楊天禧，沈瑞珊

河北省滄州市氣象局，河北滄州 061001

雨雪轉(zhuǎn)換過程是冬春季轉(zhuǎn)換時經(jīng)常出現(xiàn)的一種天氣，是指在降水過程中存在降水相態(tài)的轉(zhuǎn)變。對雨雪轉(zhuǎn)換的研究能提升雨雪預(yù)報工作的準確性。對于一次降水過程來說，降水相態(tài)預(yù)報是降水預(yù)報中較難的部分，降水量相同，不同的降水相態(tài)產(chǎn)生的影響是截然不同的。李江波等[1]對春季的一次強寒潮降水相態(tài)變化進行研究，表明當零度層高度低于950 hPa、地面溫度約為0 ℃、1 000 hPa溫度低于2 ℃、925 hPa溫度低于-2 ℃時，降水性質(zhì)將出現(xiàn)改變，從雨向雨夾雪或者向雪進行轉(zhuǎn)變。選出河北滄州7次雨雪轉(zhuǎn)換過程，得出了滄州市雨雪轉(zhuǎn)換指標。同時，對2020年2月13—14日一次過程進行詳細研究，對大環(huán)流背景、物理量場、降水相態(tài)轉(zhuǎn)變特征以及成因進行了分析總結(jié)[2-6]。

1 資料介紹和相態(tài)轉(zhuǎn)換

使用的氣象資料包括1990—2020年地面以及高空資料、自動站資料、滄州多普勒雷達資料、探空資料、ERA5再分析資料(分辨率0.25°×0.25°)，其中，地面資料為滄州14個縣市的地面氣象觀測資料，選取每日天氣現(xiàn)象記錄中含有雨夾雪、雨轉(zhuǎn)雪的過程進行統(tǒng)計[7-10]。

2 滄州雨雪轉(zhuǎn)換指標分析

根據(jù)地面觀測站每日天氣現(xiàn)象記錄，選取了近30年來7次雨雪轉(zhuǎn)換過程，分析滄州本站溫度場隨時間、高度變化的剖面圖。以2016年2月16日、11月21日為例進行說明，通過降水實況與雨雪轉(zhuǎn)化時間發(fā)現(xiàn)，雨夾雪及降雪階段，中層為暖層，低層為冷層，冷空氣侵入的高度約為925 hPa。因此，將925 hPa≤-2 ℃作為雨雪轉(zhuǎn)換的指標更為準確(圖1)。

圖1 2016年2月16日、11月21日滄州站溫度場的高度—時間剖面圖

根據(jù)地面觀測資料對這7次雨雪轉(zhuǎn)換過程的冷暖空氣侵入的高度和溫度進行分析，得出結(jié)論：對于滄州地區(qū)，判斷雨雪轉(zhuǎn)換時間時，應(yīng)該先看位于低溫區(qū)空氣侵入的高度，如果冷空氣從850 hPa附近侵入，將850 hPa≤-4 ℃作為雨雪轉(zhuǎn)換的指標更為準確(表1)。

表1 近30年雨雪轉(zhuǎn)換時冷空氣侵入高度與溫度(850 hPa、925 hPa、1 000 hPa)

針對上述研究，總結(jié)得出滄州本地化雨雪轉(zhuǎn)換指標：(1)850 hPa溫度≤-4 ℃，925 hPa溫度≤-2 ℃，地面溫度在0 ℃左右時，降水相態(tài)發(fā)生轉(zhuǎn)變。(2)通過此次分析需要關(guān)注降水過程中冷空氣入侵的高度，判斷哪個層次指標更為可靠[11]。

3 個例分析與驗證

2020年2月13—14日河北地區(qū)出現(xiàn)了大范圍的雨雪降溫天氣，降水過程經(jīng)歷了雨→雨夾雪→雪相態(tài)的轉(zhuǎn)變。此次過程降水量分布不均，其中，滄州地區(qū)平均降水量為11.6 mm，雨雪轉(zhuǎn)換時間出現(xiàn)在14:00左右(圖2)。

圖2 2020年2月13—14日滄州降水圖、逐時降水量

3.1 高空環(huán)流形勢演變

本次雨轉(zhuǎn)雪過程500 hPa環(huán)流形勢場為高緯呈兩槽一脊型，河北省位于高空槽前，動力條件較好。受500 hPa冷渦、低層切變線、地面低壓倒槽影響，產(chǎn)生降雨過程，12:00冷空氣入侵，低層暖切東移入海、地面被冷高壓控制，氣溫下降，降水相態(tài)發(fā)生轉(zhuǎn)變(圖3)。

圖3 2020年2月13—14日滄州降水圖

3.2 水汽場分析

大氣中水汽含量越高，越有利于降水。從圖4可看出08:00后低層水汽通量逐漸變小，同時12:00以后中低層水汽條件變好，說明低層被冷空氣占據(jù)逐漸變干，抬升暖氣團使中低層濕度變大。前期降水主要受低層水汽影響，水汽通量為0.006 g/(s·hPa·cm)，降水強度較大，雨雪階段主要受中低層水汽影響。

圖4 水汽通量風場時間剖面圖

3.3 動力場分析

分析09:00 500 hPa渦度平流場、散度垂直速度剖面場發(fā)現(xiàn)，河北中南部和東北部500 hPa渦度平流為正，氣旋性渦度增加，在地轉(zhuǎn)偏向力作用下產(chǎn)生輻散，地面減壓，同時在負變壓區(qū)產(chǎn)生輻合。高層輻散、低層輻合，動力抬升條件較好。

前期降水垂直速度大值區(qū)位于900 hPa附近。降雨和雨夾雪時段對應(yīng)的中高層基本為正渦度平流控制區(qū)，低層輻合。降雪時段低層為下沉運動。降雨階段上升速度大值區(qū)位于低層；當上升速度中心位于中低層，低層為負渦度平流控制區(qū)對降水相態(tài)發(fā)生轉(zhuǎn)變(圖5)。

圖5 散度和垂直速度剖面圖(a)、渦度平流時間剖面圖(b)

08:00鋒區(qū)內(nèi)θse非常密集，降水區(qū)(37°～38°N)溫度梯度較大，等溫線折角清晰，且鋒區(qū)內(nèi)等溫線呈垂直走向，表示冷暖空氣交匯較強，產(chǎn)生降雨；當鋒區(qū)內(nèi)等溫線呈平行時，高空急流減弱，冷空氣占據(jù)主體，降水相態(tài)改變，由雨向雪轉(zhuǎn)變(圖6)。

圖6 沿116°E溫度(實線)、假相當位溫(虛線)、高空緯向風急流的經(jīng)向垂直剖面

3.4 雷達場分析

2020年2月14日一次雨雪轉(zhuǎn)換過程中4.3°仰角下12:24出現(xiàn)清楚的半圓弧亮帶，14:54之后迅速下降并消失。雨夾雪階段零度層亮帶高度為0.48 km，降雪階段為0.24 km。這與雨雪轉(zhuǎn)換標準的雷達特征是一致的(圖7)。因此，在實際觀測中可以通過雷達特征判斷降水相態(tài)轉(zhuǎn)變。

圖7 4.3°仰角下雷達基本反射率圖

4 結(jié)論

(1)判斷雨雪轉(zhuǎn)換時間時，對于滄州來說，850 hPa溫度≤-4 ℃，925 hPa溫度≤-2 ℃，地面溫度在0 ℃左右時，降水相態(tài)發(fā)生轉(zhuǎn)變。而且多普勒天氣雷達上零度層亮帶高度的迅速下降，也可作為判別雨雪轉(zhuǎn)換的標準。

(2)此次雨雪轉(zhuǎn)換過程高空冷渦、低空切變線、西南急流、地面冷鋒以及倒槽配合較好。

(3)鋒區(qū)逆溫的大小可以反映出冷、暖氣團交匯以及對峙的強度；在低層輻合上升與高層輻散下沉的整體配置、伸展至對流層的垂直速度負值場以及正渦度平流的輸送的共同作用下，進一步維持與加強上升運動。