湖北省积雪时空特征分析

汪玲玲，牛生杰，贾然，柯怡明，杨志彪，熊守权

(1.南京信息工程大学大气物理学院，江苏南京210044;2.湖北省气象局，湖北武汉430074;3.湖北省恩施自治州气象局，湖北恩施445000)

0 引言

2008年1月10日—2月2日，4场低温雨雪冰冻天气袭击了中国南方，影响到贵州、湖南、湖北、安徽、江西、广西、重庆、广东、浙江、福建、四川、陕西、江苏、云南、甘肃、河南、青海、西藏、山西和上海等20个省(市、区)。据不完全统计，2008年雨雪冰冻天气造成1亿多人受到灾害影响，农作物受灾面积有1 180×104km2、绝收168.7 km2，共有1 193×104km2森林受损毁，倒塌房屋35.4万间，造成直接经济损失超过1 500亿元(郑国光，2008)。其影响范围之广、持续时间之长、强度之大、灾害之重为历史罕见。其中，积雪造成的影响更是受到了广泛关注:积雪导致线路中断或跳闸，危害电力传输的安全;道路积雪严重影响城市和山区公路交通安全，交通事故多发，许多山区公路和高速公路被迫关闭;大量火车和民航班次也因降雪、积雪而晚点和停运。

多年来，国内外学者已做了许多关于积雪的研究。在数值模拟方面(Burn et al.，1989;Kondo and Yamazaki，1990;Bartelt and Lehning，2002;Lenhning et al.，2002;Bouilloud and Martin，2006)，以能量和质量平衡理论为基础建立了积雪模型。刘宁微(2006)、范元月等(2010)、胡玉玲等(2010)用MM5、WRF等中尺度模式较好地模拟了暴雪过程。在环流特征和天气过程的分析方面，李崇银等(2008)、王东海等(2008)、王凌等(2008)、麻巨慧等(2009)、王桂臣等(2010)对2008年初南方雨雪冰冻天气的环流场、多尺度特征和层结结构等进行了详细分析。在时空分布特征分析方面，以往主要关注的是我国西北地区(李彦华等，2007;刘俊峰等，2007;丁锋等，2009)，而对我国南方一省或多省积雪时空分布和气候特征进行分析的较少。本文利用1961—2007年湖北省77个国家气象观测站资料，对湖北省积雪的时空分布和天气气候特征进行分析，为进一步开展积雪预报及防灾减灾工作打下基础。

1 资料来源及概况

利用湖北省77个国家气象观测站逐日观测资料，资料年限为1961年11月1日—2008年3月31日，在分析时，将11、12月及次年1—3月数据作为冬季资料，得到1961—2007年湖北省积雪的时空分布。

湖北省最早出现积雪的时间是11月5日(1969年)，最迟于4月24日结束(1980年);一般在12月或1月积雪产生，2月结束。

2 湖北省积雪时间变化特征

2.1 年际变化

图1为湖北省积雪年际变化曲线。由图1可以看出，1961—2007年湖北省积雪总体有减少趋势，与气候变暖的大背景相对应，但其年际变化振幅十分明显，最大值在1973年，全省平均出现积雪22.6 d，最小值在1998年，全省平均积雪日数仅有0.4 d，几乎没有积雪出现。20世纪60年代到70年代中期，湖北积雪呈现缓慢增加趋势，这段时间为湖北省积雪的多发期，之后积雪减少;80年代年积雪日数波动较大，幅度明显，高低振动平均时间间隔为2 a;90年代开始，积雪日数多低于平均值，且有明显逐渐减少的趋势，这也使得2008年初突降大雪，积雪日数陡增时，人们较难应对。

图1 1961—2007年湖北省积雪的年际变化(虚线为平均值;实线为多项式拟合曲线)Fig.1 Interannual variation curve of snowcover days in Hubei Province from 1961 to 2007(The dashed line denotes the mean line;the solid line denotes polynomial fitting line)

2.2 年变化

图2为1961—2007年湖北省月积雪日数分布。由图2可以看出，月积雪日数呈现出准正态的年变化特征，主要发生在12月到第2年3月，1月出现天数最多，占全年42.6%，2月、12月次之，分别占全年积雪日数的33.3%和16.1%，湖北省积雪在冬季平均出现的天数占到了全年平均出现天数的92.0%。

将月积雪日数每10 a平均，得到各年代的年变化曲线(图3)。可以看出，12月和2月的月积雪日数逐年代减少，而1月和3月则有增加趋势。由此，可以看出近50 a来月积雪日数分布的变化趋势:虽然主要仍出现在12—3月，但在时间上有后延趋势。

图2 1961—2007年湖北省月积雪日数分布Fig.2 Monthly distribution of snowcover days in Hubei Province from 1961 to 2007

图3 各年代月积雪日数分布Fig.3 Monthlydistributionofsnowcoverdaysin different decades

3 湖北省积雪空间分布

湖北省地形地貌类型多样，山地、丘陵、平原兼备。西面主要以山地为主，海拔较高，中部和东部主要为平原和丘陵，海拔较低。总体来说，湖北省积雪日数西部多于中东部，由西向东递减(图4)。积雪多发地带主要在鄂西北和鄂西南部分地区，如神农架、老河口、谷城、利川、五峰、咸丰等，平均每年的积雪日数在10～20 d;而在湖北其他地区，平均每年的积雪日数基本都在10 d以下。具体将各测站分类，海拔500 m以上为山地，200～500 m为丘陵，200 m以下为平原，统计得出:年平均积雪日数山地10.2 d;丘陵6.0 d;平原6.2 d。此外，在积雪多发地区，西南部有长江穿过，中西部分界附近则为汉江流域，这为积雪的出现提供了水汽条件。

湖北省积雪日数空间分布规律总体归纳为:西部多，中东部少;山地多，丘陵平原少;沿江多，内陆少。

图4 1961—2007年湖北省年平均积雪日数空间分布Fig.4 Spatial distribution of average annual snowcover days in Hubei Province from 1961 to 2007

4 环流特征和天气形势

积雪的出现是各种尺度天气系统相互作用的产物，统计分析湖北省大范围出现积雪的17次个例，发现环流类型中纬向型有8次，两槽一脊型有6次，据此得出有利于积雪产生的大尺度背景的环流类型主要有:纬向型和两槽一脊型。

4.1 纬向型

以2003年2月11日全省大范围出现积雪为例，从2月8日08时(北京时间，下同)500 hPa上(图5)可以看出，在全省大范围降雪前24～48 h，中纬地区为纬向型环流，在东欧经乌拉尔山为一南北向的高压脊，极涡位于贝加尔湖东北向附近，极涡中不断有小槽分裂沿中纬度西风环流东移并略有加深。江淮流域一直受偏西气流控制，随着槽后冷平流的加强和槽后偏北风的加强，小槽进一步加深东移，同时南支槽在东移过程中与小槽加深合并，为降雪的产生提供了充分的水汽条件。之后随着东亚大槽的建立，降雪结束，全省大范围出现积雪。

图5 2003年2月8日08时500 hPa形势图Fig.5 500 hPa circulation patterns at 08:00 BST on February 8，2003

4.2 两槽一脊型

图6 2005年2月9日08时500 hPa形势图Fig.6 500 hPa circulation patterns at 08:00 BST on February 9，2005

以2005年2月12日全省大范围出现积雪为例，从2月9日08时500 hPa上(图6)可以看出，在全省大范围降雪前24～48 h，中高纬45°N以北为典型的两槽一脊的形势:一槽在咸海附近，另一槽为东亚大槽，两槽中间80～110°E地区为一宽广的脊区。中纬40°N以南地区环流平直，江淮流域受平直西风气流控制。随着系统的东移，咸海附近的低槽分裂小槽东南移，在东移的过程中和南支槽同位相叠加，形成深厚低槽，这种天气形势不仅为降雪提供了丰富的水汽，同时也加强了辐合上升运动。之后随着低槽减弱东移，降雪基本结束，全省大范围出现积雪。

5 地面气象要素变化

一定的环流特征和天气形势，导致了大范围降雪的发生，以致产生积雪，同时在出现积雪时，地面温、压、湿要素也都会有比较明显的变化。表1为出现积雪首日24 h变压Δp24，变温Δt24及水汽压变化Δe24。所选取的4个地点(老河口、五峰、武汉和荆门)分别代表湖北省西北、西南、东部和中部地区。时间为2003年11月—2008年2月，这里只统计了首日出现积雪的情况。Δp24大多为正，Δp24变化情况看，前期气压多为低值，前期的负变压和低压系统大多会出现降水天气，而在之后的回升过程，则出现积雪;Δt24基本都为负，积雪产生后，融化的过程会吸收空气中的热量，使气温降低;Δe24也大多为负，则说明之前的湿度较大，高湿也是降雪和积雪的必要因子之一。地面气象要素的异常变化，也可以作为积雪预报的着眼点之一。

表1 积雪与地面要素变化表Table 1Snowcover and the changes of surface meteorological elements

6 结论

1)湖北省积雪年际变化振幅明显，20世纪60年代到70年代中期，呈缓慢增加趋势，为积雪多发期;80年代年积雪日数波动较大，幅度明显，高低振动平均时间间隔为2 a;90年代开始，积雪日数多低于平均值，且有明显逐渐减少的趋势。月积雪日数呈现出准正态的年变化特征，主要发生在12月到第2年3月，1月出现天数最多，2月、12月次之，且月积雪日数分布随年代有后延趋势。

2)湖北省积雪多发地带主要在湖北的西北和西南部分地区，如神农架、老河口、谷城、利川、五峰、咸丰等。积雪日数空间分布规律总体归纳为:西部多，中东部少;山地多，丘陵平原少;沿江多，内陆少。

3)有利于湖北大范围出现积雪的大尺度背景的环流类型主要有纬向型和两槽一脊型。

4)降雪前低压高温高湿，使得出现积雪时24 h变压Δp24为正，24 h变温Δt24和水汽压变化Δe24为负，地面气象要素的异常变化，也可以作为积雪预报的着眼点之一。

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