贵州省近36 a冻雨气候特征及一次冻雨天气分析

周 庶，汪卫平，丁立国，严 锐，王 璇

(1.贵州省毕节市气象局,贵州 毕节 551700;2.贵州省气候中心,贵州 贵阳 550002;3.贵州省六盘水市气象局,贵州 六盘水 553000)

0 引言

贵州省地处云贵高原东北侧，冬季北方冷空气频繁南下，冷空气受高原大地形的阻挡，在西南地区形成静止锋并且长期维持，配合孟加拉湾暖湿气流源源不断输送的水汽，易导致贵州出现冻雨天气。由于地理位置和地形特征较为特殊，贵州省冻雨天气频繁，并且影响范围大，持续时间长。冻雨天气一旦持续，会造成较大危害，如2008年初，我国南方出现大范围“低温雨雪冰冻”天气造成了严重灾害[1-3]，因此研究冻雨天气有重要意义。在冻雨的时空分布方面，严小冬等[4]分析了1961—2007年贵州省冻雨空间分布特征，借助小波分析和方差分析等探寻冻雨的时间演变规律，结果指出，贵州省冻雨空间分布不均, 主要冻雨区集中在贵州省西北部及相对海拔高度较高的地区；站点观测结果比区域内冻雨实际强度要弱；贵州省冻雨存在明显的年际变化和年代际变化；空间分布特征和时间演变规律主要受海拔高度、相对高度、迎风坡和背风坡、静止锋区、冷空气厚度和不同高度冷空气活动等因素的影响。王玥彤等[5]分析了1961—2015年中国西南地区96个气象台站逐日气象观测资料,采用模糊信息分配法分析了我国西南地区出现冻雨天气时有利气象要素的变化规律，结果表明，当西南地区出现冻雨天气时，该区域处于低温，高湿，日照时间短的天气条件下；且由于西南地区随着气候变暖温度升高，湿度减小，冬季冻雨逐年呈现减弱的趋势。杜小玲等[6]分析了1962—2009年冻雨频发地带的特征，指出，贵州冻雨频发地带是冷暖气团共同影响，在有准静止锋的背景下产生的冻雨天气是低空有逆温存在，低空逆温分布范围宽广，逆温中心出现在贵州中东部和湖南西部之间，对应着冻雨区域的强中心；杜正静等[7]分析了2001年1月的滇黔准静止锋在演变过程中的温湿结构和大气环流特征，指出，冻雨强度与低纬高原地区独有的地理位置、复杂地形条件以及云贵静止锋天气有密切关系；许丹等[8]分析了1951—1996年凝冻指数场的分布特征及时间系数的演变规律，并分析了第一时间系数与冬季500 hPa高度的相关场分布特征，研究指出，重冻雨年与无冻雨年差异最显著的地区在欧亚地区，重冻雨年呈“北高南低”型的距平分布，无冻雨年呈“北低南高”型的距平分布；高红梅等[9]分析了黔南州50 a来出现的雨凇和凝冻天气的空间分布、初始时间、持续时间等方面，同时探究了黔南出现特重级凝冻和重级凝冻的500 hPa环流特征；张娇艳等[10]利用贵州省逐日雨凇观测资料，海平面气压场和500 hPa高度场逐月再分析资料，以及逐月海表温度资料，初步构建了贵州省冬季雨凇灾害预测模型，该模型对冬季雨凇强度的预报有一定的参考价值。

虽然目前延伸期趋势预测和天气预报均预报准确，但部分地区仍因冻雨天气导致重大灾害。本文分析贵州冻雨发生时段及影响区域等气候背景，并结合一次冻雨天气过程的发生发展，分析影响的天气气候系统、气象要素变化情况、大气层结状态等，对贵州省冻雨天气的气候特征和致灾特征进行诊断分析，以期对今后的预报预测和服务更加准确、更有针对性。

1 资料来源与处理

文中采用的资料为贵州省1981—2017年10月—次年4月共84个自动站逐日雨凇观测资料；2018年1月25日—2月5日常规地面气象观测资料，利用线性趋势分析、统计分析等方法研究了贵州省冻雨天气的时空分布特征；分析了2018年1月24日—2月5日的冻雨天气环流形势及预警预报和服务重点。

2 贵州冻雨气候背景分析

2.1 冻雨时间变化特征

定义全省84站中有1站以上出现冻雨为1个冻雨日[11]，贵州省近36 a冬半年(10月—次年4月)站点平均冻雨日数为6.5 d，平均冻雨日数最多年是2007年，站点平均日数为19.1 d；其余平均冻雨日数较高(10～19 d)的年份有1983、2010、1984、2011、1987年等；冻雨频数高于平均值的共12 a；冻雨频数最少年是2016年(1 d)，冻雨出现范围小，持续时间短。从图1看出，1983—1988年、2007—2011年是冻雨多发期，1989—2006年、2012—2016年是冻雨少发期，其中2007年底—2008年初发生突变增多，冻雨总日数达到最大值。冻雨频数月际变化整体呈抛物线分布(图1b)，1月冻雨的频数最高，全省年平均总站次为253.3次，占全年50.1%，其次是2月占全年28.8%，10月、4月出现概率较小，所占比例不足1%。

图1 近36 a冻雨平均日数年变化趋势(a)、月变化趋势(b)Fig.1 Annual variation trend (a) and monthly variation trend (b) of average days of freezing rain in recent 36 years

2.2 冻雨初(终)日

从近36 a贵州省各站点冻雨出现最早时间的分布来看(图2a)，威宁出现冻雨的时间最早(1981年10月23日)，三都冻雨出现时间最晚(1984年1月19日)。全省只有威宁站在10月出现过冻雨；11月中旬，贵州省的西部、中部开始大范围的出现冻雨，在贵州东北部、南部地区11月下旬开始陆续出现冻雨。从全省而言，冻雨初日基本上是西部、中部早，东北部、南部迟，由西向东、由中部向南北推迟。

从冻雨结束最晚时间分布来看(图2b)，冻雨最晚结束是开阳(1986年4月16日)，威宁、乌当也在4月中旬结束，最早结束是沿河(1981年1月27日)。省的中部一线(毕节南部、水城、贵阳中部、黔南北部、黔东南西北部)结束时间较晚，省的东北部地区结束时间较早，整体呈现东北部、南部早，西部、中部晚，由东向西、由南北向中部推迟的特征。

图2 近36 a冻雨初日(a)、终日(b)空间分布Fig.2 The spatial distribution of start date (a) and end date (b) of the freezing rain in recent 36 years

2.3 年平均冻雨日数及最长持续时间

从冻雨的空间分布来看(图3a)，省的东西向一线为冻雨的高发中心，有4个集中区域，分别为：威宁、大方、万山、开阳，年平均冻雨日数为25～46 d；省的东北部及南部年平均冻雨日数多在0～3 d之间，冻雨出现频率较低，部分低海拔地区在近36 a没有出现过冻雨，如：赤水、望谟、册亨、罗甸、荔波。

近36 a水城、纳雍、大方、开阳、万山、贵阳等6个站点最长冻雨持续时间达到30 d以上，且都出现在2008年；除此以外，威宁、七星关等7个站点冻雨持续时间在26 d以上，从图中可以看出(图3b)，在贵州东西向一线冻雨持续时间较长，尤其是西部高海拔地区；而贵州东北部及南部受冻雨影响小，冻雨一般维持0～5 d。

3 2018年1月下旬贵州大范围冻雨天气分析

3.1 天气过程概况

2018年1月24日开始至2月5日，贵州出现长达10 d的低温雨雪天气。从此次过程期间贵州省冻雨站数和日平均气温变化来看(图4a)，24日夜间受到强冷空气的影响，气温骤降，出现冻雨天气，24—26日，全省日平均气温从10 ℃降至0 ℃以下，到26日，冻雨站数达到近50站，27—31日，全省日平均气温维持在0 ℃以下，28日凌晨冻雨范围达到最大，全省冻雨站数达到67站，31日之后，气温缓慢回升，冻雨站数逐渐减少。此次低温雨雪天气到2月5日基本结束。

从2018年1月24日—2月5日冻雨日数分布(图4b)来看，全省各地冻雨日数分布在0～12 d之间，省的中部一线为冻雨的集中区域。在此次过程中，威宁、水城、七星关、大方、纳雍、息烽、开阳、麻江、丹寨等9个站点冻雨日数在9 d以上，总体呈现为中部一线冻雨较为集中，而省东北部、南部地区冻雨日数少，这种分布特征与多年平均冻雨日数分布较为一致。

图4 冻雨站数和日平均气温变化(a)及1月24日—2月5日冻雨日数分布(b)Fig.4 Change trend of freezing rain stations and daily average temperature (a) and the spatial distribution of freezing rain days from January 24 to February 5 (b)

3.2 背景形势特征分析

2018年1月24日，亚欧中高纬度有明显的阻塞形势，阻塞高压维持在乌拉尔山附近，阻塞高压北部不断向东发展，形成了东北—西南向的高压脊，在阿勒泰有切断低涡影响，冷中心强度达到-40 ℃，鄂霍茨克海地区有低涡发展，并配合较强的冷中心，冷中心强度达到-40 ℃以下，同时高纬地区不断有新的冷涡生成，冷涡南下，携带冷空气并入低涡主体。巴尔喀什湖附近及东北地区各有一横槽，槽后西北气流强盛，有利于引导冷空气大举南下。中低纬度地区，青藏高原以南，南支槽活跃，槽前西南气流强盛，水汽输送条件好，在24—27日，南支槽发展较为活跃。在中低层上，25日四川中部至云南有低压槽，贵州受槽前西南低空急流影响，较强的暖湿气流的输送有利于加大低空逆温梯度，切变线位于两湖盆地至贵州南部，利于低空水汽辐合；温度槽位于河套东部经川渝至贵州北部，冷空气取东北路径入侵贵州，700 hPa的0 ℃线从24日午后开始从东北方向影响贵州，27日0 ℃线影响至贵州中部一线。

地面冷高压中心主要稳定在贝加尔湖西南部至巴尔喀什湖东部之间，冷高压中心强度达到1 045 hPa；从冷锋的活动来看，冷空气的南下过程比较迅速，等压线密集程度较大，冷锋后24 h正变压可达5～8 hPa，24 h变温达到-5～-8 ℃，25日08时—26日08时，贵阳站降温幅度达到-16 ℃，25日20时在贵州西部形成较强的准静止锋，随着冷空气的继续入侵，静止锋西伸到滇黔交界处，贵州大部处于静止锋后，低温雨雪天气影响范围继续扩大。

从850 hPa平均高度场及风场来看，贵州省境内盛行东北气流，与来自孟加拉湾的西南气流汇合，两股气流势力相当，在贵州省西部边缘产生辐合上升运动，加之南支槽前水汽输送良好，在贵州产生较弱降水。川滇之间有高度场负距平中心，贵州重庆一带为高度场正距平，贵州西部等值线密集，准静止锋稳定维持。

从平均海平面气压场来看，在阿尔泰山脉北部有高压中心，此高压中心会不断分裂冷空气南下，强冷空气不断影响我国大部，当冷空气到达滇黔地区，受到横断山脉的阻挡，与西南暖湿气流势力相当，川滇地区为海平面气压负距平，贵州为正距平，在滇黔之间形成准静止锋；贵州省大部处于锋前，天气阴冷潮湿，从而造成了长时间的低温雨雪天气。

图5 1月22—27日500 hPa(a)及地面系统演变(b)Fig.5 Evolution of weather system at 500 hPa (a) and surface (b) from January 22 to 27

图6 2018年1月25日—2月5日NCEP 850 hPa高度场(a，等值线：位势高度；阴影：高度场距平)及风场(b)Fig.6 850 hPa geopotential height field of NCEP (a, contour line: geopotential height;Shadow:geopotential height field anomaly) and wind field (b) from January 25 to February 5, 2018

图7 2018年1月25日—2月5日NCEP海平面气压场(a)及其距平(b)分布Fig.7 Analysis of SLP of NCEP (a) and its anomaly distribution (b) from January 25 to February 5, 2018

3.3 探空垂直结构特征

根据过程期间威宁、贵阳、怀化每日08时和20时的资料分析，在此次过程中，贵州西部威宁的冻雨天气对应的探空结构以“一层模式”为主，在多数情况下不存在融化层，贵阳冻雨天气的探空结构中存在融化层，以“二层模式”为主，湖南西部的怀化冻雨结构以“二层模式”为主。对比3个探空站发现，地面平均气温在-1.7～-3.8 ℃之间，表明略低于0 ℃的温度有利于形成冻雨天气；3个探空站均存在明显的逆温层，贵阳、怀化的温度梯度显著，威宁探空结构中没有暖层，温度梯度小，且逆温顶气温低于0 ℃，云中主要为过冷水滴，贵阳、怀化的逆温层温差大于威宁；逆温结构主要出现在850～700 hPa，厚度约50～100 hPa，威宁海拔较高，因此逆温顶高度和逆温底高度均较高。对比表2中小雪天气对应的探空结构，发现：小雪天气的云顶气温明显低于冻雨天气的云顶气温，云顶高度约550 hPa，远高于冻雨的云顶高度，逆温顶气温在-5～-6 ℃之间，逆温底气温在-10～-12 ℃之间，表明小雪天气时大气的冷性结构更加显著，不同于冻雨的是，3个站点对应的小雪天气探空结构均不存在暖层，暖层厚度为0，整层都为冷垫，地面气温也更低。

表1 2018年1月25日—2月5日期间的冻雨天气探空结构Tab.1 The sounding structure of freezing rain from January 25 to February 5, 2018

表2 2018年1月25日—2月5日期间的小雪天气探空结构Tab.2 The sounding structure of snow weather from January 25 to February 5, 2018

4 小结

①贵州省冻雨月际变化趋势呈抛物线分布，1月冻雨发生频率最高，2月份次之，其余月份冻雨出现概率小。

②冻雨呈现中西部出现时间早，结束时间晚，东、南部出现时间晚，结束时间早的现象；省的东西向一线为冻雨的高发中心，东北部及南部冻雨出现频率较低，且东西向一线冻雨持续时间长，而东北部及南部受冻雨影响小。

③2018年1月24日—2月5日的冻雨天气过程中，阻高稳定维持在乌拉尔山，中期横槽转竖，后期形成两槽一脊型。过程期间东亚极涡强大且偏南，持续时间长，暖湿气流与冷空气交汇，加上准静止锋的作用，使得贵州冻雨天气持续。

④不同降水相态在探空结构上表现不同，冻雨天气存在逆温层，地面气温略低于0℃，小雪天气不存在逆温，整层为冷性气团，且地面气温低，冷性结构更显著。