红河州降雪气象要素特征分析

周秀美，刘 佳，兰 兰

(红河州气象局，云南 蒙自 661199)

0 引言

红河州位于云南省东南部，101.8°E～104.3°E、22.43°N～24.75°N，境内海拔高差悬殊，最高处海拔3 074.3 m，最低处海拔76.4 m(也是云南海拔最低点)，在有利的水汽条件下，并非每次寒潮南下都会带来降雪，且出现降雪过程时，并不是每个县市都出现降雪。由于降雪过程少，尤其中部、南部地区，几年才出现一次降雪，一有强冷空气活动，民众就非常关心是否会出现降雪，同时降雪往往给道路交通带来较大影响，所以对红河州降雪的气象要素进行分析，找出阈值，对提高降雪预报服务能力有重要意义。

张书萍、马丽云、张桂莲、孙欣、高晓梅、徐建国等[1-6]对北方降雪个例的大气环流背景作了分析，彭京备、张娇、孙俊、刘蕾[7-10]等对南方降雪个例的环流背景作了分析，总体而言，不论是北方降雪还是南方降雪，都需要有冷暖气流的交汇，具有一定的水汽条件。

大气层结和气象要素方面，李海军等[11]对浙江嘉兴一次雨雪天气过程中降水相态转换条件进行了分析，指出水汽凝结高度不同是造成两次相态转换的主要原因。张俊兰等[12]对北疆4月一次雨雪转换过程进行分析得出，中低层温度变化是预报降水相态转换的关键因子和指标。李进等[13]通过对2008～2018年资料进行分析，得出杭州降雪地面至500 hPa的温度条件，高晓梅等[5]低于5 ℃为莱州湾发生冷流降雪的地面2 m温度阈值。

许美玲[14]等对云南降雪的大气环流形势作了系统的分析，将云南降雪环流分为北脊南槽型、北横槽有南支槽型等类型，并对水汽条件、动力条件、热力条件、大气层结等作了分析，红河州降雪的大气环流背景、物理量场、大气层结条件基本符合上述特征，在此不作分析。

在《昆明准静止锋》一书中，段旭等[15]对云南降雪的0 ℃层高度、500 hPa温度、700 hPa温度、地面气温、500～700 hPa位势厚度等指标进行了分析，并建立了昆明降雪预报方程。参照文献[15]的方法，对红河州降雪的气象要素进行分析，找出各要素的降雪指标，并建立蒙自降雪预报方程，提高降雪预报的针对性和准确率。

1 红河州降雪时空分布特征

1980～2018年39年间，共32年122天出现降雪，平均每年3.8天，出现降雪日数最多的是1992年，有11天，2000年以来，降雪日数最多的是2018年，有9天。1984、1996、1998、2001、2006、2009、2017年未出现降雪。

从影响范围来看，一天内降雪范围最大的出现在2016年1月24日，有11县市出现降雪(除河口县、元阳县外)，同时10站出现降雪的有4天，9站2天，8站1天，6站1天，4站7天，3站7天，2站22天，1站77天。出现最多的为1站，占63.1%，其次为2站，占18%，3站以上加起来仅占18.9%。

从各站点39年降雪总日数(图1)来看，泸西降雪日数最多，有107天，每年3天左右，其次为弥勒、个旧，分别为39天、32天，每年一天左右，建水、屏边14天，2～3年出现一天，蒙自、石屏、绿春则4年左右出现一天，金平、开远则6年左右出现一天，红河39年只出现了3天，河口、元阳站点从未出现过降雪。

图1 红河州各县市39年总降雪日数(单位：d)

之所以出现这样的分布特征，是由于在相同的大气环流背景下，是否出现降雪主要取决于站点高空和近地面的气温分布情况。泸西位于红河州的最东北角，受冷空气影响最频繁，同时海拔较高(1 704.3 m)，近地面气温较低，在高空条件满足时，更容易形成降雪。同样位于东部的弥勒、屏边受冷空气影响日数也较多，但降雪日数却较泸西少得多。弥勒降雪日数却只有泸西的三分之一，主要是由于弥勒海拔仅有1 415.5 m，比泸西低300 m左右。屏边则由于海拔较低(1 414.1 m)和纬度偏南的缘故，只有泸西的十分之一。而稍偏西的个旧虽然受静止锋影响的日数相对较少，但由于海拔较高，有1 720.5 m，出现降雪的日数反而相对较多。

2 降雪天气系统、特征等温线

陶云等[16]对云南省1981～2013年降雪过程的环流特征分析表明，南支槽是产生云南大范围雨雪天气的重要系统之一。分析39年间3站以上的16次降雪过程发现，除了强冷空气外，其中15次过程高空均有南支槽东移，南支槽是红河州出现较大范围降雪的重要条件。同样，通过分析39年的所有出现降雪的过程发现，850 hPa 4 ℃线和700 hPa0 ℃线压过的地区容易出现降雪，降雪前沿与这两条等温线高度吻合(图2)。

图2 红河州降雪主要环流形势与特征等温线示意图

3 气象要素统计特征

除去常用的850 hPa、700 hPa温度指标，张瑾文[17]等指出，降水的相态还取决于0 ℃层高度(H0)和500 hPa与700 hPa的位势高度差等，下面对与降水相态相关的气象要素进行统计。

3.1 地面最低气温

对出现降雪的11个县市日最低气温进行分析，绘制箱线图(图3)。可以看出，大部分县市出现降雪的气温区间比较大，泸西、弥勒甚至低于4.4 ℃就可能出现降雪，其次为建水、金平、开远3.4～3.9 ℃，最低为石屏1.6 ℃，其余县市在1.9～2.5 ℃。

图3 各县市降雪日最低气温箱线图(单位： ℃)

各县市的75%分位在0～3 ℃，最高为金平2.85 ℃，最低为石屏0.4 ℃，25%分位在-2～0 ℃，最高为开远0 ℃，最低为个旧、屏边-1.7 ℃。大部分县市的50%分位在0～1 ℃。

3.2 蒙自地面、高空要素统计特征

红河州境内只有蒙自有探空站，对蒙自2 ℃以下的降雨、降雪日最低气温绘制箱线图(图4a)，由图可以看出，在1.0 ℃附近降雨和降雪出现的概率均较大，1.0 ℃以上出现降雨的可能性增大，1.0 ℃以下主要为降雪，降雪的中位数为0.2 ℃，降雨的中位数为0.98 ℃。

图4 a蒙自降雪、降雨日最低气温箱线图(单位： ℃)b蒙自降雪高空气温箱线图(单位： ℃)

对蒙自出现降雪的9次过程中500 hPa、700 hPa、850 hPa气温进行分析，绘制箱线图(图4b)可以看出，500 hPa气温在-10 ℃以下，700 hPa和850 hPa集中在0 ℃以下，且中位数均为-2 ℃，两个层次出现降雪的最高气温均为1 ℃。

分析9次降雪过程中蒙自500 hPa与700 hPa以及700 hPa与850 hPa位势高度差发现，500～700 hPa位势高度差集中在260～267位势什米，而700～850 hPa位势高度差则集中在151～155位势什米，零度层高度都在850 hPa以下。

3.3 蒙自降雪方程

选取1980～2018年的降水样本，采用降雪TS评分最高的原则确定每个物理量的阈值。初步选定的物理量及阈值、评分见表1，由于500 hPa温度TS评分太低(空报太多)以及0 ℃层高度判据为H0≤850 hPa，与850 hPa气温判据重合，在此不予考虑。

表1 蒙自物理量降雪判据及评分

由表1可以看出，地面最低气温TS评分最高，其次为700～850 hPa位势厚度、850 hPa温度。用权重线性法(1)式，对每个单一的判据给予不同的权重，建立蒙自降雪的综合判据。

(1)

wk=TSk/(TS+漏报+空报)

(2)

根据式(1)和式(2)，得到综合判据方程。规定单一判据判定yk雪时取1，否则为0，按历史拟合率(TS评分)最高位原则，可确定综合判据的临界值YC，当y≥YC时，预报降水相态为雪，否则为雨。

按上述思路，对表1的6个物理量降雪判据进行不同的组合试验，最后得到由850 hPa温度、地面日平均气温、地面日最低气温组合的综合判据降雪的历史拟合率最高，其综合判据方程为：

y=0.43Tmin+0.33T85+0.24Ta

(3)

临界YC取0.33，当y≥0.33时预报降雪，否则预报降雨，TS评分达到了81%，高于各单一判据。

利用方程对蒙自2019年、2020年冬季、2021年1月、2月达到其中一项指标的共16天的降水相态进行预报检验，对于其间2次降雪、13次降雨均作出了准确预报，空报1次降雪，准确率93.8%。

4 结论与讨论

(1)1980～2018年39年间，红河州共32年122天出现降雪，平均每年3.8天。一天内降雪范围最大有11县市出现降雪(除河口、元阳外)，出现最多的为1站，占63.1%，其次为2站，占18%，3站以上加起来仅占18.9%。

(2)泸西降雪日数最多，有107天，每年3天左右，弥勒、个旧每年一天左右，建水、屏边2～3年出现一天、蒙自、石屏、绿春4年左右出现一天，金平、开远6年左右出现一天，红河39年只出现了3天，河口、元阳站点从未出现过降雪。

(3)南支槽是红河州出现大范围降雪的重要条件，850 hPa 4 ℃线和700 hPa 0 ℃线压过的地区容易出现降雪。

(4)各县市出现降雪的近地面最低气温在1.6～4.4 ℃。

(5)蒙自出现降雪时，500 hPa气温在-10 ℃以下，700 hPa和850 hPa集中在0 ℃以下，两个层次出现降雪的最高气温均为1 ℃。500～700 hPa位势高度差集中在260～267位势什米，700～850 hPa位势高度差集中在151～155位势什米，零度层高度都在850 hPa以下。