周秀美，劉 佳，蘭 蘭

(紅河州氣象局，云南 蒙自 661199)

0 引言

紅河州位于云南省東南部，101.8°E～104.3°E、22.43°N～24.75°N，境內(nèi)海拔高差懸殊，最高處海拔3 074.3 m，最低處海拔76.4 m(也是云南海拔最低點(diǎn))，在有利的水汽條件下，并非每次寒潮南下都會(huì)帶來降雪，且出現(xiàn)降雪過程時(shí)，并不是每個(gè)縣市都出現(xiàn)降雪。由于降雪過程少，尤其中部、南部地區(qū)，幾年才出現(xiàn)一次降雪，一有強(qiáng)冷空氣活動(dòng)，民眾就非常關(guān)心是否會(huì)出現(xiàn)降雪，同時(shí)降雪往往給道路交通帶來較大影響，所以對(duì)紅河州降雪的氣象要素進(jìn)行分析，找出閾值，對(duì)提高降雪預(yù)報(bào)服務(wù)能力有重要意義。

張書萍、馬麗云、張桂蓮、孫欣、高曉梅、徐建國等[1-6]對(duì)北方降雪個(gè)例的大氣環(huán)流背景作了分析，彭京備、張嬌、孫俊、劉蕾[7-10]等對(duì)南方降雪個(gè)例的環(huán)流背景作了分析，總體而言，不論是北方降雪還是南方降雪，都需要有冷暖氣流的交匯，具有一定的水汽條件。

大氣層結(jié)和氣象要素方面，李海軍等[11]對(duì)浙江嘉興一次雨雪天氣過程中降水相態(tài)轉(zhuǎn)換條件進(jìn)行了分析，指出水汽凝結(jié)高度不同是造成兩次相態(tài)轉(zhuǎn)換的主要原因。張俊蘭等[12]對(duì)北疆4月一次雨雪轉(zhuǎn)換過程進(jìn)行分析得出，中低層溫度變化是預(yù)報(bào)降水相態(tài)轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵因子和指標(biāo)。李進(jìn)等[13]通過對(duì)2008～2018年資料進(jìn)行分析，得出杭州降雪地面至500 hPa的溫度條件，高曉梅等[5]低于5 ℃為萊州灣發(fā)生冷流降雪的地面2 m溫度閾值。

許美玲[14]等對(duì)云南降雪的大氣環(huán)流形勢作了系統(tǒng)的分析，將云南降雪環(huán)流分為北脊南槽型、北橫槽有南支槽型等類型，并對(duì)水汽條件、動(dòng)力條件、熱力條件、大氣層結(jié)等作了分析，紅河州降雪的大氣環(huán)流背景、物理量場、大氣層結(jié)條件基本符合上述特征，在此不作分析。

在《昆明準(zhǔn)靜止鋒》一書中，段旭等[15]對(duì)云南降雪的0 ℃層高度、500 hPa溫度、700 hPa溫度、地面氣溫、500～700 hPa位勢厚度等指標(biāo)進(jìn)行了分析，并建立了昆明降雪預(yù)報(bào)方程。參照文獻(xiàn)[15]的方法，對(duì)紅河州降雪的氣象要素進(jìn)行分析，找出各要素的降雪指標(biāo)，并建立蒙自降雪預(yù)報(bào)方程，提高降雪預(yù)報(bào)的針對(duì)性和準(zhǔn)確率。

1 紅河州降雪時(shí)空分布特征

1980～2018年39年間，共32年122天出現(xiàn)降雪，平均每年3.8天，出現(xiàn)降雪日數(shù)最多的是1992年，有11天，2000年以來，降雪日數(shù)最多的是2018年，有9天。1984、1996、1998、2001、2006、2009、2017年未出現(xiàn)降雪。

從影響范圍來看，一天內(nèi)降雪范圍最大的出現(xiàn)在2016年1月24日，有11縣市出現(xiàn)降雪(除河口縣、元陽縣外)，同時(shí)10站出現(xiàn)降雪的有4天，9站2天，8站1天，6站1天，4站7天，3站7天，2站22天，1站77天。出現(xiàn)最多的為1站，占63.1%，其次為2站，占18%，3站以上加起來僅占18.9%。

從各站點(diǎn)39年降雪總?cè)諗?shù)(圖1)來看，瀘西降雪日數(shù)最多，有107天，每年3天左右，其次為彌勒、個(gè)舊，分別為39天、32天，每年一天左右，建水、屏邊14天，2～3年出現(xiàn)一天，蒙自、石屏、綠春則4年左右出現(xiàn)一天，金平、開遠(yuǎn)則6年左右出現(xiàn)一天，紅河39年只出現(xiàn)了3天，河口、元陽站點(diǎn)從未出現(xiàn)過降雪。

圖1 紅河州各縣市39年總降雪日數(shù)(單位：d)

之所以出現(xiàn)這樣的分布特征，是由于在相同的大氣環(huán)流背景下，是否出現(xiàn)降雪主要取決于站點(diǎn)高空和近地面的氣溫分布情況。瀘西位于紅河州的最東北角，受冷空氣影響最頻繁，同時(shí)海拔較高(1 704.3 m)，近地面氣溫較低，在高空條件滿足時(shí)，更容易形成降雪。同樣位于東部的彌勒、屏邊受冷空氣影響日數(shù)也較多，但降雪日數(shù)卻較瀘西少得多。彌勒降雪日數(shù)卻只有瀘西的三分之一，主要是由于彌勒海拔僅有1 415.5 m，比瀘西低300 m左右。屏邊則由于海拔較低(1 414.1 m)和緯度偏南的緣故，只有瀘西的十分之一。而稍偏西的個(gè)舊雖然受靜止鋒影響的日數(shù)相對(duì)較少，但由于海拔較高，有1 720.5 m，出現(xiàn)降雪的日數(shù)反而相對(duì)較多。

2 降雪天氣系統(tǒng)、特征等溫線

陶云等[16]對(duì)云南省1981～2013年降雪過程的環(huán)流特征分析表明，南支槽是產(chǎn)生云南大范圍雨雪天氣的重要系統(tǒng)之一。分析39年間3站以上的16次降雪過程發(fā)現(xiàn)，除了強(qiáng)冷空氣外，其中15次過程高空均有南支槽東移，南支槽是紅河州出現(xiàn)較大范圍降雪的重要條件。同樣，通過分析39年的所有出現(xiàn)降雪的過程發(fā)現(xiàn)，850 hPa 4 ℃線和700 hPa0 ℃線壓過的地區(qū)容易出現(xiàn)降雪，降雪前沿與這兩條等溫線高度吻合(圖2)。

圖2 紅河州降雪主要環(huán)流形勢與特征等溫線示意圖

3 氣象要素統(tǒng)計(jì)特征

除去常用的850 hPa、700 hPa溫度指標(biāo)，張瑾文[17]等指出，降水的相態(tài)還取決于0 ℃層高度(H0)和500 hPa與700 hPa的位勢高度差等，下面對(duì)與降水相態(tài)相關(guān)的氣象要素進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

3.1 地面最低氣溫

對(duì)出現(xiàn)降雪的11個(gè)縣市日最低氣溫進(jìn)行分析，繪制箱線圖(圖3)?？梢钥闯觯蟛糠挚h市出現(xiàn)降雪的氣溫區(qū)間比較大，瀘西、彌勒甚至低于4.4 ℃就可能出現(xiàn)降雪，其次為建水、金平、開遠(yuǎn)3.4～3.9 ℃，最低為石屏1.6 ℃，其余縣市在1.9～2.5 ℃。

圖3 各縣市降雪日最低氣溫箱線圖(單位： ℃)

各縣市的75%分位在0～3 ℃，最高為金平2.85 ℃，最低為石屏0.4 ℃，25%分位在-2～0 ℃，最高為開遠(yuǎn)0 ℃，最低為個(gè)舊、屏邊-1.7 ℃。大部分縣市的50%分位在0～1 ℃。

3.2 蒙自地面、高空要素統(tǒng)計(jì)特征

紅河州境內(nèi)只有蒙自有探空站，對(duì)蒙自2 ℃以下的降雨、降雪日最低氣溫繪制箱線圖(圖4a)，由圖可以看出，在1.0 ℃附近降雨和降雪出現(xiàn)的概率均較大，1.0 ℃以上出現(xiàn)降雨的可能性增大，1.0 ℃以下主要為降雪，降雪的中位數(shù)為0.2 ℃，降雨的中位數(shù)為0.98 ℃。

圖4 a蒙自降雪、降雨日最低氣溫箱線圖(單位： ℃)b蒙自降雪高空氣溫箱線圖(單位： ℃)

對(duì)蒙自出現(xiàn)降雪的9次過程中500 hPa、700 hPa、850 hPa氣溫進(jìn)行分析，繪制箱線圖(圖4b)可以看出，500 hPa氣溫在-10 ℃以下，700 hPa和850 hPa集中在0 ℃以下，且中位數(shù)均為-2 ℃，兩個(gè)層次出現(xiàn)降雪的最高氣溫均為1 ℃。

分析9次降雪過程中蒙自500 hPa與700 hPa以及700 hPa與850 hPa位勢高度差發(fā)現(xiàn)，500～700 hPa位勢高度差集中在260～267位勢什米，而700～850 hPa位勢高度差則集中在151～155位勢什米，零度層高度都在850 hPa以下。

3.3 蒙自降雪方程

選取1980～2018年的降水樣本，采用降雪TS評(píng)分最高的原則確定每個(gè)物理量的閾值。初步選定的物理量及閾值、評(píng)分見表1，由于500 hPa溫度TS評(píng)分太低(空?qǐng)?bào)太多)以及0 ℃層高度判據(jù)為H0≤850 hPa，與850 hPa氣溫判據(jù)重合，在此不予考慮。

表1 蒙自物理量降雪判據(jù)及評(píng)分

由表1可以看出，地面最低氣溫TS評(píng)分最高，其次為700～850 hPa位勢厚度、850 hPa溫度。用權(quán)重線性法(1)式，對(duì)每個(gè)單一的判據(jù)給予不同的權(quán)重，建立蒙自降雪的綜合判據(jù)。

(1)

wk=TSk/(TS+漏報(bào)+空?qǐng)?bào))

(2)

根據(jù)式(1)和式(2)，得到綜合判據(jù)方程。規(guī)定單一判據(jù)判定yk雪時(shí)取1，否則為0，按歷史擬合率(TS評(píng)分)最高位原則，可確定綜合判據(jù)的臨界值YC，當(dāng)y≥YC時(shí)，預(yù)報(bào)降水相態(tài)為雪，否則為雨。

按上述思路，對(duì)表1的6個(gè)物理量降雪判據(jù)進(jìn)行不同的組合試驗(yàn)，最后得到由850 hPa溫度、地面日平均氣溫、地面日最低氣溫組合的綜合判據(jù)降雪的歷史擬合率最高，其綜合判據(jù)方程為：

y=0.43Tmin+0.33T85+0.24Ta

(3)

臨界YC取0.33，當(dāng)y≥0.33時(shí)預(yù)報(bào)降雪，否則預(yù)報(bào)降雨，TS評(píng)分達(dá)到了81%，高于各單一判據(jù)。

利用方程對(duì)蒙自2019年、2020年冬季、2021年1月、2月達(dá)到其中一項(xiàng)指標(biāo)的共16天的降水相態(tài)進(jìn)行預(yù)報(bào)檢驗(yàn)，對(duì)于其間2次降雪、13次降雨均作出了準(zhǔn)確預(yù)報(bào)，空?qǐng)?bào)1次降雪，準(zhǔn)確率93.8%。

4 結(jié)論與討論

(1)1980～2018年39年間，紅河州共32年122天出現(xiàn)降雪，平均每年3.8天。一天內(nèi)降雪范圍最大有11縣市出現(xiàn)降雪(除河口、元陽外)，出現(xiàn)最多的為1站，占63.1%，其次為2站，占18%，3站以上加起來僅占18.9%。

(2)瀘西降雪日數(shù)最多，有107天，每年3天左右，彌勒、個(gè)舊每年一天左右，建水、屏邊2～3年出現(xiàn)一天、蒙自、石屏、綠春4年左右出現(xiàn)一天，金平、開遠(yuǎn)6年左右出現(xiàn)一天，紅河39年只出現(xiàn)了3天，河口、元陽站點(diǎn)從未出現(xiàn)過降雪。

(3)南支槽是紅河州出現(xiàn)大范圍降雪的重要條件，850 hPa 4 ℃線和700 hPa 0 ℃線壓過的地區(qū)容易出現(xiàn)降雪。

(4)各縣市出現(xiàn)降雪的近地面最低氣溫在1.6～4.4 ℃。

(5)蒙自出現(xiàn)降雪時(shí)，500 hPa氣溫在-10 ℃以下，700 hPa和850 hPa集中在0 ℃以下，兩個(gè)層次出現(xiàn)降雪的最高氣溫均為1 ℃。500～700 hPa位勢高度差集中在260～267位勢什米，700～850 hPa位勢高度差集中在151～155位勢什米，零度層高度都在850 hPa以下。