2018年常州地区四次降雪过程的滴谱特征分析

温静?雷正翠?吴建秋?黄文彦?钱半吨

摘 要：本文利用NCEP再分析资料和雨滴谱仪揭示常州地区2018年四次降雪过程的微物理特征及规律。结果表明，四次降雪过程的天气形势均为中高层西到西南风、低层东到东北风的配置。低层为降雪过程提供了重要的冷垫条件，而700 hPa西南急流暖湿气流在此冷垫上沿着锋面爬升，为降雪提供了有利的水汽条件和能量条件。

关键词：降雪;雨滴谱仪器;粒子谱

中图分类号：P458.1文献标识码：A文章编号：1003-5168（2021）05-0147-03

Abstract： In this paper， the Microphysical Characteristics and rules of four snowfall processes in Changzhou region in 2018 were revealed by NCEP reanalysis data and raindrop spectrometer. The results show that the weather situation of the four snowfall processes is the middle and high-rise wind from west to southwest， and the low east to northeast wind. The lower layer provides important cold pad conditions for the snowfall process， while the warm and wet flow of southwest jet flows of 700  hPa climbs along the front of the cold pad， which provides favorable water vapor and energy conditions for snow falling.

Keywords： heavy snow process;disdrometer;particle spectrum

低温雨雪天气特别是暴雪天气，一直是气象部门关注的主要灾害性天气之一，也是政府和公众冬季尤为关心的问题。一旦冬季发生暴雪天气，经常会对人们生命安全和财产造成严重威胁。因此，提高对强降雪的预报能力对防灾减灾有着重要作用。过去国内外学者对降雪的动力和热力结构进行了大量研究，大部分是基于天气学诊断、数值模拟、气候统计等方面，取得了大量的研究成果[1-4]。然而，微物理结构作为影响降雪结构和演变的重要因素，相应的研究仍然较为有限，目前对其微物理研究更多的是利用数值模式进行模拟，缺乏相应的精细微物理观测。若能利用雨滴谱仪观测资料充分认识降雪的粒子相态和大小分布等微物理特征，将有利于弥补因常规观测资料、雷达卫星的局限性等原因而无法获取信息的不足。

1 四次降雪介绍及天气背景

2018年常州地区（包括常州、溧阳、金坛三个站点）共经历了四次降雪过程。

个例1：2018年1月3日，常州、金坛普降大暴雪，溧阳大雪，三地纯雪量分别为39.8、30.5、8.4 mm，过程最大日雨雪量分别为32.5、28.4、36.2 mm（均出现在1月4日）。

个例2：1月24日14：00起常州市自西向东出现降雪天气，至26日凌晨03：00前后第一轮强降雪结束，常州、金坛、溧阳三地累计雪量分别为15.4、15.9、23 mm，均达暴雪量级以上，最大积雪深度分别为12、14、11 cm。

个例3：随着27日凌晨暖湿气流再次北抬，又迎来新一轮的强降雪天气，常州、金坛、溧阳三地累计雪量分别为17.9、16.4、25.2 mm，最大积雪深度分别为16、22、23 cm。

个例4：12月7日14：00起溧阳市开始出现降雪，至21：00结束，累积降雪量为1.3 mm，最大积雪深度为1 cm。

从四次最强降雪阶段的雷达组合反射率来看，个例1降雪所在位置的组合反射率较强，约40 dBZ，其余3次降雪的组合反射率较小，为25～30 dBZ，均为层状云降雪。

2 降雪微物理特征分析

为了进一步说明降雪微物理特征与气象要素变化之间的响应程度，从个例1的雪花谱、降雪粒子数浓度、小时雪强以及气象要素（气温、相对湿度和风速）的时序变化情况进行分析（见图1）。个例1在1月3日夜里开始出现雨夹雪，至23：00转为纯雪。从小时雪强来看，此次降雪有两个较强降雪阶段，分别为3日23：00—4日07：00和4日15：00—21：00，其中最强小时雪强达到8 mm/h，4日9：00—10：00降雪有所间歇，雪强约1 mm/h。从雪花谱的时序分布来看，在两个较强阶段，对应的小的雪粒子（<1 mm）的浓度较大，同时，也有部分大粒子存在;而在中间间歇阶段，对应的粒子浓度明显减小，且粒子直径较小。这说明随着雪强的增大，小的雪粒子浓度明显增加，且出现了较大的粒子（>3 mm）。从气象要素的时序分布看，个例1的地面气温基本维持在0 ℃以上，相对湿度达到98%，风速在2～3 m/s。这种高温、高湿、风速較小的气象环境非常有利于在降雪过程中形成大雪花。在两个较强降雪阶段，雪强增大时，对应地面气温降低，在降雪间歇阶段，气温缓慢回升;在第一个较强降雪阶段，风速有增大的趋势，在第二个较强降雪阶段，风速有所减小。

个例2在1月24日夜里开始出现降雪，至26日凌晨停止。从小时雪强来看，此次降雪24日21：00—25日09：00雪强较小（1～2 mm/h），25日白天雪强达到最强阶段（09：00—18：00），最大达8 mm/h，共持续了8 h，而后25日夜里降雪开始慢慢减小，雪强约为1 mm/h。对应雪花谱的时序分布来看，在降雪的初始阶段，小的雪粒子的浓度基本维持在2～2.5;在较强阶段，对应的小的雪粒子（<1 mm）浓度较大，最大浓度达3.5，同时，也有部分大粒子存在，最大粒径达到3.5 mm。这说明随着雪强增大，小的雪粒子浓度明显增加，且出现了较大的粒子（>3 mm）。从气象要素的时序图（图略）来看，随着降雪强度逐渐增大，地面气温开始下降，相对湿度急增，达98%，风速也在缓慢增强，降雪出现以后，气温降至0 ℃以下，达-2 ℃，至25日10：00—13：00即降雪最强阶段，气温稍有回升，但仍低于0 ℃，随后气温下降，降雪停止后，气温仍然下降至-3 ℃。

个例3在1月27日凌晨开始出现降雪，至28日傍晚停止。从小时雪强来看，此次降雪雪强的较大值集中在27日09：16—22：00，而后27日夜间降雪间歇，28日上午又开始降雪，雪强较小（<1 mm/h）。对应雪花谱的时序分布来看，27日白天降雪较强时，对应的小粒子（<1 mm）的浓度较大，同时，也有部分大粒子存在;而在28日雪强较小时，对应的粒子浓度明显减小，且最大的粒子直径也明显减小。从气象要素的时序图（图略）来看，个例3的地面气温基本维持在0 ℃以下，降雪开始之前，气温低于-2 ℃，降雪增强以后，气温回升，至28日14：00降雪渐止，气温又开始慢慢降低。相对湿度的变化与气温变化相似，降雪开始前，相对湿度约80%左右;降雪开始后，相对湿度急增，达98%，降雪结束后，湿度减小。风速在降雪开始后明显减小，从5 m/s降至2～3 m/s，在降雪最强的时候，对应的风速最小。

个例4整体的降雪量较小，持续时间短。降雪集中在下午时段，最大降雪深度出现的时间是17：00。对应雪花谱的时序分布来看，雪花的粒径和浓度都较小。从气象要素的时序图（图略）来看，个例4的地面气温基本维持在0 ℃以上，相对湿度达98%，风速在2～3 m/s，与个例1类似，存在于高温、高湿、风速较小的气象环境中。开始降雪以后，气温有所降低，湿度升高。

4次个例的雪花谱分布有所不同，虽然谱型分布均呈多峰分布，但是谱宽、峰值直径及其对应的浓度有所差别，这也与对应环境气象要素的差别有很大关系。个例1的降雪过程中雪花谱最宽（11 mm），其次是个例2（9 mm）和个例3（7 mm），个例4最窄（5 mm）。峰值直径也与雪花谱相似，个例1最大，其次是个例2和个例3，个例4最小，但是峰值直径对应的雪粒子数浓度的排序顺序是个例2、个例1、个例3、个例4。4次个例的谱型分布均呈多峰分布。

四次个例的降雪过程的最大直径和雪粒子数浓度随雪强的变化图（图略）给出了降雪强度与最大直径和雪粒子数浓度之间的关系。与前面的微物理过程分析相一致的是，不同个例的最大直径和雪粒子数浓度增长方式有所不同。明显看出个例1的增长方式与个例2、3不同。个例1中，随着降雪强度的增强，对应的最大直径也呈线性增大，小雪花明显减少，而雪粒子数浓度却没有增长或减小，没有明显的线性关系;个例2与个例3发生的时间较为接近，也可以说发生在同一天气背景下，最大直径和雪粒子数浓度增长较为相似，随着降雪强度的增强，对应的最大直径和雪粒子数浓度均呈线性增大，即雪强越大，大雪花越多;个例4由于降雪量较小，取样量也较少，最大直径和浓度与雪强的关系表现得不是特别明显。前3个个例表明不同个例雪强增大对应的微物理机制不同，这与雪花增大的机制不同有关。

3 结语

本文利用滴谱仪的观测资料，从观测角度分析2018年四次降雪过程，揭示常州地区降雪的微物理特征及规律，从而提升对降雪微物理过程的认识。本文通过研究得出的结论如下。

①四次降雪过程的天气形势背景场均为高层500 hPa偏西风、700 hPa偏西風或西南风以及低层850 hPa和925 hPa为东北风的整层配置。低层为降雪过程提供了重要的冷垫条件，而700 hPa西南急流暖湿气流在此冷垫上沿着锋面爬升，为降雪提供了有利的水汽条件和能量条件。

②4次个例的雪花谱的分布有所不同，虽然谱型分布均呈多峰分布，但是谱宽、峰值直径及其对应的浓度有所差别，这也与对应环境气象要素的差别有很大关系。个例1和个例4环境温度高于0 ℃，雪花增大的方式主要是由于融化碰并的作用，在雪强增大的时候，雪花直径相应增大，而雪粒子数浓度没有明显跃增;个例2和个例3环境温度低于0 ℃，雪花增大的方式主要是由于准液态膜理论的作用，随着雪强增大，最大直径和雪粒子数浓度均线性增大。同时，融化碰并机制比准液态膜理论更易形成大雪花。

但是，由于研究的仅仅是四次个例，并不能完全代表常州地区所有的降雪个例，因此未来将会对更多的个例进行统计分析，得出更加普适的结论。

参考文献：

[1]张备，尹东屏，严雯莲，等.2008年江苏持续性降雪中的水汽和动力抬升机制分析[J].灾害学，2012（2）：29-33，42.

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[4]白媛，张建松，王静爱.基于灾害系统的中国南北方雪灾对比研究：以2008年南方冰冻雨雪灾害和2009年北方暴雪灾害为例[J].灾害学，2011（1）：14-19.