杭州大雪的成因和預(yù)報(bào)指標(biāo)分析

李 進(jìn)， 周 娟， 毛則劍

(杭州市氣象局， 杭州 310051)

大雪是冬半年重大的災(zāi)害性天氣。研究表明，在全球氣候變暖的背景下，北半球中高緯地區(qū)極端強(qiáng)降水事件以及冬季降水和暴雪的頻率均呈現(xiàn)增加趨勢[1-3]。隨著社會經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，雪災(zāi)對農(nóng)林、交通、城市運(yùn)行及人類生活等各方面造成的影響越發(fā)顯著[4-6]。而冬季降雪量級和強(qiáng)降雪起止時(shí)間的復(fù)雜性常給日常預(yù)報(bào)帶來較大難度。因此研究清楚大雪天氣相關(guān)的物理過程和機(jī)理，提前預(yù)報(bào)強(qiáng)降雪起始時(shí)間及強(qiáng)度，對于防災(zāi)減災(zāi)具有重要意義。

迄今為止，中外專家針對大雪及以上量級的降雪做了大量的研究工作，并得到了不少有益的啟示。通過大雪個例的診斷和成因分析發(fā)現(xiàn)，地面準(zhǔn)靜止鋒、氣旋、倒槽配合500 hPa西風(fēng)帶低槽、中低層逆溫、西南暖濕氣流及北方源源不斷的冷空氣或低層冷墊等是降雪產(chǎn)生與維持的有利條件[7-10]，進(jìn)一步計(jì)算大雪過程中的物理量場發(fā)現(xiàn)，上升運(yùn)動強(qiáng)度等影響降雪量級[11]，水汽通量軸線與暴雪落區(qū)密切相關(guān)[12]。在此基礎(chǔ)上，已形成了青藏高原牧區(qū)[13]、內(nèi)蒙古[14]、山西[15]、河南[16]、 遼寧阜新[17]及山東萊州灣[18]等北方地區(qū)大雪環(huán)流特征和預(yù)報(bào)經(jīng)驗(yàn)的系統(tǒng)總結(jié)。除天氣尺度的同期環(huán)流型外，一些學(xué)者還分析了更大尺度的背景條件和外部強(qiáng)迫因子或前期的熱狀況與流場背景等對北方強(qiáng)降雪的影響[4,19-20]。近年來，南方大雪氣候特征和概念模型的研究也逐漸增多[21-23]?，F(xiàn)有研究為準(zhǔn)確預(yù)報(bào)當(dāng)?shù)囟肽甏笱┨鞖馓峁┝酥匾獏⒖肌５鳛橹袊?個主要降雪集中區(qū)[24]之一的長江中下游地區(qū)，前人的研究資料不夠新穎，且涉及強(qiáng)降雪具體的預(yù)報(bào)方法仍然相對較為定性。

杭州地區(qū)屬典型的亞熱帶季風(fēng)氣候，大雪亦是杭州冬半年重要的災(zāi)害性天氣之一，而目前專門針對杭州地區(qū)大雪天氣成因尤其是強(qiáng)降雪預(yù)報(bào)方法的研究尚不多見，基于該問題，擬利用近11年的最新資料，對大雪的影響系統(tǒng)和動力、水汽及熱力因子等物理量場進(jìn)行系統(tǒng)分析總結(jié)，并與多年冬季平均的相關(guān)特征進(jìn)行分析比較，試圖探索大雪天氣的成因并給出預(yù)報(bào)指標(biāo)，以期為作好冬半年大雪天氣的預(yù)報(bào)工作提供理論依據(jù)。

1 資料和方法

研究所采用的資料為2008—2018年冬季美國國家環(huán)境預(yù)報(bào)中心(National Center of Environmental Prediction，NCEP) 1° × 1°逐6 h再分析資料、NCEP/NCAR月平均再分析資料以及常規(guī)氣象觀測資料和降雪加密觀測資料。

所用方法主要為合成分析、統(tǒng)計(jì)分析、診斷分析等。其中大雪平均是將所有大雪時(shí)段內(nèi)的環(huán)境分量作平均，冬季平均是所選大雪個例歷史同期的冬半年(12月—次年2月)平均。

大雪日定義為杭州地區(qū)7個站點(diǎn)(主城區(qū)、蕭山、臨安、富陽、桐廬、建德和淳安，均為國家級自動站)中須包括主城區(qū)在內(nèi)有3個以上站點(diǎn)滿足24 h純雪量大于等于5.0 mm或雨雪量大于等于5.0 mm、且凈雪深大于等于5 cm的降雪過程，從而挑選出2008年1—12月冬半年(12月—次年2月)9例典型的大雪天氣過程進(jìn)行分析研究。具體情況如表1所示。

表1 杭州地區(qū)9次典型的大雪天氣過程

2 杭州大雪的大尺度環(huán)流背景分析

2.1 500 hPa環(huán)流形勢

2.1.1 高緯度環(huán)流特征

從大雪平均500 hPa環(huán)流形勢圖上[圖1(a)]可以看出，亞洲中高緯為典型的西高東低(一槽一脊)型環(huán)流，即在烏拉爾山及其以東存在一個寬廣的高壓脊，在其東部的亞洲東岸為顯著的東亞大槽。對比大雪平均[圖1(a)]與冬季平均[圖1(b)]的500 hPa環(huán)流場，可以發(fā)現(xiàn)兩者在中高緯的形勢較為相似，均為西高東低型，但槽脊的強(qiáng)度和經(jīng)向度均有所不同，大雪平均環(huán)流場的東亞大槽位置明顯偏西偏南，該槽相較于冬季平均約偏西10個經(jīng)距左右。同時(shí)，大雪期間東亞長波脊經(jīng)向度加大，烏拉爾山及其以東的阻塞高壓形勢更加顯著，高壓強(qiáng)度較冬季平均明顯偏強(qiáng)。由此可見，大雪環(huán)流形勢形成西北-東南向的較強(qiáng)氣壓梯度可引導(dǎo)高緯地區(qū)的冷空氣于高壓脊和東亞大槽之間源源不斷地補(bǔ)充南下至長江中下游一帶。

普查逐次大雪天氣過程的500 hPa環(huán)流形勢發(fā)現(xiàn)，影響杭州大雪天氣的高緯度環(huán)流形勢除了作為主流大雪環(huán)流背景的西高東低(一槽一脊)型環(huán)流外(近11年此種大雪環(huán)流型出現(xiàn)比例高達(dá)45%)，還有兩低一高(兩槽一脊)型和兩個以上大尺度低壓型環(huán)流。兩低一高(兩槽一脊)型的特點(diǎn)是在貝加爾湖附近存在強(qiáng)盛的高壓系統(tǒng)，高壓的東西部均有一低槽或低值系統(tǒng)，兩槽分別位于烏拉爾山以東和亞洲東岸，部分冷空氣在貝加爾湖附近堆積，由于高壓脊與其東部鄂霍次克海低壓兩個強(qiáng)盛的系統(tǒng)相持，形成西北-東南向的強(qiáng)氣壓梯度可引導(dǎo)高緯地區(qū)的冷空氣大舉南下，如2013年1月5日大雪過程。兩個以上大尺度低壓型環(huán)流的特點(diǎn)是在烏拉爾山及以東地區(qū)存在一個穩(wěn)定少變的高壓系統(tǒng)，高壓前部貝加爾湖和鄂霍次克海附近分別存在兩個或多個低壓系統(tǒng)，低壓之間的高壓脊較弱，冷空氣主要沿低壓后部的西北氣流不斷補(bǔ)充南下至長江中下游一帶，此種環(huán)流型一旦出現(xiàn)，由于多個低壓系統(tǒng)相繼影響，可導(dǎo)致較長的降雪時(shí)間以及較大的累積積雪深度，如2011年1月20日大雪天氣過程。3種類型的環(huán)流其共同點(diǎn)均是促使冷空氣于高緯不斷分裂南下至長江中下游一帶。

2.1.2 中低緯度環(huán)流特征

從圖1(a)可以看出，大雪平均的500 hPa其歐亞大陸中低緯度地區(qū)存在南支槽，南支槽主體位于90°E～100°E，槽前盛行強(qiáng)盛的西南偏西氣流，槽線至長江中下游一帶形成西南大風(fēng)軸，強(qiáng)勁的西南氣流將水汽、動量和熱量輸送至杭州地區(qū)，為冷暖氣流的交匯提供必要條件。而冬季平均的歐亞大陸中低緯度地區(qū)盛行緯向環(huán)流，且西風(fēng)強(qiáng)度明顯偏弱。分析逐次大雪過程的中低緯環(huán)流形勢發(fā)現(xiàn)，除了南支槽型環(huán)流外，西風(fēng)帶上的小擾動型也是杭州大雪的中低緯影響系統(tǒng)，該類型的特點(diǎn)是東亞中低緯以緯向環(huán)流為主，偏西或弱西南氣流上多短波槽活動，如2010年2月14日的大雪過程。據(jù)統(tǒng)計(jì)，近11年的大雪過程有67%為中低緯南支槽影響所致，可見500 hPa南支槽是杭州地區(qū)大雪天氣發(fā)生的中低緯度主要影響系統(tǒng)。

綜上，杭州大雪天氣的500 hPa平均環(huán)流形勢特點(diǎn)表現(xiàn)為亞洲高緯的西高東低(一槽一脊)型環(huán)流和歐亞大陸中低緯度地區(qū)的南支槽型環(huán)流所形成的冷暖氣流于長江中下游一帶交匯。具體而言，高緯大氣環(huán)流主要分為西高東低(一槽一脊)、兩低一高(兩槽一脊)或歐亞大陸維持兩個以上大尺度低壓系統(tǒng)這3種類型，而中低緯影響系統(tǒng)主要為南支槽東移影響和中低緯西風(fēng)帶上的小擾動影響兩大類。無論哪一例大雪天氣過程，高緯3種類型和中低緯2種類型環(huán)流可任意配置，其共同點(diǎn)是高緯不斷分裂南下的冷空氣與來自中低緯的西南偏西暖濕氣流在長江中下游地區(qū)交匯，這是造成杭州地區(qū)大雪天氣的500 hPa大尺度環(huán)流背景。

圖1 500 hPa位勢高度與風(fēng)場分布Fig.1 Distributions of geopotential height and wind at 500 hPa

2.2 700 hPa環(huán)流形勢

從大雪平均的700 hPa環(huán)流形勢圖上[圖2(a)]可以看出，大雪發(fā)生時(shí)杭州位于冷切前的西南暖濕氣流里，為急流軸的左前側(cè)，在江南25°N～30°N區(qū)域內(nèi)，西南急流的平均強(qiáng)度可達(dá)16～20 m/s，杭州上空平均為16～17 m/s。逐次統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)大雪過程中700 hPa均出現(xiàn)過較強(qiáng)的西南氣流，最強(qiáng)可達(dá)27 m/s，強(qiáng)盛的暖濕氣流由孟加拉灣輸入到長江中下游，為大雪提供了充足的水汽條件。而反觀冬季平均的700 hPa環(huán)流場[圖2(b)]，江南西部至杭州一帶盛行偏西氣流，其風(fēng)速一致為9～11 m/s，未及低空急流的標(biāo)準(zhǔn)。

圖2 700 hPa位勢高度與風(fēng)場分布Fig.2 Distributions of geopotential height and wind at 700 hPa

2.3 850 hPa環(huán)流形勢

大雪平均的850 hPa環(huán)流場[圖3(a)]表現(xiàn)為江南25°N～30°N區(qū)域內(nèi)為顯著的渦切系統(tǒng)，整個杭州地區(qū)受暖切影響，該環(huán)流形勢提供了形成大雪的動力條件。而冬季平均的850 hPa環(huán)流場上[圖3(b)]杭州上空為一反氣旋環(huán)流，不利于降水(雪)的形成。逐次統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)78%的大雪過程850 hPa環(huán)流形勢上在江南一帶出現(xiàn)明顯的切變線或低渦系統(tǒng)，其發(fā)展或移動可影響到杭州地區(qū)，從而形成大雪天氣，僅個別大雪過程因其中低層渦切系統(tǒng)較淺薄或環(huán)流形勢不甚明顯，致使850 hPa環(huán)流場上杭州上空表現(xiàn)為大陸高壓前部偏北或偏東氣流控制。可見中低層850 hPa上下的低渦或暖切系統(tǒng)對大雪天氣的形成起著至關(guān)重要的作用。

圖3 850 hPa位勢高度與風(fēng)場分布Fig.3 Distributions of geopotential height and wind at 850 hPa

2.4 925 hPa環(huán)流形勢

大雪平均的925 hPa環(huán)流場上[圖4(a)]，強(qiáng)盛的大陸高壓穩(wěn)定維持，杭州上空受高壓前部顯著的東北氣流控制，因冷空氣強(qiáng)盛，氣壓梯度大，東北風(fēng)速平均可達(dá)6 m·s-1，為大雪的產(chǎn)生提供了低層冷空氣條件。而冬季平均環(huán)流場上[圖4(b)]，整個杭州上空則受高壓環(huán)流控制，因此氣壓梯度弱，東北風(fēng)速極小。分析逐次大雪過程發(fā)現(xiàn)，925 hPa杭州上空絕大多數(shù)受一致的大陸高壓前部東北偏北氣流控制，僅一例因其低層冷墊厚度較淺薄，故925 hPa杭州上空表現(xiàn)為低渦東北部的東南氣流輻合。就整個垂直層結(jié)構(gòu)而言，相較于700 hPa上的西南暖濕氣流，925 hPa附近強(qiáng)盛的東北偏北氣流提供了有利于大雪產(chǎn)生的冷墊條件。

圖4 925 hPa位勢高度與風(fēng)場分布Fig.4 Distributions of geopotential height and wind at 925 hPa

2.5 地面冷空氣

一次大雪過程往往伴隨冷空氣的大舉南侵。從大雪平均的海平面氣壓場上[圖5(a)]可以看出，與500 hPa貝加爾湖阻塞高壓對應(yīng)，海平面氣壓場上冷高壓中心位于貝加爾湖附近，高壓中心強(qiáng)度達(dá)1 042.5 hPa，中國大范圍被該強(qiáng)大的冷性高壓所控制，杭州處于高壓底前部，冷空氣在貝加爾湖及以東地區(qū)大量堆積并自北而南入侵中國中東部地區(qū)，致使杭州及周邊氣壓梯度增大，平均氣壓達(dá)1 030 hPa左右。逐次大雪過程的海平面氣壓場形勢與平均場類似，以自西北向東南進(jìn)入杭州的冷空氣路徑居多，杭州上空氣壓介于1 025～1 033 hPa。該中西路冷空氣的南侵致使杭州氣溫劇降，從而為大雪的形成提供有利的地面冷空氣條件。

從[圖5(b)]的冬季平均海平面氣壓場形勢上可以看出，中國整個中東部地區(qū)的冷高壓強(qiáng)度明顯弱于大雪平均場，其中杭州上空平均氣壓強(qiáng)度僅為1 025 hPa，說明大雪期間的亞洲冬季風(fēng)較常年明顯偏強(qiáng)，所帶來的冷空氣降溫也更加顯著。

圖5 海平面氣壓場分布Fig.5 The circulations of sea level pressure

由此可見，杭州地區(qū)大雪天氣的形成除了500 hPa冷暖氣流在長江中下游一帶交匯外，還需700 hPa上形成強(qiáng)盛的西南或偏西急流，以及中低層850 hPa上下的低渦或暖切系統(tǒng)配合低層925 hPa附近6 m/s左右的東北偏北氣流鍥入和地面上顯著的中西路冷空氣南侵。該環(huán)流配置可為杭州典型大雪天氣的形成提供有利的水汽、動力抬升以及垂直溫度層結(jié)條件。

3 杭州大雪天氣的物理量場分析

3.1 比濕與整層大氣可降水量特征

比濕作為日常降水預(yù)報(bào)的重要水汽參數(shù)，其可表征空中絕對濕度特征。分析杭州逐次大雪過程比濕的垂直分布發(fā)現(xiàn)，降雪期間比濕大值層一般分布在850～600 hPa，最大可達(dá)4～5 g/kg，平均而言，700 hPa附近比濕最大，大雪平均的比濕最大值可達(dá)4.4 g/kg[圖6(a)]，而冬季平均的分布特征[圖6(b)]則表現(xiàn)為比濕自下而上逐層遞減，700 hPa比濕僅為2.5 g/kg，因此并未出現(xiàn)與西南暖濕氣流相對應(yīng)的比濕大值層。

圖6 杭州上空比濕垂直廓線和整層大氣可降水量空間分布Fig.6 Vertical profiles of specific humidity and spatial distributions of precipitable water over Hangzhou

由比濕進(jìn)而計(jì)算出整層大氣可降水量，以此表征大雪期間的空中瞬時(shí)靜態(tài)水資源特征。分析其在逐次大雪過程中的分布特征可知，杭州上空大氣可降水量一般大于15 mm，最大可達(dá)26 mm，大雪平均值為18 mm左右[圖6(c)]，而杭州上空冬季平均值僅為13 mm左右[圖6(d)]。

由此可見，大雪過程的比濕大值帶與中低層西南急流一致，持續(xù)的低空急流源源不斷地將濕空氣輸送至杭州上空，造成700 hPa及其以上層的瞬時(shí)比濕增大，從而使得整層大氣可降水量迅速增大，為大雪的產(chǎn)生提供了有利的空中瞬時(shí)靜態(tài)水資源條件。

圖7 沿120°E的水汽輸送通量和水汽通量散度的高度-緯度垂直剖面Fig.7 Height-latitude vertical cross sections of water vapor flux and water vapor flux divergence along 120°E

3.2 水汽輸送通量及其輻合輻散特征

為進(jìn)一步了解大雪的水汽條件，還需分析空中動態(tài)水資源的演變特征，因充分的水汽輸送與積聚是產(chǎn)生降水(雪)的重要條件之一。

為了對比分析杭州大雪平均和冬季平均期間水汽的自南向北推進(jìn)情況及本地上空水汽通量的大小，沿120°E做水汽輸送通量的垂直剖面，可以看出，大雪平均的主要水汽輸送層厚度可由850 hPa擴(kuò)展至400 hPa，水汽通量高值中心集中在700～500 hPa，杭州上空水汽通量中心強(qiáng)度可達(dá)9.8×10-3s左右[圖7(a)]。反觀多年冬季平均的水汽輸送通量，無論水汽輸送層的厚度還是量級大小均相形見絀，因較弱的平直西風(fēng)[圖2(b)]無法攜帶南部的暖濕空氣至較北區(qū)域，因此，即使在杭州上空水汽通量相對集中的700～500 hPa，其數(shù)值最大也僅為2×10-3s左右[圖7(b)]。可見，降雪期間持續(xù)的低空急流攜帶大量的西南暖濕氣流至杭州上空，為大雪的產(chǎn)生提供了充足的動態(tài)水資源條件。同時(shí)也可看出，大雪期間的水汽輸送與比濕的大小密切相關(guān)，兩者互為正反饋因子。

統(tǒng)計(jì)逐次大雪過程的水汽通量特征(圖略)發(fā)現(xiàn)，同大雪平均一致，逐次大雪的主要水汽輸送層厚度均可擴(kuò)展至850～400 hPa，且大部分水汽通量高值中心分布在700～500 hPa，但偶爾也可見高值中心抬高至500～400 hPa的情形。最強(qiáng)降雪時(shí)段的水汽通量中心一般可達(dá)9×10-3～16×10-3s，且每一例大雪的水汽通量與降雪的強(qiáng)度和時(shí)段均有較好的對應(yīng)關(guān)系。

至于輸送來的水汽能否積聚起來并轉(zhuǎn)換為降水(雪)，還需分析其對應(yīng)的水汽通量散度特征。由沿120°E的水汽通量散度垂直剖面可以看出，杭州大雪平均[圖7(c)]的水汽輻合層主要集中在925～700 hPa、550～400 hPa和600 hPa上下為弱水汽輻散層，大雪平均的水汽輻合中心強(qiáng)度可達(dá)-0.6×10-7s/m。普查逐次過程發(fā)現(xiàn)，大雪期間的水汽輻合層可集中在中低層不等的高度，也可抬高至600～400 hPa上下，其降雪最強(qiáng)時(shí)段的水汽輻合中心強(qiáng)度一般可達(dá)-4.5×10-7～-1.5×10-7s/m。而冬季平均[圖7(d)]杭州上空水汽通量散度數(shù)值為0，無明顯水汽輻合。

綜上，經(jīng)分析動態(tài)水資源發(fā)現(xiàn)，杭州大雪的產(chǎn)生還需水汽的輸送與輻合達(dá)到特定強(qiáng)度。

3.3 垂直速度與相對濕度

垂直運(yùn)動可使水汽、動量、熱量及渦度等物理量在垂直方向上進(jìn)行輸送，從而對大雪天氣系統(tǒng)的發(fā)生發(fā)展產(chǎn)生影響。由沿120°E的垂直速度與相對濕度垂直剖面可以看出，大雪平均[圖8(a)]的上升運(yùn)動層集中在700 hPa以上，同時(shí)，在杭州上空30°N附近南北兩側(cè)出現(xiàn)了2個上升運(yùn)動大值中心，在對流層中上層杭州上空上升運(yùn)動中心平均強(qiáng)度達(dá)-0.3 Pa/s。大雪平均的600 hPa以下相對濕度大于等于93%。逐次統(tǒng)計(jì)也可發(fā)現(xiàn)，大雪過程中925 hPa以上一般可見上升運(yùn)動層，上升運(yùn)動中心主要集中在中低層或中上層500～400 hPa不等的高度(圖略)，最強(qiáng)可介于-1.2～-0.6 Pa/s。而冬季平均[圖8(b)]整個對流層以垂直下沉運(yùn)動為主，且杭州上空平均相對濕度小于60%。

綜上可知，大雪天氣是產(chǎn)生在冷暖氣流交匯的背景下，因此必出現(xiàn)暖濕空氣沿著冷空氣墊的爬升，故杭州上空存在上升運(yùn)動且其強(qiáng)度達(dá)到特定強(qiáng)度方可產(chǎn)生大雪。同時(shí)，相對于汛期大雨而言，大雪的水汽輸送和垂直上升運(yùn)動高度一般均有所抬高。

----垂直速度/(Pa·s-1) ——相對濕度/%圖8 沿120°E的垂直速度與相對濕度垂直剖面Fig.8 Height-latitude vertical cross sections of mean vertical velocity and mean relative humidity

4 熱力結(jié)構(gòu)

4.1 溫度層結(jié)特征

通過對比分析逐次大雪過程中地面和高空溫度垂直結(jié)構(gòu)特征關(guān)系，總結(jié)出杭州大雪天氣過程發(fā)生的垂直溫度條件為：T2 m(表示地面上2 m溫度，下同)≤1 ℃，T1 000≤0 ℃，T925≤-0.5 ℃，T850≤0 ℃及T700≤-1 ℃，此外，大雪過程中低層可伴隨逆溫，逆溫強(qiáng)度為2～5 ℃。

經(jīng)合成分析，發(fā)現(xiàn)杭州市大雪的平均溫度層結(jié)特征[圖9(a)]為：T2 m≈-0.4 ℃，T1 000≈-1.8 ℃，T925≈-5 ℃，T850≈-5 ℃，T700≈-3.5 ℃，中低層925～700 hPa的平均逆溫強(qiáng)度為1.5～2 ℃。而冬季平均溫度層結(jié)特征[圖9(b)]為：T2 m≈5.4 ℃，T1 000≈6.2 ℃,T925≈3.3 ℃，T850≈1.3 ℃，T700≈-2.6 ℃，中低層并無逆溫。由此可見，大雪平均的地面和高空中低層溫度顯著小于冬季平均狀態(tài)的，且大雪過程中低層一般伴有一定強(qiáng)度的逆溫。

圖9 杭州市溫度垂直分布曲線Fig.9 Vertical distributions of temperature in Hangzhou

4.2 厚度特征

根據(jù)靜力學(xué)原理，兩層等壓面之間的厚度與該兩層間的平均溫度成正比，故相較于特定層的溫度分析，厚度分析往往更能反映對流層中低層大氣的平均冷暖狀況。分析杭州逐次大雪的中低層各層厚度特征，發(fā)現(xiàn)90%的大雪個例滿足：H700～850≤154 dagpm，H850～925≤67 dagpm，H925～1 000≤62 dagpm。

大雪平均的中低層厚度垂直分布特征為：H700～850≈153.5 dagpm，H850～925≈66.3 dagpm，H925～1 000≈61.7 dagpm。而冬季平均的中低層厚度垂直分布特征為：H700～850≈155.4 dagpm，H850～925≈68.3 dagpm，H925～1 000≈63.6 dagpm?？梢婎愅跍囟?，中低層厚度同樣表現(xiàn)為大雪平均值顯著小于冬季平均值。

5 大雪天氣的預(yù)報(bào)方法探討

綜上，杭州地區(qū)大雪天氣的發(fā)生首先需要具備能夠產(chǎn)生降雪的大尺度環(huán)流背景；其次，需滿足大雪產(chǎn)生的水汽和動力等具體物理量條件；最后，必須達(dá)到特定的溫度和厚度層結(jié)條件。

具體預(yù)報(bào)判別指標(biāo)總結(jié)如下(大雪天氣發(fā)生時(shí))。

第1步500 hPa高緯大氣環(huán)流演變?yōu)槲鞲邧|低(一槽一脊)、兩低一高(兩槽一脊)或兩個以上大尺度低壓型這3種類型之一，且促使冷空氣不斷分裂南下。

第2步500 hPa中低緯在90°E～100°E附近存在南支槽或平直西風(fēng)帶上有小擾動不斷生成東移，滿足兩種情況之一，從而使暖濕氣流與第1步南下的冷空氣在長江中下游一帶交匯。

第3步700 hPa上杭州位于西南急流軸的左前側(cè)，杭州上空平均急流強(qiáng)度可達(dá)16～17 m/s及其以上。

第4步850 hPa杭州及周邊出現(xiàn)切變低渦型或大陸高壓前部偏北或偏東氣流型中的一種。

第5步925 hPa附近杭州存在東北偏北氣流鍥入以形成冷墊條件，地面上表現(xiàn)為顯著的中西路冷空氣南侵。

在預(yù)報(bào)滿足上述環(huán)流形勢穩(wěn)定少變的基礎(chǔ)上，還需滿足產(chǎn)生大雪的水汽和動力條件。

第6步杭州上空850～600 hPa出現(xiàn)比濕超過4 g/kg的大值帶。且整層大氣可降水量大于15 mm，大雪持續(xù)時(shí)段平均達(dá)18 mm左右。

第7步杭州空中動態(tài)水資源需滿足：850～400 hPa(大值中心一般集中于700～500 hPa或500～400 hPa)出現(xiàn)水汽通量高值帶，水汽通量中心強(qiáng)度達(dá)9×10-3s及以上；且杭州上空出現(xiàn)水汽輻合層(輻合中心平均位于925～700 hPa或550～400 hPa)，其中心強(qiáng)度達(dá)-1.5×10-7s/m及以下，大雪持續(xù)時(shí)平均達(dá)到-0.6×10-7s/m的下限。

第8步杭州上空925 hPa以上存在上升運(yùn)動層(平均集中于700 hPa及以上)，上升運(yùn)動中心強(qiáng)度達(dá)-0.6 Pa/s及以下，大雪持續(xù)時(shí)平均達(dá)到-0.3 Pa/s的下限，且600 hPa以下平均相對濕度大于等于93%。

在預(yù)報(bào)滿足上述環(huán)流形勢和物理量條件的基礎(chǔ)上，還需滿足形成大雪的溫度與厚度層結(jié)條件。

第9步杭州氣溫：T2 m≤1 ℃，T1 000≤0 ℃，T925≤-0.5 ℃，T850≤0 ℃及T700≤-1 ℃，且降雪持續(xù)時(shí)段的平均溫度垂直分布接近杭州典型大雪的溫度層結(jié)特征(T2 m≈-0.4 ℃，T1 000≈-1.8 ℃，T925≈-5 ℃，T850≈-5 ℃，T700≈-3.5 ℃)，此外中低層出現(xiàn)顯著的逆溫層。

第10步杭州上空中低層位勢厚度：H700～850≤154 dagpm，H850～925≤67 dagpm，H925～1 000≤62 dagpm。且降雪持續(xù)時(shí)段的平均厚度垂直分布接近杭州典型大雪的厚度垂直分布特征(H700～850≈153.5 dagpm，H850～925≈66.3 dagpm，H925～1 000≈61.7 dagpm)。

若預(yù)報(bào)上述10個條件同時(shí)滿足，且天氣系統(tǒng)穩(wěn)定少變，則杭州可發(fā)生凈雪深大于等于5 cm以上的大雪過程。

在日常業(yè)務(wù)中制作預(yù)報(bào)時(shí)，可借鑒完全預(yù)報(bào)方法的技術(shù)思路，即建立在預(yù)報(bào)量與預(yù)報(bào)因子同時(shí)性的統(tǒng)計(jì)關(guān)系基礎(chǔ)上，將相應(yīng)的高精度數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品適時(shí)代入上述大雪預(yù)報(bào)模型，輸出不同時(shí)效的預(yù)報(bào)結(jié)果。

6 結(jié)論

利用2008—2018年冬季美國國家環(huán)境預(yù)報(bào)中心1° × 1°逐6 h再分析資料、NCEP/NCAR再分析資料以及常規(guī)氣象觀測資料和降雪加密觀測資料常規(guī)觀測資料，挑選出杭州地區(qū)9次典型的大雪天氣過程，從大尺度環(huán)流背景和水汽、動力及熱力因子等物理量場結(jié)構(gòu)方面展開研究，同時(shí)與多年冬季平均的相關(guān)特征進(jìn)行了比較分析，最終給出了杭州冬季典型大雪天氣發(fā)生時(shí)的概念模型和預(yù)報(bào)指標(biāo):首先，需要具備能夠?yàn)榇笱┑男纬商峁┯欣乃恿μ约按怪睖囟葘咏Y(jié)條件的大尺度環(huán)流背景；其次，需滿足大雪產(chǎn)生的水汽和動力等具體物理量條件；最后，必須達(dá)到特定的溫度和厚度層結(jié)條件。

在日常業(yè)務(wù)中制作預(yù)報(bào)時(shí)，可借鑒完全預(yù)報(bào)方法的技術(shù)思路，將相應(yīng)的高精度數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品適時(shí)代入大雪預(yù)報(bào)模型，輸出不同時(shí)效的大雪精細(xì)化預(yù)報(bào)結(jié)果。研究所得的大雪預(yù)報(bào)模型可為杭州開展的精細(xì)化業(yè)務(wù)預(yù)報(bào)提供參考依據(jù)。

此外，為使研究所得結(jié)論更具可靠性，下一步將繼續(xù)收集整理杭州市的最新大雪個例，并對其進(jìn)行分析和檢驗(yàn)，不斷完善杭州市的大雪預(yù)報(bào)方法。