夏靜雯，蔡仕博，申子彬，陳曉海

(1.鄞州區(qū)氣象局，浙江 鄞州 315194； 2.寧?？h氣象局，浙江 寧海 315600)

積雪作為重要的淡水資源，是氣候系統(tǒng)的重要組成部分[1-2]，對農業(yè)生產的影響不容忽視。積雪的累積和消融改變地表與大氣之間的熱量、水分平衡，從而影響氣候變化；氣候異常引起的氣溫和降水變化又會對積雪產生反饋作用[3]。中國的積雪多分布于新疆北部、天山積雪區(qū)、青藏高原積雪區(qū)、內蒙古和東北積雪區(qū)[4]，已有眾多學者對這些區(qū)域的積雪進行研究[5-8]認為，青藏高原積雪主要出現在上年10月至當年5月，且高原冬春積雪在20世紀后40年呈現出平穩(wěn)增長的趨勢。北疆區(qū)域內，對積雪日數、積雪深度等積雪變量的影響力大小依次為海拔>坡向>坡度>植被>緯度>經度[9]。利用遼寧省52個氣象觀測站數據[10]研究發(fā)現，積雪初、終日期對溫度較降水敏感，且與平均地面溫度較平均氣溫更為密切。但以往研究多基于北方地區(qū)，由于積雪觀測資料的缺乏，目前關于南方積雪的研究還較有限。

鄞州區(qū)地處浙江省東部沿海，是典型的亞熱帶季風氣候，積雪出現的頻次并不高，但給農業(yè)生產帶來的災害卻很嚴重。2008年1月中旬至2月上旬，鄞州區(qū)出現的積雪天氣造成農業(yè)經濟損失達6 800萬元?；诖?，研究鄞州區(qū)的積雪特征及對農業(yè)的影響因素，對提高其預報準確率、減少積雪災害對農業(yè)的損失非常重要。

1 數據與方法

1.1 IGRA探空數據

本文所使用的全球常規(guī)無線電探空數據集(The Integrated Global Radiosonde Archive，簡稱IGRA)[11]是由美國國家氣候數據中心(National Climatic Data Center，簡稱NCDC)提供。提供了每日0000UTC(世界時，下同)和1200UTC這兩個時次的探測數據，包括各標準等壓面上的溫度、位勢高度、露點溫度、風向和風速等大氣參數。

浙江地區(qū)有3個IGRA探空測站，分別為杭州(站號58457，120.17°E，30.23°N)、洪家(站號58665，121.42°E，28.65°N)和衢州(站號58633，118.87°E，28.97°N)。

1.2 對流有效位能定義

不穩(wěn)定能量是發(fā)生強對流天氣需要具備的基本條件之一，用來描述不穩(wěn)定能量的物理量有很多，其中對流有效位能(Convective Avialable Potential Energy，簡稱CAPE)是一個能同時表征低層大氣特征和氣塊上升運動過程中經過的高層大氣特性的物理量，因此，被認為能比較真實地描述探空資料所表示的大氣不穩(wěn)定度[12-13]。

1.3 積雪年

根據積雪的季節(jié)變化特征，將上年的9月1日至當年的8月31日定義為一個積雪年，每個積雪年從秋季開始至夏季結束。下文中將積雪年簡稱為年。

1.4 積雪深度

根據地面氣象觀測規(guī)范，積雪深度是指從積雪表面到地面的垂直深度，以厘米(cm)為單位，取整數。當氣象站四周視野地面被雪(包括霰、米雪、冰粒)覆蓋超過一半以上時，需要觀測積雪深度，平均雪深不足0.5 cm記為0。因此，當雪深數據為痕量，計算時將其當做0.5 cm。

2 結果與分析

2.1 積雪日數的變化特征

對鄞州國家基本氣象站的積雪日數進行分析(圖1)可以看出，鄞州站的積雪具有明顯的季節(jié)性，主要集中在冬春兩季，從12月開始至次年3月結束，因此，稱為積雪期。其中，2月積雪最多，出現對農業(yè)生產有影響的積雪災害的可能性最高，年均積雪1.53 d，占全年積雪日數的46.40%；1月次之，年均積雪1.19 d；3月積雪最少，年均積雪0.16 d，僅占全年積雪日數的0.47%，約為2月的1/10。

圖1 鄞州站積雪日數月際變化

對積雪日數的年際變化趨勢(圖2)分析可知，鄞州站年均積雪日數為3.3 d，總體呈現出下降的趨勢(趨勢傾向率為-0.5 d/10 a)，尤以1986年后下降趨勢更明顯。1986年以前，年均積雪日為4.47 d，其中1970和1977年的年均積雪日數達12和14 d；1987年之后，年均積雪日數為1.97 d，相比1953—1986年少2.5 d，其中10年無積雪。

圖2 鄞州站積雪日數年際變化

圖3 鄞州站積雪深度月際變化

2.2 積雪深度的變化特征

由圖3可知，冬季(12、1和2月)的積雪深度大于春季(3月)。2月的積雪日數最多，平均積雪深度也最大，達3.56 cm；1、12月的平均積雪深度分別為3.42和3.34 cm；3月積雪最少，積雪也最淺，僅為2.67 cm。

積雪深度無明顯年際變化(圖4)。就年際而言，鄞州站多年平均積雪深度為2.95 cm，最大積雪深度出現在1986年，為9.5 cm；而1954、1962、1966、1973和2016年的積雪深度最小，低于0.5 cm。1964、1977年的年積雪日數和年均積雪深度均較大，分別為9 d、7.13 cm和14 d、8.21 cm，說明這兩年相對多雪且積雪較厚，對農業(yè)造成的不利影響也最為嚴重。

圖4 鄞州站積雪深度年際變化

2.3 積雪和降水、溫度的關系

本文還選取了積雪期內的降水量、氣溫、地表溫度和下墊面溫度，并結合風速綜合分析不同要素對積雪的影響。

由圖5可知，不論是氣溫、地面溫度或下墊面溫度，積雪期各氣溫變量均呈增加趨勢，這與積雪日數的長期變化趨勢相反。其中，氣溫和地面溫度每10 a升溫幅度分別達0.349和0.286 ℃，這種升溫趨勢從20世紀80年代開始更為顯著。值得注意的是，在溫度波動性上升過程中，存在幾個低溫時期，如1963、1968、1977、1984、2011年等，在低溫達到谷值的當年或其后1～2年內，積雪日數則會呈現峰值，這在一定程度上反映了溫度對于積雪的影響。而降水量在80年代中期以前表現為波動性，以后表現出增加趨勢(0.568 mm/10 a)。積雪期平均風速呈明顯減小趨勢，這可能與觀測環(huán)境的變化和觀測儀器的變更有關。

圖5 積雪期內年積雪日數和各氣象要素的年際變化

由積雪期內積雪日數和各氣候因子之間的相關系數分析可知，積雪期內積雪日數的變化與氣溫和地表溫度的變化有較好的負相關性，相關系數達-0.565和-0.527，說明積雪日數與氣溫關系較為密切，這是由于氣溫在積雪維持方面較為重要，較低的氣溫有利于積雪的發(fā)育和保有，故對應較高的積雪日數，反之較高的氣溫加快了積雪的融化，故對應較低的積雪日數。降水量、風速對積雪日數的影響(相關系數分別為-0.279和0.321)則沒有那么顯著。而草面、磚面、瀝青地面、水泥地面等下墊面溫度與積雪日數之間的相關性(相關系數分別為-0.098，-0.074，-0.207和-0.019)都不高，這可能由于下墊面溫度觀測在2008年以后才啟用，樣本數過少使得相關性的計算缺少代表性。

2.4 積雪前后氣象要素對比

為了深化對積雪的認識，本文還給出了積雪前日及當日氣象要素的概率密度分布圖。

由圖6可知，積雪前日平均氣溫為2 ℃，0 ℃左右的氣溫所占比例最高(20.8%)，有超過37%的積雪在前日氣溫高于1 ℃；積雪當日，氣溫平均值為0.91 ℃，降幅達到1.09 ℃，0 ℃左右的氣溫所占比例更高(27%)，超過60%的積雪日氣溫維持在-1～1 ℃。同樣的，積雪當日，地表溫度也會有所降低，由積雪前日的2.42 ℃降至1.45 ℃，降幅達0.97 ℃，其概率密度分布情況與平均氣溫類似。對于風速而言，積雪前日最大風速平均為3.39 m·s-1，其概率分布呈現出2個峰值，分別為2.5和3.0 m·s-1，所占比例15.5%～16.6%；積雪當日風速降至3.29 m·s-1，有超過50%的積雪風速分布在2.5～4.0 m·s-1。

圖6 積雪前日和當日各氣象要素的概率密度分布

由圖7可知，出現積雪時下墊面溫度都會降低。其中，瀝青路面溫度下降最多，由積雪前日的2.54 ℃降至0.74 ℃，降幅達1.8 ℃，其他3種下墊面溫度降幅約1.4～1.5 ℃。概率密度分布圖上也表現出類似特征，在積雪前日，下墊面溫度較為均勻地分布于0～4 ℃，當積雪現象出現時，概率的高值區(qū)會集中于更低的溫度范圍。

圖7 積雪前日和當日下墊面溫度的概率密度分布

表1詳細列出了積雪前日和積雪當日各氣象要素的平均值，說明更低的溫度和較小的風速是積雪積累的基礎條件，這樣的氣象條件下需謹防出現對農業(yè)有影響的積雪災害。

本文還利用浙江省內3個探空站的探空數據，來分析積雪發(fā)生前后大氣垂直結構。

由圖8可知，積雪前后溫度廓線差異主要出現在近地面及對流層上部，積雪當日近地面平均溫度約-0.9 ℃，而前一日近地面平均溫度略高(約0.04 ℃)；700～150 hPa高度層內積雪見后溫度廓線基本一致，平均溫度遞減率約6.4 ℃·km-1；150～70 hPa對流上部區(qū)域，積雪當日的平均溫度更高，較前一日約高0.5～0.8 ℃，說明更低的近地面溫度和更高的對流層頂溫度有利于積雪的累積，更易造成農業(yè)損失。

圖8 積雪前日和積雪當日溫度、露點溫度及其對應均方差的垂直分布

相比于溫度廓線，積雪前后的濕度差異更大。積雪前后的平均溫度露點差自地面至925 hPa，均低于4 ℃，且均方差小(4～5 ℃)，表明大氣低層水汽比較充足且穩(wěn)定；隨著高度升高，溫度露點差逐漸增大，在400～200 hPa高度層內可達10～13 ℃，說明此時上部大氣較干燥；至200 hPa以上大氣又略變濕潤，溫度露點差降至9 ℃以下。與積雪當日相比，積雪前一日的平均溫度露點差略低，特別是在850～300 hPa的對流層中上部，平均溫度露點差偏低1.5～3.2 ℃，說明在積雪前一日整層大氣都更加濕潤。積雪前一日CAPE平均值為9.19 J·kg-1，積雪當日為10.81 J·kg-1，說明積雪當日大氣層結的不穩(wěn)定能量更高。

3 小結與討論

根據地面氣象觀測資料和探空資料，對鄞州的積雪變化特征及其對農業(yè)的影響因素分析表明，鄞州的積雪主要集中在冬春兩季，12月始至次年3月結束，其中2月的積雪最多，占全年積雪日數的46.4%；平均積雪深度也最大，達3.56 cm。年積雪日數3.3 d，總體呈下降趨勢，尤以1986年后下降趨勢較明顯；平均積雪深度為2.95 cm，最大積雪深度9.5 cm，出現在1986年，說明積雪對農業(yè)的影響逐年減輕，但冬春兩季特別是2月更需做好農業(yè)生產的積雪防范工作。

積雪期內積雪日數的變化與氣溫和地表溫度的變化有較好的負相關性，相關系數達-0.565和-0.527，相比積雪前日，積雪當日氣溫降幅達1.09 ℃，地表溫度降幅達0.97 ℃，說明積雪日數與氣溫和地表溫度的關系較為密切，這是由于溫度在積雪維持方面較重要，低溫有利于積雪的發(fā)生和保有，而降水量、風速對積雪日數的影響較弱，且更低的近地面溫度、更高的對流層頂溫度、干燥的大氣層結和更高的不穩(wěn)定能量均有利于積雪的出現，此時需加固農業(yè)設施大棚、做好設施喜溫作物保溫工作，減少積雪災害對農業(yè)生產的影響。