陈孟琼+王林+刘剑桥+胡艳阳+张海鸥

摘要 利用常规天气图、NCEP再分析资料、鄂西站探空资料，对张家界市2014年3次低温雨雪冰冻过程的天气实况、天气背景、环境条件等进行了综合分析。通过分析研究出张家界市出现雨夹雪或纯雪的气温指标值，张家界站、慈利站气温≤2 ℃，桑植站气温≤1 ℃。通过分析临近张家界的鄂西T-logP资料得知，降雪前中低层存在逆温层，降雪后在高空冷平流的影响下降温，其逆温减弱直至消失。逆温层的厚度、强度与降雪的强度和维持时间正相关。雨雪的大小，除了考虑水汽条件外，还要综合考虑动力抬升的强弱和降水持续时间的长短。对冬季雨雪相态转换研究可明确雨雪分界线及转换时间，为精细化预报预警提供技术支撑。

关键词 雨雪；相态转换；预报着眼点；湖南张家界

中图分类号 P458.121 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2017）06-0214-04

Research on Forecast Focus of Phase Transformation of Rain and Snow in Zhangjiajie City

CHEN Meng-qiong WANG Lin LIU Jian-qiao HU Yan-yang ZHANG Hai-ou

（Zhangjiajie Meteorological Bureau in Hunan Province，Zhangjiajie Hunan 427000）

Abstract Using conventional weather maps，NCEP reanalysis data，Western Hubei Station sounding data，the actual weather，weather background and environmental conditions of low temperature and freezing process for 3 times in Zhangjiajie City in 2014 were analyzed comprehensively in this paper. The results showed that temperature index of sleet or pure snow in Zhangjiajie City was obtained，temperature of Zhangjiajie Station and Cili Station was less than or equal to 2 ℃，temperature of Sangzhi Station was less than or equal to 1 ℃.Through the analysis of T-logP data in western Hubei，there was low-level inversion layer before snow，and the inversion weakened until disappear under the influence of high altitude cold advection after snow. Thickness and strength of inversion layer were positively associated with the intensity and duration of snow. The size of the rain and snow was also related to the strength of the dynamic lifting and the rainfall duration，besides water vapor condition. The research on phase transformation of winter snow and rain can provide technical support for fine forecast，because it can confirm the demarcation line and conversion time of rain and snow.

Key words rain and snow；phase transformation；forecast focus；Zhangjiajie Hunan

張家界市位于湖南西北部，地处云贵高原隆起与洞庭湖沉降区结合部，介于北纬28°52′～29°48′、东经109°40′～111°20′之间。境内多山，地势由西北向东南倾斜，桑植县西北部的斗蓬山海拔1 890.4 m，为市境最高处，市内最低点海拔75 m，位于慈利东部。张家界属中亚热带山原型季风性湿润气候，光热充足，雨量充沛，无霜期长，严寒期短，出现连续5 d或以上日平均气温≤0 ℃的严寒期年份极少。冬季平均降雪日数为8.5 d，最多达17 d，最少3 d。平均初雪日在12月8日，终雪日为3月11日。一次严重的雨雪天气过程往往伴随大风和大幅度降温现象，甚至出现冰冻，对越冬作物、旅游交通等产生不利影响[1-3]。

1 天气实况

2014年2月上、中旬期间，张家界前后共出现3次低温雨雪冰冻天气过程，分别为4日白天至8日夜间（简称0206过程），12日白天（简称0212过程），16日晚上至17日晚上（简称0218过程）。其中，0206过程降雪强度达到中雪，主要降雪时段为5日夜间至6日夜间、7日夜间至8日夜间，降水相态包含有雨、雨夹雪、雪，过程累计雨雪总量为12.6 mm，最大积雪深度1 cm；0212雨雪天气过程较弱，仅12日白天下了0.1 mm的纯雪，雪深0 cm；0218过程降雪强度达到大到暴雪，主要降雪时段为17日晚上，降水相态包含有雨、雨夹雪、雪，雨雪总量达8.8 mm，最大积雪深度4 cm（桑植）。这3次降雪天气过程的共同点是降雪范围广，大部分地区均出现了积雪、道路结冰等现象，对交通运输和农业生产造成了严重的影响。不同之处在于0206过程低温雨雪持续时间长达5～6 d，更有利于积雪和冰冻天气的维持；而0218过程的强度要明显强于0206过程和0212过程，但由于这次降雪过程是先雨后雪，所以最大积雪深度只有4 cm；0212过程降雪时间短、强度弱[4-6]。

2 天气背景分析

2.1 500 hPa高空形势

分析这3次过程的500 hPa高空形势场，从图1（a）、（b）、（c）可以看出，0206过程和0212过程的欧亚中高纬为宽广的低压槽区，有分裂小槽携带冷空气东移南下影响我国大部地区，中低纬0206过程高原上多小波动东传，0212过程仅四川1个低槽。而0218过程欧亚中高纬为一槽一脊型，乌拉尔山为高压脊，亚洲东部沿海到贝湖北部为低压槽区，新疆东部有冷槽东移南下，中低纬在陕西—川南有纬向型低槽东出影响张家界[7-10]。

2.2 地面冷空气

分析这3次过程的地面形势场，从图1（d）、（e）、（f）可以看到，影响张家界的冷空气路径分为2条：一是由华北地区经山东—河南—湖北中东部南下的东路冷空气，二是由西北地区经陕南—川北—鄂西南下的中路冷空气。其中0206过程和0212过程为东路冷空气影响，0218过程东路冷空气先影响，然后中路冷空气南下补充影响。这3次过程中，冷高压中心位置均在45°N附近，中心强度0206过程为1 047.5 hPa，0212过程为1 050.0 hPa，0218过程为1 060.0 hPa。降雪均出现在冷锋后，影响张家界的海平面气压在1 030.0 hPa以上[11]。

2.3 西南急流

分析这3次降雪过程前12 h内的700 hPa西南急流（图2），2月5日20：00，在106°～110°E、23°～25°N，有一中心值>17.0 m/s以上的U分量大值区，张家界市处于其北侧，U值为13 m/s，垂直运动条件较好，有利降水发生。12日8：00，在106°～110°E、22°～24°N有一个中心值>24 m/s的U分量大值区，位置偏南，张家界U值为3 m/s，不利降水发生。17日20：00，在108°～116°E、24°～28°N，有东北—西南向的>21 m/s的U分量大值区，张家界处于其西北侧，U值为14.5 m/s，垂直运动条件较好，有利降水发生。可见，0218过程西南急流位置最利于张家界的水汽和动力条件的发展，有强降水发生，0206过程居中，0212过程最差，当天只下了小雪。

3 环境条件分析

3.1 水汽分布

分析这3次降雪过程前12 h内的850 hPa相对湿度（图3），2月5日20：00，在108°～112°E、27°～30°N有西北—东南向的100%湿度值中心，表示张家界市水汽条件好，有利降水发生。2月12日8：00，在107°～110°E、23°～26°N有湿度大值中心95%，而在其北部的张家界，相对湿度只有60%，水汽条件较差，不利于降水发生。17日20：00，在108°～110°E、25°～30°N為南北向的100%湿度值中心，张家界市正处在其中，水汽条件好，利于降水发生。可见，0206过程和0218过程水汽条件好，而0212过程水汽条件差。

3.2 动力条件

分析这3次降雪过程前12 h内700 hPa垂直速度（图4），2月5日20：00，在109°～115°E、27°～29°N有一椭圆形的上升运动的大值中心-0.2×10-3 hPa/s，张家界市处于其西北侧，垂直上升速度为-0.185×10-3 hPa/s，动力条件较好，有利降水发生。2月12日8：00，在110°～114°E、30°～33°N有一南北向的上升运动的大值中心-0.225×10-3 hPa/s，张家界市处于其西南侧，为-0.175×10-3 hPa/s，比0206过程垂直运动条件略差，也较有利降水发生。2月17日20：00，在105°～108°E、26°～28°N有一椭圆形的上升运动的大值中心-0.375×10-3 hPa/s，张家界市处于其东北侧，为-0.3×10-3 hPa/s，垂直上升运动条件很好，有利较强的降水发生。可见，0218过程上升运动条件最好，而0206过程和0212过程上升运动条件相比而言稍差。

3.3 气温条件

分析张家界、慈利、桑植国家观测站3次雨雪转换期的气温变化情况（图5），张家界站0206过程中，5日晚上有个雨—雨夹雪—雪的转换过程，对应气温由2.5 ℃ 降至0.6 ℃，9：12—9：47下纯雪，气温0.8 ℃，10：06转雨夹雪，持续52 min，气温1.0～1.4 ℃，19：27开始再次出现雨夹雪，气温2.0 ℃；0212过程中，12日9：36—14：55下纯雪，对应气温由0.5 ℃降至-0.3 ℃后回升到1.7 ℃；0218过程中，17日20：00至18日8：00，经历了雨—雨夹雪—雪的转换过程，对应气温由4.7 ℃降到0.6 ℃再回升到1.6 ℃，最低气温出现在18日1：00，为0.6 ℃。可见张家界站气温在2.0 ℃以下时，下雨夹雪或纯雪的可能性非常大。

慈利站0206过程中，5日晚上有雨—雨夹雪—雪的转换过程，对应气温由1.2 ℃降至0.5 ℃再缓慢回升到0.7 ℃，10：45开始下间歇性纯雪，一直到16：02，气温1.4～1.8 ℃，16：02转雨，持续52 min，气温1.8 ℃；0212过程中，12日10：31—13：24下纯雪，对应气温为1.8～2.2 ℃；0218过程中，17日20：00至18日8：00，经历了雨—雨夹雪—雪的转换过程，对应气温由4.1 ℃降到0.9 ℃再回升到1.9 ℃，最低气温出现在18日1：00，为0.9 ℃。可见慈利站气温在2.2 ℃以下时，下雨夹雪或纯雪的可能性非常大。

桑植站0206过程中，6日9：06转雨夹雪，对应当时气温为0.5 ℃，10：29转纯雪，持续到12：22，气温0.3～0.5 ℃，15：56转雨，持续到18：08，气温稳定在1.1 ℃；0212过程中，12日9：24到13：25下纯雪，对应当时气温为-0.2 ℃降到 -0.7 ℃后再缓慢回升到0.2 ℃，16：28再次下纯雪，持续到19：20，气温由0.8 ℃降至0.2 ℃；0218过程中，17日20：00到18日8：00，经历了雨—雨夹雪—雪的转换过程，气温再由2.3 ℃降至0 ℃再缓慢回升到0.8 ℃，最低气温出现在17日24：00，为0 ℃。可见桑植气温在1.0 ℃以下时，下雨夹雪或纯雪的可能性非常大。

3.4 T-logP图分析

从临近张家界的鄂西站T-logP资料（图6）分析，这3次降雪过程中，降雪前都存在逆温层，降雪后在高空冷平流的影响下降温，其逆温减弱直至消失[12]。逆温层的厚度、强度与降雪的强度和维持时间正相关。湿层越深厚，降水越大。0206过程的逆温层高度在760～800 hPa之间，逆温层起始高度较其他2次低，厚度40 hPa，强度0.15 ℃/hPa，近地面温度>0 ℃，660 hPa以下湿度大，水汽条件好，所以出现了雨雪相态转换且维持时间较长。0212过程在680～750 hPa之间存在一逆温层，厚度70 hPa，强度0.07 ℃/hPa，近地面温度 ≤0 ℃，从高空到地面温度均<0 ℃，500 hPa以下水汽条件好，故此次过程表现为短暂的无相态变化的直接降雪过程。0218过程在640～750 hPa之间存在一逆温层，厚度110 hPa，强度0.07 ℃/hPa，近地面温度>0 ℃，湿层深厚，300 hPa以下湿度都很大，这次过程出现了雨雪相态转换，降水强度明显大于其他2次，但降雪维持时间不长。

从风的垂直变化可以看出，3次过程均为深厚的冷平流控制。0206过程和0218过程中低层垂直风切变比较大，表明有充足的水汽供应和足够的动力条件，使得这2次过程的雨强较大，持续时间较长。0212过程动力条件较差，所以只出现短时间的小雪天气。

4 雨雪相态转换预报着眼点和预报指标特征值

（1）当欧亚中高纬为宽广的低压槽区或一槽一脊型，亚洲东部沿海到贝湖北部为低压槽区，槽后偏北气流携带冷空气东移南下，中低纬四川小槽东移或高原波动东传，地面表现为东路或中路强冷空气南下，海平面气压将升到1 030 hPa以上，在地面冷锋后，配合模式温度预报，则预报由雨转雨夹雪，如果温度下降迅速，也可能24 h内转雪，尤其在高山地区。当前期已有冷空气影响，波动过后雨雪过程结束，但转好1～2 d高低空气温回升不明显，再有波动过来时，关注温度预报，可以直接预报多云转雪。目前研究出张家界市出现雨夹雪或纯雪的气温指标值，張家界站、慈利站气温 ≤2 ℃，桑植站气温≤1 ℃。

（2）分析临近张家界的鄂西T-logP资料得知，降雪前中低层存在逆温层，降雪后在高空冷平流的影响下降温，其逆温减弱直至消失。逆温层的厚度、强度与降雪的强度和维持时间正相关。当鄂西站整层温度≤0 ℃时，表现为无相态变化的直接降雪过程；当鄂西站近地面层出现 >0 ℃的情况，表现为有相态变化的雨雪转换。湿层越深厚，降水越大。

（3）雨雪天气过程中，有来自低纬地区孟加拉湾等地的水汽北上，与冷空气汇合。但总的来说，温度越低，空气能容纳的水汽含量越低，水汽条件就会越差，降水量不会太大。雨雪的大小，除了考虑水汽条件外，还要综合考虑抬升的强弱和持续时间的长短，中低层垂直风切变越大，表明有充足的水汽供应和足够的动力条件，强而持续的西南气流和深厚的湿层为强降雪源源不断地提供水汽。

5 参考文献

[1] 白慧，吴战平，段莹，等.区域气候模式对贵州省特重凝冻年温湿特征的模拟分析[J].高原山地气象研究，2014（4）：53-56.

[2] 尤凤春，郭丽霞，史印山，等.北京降水相态判别指标及检验[J].气象与环境学报，2013（5）：49-54.

[3] 于晓晶，辜旭赞，李红莉.山东半岛一次冷流暴雪过程的中尺度模拟与云微物理特征分析[J].气象，2013（8）：955-964.

[4] 杨成芳，姜鹏，张少林，等.山东冬半年降水相态的温度特征统计分析[J].气象，2013（3）：355-361.

[5] 申李文，苗爱梅，赵建峰.2011年山西省一次连续性降雪过程成因分析[J].气象与环境科学，2013（1）：7-14.

[6] 廖晓农，张琳娜，何娜，等.2012年3月17日北京降水相态转变的机制讨论[J].气象，2013（1）：28-38.

[7] 姚蓉，许霖，张海，等.湖南2008/2011年两次低温雨雪冰冻灾害成因与影响对比分析[J].灾害学，2012（4）：75-79.

[8] 董林，符娇兰，宗志平.2011年隆冬北京初雪成因分析[J].气象，2012（8）：913-920.

[9] 屠妮妮，何光碧，陈静.冷暖空气入侵对西南低涡发生发展影响研究[J].高原山地气象研究，2012（2）：10-19.

[10] 漆梁波，张瑛.中国东部地区冬季降水相态的识别判据研究[J].气象，2012（1）：96-102.

[11] 辛学飞，韩琳，黄骏，等.2014年2月张家界市两次降雪天气过程对比分析[J].高原山地气象研究，2015（2）：34-38.