陳孟瓊+王林+劉劍橋+胡艷陽+張海鷗

摘要 利用常規(guī)天氣圖、NCEP再分析資料、鄂西站探空資料，對張家界市2014年3次低溫雨雪冰凍過程的天氣實況、天氣背景、環(huán)境條件等進行了綜合分析。通過分析研究出張家界市出現雨夾雪或純雪的氣溫指標值，張家界站、慈利站氣溫≤2 ℃，桑植站氣溫≤1 ℃。通過分析臨近張家界的鄂西T-logP資料得知，降雪前中低層存在逆溫層，降雪后在高空冷平流的影響下降溫，其逆溫減弱直至消失。逆溫層的厚度、強度與降雪的強度和維持時間正相關。雨雪的大小，除了考慮水汽條件外，還要綜合考慮動力抬升的強弱和降水持續(xù)時間的長短。對冬季雨雪相態(tài)轉換研究可明確雨雪分界線及轉換時間，為精細化預報預警提供技術支撐。

關鍵詞 雨雪；相態(tài)轉換；預報著眼點；湖南張家界

中圖分類號 P458.121 文獻標識碼 A 文章編號 1007-5739（2017）06-0214-04

Research on Forecast Focus of Phase Transformation of Rain and Snow in Zhangjiajie City

CHEN Meng-qiong WANG Lin LIU Jian-qiao HU Yan-yang ZHANG Hai-ou

（Zhangjiajie Meteorological Bureau in Hunan Province，Zhangjiajie Hunan 427000）

Abstract Using conventional weather maps，NCEP reanalysis data，Western Hubei Station sounding data，the actual weather，weather background and environmental conditions of low temperature and freezing process for 3 times in Zhangjiajie City in 2014 were analyzed comprehensively in this paper. The results showed that temperature index of sleet or pure snow in Zhangjiajie City was obtained，temperature of Zhangjiajie Station and Cili Station was less than or equal to 2 ℃，temperature of Sangzhi Station was less than or equal to 1 ℃.Through the analysis of T-logP data in western Hubei，there was low-level inversion layer before snow，and the inversion weakened until disappear under the influence of high altitude cold advection after snow. Thickness and strength of inversion layer were positively associated with the intensity and duration of snow. The size of the rain and snow was also related to the strength of the dynamic lifting and the rainfall duration，besides water vapor condition. The research on phase transformation of winter snow and rain can provide technical support for fine forecast，because it can confirm the demarcation line and conversion time of rain and snow.

Key words rain and snow；phase transformation；forecast focus；Zhangjiajie Hunan

張家界市位于湖南西北部，地處云貴高原隆起與洞庭湖沉降區(qū)結合部，介于北緯28°52′～29°48′、東經109°40′～111°20′之間。境內多山，地勢由西北向東南傾斜，桑植縣西北部的斗蓬山海拔1 890.4 m，為市境最高處，市內最低點海拔75 m，位于慈利東部。張家界屬中亞熱帶山原型季風性濕潤氣候，光熱充足，雨量充沛，無霜期長，嚴寒期短，出現連續(xù)5 d或以上日平均氣溫≤0 ℃的嚴寒期年份極少。冬季平均降雪日數為8.5 d，最多達17 d，最少3 d。平均初雪日在12月8日，終雪日為3月11日。一次嚴重的雨雪天氣過程往往伴隨大風和大幅度降溫現象，甚至出現冰凍，對越冬作物、旅游交通等產生不利影響[1-3]。

1 天氣實況

2014年2月上、中旬期間，張家界前后共出現3次低溫雨雪冰凍天氣過程，分別為4日白天至8日夜間（簡稱0206過程），12日白天（簡稱0212過程），16日晚上至17日晚上（簡稱0218過程）。其中，0206過程降雪強度達到中雪，主要降雪時段為5日夜間至6日夜間、7日夜間至8日夜間，降水相態(tài)包含有雨、雨夾雪、雪，過程累計雨雪總量為12.6 mm，最大積雪深度1 cm；0212雨雪天氣過程較弱，僅12日白天下了0.1 mm的純雪，雪深0 cm；0218過程降雪強度達到大到暴雪，主要降雪時段為17日晚上，降水相態(tài)包含有雨、雨夾雪、雪，雨雪總量達8.8 mm，最大積雪深度4 cm（桑植）。這3次降雪天氣過程的共同點是降雪范圍廣，大部分地區(qū)均出現了積雪、道路結冰等現象，對交通運輸和農業(yè)生產造成了嚴重的影響。不同之處在于0206過程低溫雨雪持續(xù)時間長達5～6 d，更有利于積雪和冰凍天氣的維持；而0218過程的強度要明顯強于0206過程和0212過程，但由于這次降雪過程是先雨后雪，所以最大積雪深度只有4 cm；0212過程降雪時間短、強度弱[4-6]。

2 天氣背景分析

2.1 500 hPa高空形勢

分析這3次過程的500 hPa高空形勢場，從圖1（a）、（b）、（c）可以看出，0206過程和0212過程的歐亞中高緯為寬廣的低壓槽區(qū)，有分裂小槽攜帶冷空氣東移南下影響我國大部地區(qū)，中低緯0206過程高原上多小波動東傳，0212過程僅四川1個低槽。而0218過程歐亞中高緯為一槽一脊型，烏拉爾山為高壓脊，亞洲東部沿海到貝湖北部為低壓槽區(qū)，新疆東部有冷槽東移南下，中低緯在陜西—川南有緯向型低槽東出影響張家界[7-10]。

2.2 地面冷空氣

分析這3次過程的地面形勢場，從圖1（d）、（e）、（f）可以看到，影響張家界的冷空氣路徑分為2條：一是由華北地區(qū)經山東—河南—湖北中東部南下的東路冷空氣，二是由西北地區(qū)經陜南—川北—鄂西南下的中路冷空氣。其中0206過程和0212過程為東路冷空氣影響，0218過程東路冷空氣先影響，然后中路冷空氣南下補充影響。這3次過程中，冷高壓中心位置均在45°N附近，中心強度0206過程為1 047.5 hPa，0212過程為1 050.0 hPa，0218過程為1 060.0 hPa。降雪均出現在冷鋒后，影響張家界的海平面氣壓在1 030.0 hPa以上[11]。

2.3 西南急流

分析這3次降雪過程前12 h內的700 hPa西南急流（圖2），2月5日20：00，在106°～110°E、23°～25°N，有一中心值>17.0 m/s以上的U分量大值區(qū)，張家界市處于其北側，U值為13 m/s，垂直運動條件較好，有利降水發(fā)生。12日8：00，在106°～110°E、22°～24°N有一個中心值>24 m/s的U分量大值區(qū)，位置偏南，張家界U值為3 m/s，不利降水發(fā)生。17日20：00，在108°～116°E、24°～28°N，有東北—西南向的>21 m/s的U分量大值區(qū)，張家界處于其西北側，U值為14.5 m/s，垂直運動條件較好，有利降水發(fā)生。可見，0218過程西南急流位置最利于張家界的水汽和動力條件的發(fā)展，有強降水發(fā)生，0206過程居中，0212過程最差，當天只下了小雪。

3 環(huán)境條件分析

3.1 水汽分布

分析這3次降雪過程前12 h內的850 hPa相對濕度（圖3），2月5日20：00，在108°～112°E、27°～30°N有西北—東南向的100%濕度值中心，表示張家界市水汽條件好，有利降水發(fā)生。2月12日8：00，在107°～110°E、23°～26°N有濕度大值中心95%，而在其北部的張家界，相對濕度只有60%，水汽條件較差，不利于降水發(fā)生。17日20：00，在108°～110°E、25°～30°N為南北向的100%濕度值中心，張家界市正處在其中，水汽條件好，利于降水發(fā)生。可見，0206過程和0218過程水汽條件好，而0212過程水汽條件差。

3.2 動力條件

分析這3次降雪過程前12 h內700 hPa垂直速度（圖4），2月5日20：00，在109°～115°E、27°～29°N有一橢圓形的上升運動的大值中心-0.2×10-3 hPa/s，張家界市處于其西北側，垂直上升速度為-0.185×10-3 hPa/s，動力條件較好，有利降水發(fā)生。2月12日8：00，在110°～114°E、30°～33°N有一南北向的上升運動的大值中心-0.225×10-3 hPa/s，張家界市處于其西南側，為-0.175×10-3 hPa/s，比0206過程垂直運動條件略差，也較有利降水發(fā)生。2月17日20：00，在105°～108°E、26°～28°N有一橢圓形的上升運動的大值中心-0.375×10-3 hPa/s，張家界市處于其東北側，為-0.3×10-3 hPa/s，垂直上升運動條件很好，有利較強的降水發(fā)生?？梢?，0218過程上升運動條件最好，而0206過程和0212過程上升運動條件相比而言稍差。

3.3 氣溫條件

分析張家界、慈利、桑植國家觀測站3次雨雪轉換期的氣溫變化情況（圖5），張家界站0206過程中，5日晚上有個雨—雨夾雪—雪的轉換過程，對應氣溫由2.5 ℃ 降至0.6 ℃，9：12—9：47下純雪，氣溫0.8 ℃，10：06轉雨夾雪，持續(xù)52 min，氣溫1.0～1.4 ℃，19：27開始再次出現雨夾雪，氣溫2.0 ℃；0212過程中，12日9：36—14：55下純雪，對應氣溫由0.5 ℃降至-0.3 ℃后回升到1.7 ℃；0218過程中，17日20：00至18日8：00，經歷了雨—雨夾雪—雪的轉換過程，對應氣溫由4.7 ℃降到0.6 ℃再回升到1.6 ℃，最低氣溫出現在18日1：00，為0.6 ℃。可見張家界站氣溫在2.0 ℃以下時，下雨夾雪或純雪的可能性非常大。

慈利站0206過程中，5日晚上有雨—雨夾雪—雪的轉換過程，對應氣溫由1.2 ℃降至0.5 ℃再緩慢回升到0.7 ℃，10：45開始下間歇性純雪，一直到16：02，氣溫1.4～1.8 ℃，16：02轉雨，持續(xù)52 min，氣溫1.8 ℃；0212過程中，12日10：31—13：24下純雪，對應氣溫為1.8～2.2 ℃；0218過程中，17日20：00至18日8：00，經歷了雨—雨夾雪—雪的轉換過程，對應氣溫由4.1 ℃降到0.9 ℃再回升到1.9 ℃，最低氣溫出現在18日1：00，為0.9 ℃。可見慈利站氣溫在2.2 ℃以下時，下雨夾雪或純雪的可能性非常大。

桑植站0206過程中，6日9：06轉雨夾雪，對應當時氣溫為0.5 ℃，10：29轉純雪，持續(xù)到12：22，氣溫0.3～0.5 ℃，15：56轉雨，持續(xù)到18：08，氣溫穩(wěn)定在1.1 ℃；0212過程中，12日9：24到13：25下純雪，對應當時氣溫為-0.2 ℃降到 -0.7 ℃后再緩慢回升到0.2 ℃，16：28再次下純雪，持續(xù)到19：20，氣溫由0.8 ℃降至0.2 ℃；0218過程中，17日20：00到18日8：00，經歷了雨—雨夾雪—雪的轉換過程，氣溫再由2.3 ℃降至0 ℃再緩慢回升到0.8 ℃，最低氣溫出現在17日24：00，為0 ℃?？梢娚Ｖ矚鉁卦?.0 ℃以下時，下雨夾雪或純雪的可能性非常大。

3.4 T-logP圖分析

從臨近張家界的鄂西站T-logP資料（圖6）分析，這3次降雪過程中，降雪前都存在逆溫層，降雪后在高空冷平流的影響下降溫，其逆溫減弱直至消失[12]。逆溫層的厚度、強度與降雪的強度和維持時間正相關。濕層越深厚，降水越大。0206過程的逆溫層高度在760～800 hPa之間，逆溫層起始高度較其他2次低，厚度40 hPa，強度0.15 ℃/hPa，近地面溫度>0 ℃，660 hPa以下濕度大，水汽條件好，所以出現了雨雪相態(tài)轉換且維持時間較長。0212過程在680～750 hPa之間存在一逆溫層，厚度70 hPa，強度0.07 ℃/hPa，近地面溫度 ≤0 ℃，從高空到地面溫度均<0 ℃，500 hPa以下水汽條件好，故此次過程表現為短暫的無相態(tài)變化的直接降雪過程。0218過程在640～750 hPa之間存在一逆溫層，厚度110 hPa，強度0.07 ℃/hPa，近地面溫度>0 ℃，濕層深厚，300 hPa以下濕度都很大，這次過程出現了雨雪相態(tài)轉換，降水強度明顯大于其他2次，但降雪維持時間不長。

從風的垂直變化可以看出，3次過程均為深厚的冷平流控制。0206過程和0218過程中低層垂直風切變比較大，表明有充足的水汽供應和足夠的動力條件，使得這2次過程的雨強較大，持續(xù)時間較長。0212過程動力條件較差，所以只出現短時間的小雪天氣。

4 雨雪相態(tài)轉換預報著眼點和預報指標特征值

（1）當歐亞中高緯為寬廣的低壓槽區(qū)或一槽一脊型，亞洲東部沿海到貝湖北部為低壓槽區(qū)，槽后偏北氣流攜帶冷空氣東移南下，中低緯四川小槽東移或高原波動東傳，地面表現為東路或中路強冷空氣南下，海平面氣壓將升到1 030 hPa以上，在地面冷鋒后，配合模式溫度預報，則預報由雨轉雨夾雪，如果溫度下降迅速，也可能24 h內轉雪，尤其在高山地區(qū)。當前期已有冷空氣影響，波動過后雨雪過程結束，但轉好1～2 d高低空氣溫回升不明顯，再有波動過來時，關注溫度預報，可以直接預報多云轉雪。目前研究出張家界市出現雨夾雪或純雪的氣溫指標值，張家界站、慈利站氣溫 ≤2 ℃，桑植站氣溫≤1 ℃。

（2）分析臨近張家界的鄂西T-logP資料得知，降雪前中低層存在逆溫層，降雪后在高空冷平流的影響下降溫，其逆溫減弱直至消失。逆溫層的厚度、強度與降雪的強度和維持時間正相關。當鄂西站整層溫度≤0 ℃時，表現為無相態(tài)變化的直接降雪過程；當鄂西站近地面層出現 >0 ℃的情況，表現為有相態(tài)變化的雨雪轉換。濕層越深厚，降水越大。

（3）雨雪天氣過程中，有來自低緯地區(qū)孟加拉灣等地的水汽北上，與冷空氣匯合。但總的來說，溫度越低，空氣能容納的水汽含量越低，水汽條件就會越差，降水量不會太大。雨雪的大小，除了考慮水汽條件外，還要綜合考慮抬升的強弱和持續(xù)時間的長短，中低層垂直風切變越大，表明有充足的水汽供應和足夠的動力條件，強而持續(xù)的西南氣流和深厚的濕層為強降雪源源不斷地提供水汽。

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