许昌地区大雪以上量级降雪及雨雪转换过程特征研究

2022-06-11侯凯

河南科技 2022年10期

侯凯

摘要：通过对2006—2020年许昌地区大雪以上量级降雪过程及降水相态进行统计分析发现，许昌市大雪以上量级降雪过程有189次，其中94.2%发生在1月、2月和11月，64.0%发生在白天，76.2%为纯雪过程，年际变化较大，空间分布与地形关系密切。同时对10个大雪以上量级降雪的雨雪转换过程环流背景和探空资料进行分析，总结出许昌地区出现大雪以上量级降雪的雨雪转换过程主要环流形势，并制定出气温的雨雪转换判别指标，为许昌大雪以上量级降雪的雨雪转换预报提供参考。

关键词：大雪;气候特征;雨雪转换;判别指标

中图分类号：P457.6;P426.63 文献标志码：A 文章编号：1003-5168（2022）10-0101-05

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2022.10.023

Study on the Characteristics of Snowfall Above Heavy Snow and Rain-snow Conversion Process in Xuchang Area

HOU Kai

（Meteorological Administration of Xuchang，Xuchang 461100，China）

Abstract：Through the statistical analysis of snowfall above heavy snowprocesses and precipitation phase in Xuchang area from 2006 to 2020， it is found thatthere were 189snowfall above heavy snow processes in Xuchang Area，and the 94.2% of processes occurred in January，February and November，the 64.0% occurred during daytime， the 76.2% were pure snow processes.The annual variation of snowfall above heavy snowprocesses is large，and the spatial distribution of snowfall above heavy snowprocesses is closely related to topography.Based on the the analysis of the atmospheric circulation background and radiosonde data of 10 rain-snow conversion processes，the main atmospheric circulation situation of the rain-snow conversion process in Xuchang area is summarized，and the index of temperature in the process of rain-snow conversion is established. These can provide a reference for the forecasting of rain-snow conversion in Xuchang area.

Keywords：heavy snow;climate characteristics;rain-snow conversion;discriminant index

0 引言

降雪天气是冬半年重要的灾害性天气之一，对设施农业、交通运输、城市运行等带来严重影响。许昌市地处河南省中部、豫西山地与豫东平原过渡地帶，属北暖温带季风气候区，纯雪和雨雪转换天气贯穿整个冬季，对准确预报降雪量级及相态造成一定影响。我国气象工作者对降雪，尤其是大雪及以上降雪从气候特征、天气学分析、物理量诊断、雷达分析、数值预报产品释用、雨雪转换指标等方面做了大量卓有成效的研究[1-10]。许昌气象工作者也通过对本地暴雪、雨转雪[11-12]的个例分析研究，为暴雪预报及雨雪转换提供了重要的参考依据。本研究旨在通过总结归纳近15年许昌地区大雪以上量级降雪气候特征，以及典型雨雪转换过程的天气成因和雨雪转换指标，为许昌地区冬季降水相态转换过程中出现大雪以上量级的降雪预报提供参考。

本研究雨雪转换过程主要指雨转雪、雨转雨夹雪再转雪、雨夹雪转雪的天气过程。

1 资料与标准

本研究所用的资料为2006—2020年共15年的国家常规高空、地面气象观测资料和降雪加密观测资料。所用方法主要为统计分析、天气分析等。

本研究选取许昌地区所辖长葛、禹州、许昌、鄢陵、襄城5个国家气象观测站12 h纯雪量≥3.0 mm的过程作为大雪以上量级降雪过程的统计标准。其中，2017 年后冬季降水观测采用称重式雨雪量器，夜间不观测记录雨雪转换时间，无法识别夜间降雪量。因此，夜间雨雪转换过程选取的是降水量超过3.0 mm，且积雪深度超过1 cm的过程作为大雪以上量级降雪过程的统计标准。

2 大雪以上量级降雪过程气候分析

2.1 时间统计分析

统计发现（表1），2006—2020年许昌地区5个国家气象观测站共出现大雪以上量级降雪过程189次，年平均12.6次。其中，夜间（20—08时）出现68次，白天（08—20时）出现121次，过程主要出现在白天（占比为64.0%）。大雪以上量级降雪过程最早出现在2009年11月10日夜间（10日20时—11日08时）的长葛、襄城站，为雨雪转换过程，纯雪量分别为4.7 mm、7.9 mm;最晚出现在2010年3月5日白天（08—20时）的长葛站，为雨雪转换过程，纯雪量为3.9 mm。

分析2006—2020年许昌地区5个站点大雪以上量级降雪过程年际变化和月度变化[图1（a）]发现，年内出现过程最多28次（2006年），最少0次（2007年），年际变化较大，但整体趋势无明显变化。从月度变化[图1（b）]上可以发现，过程1月出现最多，次之是2月和11月，合计占总次数的94.2%，最少则出现在3月和12月。

2.2 空间分布特征

从表1可以看出，许昌地区大雪以上量级降雪天气过程空间分布不均匀，最多出现在襄城46次，最少出现在禹州30次，均位于许昌西部山区和平原交界地带，出现过程次数基本相同的长葛、许昌、鄢陵则位于平原地带。可见，许昌地区大雪以上量级降雪天气过程与地形关系密切。

2.3 降水相态特征分析

统计发现，2006—2020年许昌地区5个国家气象观测站出现大雪以上量级降雪过程中雨雪转换过程45次、纯雪过程144次，纯雪过程为主（占比76.2%）。从时间分布看，雨雪转换过程和纯雪过程在11—3月、白天或晚上均会出现，仅纯雪过程出现在白天的次数较多（占比70.8%）。可见，许昌地区5个国家气象观测站出现大雪以上量级降雪过程中降水相态总体无明显的时间分布特征。

3 雨雪转换过程特征研究

本研究选取2006—2020年许昌地区5个国家气象观测站中任意3个及以上站点出现大雪以上量级降雪，且降水相态为雨转雪、雨转雨夹雪转雪、或雨夹雪转雪的过程作为雨雪转换过程为典型过程进行研究。共筛选出典型雨雪转换过程10个。利用常规高空、地面观测资料对10个典型过程的大尺度环流背景和探空资料进行分析，总结出许昌地区典型雨雪转换过程的主要环流形势，并研究建立了许昌地区雨雪转换的判别指标。

3.1 大尺度環流背景分析

3.1.1 500 hPa环流形势。分析10个典型过程的500 hPa环流发现，许昌典型雨雪转换过程环流形势可分为三类。

一是南支槽型。过程前期，东亚大槽已东移至海上，许昌上空受东亚大槽后部冷空气影响，气温较低。过程期间，河套以北受东亚大槽后部西北气流控制，许昌上空受河套附近至云南一带南支槽影响。南支槽前暖湿气流使过程开始时整层气温升高，降水相态为雨或雨夹雪。随着低层冷空气的补充侵入，降水相态转为纯雪。如2019年2月13日08—20时大雪过程，该环流类型在近15 a出现了3例，占比30%。

二是北脊南槽型。过程前期，贝加尔湖附近受高压脊控制，引导极地冷空气从贝加尔湖和鄂霍次克海之间，经我国北部不断南下影响许昌，贝加尔湖至我国东北至内蒙一带有低槽或低涡存在，受其影响，许昌上空气温较低;我国中高纬环流形势整体呈经向型。过程期间，许昌上空受河套附近至云南一带南支槽影响。该类型与南支槽类型相似，其槽前暖湿气流使过程开始时气温升高，降水相态为雨或雨夹雪。随着低层冷空气的补充侵入，降水相态转为纯雪。如2015年11月23日20时—24日08时的暴雪过程，该环流型在近15 a出现了4例，占比40%。

三是北涡南槽型。过程前期，贝加尔湖西部、北部或西北部有一较强低涡存在，其后部不断分裂小槽携带冷空气东移南下，许昌上空气温持续下降，但下降不明显;我国中高纬环流形势呈纬向型。过程期间，低涡后部分裂的小槽和河套附近至云南一带南支槽过程中逐渐合并影响许昌，气温不断下降，降水相态因冷空气的不断补充逐渐转为纯雪。如2006年1月30日08时—20时的大雪过程，该环流型在近15 a出现了3例，占比30%。

综上，500 hPa上三种环流形势中均受到南支槽的影响，且雨雪转换过程中升温、降温都会有出现，可见南支槽在许昌典型雨雪转换过程中起着重要作用。而过程期间该层是否有冷空气的补充，在雨雪转换中并不起主要作用。

3.1.2 700 hPa环流形势。700 hPa上，许昌典型雨雪转换过程环流形势可分为两类。

一是冷槽型。该类型在过程期间，冷槽（或冷式切变线）位于河南至陕西附近，其前部有较强的西南急流，许昌位于西南急流上空或出口区。冷槽在东移过程中，其后部偏北气流携带的冷空气侵入许昌上空，700 hPa气温下降，降水相态转为纯雪。如2017年2月21日08—20时的大雪过程，该环流型在近15 a出现了9例，占比90%。

二是暖槽型。该类型在过程期间，许昌主要受河套附近至云南一带暖性低槽影响，无冷空气补充，700 hPa气温上升，但随着低层冷空气的补充，降水相态仍转为了纯雪。该类型仅在2006年1月30日08—20时的大雪过程中出现1次。

综上，700 hPa上，较强的西南急流是许昌典型雨雪转换过程中的主要影响系统，为过程提供了充足的水汽、能量和动力条件。与500 hPa相似，过程中700 hPa上升温、降温都有存在，可见700 hPa上是否有冷空气的补充侵入，在许昌地区典型雨雪转换中同样并不起主要作用。

3.1.3 850 hPa、925 hPa环流形势。许昌10个典型雨雪转换过程中，850 hPa上受偏北气流、偏东气流、东南气流、东南气流和偏东气流切变线、西南气流的影响，环流形势表现并无明显规律，850 hPa上气温变化也是升温、降温均有出现，并无明显规律。可见，850 hPa系统在许昌地区典型雨雪转换过程中作用并不明显。925 hPa上则主要受偏东气流、偏北气流或东北气流的影响，过程中气温下降，为雨雪转换提供必要的温度条件。

3.1.4 小结。分析发现，在许昌地区典型雨雪转换过程中，500 hPa上气温上升时，700 hPa上表现为降温;700 hPa升温时（2006年1月30日08—20时过程），500 hPa、850 hPa、925 hPa、1 000 hPa则均表现为降温。可见，许昌地区典型雨雪转换过程中对相态转换起主要作用的是中层及以下气温的整体变化，而不是单独某一层的冷空气作用。

因此，总结出许昌地区典型雨雪转换过程的主要环流形势为：500 hPa上位于河套附近至云南一带南支槽东移影响许昌地区的过程中，与许昌地区700 hPa上空较强的西南急流相互配合，共同为许昌地区大雪以上量级降雪过程提供充足的水汽、能量和动力条件;中层及以下冷空气的补充侵入为雨雪转换提供了必要的温度条件。

3.2 雨雪转换指标研究

参照国内广大学者对雨雪相态转换指标研究[8-10，13-16]，本研究从500 hPa及以下特定层的气温、湿球温度、假相当位温、位势厚度及特定层间的平均值进行研究，同时还对0℃层高度、抬升凝结高度及其高度差进行了分析。结果表明，假相当位温、位势厚度、0℃层高度、抬升凝结高度及相关指标在许昌10个典型雨雪转换过程中并无明显特征，仅特定层气温并结合特定层间的平均值对雨雪转换有较明显的指示意义。

对许昌10个典型雨雪转换过程的环流形势分析可知，典型雨雪转换过程中起主要作用的是中层及以下气温的整体变化，且10个过程中的500 hPa上气温和雨雪转换前后变化相对其他层次均明显偏小，因此气温指标重点选取了700 hPa及以下特定层的平均气温作为主要判别依据，并结合特定层次气温制定了综合判别指标。

最终总结出许昌典型雨雪转换过程的气温判别指标为：①T2 m～700 hPa（地面2 m到700 hPa间的平均气温，下同）≤-5.4 ℃时，出现雨雪转换;②T2 m～700 hPa>-5.4 ℃时，T850（850 hPa气温，下同）≤-3.7℃、T700（700 hPa气温，下同）≤0 ℃，出现雨雪转换;③T2 m～700 hPa>-5.4 ℃、T850>-3.7 ℃时，T2 m（地面2 m气温，下同）≤0 ℃，出现雨雪转换。

分析發现，925 hPa、850 hPa、700 hPa三层平均气温，结合T850、T700、T1 000（1000 hPa气温）或T2 m也可有效判别出许昌大雪及以上量级降雪过程中的雨雪转换。但因许昌上空各层气温采用的是郑州探空资料，与实际情况有一定差别，因此，本文将许昌地区2 m气温加入判别依据，选取了T2 m～700 hPa、T850、T700和T2 m作为判别指标。

4 结语

①2006—2020年，许昌地区共出现大雪以上量级降雪过程189次，主要出现在白天（占比64.0%），且纯雪过程出现最多（占比76.2%）。年际变化较大，但整体趋势无明显变化。过程主要出现在1月、2月和11月（占比94.2%）。

②2006—2020年，许昌地区大雪以上量级降雪过程空间分布不均匀，最多出现在襄城46次，最少出现在禹州30次，与地形关系密切。

③许昌大雪以上量级降雪的典型雨雪转换过程中，500 hPa南支槽和700 hPa较强的西南急流为雨雪转换过程提供了水汽、能量和动力条件;中层以下冷空气的侵入为雨雪转换提供了温度条件。

④综合地面2 m到700 hPa平均气温及特定层次气温或湿球温度为许昌雨雪转换的判别提供依据，但本研究仅对10个大雪以上量级降雪的雨雪转换过程进行了统计分析，没有对大雪以下量级的降雪的雨雪转换过程进行检验，判别指标仍存在一定的局限性。

参考文献：

[1] 董啸，周顺武，胡中明，等.近50年来东北地区暴雪时空分布特征[J].气象，2010，36（12）：74-79.

[2] 阎琦，蒋大凯，陈传雷，等.1960—2009年辽宁区域性暴雪气候特征[J].气象与环境学报，2012，28（4）：43-48.

[3] 王新敏，布亚林，李平，等.河南省暴雪天气特征及预报模型[J].河南气象，2000，23（4）：1-2.

[4] 陈雪珍，慕建利，赵桂香，等.华北暴雪过程中的急流特征分析[J].高原气象，2014，33（4）：1069-1075.

[5] 邵宇翔，谷秀杰，齐伊玲.初冬河南省暴雪天气学分析与诊断：以2015年11月23日—24日暴雪为例[J].河南科学，2018，36（6）：925-932.

[6] 吴剑坤，黄初龙，雷蕾.2001—2018年北京地区暴雪天气雷达回波特征分析[J].气象科技，2021，49（1）：107-113，147.