庐山一次强寒潮过境时降雪过程的加强观测试验

黄鑫 马晓琳 张小鹏

摘 要：冰冻雨雪天气一直是气象研究的一个重要课题。庐山是中国南方灾害天气发生频繁和影响严重的地区之一[1]，每年都会受到不同的冰冻雨雪灾害。本文主要通过对2016年1月20—23日庐山一次强寒潮过境期间的降雪进行加强观测，增加对冰冻雨雪天气下的降雪强度及其性质的了解，并研究总结该方法的利弊以及如何完善。

关键词：降雪过程；实时监测；降雪观测

中图分类号：S16 文献标识码：A DOI：10.11974/nyyjs.20180732001

引言

低温冰冻雨雪是气象工作者们研究的重要对象，同时也是政府和公众密切关注的灾害性天气现象之一。而常规业务下的降雪观测过于简单，虽然目前有称重式雨量计等来对降雪进行观测，并没有特殊的观测方法来针对冰冻灾害天气较强的区域内的降雪强度的观测，难以满足对灾害的预警及其他社会应用需求。对此，国内外专家进行了一定研究，杨大庆在《国外降雪观测方法介绍》中指出3种观测固态降水方法：雨量计观测降雪、雪尺和测雪板观测降雪以及雪枕观测降，指出固态降水观测上目前存在的几个问题：受风的影响大、观测资料精度低，代表性差以及降雪观测使用的仪器繁多。

由于降水形态的变化，与液态降水相比，在降水量的测量方法和难度上，存在着一些不同的特点和不足。本文以2016年1月20—23日一次强寒潮过境时一次降雪天气过程的加强观测试验为例，来分析现有观测手段的问题，以及有条件时加强和补充观测的必要性，及操作方法，以提高固态降水观测的准确性。

1 庐山降雪的影响

庐山位于E11552'～1168'，N2926'～2941'，是中国南方冰冻灾害天气发生频繁和影响严重的地区之一[1]，并且大部分山峰的海拔高度在1000m以上，具有较为明显的山地气候特征，表现为冬长夏短，秋早春迟的特点。

在长期的低温环境下，由降雪导致的冰冻灾害经常发生，主要表现高压电线因雨雪冰冻被拉断，树木被压倒，道路结冰影响交通安全，水管结冰严重影响居民的日常生活，有数据表明在2008年1月的一次冰冻灾害天气中，给庐山园林林业、供电供水、道路交通、电视通信、旅游经济及社会生活带来前所未有的严重影响，直接经济损失高达 3 亿元。庐山的冬季有“冬如玉”之称，庐山植被茂密，树木怪石众多，建筑别具风格，这些过冷水和雪花与庐山自然景色结合，打造的冰雪世界，便组成了独具庐山本地特色的多种形态、立体交叉、混若天成的冰雪山水画[1]，每年冬季的雪景都会吸引不少游客前来参观，给庐山带来不小的经济效应；同时冬季天气干燥，而庐山也是森林覆盖面广，冬季的降雪会降低森林火险等级。因此，加强对降雪观测的研究，对提高庐山降水测量准确性，提升气象服务水平都有着重要的意义。

2 常规气象观测中固态降水观测方法及不足

2.1 现有的地面降水观测手段

根据地面气象观测规范规定，现有的常规降水观测手段主要有3种：翻斗式雨量计，称重式雨量计及人工测量。因冬季会出现结冰等原因无法及时进入翻斗导致难以准确测量降水量，故一般情况下，非结冰期使用翻斗雨量计，结冰期使用称重式雨量计，人工雨量筒目前主要用于备份。

2.2 冬季现有观测手段的问题及不足

根据长期的观测实践发现，现有降雪观测中存在着如下一些问题及不足，导致有时观测结果与实际情况存在一定差距。

2.2.1 冬季液态水的结冰对观测数据的影响

在冬季的降水观测中，由于温度较低，过冷却降水及降雪会附着在称重式雨量计的承水口处并凝结，降水结束后，随着气温逐渐升高到0℃以上时，承水口处的由降水导致凝结的冰及降雪会发生融化，慢慢滴入称重桶中，造成降雪数据观测的滞后降水，对观测数据的品质有一定的影响。

2.2.2 观测数据缺失的几种可能性

若称重式雨量计中的称重桶中降水满了溢出，未及时处理，在降水期间会造成数据的缺失。

防蒸发油若没有完全覆盖桶内的水面上，则有可能因为蒸发导致数据的错误。

3 庐山固态降水加强观测的具体做法

在冬季，可以通过加强补充监测，来更加具体了解观测时段内固态降水的性质及强度。主要的具体做法是测量某时段内在固定面积中的降雪量及雪深。下面以2016年1月20—23日1次强寒潮过境的实时降雪强度的加强观测试验进行说明。

3.1 天气形势介绍

图1为典型的“两槽一脊”的阻塞形势，亚洲东部有冷涡存在，其底部為一横槽，中低纬地区为平直气流，这种环流形势有利于引导强冷空气南下。同时在亚洲中高纬西伯利亚地区有一股强冷空气，冷高压中心气压强度达到了1060hPa以上（图略），达到了强寒潮标准。从1月20—25日，受此次强冷空气影响给我国中东部带来了一次历史罕见的大范围降温降雪过程。

3.2 庐山天气及降水实况

这次强寒潮过程也给庐山带来了2016年入冬以来最明显的雨雪冰冻和严寒天气过程。从20日上午08：00开始降雨，17：10转为雨夹雪，在夜间转为纯雪，最终停止时间为23日10：20。过程降水量28.3mm，平均积雪深度18cm，局部约30cm，达暴雪量级。电缆积冰直径30mm；庐山国家站过程平均气温下降幅度12.7℃，最低气温零下15.3℃；区域站以仰天坪最低为零下16.5℃。

3.3 降雪加强观测试验的具体方法

图2为降雪加强观测容器模拟图，该容器材质尽量选择较重物品，保证不受风力影响发生被吹翻等意外情况，容器大小如图所示。容器的底面平整，为了尽量保证容器内的积雪均为自然进入，容器内部的周边高度不宜过高与过低。容器上面覆盖1层塑料薄膜，并保证容器内平整，以保证每次取得用以测量的固态降水不会残留以免下一个测量时段的数据产生影响。在预计降雪即将开始时，把容器放在室外受周围环境影响较小的地，准备好盛放容器中取得的固态降水的承雪桶，测量雪深用的刻度尺，测量雪重用的称重设备。

在每一个观测时段结束时，测量出容器内的雪深，观察降雪的具体状态，然后利用覆盖在容器内的塑料薄膜，将容器内的降雪全部取出，并重新将容器上面覆盖上塑料薄膜，并保证平整，然后测量容器内降雪的重量。

3.4 观测数据分析

通过这次降雪加强观测试验，得到2个图表。从结果不难看出如下几点：

由表1可以看出，除2次缺测的雪深，将各时段雪深累计叠加约为17cm，和值班员观测的雪深18cm相近，说明此次加强观测所使用的容器内的降雪，基本为自然进入。由图也可看出降雪的最强时段集中在22日。

风对雪深的测量影响尤为严重。

同一次过程中固态降水的性质是不同的：从时间段来看，在这一次过程中前期降雪和后期降雪相比较，前期积雪的密度较小，后期积雪的密度较大，且降雪的状态前期呈现小的破棉絮状，后期则为细密的粉末状。

降雪量和雪深不成正比：由前几个时间段和后几个时间段相比较可以看出，雪深和降雪量并没有直接的关系，前几个时间段的雪状呈蓬松的破棉絮状，湿度较大，故而堆积较为松散，雪深较大；而后几个时间段中的雪状呈细沙状，堆积较为紧凑，故雪深不大，但是降雪量却大。

固态降水量主要跟固态降水的形式有关：在同等的雪深条件下，固态降水越细密，降水量就越大。

4 结论与讨论

通过以上降雪加强观测试验分析，可以对庐山冬季固态降水的观测得到如下一些初步的认识。

4.1 观测方案设计的意义

庐山因为特殊的地理位置，风力较强，影响降雪观测，故要根据实际情况对观测时段进行调整；同时选择的容器首先要有一定的面积，并且底部要平整，内壁高度要适中，才能尽量保证降雪观测的真实性，以及降雪采集的一定程度的代表性。通过对雪深及雪量与庐山国家站观测场数据对比分析表明，本次降雪加强观测，从容器的选择到观测时段的选取都是比较成功的，观测数据具有较高的可信度。

4.2 冰冻雨雪天气过程中实时降水强度的加强观测和补充观测的优点

相对于常规现有的观测手段，该方法有以下几点优点：可以根据服务与观测需要，参考当时天气情况，自行选取观测时间段，以便于更好地了解天气过程发展变化特征；对固态降水的测量不仅仅局限于降水量的测量，可以了解降雪时段中雪的相态，密度等全面的信息；可以根据观测的数据提供更加详细的气象服务资料。

4.3 冰冻雨雪天气过程中实时降水强度的加强观测和补充观测的不足

該方法相比较现有的自动观测仪器，也有几点不足：观测时段不宜过长，因为承雪的容器容积有限，在观测时段内超过该容器容积，会影响观测数据的准确性；其次在观测降雪中存在湿润损失和蒸发损失。所谓湿润损失是指雨量计承水器和储水筒内壁对降雪或融雪水的吸附[2]；太过于依赖人工观测，如果观测员遗忘，导致观测时间段过长，可能会影响观测数据的正确性；承雪器的面积有限，受风的影响依旧很大，并且对于承雪器的放置则有需要更加规范的要求。

参考文献

[1]黄水林.庐山2008和2009年两次冰冻天气对比分析[J].气象与减灾研究，2010，33（2）：48-53.

[2]黄水林.庐山冬季雪景旅游气象景观预报[J].气象，2010，88（44）：33.