黃鑫 馬曉琳 張小鵬

摘 要：冰凍雨雪天氣一直是氣象研究的一個(gè)重要課題。廬山是中國(guó)南方災(zāi)害天氣發(fā)生頻繁和影響嚴(yán)重的地區(qū)之一[1]，每年都會(huì)受到不同的冰凍雨雪災(zāi)害。本文主要通過(guò)對(duì)2016年1月20—23日廬山一次強(qiáng)寒潮過(guò)境期間的降雪進(jìn)行加強(qiáng)觀測(cè)，增加對(duì)冰凍雨雪天氣下的降雪強(qiáng)度及其性質(zhì)的了解，并研究總結(jié)該方法的利弊以及如何完善。

關(guān)鍵詞：降雪過(guò)程；實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；降雪觀測(cè)

中圖分類號(hào)：S16 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.11974/nyyjs.20180732001

引言

低溫冰凍雨雪是氣象工作者們研究的重要對(duì)象，同時(shí)也是政府和公眾密切關(guān)注的災(zāi)害性天氣現(xiàn)象之一。而常規(guī)業(yè)務(wù)下的降雪觀測(cè)過(guò)于簡(jiǎn)單，雖然目前有稱重式雨量計(jì)等來(lái)對(duì)降雪進(jìn)行觀測(cè)，并沒(méi)有特殊的觀測(cè)方法來(lái)針對(duì)冰凍災(zāi)害天氣較強(qiáng)的區(qū)域內(nèi)的降雪強(qiáng)度的觀測(cè)，難以滿足對(duì)災(zāi)害的預(yù)警及其他社會(huì)應(yīng)用需求。對(duì)此，國(guó)內(nèi)外專家進(jìn)行了一定研究，楊大慶在《國(guó)外降雪觀測(cè)方法介紹》中指出3種觀測(cè)固態(tài)降水方法：雨量計(jì)觀測(cè)降雪、雪尺和測(cè)雪板觀測(cè)降雪以及雪枕觀測(cè)降，指出固態(tài)降水觀測(cè)上目前存在的幾個(gè)問(wèn)題：受風(fēng)的影響大、觀測(cè)資料精度低，代表性差以及降雪觀測(cè)使用的儀器繁多。

由于降水形態(tài)的變化，與液態(tài)降水相比，在降水量的測(cè)量方法和難度上，存在著一些不同的特點(diǎn)和不足。本文以2016年1月20—23日一次強(qiáng)寒潮過(guò)境時(shí)一次降雪天氣過(guò)程的加強(qiáng)觀測(cè)試驗(yàn)為例，來(lái)分析現(xiàn)有觀測(cè)手段的問(wèn)題，以及有條件時(shí)加強(qiáng)和補(bǔ)充觀測(cè)的必要性，及操作方法，以提高固態(tài)降水觀測(cè)的準(zhǔn)確性。

1 廬山降雪的影響

廬山位于E11552'～1168'，N2926'～2941'，是中國(guó)南方冰凍災(zāi)害天氣發(fā)生頻繁和影響嚴(yán)重的地區(qū)之一[1]，并且大部分山峰的海拔高度在1000m以上，具有較為明顯的山地氣候特征，表現(xiàn)為冬長(zhǎng)夏短，秋早春遲的特點(diǎn)。

在長(zhǎng)期的低溫環(huán)境下，由降雪導(dǎo)致的冰凍災(zāi)害經(jīng)常發(fā)生，主要表現(xiàn)高壓電線因雨雪冰凍被拉斷，樹木被壓倒，道路結(jié)冰影響交通安全，水管結(jié)冰嚴(yán)重影響居民的日常生活，有數(shù)據(jù)表明在2008年1月的一次冰凍災(zāi)害天氣中，給廬山園林林業(yè)、供電供水、道路交通、電視通信、旅游經(jīng)濟(jì)及社會(huì)生活帶來(lái)前所未有的嚴(yán)重影響，直接經(jīng)濟(jì)損失高達(dá) 3 億元。廬山的冬季有“冬如玉”之稱，廬山植被茂密，樹木怪石眾多，建筑別具風(fēng)格，這些過(guò)冷水和雪花與廬山自然景色結(jié)合，打造的冰雪世界，便組成了獨(dú)具廬山本地特色的多種形態(tài)、立體交叉、混若天成的冰雪山水畫[1]，每年冬季的雪景都會(huì)吸引不少游客前來(lái)參觀，給廬山帶來(lái)不小的經(jīng)濟(jì)效應(yīng)；同時(shí)冬季天氣干燥，而廬山也是森林覆蓋面廣，冬季的降雪會(huì)降低森林火險(xiǎn)等級(jí)。因此，加強(qiáng)對(duì)降雪觀測(cè)的研究，對(duì)提高廬山降水測(cè)量準(zhǔn)確性，提升氣象服務(wù)水平都有著重要的意義。

2 常規(guī)氣象觀測(cè)中固態(tài)降水觀測(cè)方法及不足

2.1 現(xiàn)有的地面降水觀測(cè)手段

根據(jù)地面氣象觀測(cè)規(guī)范規(guī)定，現(xiàn)有的常規(guī)降水觀測(cè)手段主要有3種：翻斗式雨量計(jì)，稱重式雨量計(jì)及人工測(cè)量。因冬季會(huì)出現(xiàn)結(jié)冰等原因無(wú)法及時(shí)進(jìn)入翻斗導(dǎo)致難以準(zhǔn)確測(cè)量降水量，故一般情況下，非結(jié)冰期使用翻斗雨量計(jì)，結(jié)冰期使用稱重式雨量計(jì)，人工雨量筒目前主要用于備份。

2.2 冬季現(xiàn)有觀測(cè)手段的問(wèn)題及不足

根據(jù)長(zhǎng)期的觀測(cè)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有降雪觀測(cè)中存在著如下一些問(wèn)題及不足，導(dǎo)致有時(shí)觀測(cè)結(jié)果與實(shí)際情況存在一定差距。

2.2.1 冬季液態(tài)水的結(jié)冰對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)的影響

在冬季的降水觀測(cè)中，由于溫度較低，過(guò)冷卻降水及降雪會(huì)附著在稱重式雨量計(jì)的承水口處并凝結(jié)，降水結(jié)束后，隨著氣溫逐漸升高到0℃以上時(shí)，承水口處的由降水導(dǎo)致凝結(jié)的冰及降雪會(huì)發(fā)生融化，慢慢滴入稱重桶中，造成降雪數(shù)據(jù)觀測(cè)的滯后降水，對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)的品質(zhì)有一定的影響。

2.2.2 觀測(cè)數(shù)據(jù)缺失的幾種可能性

若稱重式雨量計(jì)中的稱重桶中降水滿了溢出，未及時(shí)處理，在降水期間會(huì)造成數(shù)據(jù)的缺失。

防蒸發(fā)油若沒(méi)有完全覆蓋桶內(nèi)的水面上，則有可能因?yàn)檎舭l(fā)導(dǎo)致數(shù)據(jù)的錯(cuò)誤。

3 廬山固態(tài)降水加強(qiáng)觀測(cè)的具體做法

在冬季，可以通過(guò)加強(qiáng)補(bǔ)充監(jiān)測(cè)，來(lái)更加具體了解觀測(cè)時(shí)段內(nèi)固態(tài)降水的性質(zhì)及強(qiáng)度。主要的具體做法是測(cè)量某時(shí)段內(nèi)在固定面積中的降雪量及雪深。下面以2016年1月20—23日1次強(qiáng)寒潮過(guò)境的實(shí)時(shí)降雪強(qiáng)度的加強(qiáng)觀測(cè)試驗(yàn)進(jìn)行說(shuō)明。

3.1 天氣形勢(shì)介紹

圖1為典型的“兩槽一脊”的阻塞形勢(shì)，亞洲東部有冷渦存在，其底部為一橫槽，中低緯地區(qū)為平直氣流，這種環(huán)流形勢(shì)有利于引導(dǎo)強(qiáng)冷空氣南下。同時(shí)在亞洲中高緯西伯利亞地區(qū)有一股強(qiáng)冷空氣，冷高壓中心氣壓強(qiáng)度達(dá)到了1060hPa以上（圖略），達(dá)到了強(qiáng)寒潮標(biāo)準(zhǔn)。從1月20—25日，受此次強(qiáng)冷空氣影響給我國(guó)中東部帶來(lái)了一次歷史罕見(jiàn)的大范圍降溫降雪過(guò)程。

3.2 廬山天氣及降水實(shí)況

這次強(qiáng)寒潮過(guò)程也給廬山帶來(lái)了2016年入冬以來(lái)最明顯的雨雪冰凍和嚴(yán)寒天氣過(guò)程。從20日上午08：00開始降雨，17：10轉(zhuǎn)為雨夾雪，在夜間轉(zhuǎn)為純雪，最終停止時(shí)間為23日10：20。過(guò)程降水量28.3mm，平均積雪深度18cm，局部約30cm，達(dá)暴雪量級(jí)。電纜積冰直徑30mm；廬山國(guó)家站過(guò)程平均氣溫下降幅度12.7℃，最低氣溫零下15.3℃；區(qū)域站以仰天坪最低為零下16.5℃。

3.3 降雪加強(qiáng)觀測(cè)試驗(yàn)的具體方法

圖2為降雪加強(qiáng)觀測(cè)容器模擬圖，該容器材質(zhì)盡量選擇較重物品，保證不受風(fēng)力影響發(fā)生被吹翻等意外情況，容器大小如圖所示。容器的底面平整，為了盡量保證容器內(nèi)的積雪均為自然進(jìn)入，容器內(nèi)部的周邊高度不宜過(guò)高與過(guò)低。容器上面覆蓋1層塑料薄膜，并保證容器內(nèi)平整，以保證每次取得用以測(cè)量的固態(tài)降水不會(huì)殘留以免下一個(gè)測(cè)量時(shí)段的數(shù)據(jù)產(chǎn)生影響。在預(yù)計(jì)降雪即將開始時(shí)，把容器放在室外受周圍環(huán)境影響較小的地，準(zhǔn)備好盛放容器中取得的固態(tài)降水的承雪桶，測(cè)量雪深用的刻度尺，測(cè)量雪重用的稱重設(shè)備。

在每一個(gè)觀測(cè)時(shí)段結(jié)束時(shí)，測(cè)量出容器內(nèi)的雪深，觀察降雪的具體狀態(tài)，然后利用覆蓋在容器內(nèi)的塑料薄膜，將容器內(nèi)的降雪全部取出，并重新將容器上面覆蓋上塑料薄膜，并保證平整，然后測(cè)量容器內(nèi)降雪的重量。

3.4 觀測(cè)數(shù)據(jù)分析

通過(guò)這次降雪加強(qiáng)觀測(cè)試驗(yàn)，得到2個(gè)圖表。從結(jié)果不難看出如下幾點(diǎn)：

由表1可以看出，除2次缺測(cè)的雪深，將各時(shí)段雪深累計(jì)疊加約為17cm，和值班員觀測(cè)的雪深18cm相近，說(shuō)明此次加強(qiáng)觀測(cè)所使用的容器內(nèi)的降雪，基本為自然進(jìn)入。由圖也可看出降雪的最強(qiáng)時(shí)段集中在22日。

風(fēng)對(duì)雪深的測(cè)量影響尤為嚴(yán)重。

同一次過(guò)程中固態(tài)降水的性質(zhì)是不同的：從時(shí)間段來(lái)看，在這一次過(guò)程中前期降雪和后期降雪相比較，前期積雪的密度較小，后期積雪的密度較大，且降雪的狀態(tài)前期呈現(xiàn)小的破棉絮狀，后期則為細(xì)密的粉末狀。

降雪量和雪深不成正比：由前幾個(gè)時(shí)間段和后幾個(gè)時(shí)間段相比較可以看出，雪深和降雪量并沒(méi)有直接的關(guān)系，前幾個(gè)時(shí)間段的雪狀呈蓬松的破棉絮狀，濕度較大，故而堆積較為松散，雪深較大；而后幾個(gè)時(shí)間段中的雪狀呈細(xì)沙狀，堆積較為緊湊，故雪深不大，但是降雪量卻大。

固態(tài)降水量主要跟固態(tài)降水的形式有關(guān)：在同等的雪深條件下，固態(tài)降水越細(xì)密，降水量就越大。

4 結(jié)論與討論

通過(guò)以上降雪加強(qiáng)觀測(cè)試驗(yàn)分析，可以對(duì)廬山冬季固態(tài)降水的觀測(cè)得到如下一些初步的認(rèn)識(shí)。

4.1 觀測(cè)方案設(shè)計(jì)的意義

廬山因?yàn)樘厥獾牡乩砦恢?，風(fēng)力較強(qiáng)，影響降雪觀測(cè)，故要根據(jù)實(shí)際情況對(duì)觀測(cè)時(shí)段進(jìn)行調(diào)整；同時(shí)選擇的容器首先要有一定的面積，并且底部要平整，內(nèi)壁高度要適中，才能盡量保證降雪觀測(cè)的真實(shí)性，以及降雪采集的一定程度的代表性。通過(guò)對(duì)雪深及雪量與廬山國(guó)家站觀測(cè)場(chǎng)數(shù)據(jù)對(duì)比分析表明，本次降雪加強(qiáng)觀測(cè)，從容器的選擇到觀測(cè)時(shí)段的選取都是比較成功的，觀測(cè)數(shù)據(jù)具有較高的可信度。

4.2 冰凍雨雪天氣過(guò)程中實(shí)時(shí)降水強(qiáng)度的加強(qiáng)觀測(cè)和補(bǔ)充觀測(cè)的優(yōu)點(diǎn)

相對(duì)于常規(guī)現(xiàn)有的觀測(cè)手段，該方法有以下幾點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：可以根據(jù)服務(wù)與觀測(cè)需要，參考當(dāng)時(shí)天氣情況，自行選取觀測(cè)時(shí)間段，以便于更好地了解天氣過(guò)程發(fā)展變化特征；對(duì)固態(tài)降水的測(cè)量不僅僅局限于降水量的測(cè)量，可以了解降雪時(shí)段中雪的相態(tài)，密度等全面的信息；可以根據(jù)觀測(cè)的數(shù)據(jù)提供更加詳細(xì)的氣象服務(wù)資料。

4.3 冰凍雨雪天氣過(guò)程中實(shí)時(shí)降水強(qiáng)度的加強(qiáng)觀測(cè)和補(bǔ)充觀測(cè)的不足

該方法相比較現(xiàn)有的自動(dòng)觀測(cè)儀器，也有幾點(diǎn)不足：觀測(cè)時(shí)段不宜過(guò)長(zhǎng)，因?yàn)槌醒┑娜萜魅莘e有限，在觀測(cè)時(shí)段內(nèi)超過(guò)該容器容積，會(huì)影響觀測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性；其次在觀測(cè)降雪中存在濕潤(rùn)損失和蒸發(fā)損失。所謂濕潤(rùn)損失是指雨量計(jì)承水器和儲(chǔ)水筒內(nèi)壁對(duì)降雪或融雪水的吸附[2]；太過(guò)于依賴人工觀測(cè)，如果觀測(cè)員遺忘，導(dǎo)致觀測(cè)時(shí)間段過(guò)長(zhǎng)，可能會(huì)影響觀測(cè)數(shù)據(jù)的正確性；承雪器的面積有限，受風(fēng)的影響依舊很大，并且對(duì)于承雪器的放置則有需要更加規(guī)范的要求。

參考文獻(xiàn)

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