溫靜?雷正翠?吳建秋?黃文彥?錢半噸

摘 要：本文利用NCEP再分析資料和雨滴譜儀揭示常州地區(qū)2018年四次降雪過程的微物理特征及規(guī)律。結(jié)果表明，四次降雪過程的天氣形勢均為中高層西到西南風(fēng)、低層?xùn)|到東北風(fēng)的配置。低層為降雪過程提供了重要的冷墊條件，而700 hPa西南急流暖濕氣流在此冷墊上沿著鋒面爬升，為降雪提供了有利的水汽條件和能量條件。

關(guān)鍵詞：降雪;雨滴譜儀器;粒子譜

中圖分類號：P458.1文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1003-5168（2021）05-0147-03

Abstract： In this paper， the Microphysical Characteristics and rules of four snowfall processes in Changzhou region in 2018 were revealed by NCEP reanalysis data and raindrop spectrometer. The results show that the weather situation of the four snowfall processes is the middle and high-rise wind from west to southwest， and the low east to northeast wind. The lower layer provides important cold pad conditions for the snowfall process， while the warm and wet flow of southwest jet flows of 700? hPa climbs along the front of the cold pad， which provides favorable water vapor and energy conditions for snow falling.

Keywords： heavy snow process;disdrometer;particle spectrum

低溫雨雪天氣特別是暴雪天氣，一直是氣象部門關(guān)注的主要災(zāi)害性天氣之一，也是政府和公眾冬季尤為關(guān)心的問題。一旦冬季發(fā)生暴雪天氣，經(jīng)常會對人們生命安全和財產(chǎn)造成嚴(yán)重威脅。因此，提高對強降雪的預(yù)報能力對防災(zāi)減災(zāi)有著重要作用。過去國內(nèi)外學(xué)者對降雪的動力和熱力結(jié)構(gòu)進(jìn)行了大量研究，大部分是基于天氣學(xué)診斷、數(shù)值模擬、氣候統(tǒng)計等方面，取得了大量的研究成果[1-4]。然而，微物理結(jié)構(gòu)作為影響降雪結(jié)構(gòu)和演變的重要因素，相應(yīng)的研究仍然較為有限，目前對其微物理研究更多的是利用數(shù)值模式進(jìn)行模擬，缺乏相應(yīng)的精細(xì)微物理觀測。若能利用雨滴譜儀觀測資料充分認(rèn)識降雪的粒子相態(tài)和大小分布等微物理特征，將有利于彌補因常規(guī)觀測資料、雷達(dá)衛(wèi)星的局限性等原因而無法獲取信息的不足。

1 四次降雪介紹及天氣背景

2018年常州地區(qū)（包括常州、溧陽、金壇三個站點）共經(jīng)歷了四次降雪過程。

個例1：2018年1月3日，常州、金壇普降大暴雪，溧陽大雪，三地純雪量分別為39.8、30.5、8.4 mm，過程最大日雨雪量分別為32.5、28.4、36.2 mm（均出現(xiàn)在1月4日）。

個例2：1月24日14：00起常州市自西向東出現(xiàn)降雪天氣，至26日凌晨03：00前后第一輪強降雪結(jié)束，常州、金壇、溧陽三地累計雪量分別為15.4、15.9、23 mm，均達(dá)暴雪量級以上，最大積雪深度分別為12、14、11 cm。

個例3：隨著27日凌晨暖濕氣流再次北抬，又迎來新一輪的強降雪天氣，常州、金壇、溧陽三地累計雪量分別為17.9、16.4、25.2 mm，最大積雪深度分別為16、22、23 cm。

個例4：12月7日14：00起溧陽市開始出現(xiàn)降雪，至21：00結(jié)束，累積降雪量為1.3 mm，最大積雪深度為1 cm。

從四次最強降雪階段的雷達(dá)組合反射率來看，個例1降雪所在位置的組合反射率較強，約40 dBZ，其余3次降雪的組合反射率較小，為25～30 dBZ，均為層狀云降雪。

2 降雪微物理特征分析

為了進(jìn)一步說明降雪微物理特征與氣象要素變化之間的響應(yīng)程度，從個例1的雪花譜、降雪粒子數(shù)濃度、小時雪強以及氣象要素（氣溫、相對濕度和風(fēng)速）的時序變化情況進(jìn)行分析（見圖1）。個例1在1月3日夜里開始出現(xiàn)雨夾雪，至23：00轉(zhuǎn)為純雪。從小時雪強來看，此次降雪有兩個較強降雪階段，分別為3日23：00—4日07：00和4日15：00—21：00，其中最強小時雪強達(dá)到8 mm/h，4日9：00—10：00降雪有所間歇，雪強約1 mm/h。從雪花譜的時序分布來看，在兩個較強階段，對應(yīng)的小的雪粒子（<1 mm）的濃度較大，同時，也有部分大粒子存在;而在中間間歇階段，對應(yīng)的粒子濃度明顯減小，且粒子直徑較小。這說明隨著雪強的增大，小的雪粒子濃度明顯增加，且出現(xiàn)了較大的粒子（>3 mm）。從氣象要素的時序分布看，個例1的地面氣溫基本維持在0 ℃以上，相對濕度達(dá)到98%，風(fēng)速在2～3 m/s。這種高溫、高濕、風(fēng)速較小的氣象環(huán)境非常有利于在降雪過程中形成大雪花。在兩個較強降雪階段，雪強增大時，對應(yīng)地面氣溫降低，在降雪間歇階段，氣溫緩慢回升;在第一個較強降雪階段，風(fēng)速有增大的趨勢，在第二個較強降雪階段，風(fēng)速有所減小。

個例2在1月24日夜里開始出現(xiàn)降雪，至26日凌晨停止。從小時雪強來看，此次降雪24日21：00—25日09：00雪強較小（1～2 mm/h），25日白天雪強達(dá)到最強階段（09：00—18：00），最大達(dá)8 mm/h，共持續(xù)了8 h，而后25日夜里降雪開始慢慢減小，雪強約為1 mm/h。對應(yīng)雪花譜的時序分布來看，在降雪的初始階段，小的雪粒子的濃度基本維持在2～2.5;在較強階段，對應(yīng)的小的雪粒子（<1 mm）濃度較大，最大濃度達(dá)3.5，同時，也有部分大粒子存在，最大粒徑達(dá)到3.5 mm。這說明隨著雪強增大，小的雪粒子濃度明顯增加，且出現(xiàn)了較大的粒子（>3 mm）。從氣象要素的時序圖（圖略）來看，隨著降雪強度逐漸增大，地面氣溫開始下降，相對濕度急增，達(dá)98%，風(fēng)速也在緩慢增強，降雪出現(xiàn)以后，氣溫降至0 ℃以下，達(dá)-2 ℃，至25日10：00—13：00即降雪最強階段，氣溫稍有回升，但仍低于0 ℃，隨后氣溫下降，降雪停止后，氣溫仍然下降至-3 ℃。

個例3在1月27日凌晨開始出現(xiàn)降雪，至28日傍晚停止。從小時雪強來看，此次降雪雪強的較大值集中在27日09：16—22：00，而后27日夜間降雪間歇，28日上午又開始降雪，雪強較?。?1 mm/h）。對應(yīng)雪花譜的時序分布來看，27日白天降雪較強時，對應(yīng)的小粒子（<1 mm）的濃度較大，同時，也有部分大粒子存在;而在28日雪強較小時，對應(yīng)的粒子濃度明顯減小，且最大的粒子直徑也明顯減小。從氣象要素的時序圖（圖略）來看，個例3的地面氣溫基本維持在0 ℃以下，降雪開始之前，氣溫低于-2 ℃，降雪增強以后，氣溫回升，至28日14：00降雪漸止，氣溫又開始慢慢降低。相對濕度的變化與氣溫變化相似，降雪開始前，相對濕度約80%左右;降雪開始后，相對濕度急增，達(dá)98%，降雪結(jié)束后，濕度減小。風(fēng)速在降雪開始后明顯減小，從5 m/s降至2～3 m/s，在降雪最強的時候，對應(yīng)的風(fēng)速最小。

個例4整體的降雪量較小，持續(xù)時間短。降雪集中在下午時段，最大降雪深度出現(xiàn)的時間是17：00。對應(yīng)雪花譜的時序分布來看，雪花的粒徑和濃度都較小。從氣象要素的時序圖（圖略）來看，個例4的地面氣溫基本維持在0 ℃以上，相對濕度達(dá)98%，風(fēng)速在2～3 m/s，與個例1類似，存在于高溫、高濕、風(fēng)速較小的氣象環(huán)境中。開始降雪以后，氣溫有所降低，濕度升高。

4次個例的雪花譜分布有所不同，雖然譜型分布均呈多峰分布，但是譜寬、峰值直徑及其對應(yīng)的濃度有所差別，這也與對應(yīng)環(huán)境氣象要素的差別有很大關(guān)系。個例1的降雪過程中雪花譜最寬（11 mm），其次是個例2（9 mm）和個例3（7 mm），個例4最窄（5 mm）。峰值直徑也與雪花譜相似，個例1最大，其次是個例2和個例3，個例4最小，但是峰值直徑對應(yīng)的雪粒子數(shù)濃度的排序順序是個例2、個例1、個例3、個例4。4次個例的譜型分布均呈多峰分布。

四次個例的降雪過程的最大直徑和雪粒子數(shù)濃度隨雪強的變化圖（圖略）給出了降雪強度與最大直徑和雪粒子數(shù)濃度之間的關(guān)系。與前面的微物理過程分析相一致的是，不同個例的最大直徑和雪粒子數(shù)濃度增長方式有所不同。明顯看出個例1的增長方式與個例2、3不同。個例1中，隨著降雪強度的增強，對應(yīng)的最大直徑也呈線性增大，小雪花明顯減少，而雪粒子數(shù)濃度卻沒有增長或減小，沒有明顯的線性關(guān)系;個例2與個例3發(fā)生的時間較為接近，也可以說發(fā)生在同一天氣背景下，最大直徑和雪粒子數(shù)濃度增長較為相似，隨著降雪強度的增強，對應(yīng)的最大直徑和雪粒子數(shù)濃度均呈線性增大，即雪強越大，大雪花越多;個例4由于降雪量較小，取樣量也較少，最大直徑和濃度與雪強的關(guān)系表現(xiàn)得不是特別明顯。前3個個例表明不同個例雪強增大對應(yīng)的微物理機制不同，這與雪花增大的機制不同有關(guān)。

3 結(jié)語

本文利用滴譜儀的觀測資料，從觀測角度分析2018年四次降雪過程，揭示常州地區(qū)降雪的微物理特征及規(guī)律，從而提升對降雪微物理過程的認(rèn)識。本文通過研究得出的結(jié)論如下。

①四次降雪過程的天氣形勢背景場均為高層500 hPa偏西風(fēng)、700 hPa偏西風(fēng)或西南風(fēng)以及低層850 hPa和925 hPa為東北風(fēng)的整層配置。低層為降雪過程提供了重要的冷墊條件，而700 hPa西南急流暖濕氣流在此冷墊上沿著鋒面爬升，為降雪提供了有利的水汽條件和能量條件。

②4次個例的雪花譜的分布有所不同，雖然譜型分布均呈多峰分布，但是譜寬、峰值直徑及其對應(yīng)的濃度有所差別，這也與對應(yīng)環(huán)境氣象要素的差別有很大關(guān)系。個例1和個例4環(huán)境溫度高于0 ℃，雪花增大的方式主要是由于融化碰并的作用，在雪強增大的時候，雪花直徑相應(yīng)增大，而雪粒子數(shù)濃度沒有明顯躍增;個例2和個例3環(huán)境溫度低于0 ℃，雪花增大的方式主要是由于準(zhǔn)液態(tài)膜理論的作用，隨著雪強增大，最大直徑和雪粒子數(shù)濃度均線性增大。同時，融化碰并機制比準(zhǔn)液態(tài)膜理論更易形成大雪花。

但是，由于研究的僅僅是四次個例，并不能完全代表常州地區(qū)所有的降雪個例，因此未來將會對更多的個例進(jìn)行統(tǒng)計分析，得出更加普適的結(jié)論。

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