級降雪和深厚積雪，常導致交通擁堵甚至癱瘓、交通事故量激增、電訊中斷、樹木受損斷枝以及公眾摔倒骨折等[2]。近年來，隨著烏魯木齊社會車輛保有量的激增，降雪和積雪對道路交通、公眾出行和生活等帶來的危害日益嚴重。迅速、有效地清除冰雪，保障道路交通安全順暢是減小降雪和積雪危害的唯一行之有效的辦法，清雪工作因此受到了烏魯木齊市委市政府和社會公眾廣泛而深切的關注。

2011年以來，烏魯木齊各級政府籌措大量資金，購買了不同類型和規(guī)模的清雪機械1300余臺，同時輔以數(shù)萬名環(huán)衛(wèi)工人、社區(qū)工作人員等，在降雪來臨前兩小時集結待命，出現(xiàn)了積雪就開始不分晝夜地清掃和拉運，巨大的人力財力機械的投入，實現(xiàn)了“下雪即清，雪停路凈”的目標，保障了早晚高峰交通的順暢和公眾出行的安全快捷。如此大量的清雪機械和人員的集結、調(diào)配和協(xié)調(diào)、配合全都“聽命于”烏魯木齊市氣象臺的“精細化清雪預報”，其重要性和決策作用不言而喻。

常規(guī)預報業(yè)務中，降雪量級、起止時間和落區(qū)的預報是冬季天氣預報的重中之重，相關研究非常多[3-10]，其預報準確率也較高。而關于降雪量和積雪深度的關系以及積雪深度的預報，由于積雪資料嚴重缺乏的原因，分析研究的非常少[11]。而在烏魯木齊市的清雪工作中，大量使用和依據(jù)的是積雪深度值，因此對積雪深度的預報提出了較高的要求。

本文在分析了烏魯木齊近11 a冬季的各量級降雪日數(shù)分布特征、冬季降雪總量和降雪過程持續(xù)時間后，又分析了近5 a173 d降雪日的降雪日變化特征；隨后采用最小絕對偏差法對降雪量和對應積雪深度進行線性擬合，得出二者的大體比值，旨在通過準確預報降雪量和起止時間后，較準確地預報積雪深度；在上述結論的支撐下，對清雪預報服務的重點和難點做了分析，其結果可用于烏魯木齊冬季清雪的預報服務和交通保障服務。

1 資料與方法

文中冬季是指當年11月—翌年3月的5個月（如2006年冬季是指2006年11月—2007年3月），近11年冬季為2006—2016年冬季。

文中以烏魯木齊國家基本站51463代表烏魯木齊；日降雪量≥0.1mm，記為1個降雪日，有降雪但伴有雨或雨夾雪時，不計為降雪日；積雪深度是該站每日08時的觀測值。

據(jù)氣發(fā)【2004】45號《新疆降水量級標準（修訂版）》，降雪量級依次為當日20時—次日20時BT的24 h累積降水量，0.1～3.0 mm為小雪、3.1～6.0 mm為中雪、6.1～12.0 mm為大雪、12.1 mm～24.0 mm為暴雪、24.1～48.0mm為大暴雪。

2 烏魯木齊近11 a冬季降雪特征

2.1 各月降雪日數(shù)分布

從烏魯木齊近11年冬季降雪日數(shù)上看（表1），每年冬季的降雪日數(shù)雖各不相同，但多數(shù)年份是接近的；冬季各月降雪日數(shù)上看，最多的是隆冬12月—翌年2月，且年變化相對較小。而季節(jié)轉換期的3月（3月21日開春）和11月（11月11日入冬）的降雪日數(shù)變率很大。因此，12月—翌年2月為清雪預報服務的重點時段，預報的重點是降雪的起止時間和降雪量級、積雪深度。而在氣溫變幅很大的3月和11月，降水性質的預報也是清雪預報的重點和難點，這個將在另文研究。

表1 2006—2016年冬季降雪日數(shù)和累積降雪量

從圖1可見，2006—2010年冬季，降雪日數(shù)和降雪累積量變化趨勢一致且兩線較為接近；而2011—2016年冬季，雖然兩者變化趨勢大體一致，但兩線相對較為離散，反映出近6 a冬季降雪量在增多、日降雪量級有增大的趨勢，說明清雪任務加重了、清雪勞動強度加大了，加之車輛的不斷增加，作為清雪工作“指揮棒”的清雪預報服務的需求增加、壓力增大，在降雪預報服務中更應側重于降雪量級的預報。

圖1 2006—2016年冬季降雪日數(shù)和降雪總量

2.2 各量級降雪日數(shù)分布

各量級降雪日數(shù)分布上看（表2），近11 a冬季的369 d降雪日中，小雪日最多、占77.0%，中雪日次之、占13.8%，而大雪及以上的降雪日僅占9.2%；特別是11個冬季僅有9次暴雪、年均不足1次、其中4次是在3月。清雪工作的安排部署和人財物的調(diào)度主要依據(jù)就是降雪量級的大小，因此降雪量級的預報是清雪預報服務的重中之重。綜上，冬季降雪90%以上是小量或者中量，而大雪及以上降雪是小概率事件，也是預報的難點，因此在清雪預報服務中最需要關注和重視的是小量、其次是中量降雪過程。

表2 2006—2016年冬季各量級降雪日數(shù)分布

2.3 降雪過程持續(xù)時間

近11 a冬季降雪過程的持續(xù)時間不盡相同，統(tǒng)計分析每場降雪過程的持續(xù)時間（當降雪過程＞3 d時，0.0 mm降雪也計算為降雪日）。發(fā)現(xiàn)：降雪過程僅1 d的最多、達88場、占總場次的48.6%，其次為2 d、44場、占24.3%，7～10 d各1場、僅占2.4%（表3）。

烏魯木齊冬季降雪過程1 d最多、占近一半，2 d次之、占20%多，3～4 d各占近9%，而持續(xù)7 d及以上的很少、占比不足3%，可見清雪預報服務的重點是1～4 d的降雪過程，其中1～2 d的降雪過程是預報的重中之重。

表3 2006—2016年冬季降雪過程持續(xù)日數(shù)、場次和所占百分比

2.4 降雪的日變化

2011年12月1日起，烏魯木齊降雪量的測量采用稱重式傳感器，24 h不間斷自動測量、實時上傳，從此有了逐時降雪量資料。本文利用2011年12月1日—2017年3月31日逐時降雪量資料，統(tǒng)計分析烏魯木齊冬季降雪的日變化特征。

普查上述時段有173 d降雪日，其逐時降雪資料統(tǒng)計顯示：1天中12個時次的降雪頻次高于平均頻次43.4次，其中峰值頻次前三位依次為07時51次、20時50次和03時、19時的48次，谷值頻次前三位依次為16時34次、14時35次和15時37次；小時降雪量最大的分別出現(xiàn)在06時1.55 mm、23時0.73 mm、21時22時24時0.65mm（表4）。

表4 各時次降雪出現(xiàn)頻次和平均降雪量

綜上，1天中降雪多發(fā)于07時、19時、20時和03時，而14—16時出現(xiàn)降雪相對較少；其中06時和21—24時的雪強較大。據(jù)此，降雪易始于早晚交通高峰時段，因為此時降雪才開始，同時道路上車輛較多，應該安排在交通高峰時段后開始清雪，這樣就可以避免因清雪車輛上路而使得交通更加擁堵，且清雪效率會提高；在晚高峰結束至夜間即下即清，清雪效果會更好。

3 清雪預報服務指標研究

3.1 積雪深度和降雪量的關系和比值

清雪工作的安排部署離不開直觀的積雪深度，故精細化清雪預報中積雪深度和降雪量的預報是同等重要的，降雪量是常規(guī)預報要素，現(xiàn)有業(yè)務完全可以支撐其預報，目前亟需加強積雪深度預報的研究。

據(jù)氣象規(guī)范，積雪深度是在符合觀測雪深的日子，每日僅在08時（北京時）由觀測員用量雪尺測得。事實上，因為降雪量監(jiān)測與積雪深度觀測的時間差、氣溫太高或太低使得積雪融化或者變密實、觀測員的主觀誤差等原因，常常出現(xiàn)降雪后積雪深度沒有變化或者還有所減少的現(xiàn)象，二者關系顯得十分復雜；僅利用每日一次的積雪深度觀測資料來精確計算二者的數(shù)量關系幾乎是不可能的。本文采用最小絕對偏差法對二者進行線性擬合，概算出二者的比值關系，從而通過預報降雪量來預報與之對應的積雪深度。

首先，剔除了近11 a共369 d降雪日中降雪后積雪深度沒有變化或者反而減少的177 d；然后，對剩余192 d的降雪量和對應積雪深度做相關分析，得出二者相關系數(shù)為0.74，達到0.01顯著性水平；最后，采用最小絕對偏差法對其進行線性擬合（圖2），得到擬合關系式為Y=0.9683X+1.0138。關系式中Y為對應的積雪深度值，X為降雪量值。

圖2 降雪量與對應積雪深度的擬合關系

眾所周知，氣溫是降雪出現(xiàn)、積雪形成和變化的重要因素，對降雪量和積雪深度的關系有顯著影響。上述關系式雖然得出了二者的比值關系，但觀測事實顯示，氣溫較高時二者比值小于該值，而氣溫較低時則大于該值，故在預報實踐中還要依據(jù)不同氣溫、降雪前期是否有降雨或者雨夾雪以及地面有無積雪等等情況對積雪深度預報做適當?shù)恼{(diào)整。

3.2 清雪預報服務的內(nèi)容和推送

清雪預報服務內(nèi)容主要有：10 d內(nèi)天氣過程和趨勢分析預測、一周內(nèi)逐24 h間隔的常規(guī)要素（天氣現(xiàn)象、氣溫、風向風力）預報、72 h內(nèi)逐12 h間隔的常規(guī)要素預報。隨著時間推進，要素預報的時間間隔逐步縮短，預報內(nèi)容在清雪工作中的指導性更強。

清雪預報產(chǎn)品主要采用電子郵件、手機短信和微信公眾號等推送方式為烏魯木齊清雪辦提供全方位的預報服務，當然，全天候的電話聯(lián)系是整個冬季不可或缺的。

4 結論

（1）烏魯木齊冬季降雪日數(shù)平均為34 d、多數(shù)年份變化不大，但降雪量年際差異相對較大、且近年有增多增強的趨勢，清雪預報服務需求在增強、壓力在增大。

（2）烏魯木齊冬季降雪以小雪為主，中雪次之，清雪預報的重點是小雪、其次是中雪以及降雪起止時間、積雪深度的預報，難點是中雪、大雪特別是暴雪和對應的積雪深度的精細化預報。

（3）烏魯木齊冬季降雪過程持續(xù)1 d最多、占近一半，2 d次之、占20%多，故清雪預報服務的重點是1～4 d的降雪過程，清雪須在降雪結束后盡快完成。

（4）烏魯木齊冬季降雪多發(fā)于07時、19時、20時和03時，其中06時和21—24時的雪強較大，因此在早或晚交通高峰之后和夜間清雪效率高且對道路通暢較為有利。

（5）采用最小絕對偏差法對降雪量和積雪深度進行線性擬合，關系式為Y=0.9683X+1.0138，關系式中Y為對應的積雪深度值（cm），X為降雪量值（mm），即積雪深度和對應降雪量的比值大體為0.968 cm/mm，在實際預報中還要考慮當日的氣溫、降雪前期是否有降雨或者雨夾雪以及地面有無積雪等，對積雪深度預報做適當?shù)恼{(diào)整。

（6）“精細化清雪預報”的主要內(nèi)容有：降雪起止時間、降雪量、積雪深度和氣溫；推送方式有手機短信、電子郵件和微信公眾號，24 h電話聯(lián)系不可或缺。

本文僅對近11 a降雪日的降雪量和新增積雪深度的關系進行了初步分析，分析資料有限、分析計算方法相對簡單，所得結論略顯粗糙，特別是逐時降雪量資料序列更短少，逐時積雪深度資料欠缺，研究結論可以在氣象服務中參考使用，但還需今后使用更多資料加深研究，以更加客觀地支撐降雪量、對應積雪深度等要素的預報，使之能夠更好地應用于清雪預報和決策氣象服務。

參考文獻：

[1] 劉聰，卞光輝，黎健，等.交通氣象災害[M】.北京：氣象出版社，2009：26-31.

[2] 沈永平，王國亞，魏文壽，等.冰雪災害[M].北京：氣象出版社，2009：85-100.

[3] 張家寶，鄧子風.新疆降水概論[M].北京：氣象出版社，1987.

[4] 張家寶.新疆短期天氣預報指導手冊[M].烏魯木齊：新疆人民出版社，1986.

[5] 李如琦，牟歡，肉孜.阿基，等.2011年深秋北疆暴雪過程成因分析[J].沙漠與綠洲氣象，2013，7（2）：9-14.

[6] 陳春艷，秦賀，唐冶，等.2012年3月新疆大范圍暴雨雪天氣診斷分析[J].沙漠與綠洲氣象，2014，8（2）：12-18.

[7] 馬超，賈麗紅，楊霞，等.對ECWMF和T639數(shù)值模式產(chǎn)品在新疆暴雪影響系統(tǒng)預報能力中的檢驗[J].沙漠與綠洲氣象，2015，9（2）：31-37.

[8] 莊曉翠，李博淵，李如琦，等.新疆北部強降雪天氣研究若干進展[J].沙漠與綠洲氣象，2016，10（1）：1-8.

[9] 白松竹.阿勒泰地區(qū)冬季降水變化特征分析[J].沙漠與綠洲氣象，2014，8（1）：6-10.

[10] 于碧馨，張云慧，宋雅婷.2012年前冬伊犁河谷持續(xù)性大暴雪成因分析[J].沙漠與綠洲氣象，2016，10（5）：37-43.

[11] 楊琨，薛建軍.使用加密降雪資料分析降雪量和積雪深度關系[J].應用氣象學報，2013，24（3）：349-355.