周治黔，朱 燕，黄世芹，罗乃兴，田 程

(1.贵州省大气探测与技术保障中心，贵州 贵阳 550002;2.贵州省贵阳市白云区气象局，贵州 贵阳 550014;3.贵州省贵阳市气象局，贵州 贵阳 550001)

1 引言

降雪是我国北方冬季的主要降水形式，贵州属于亚热带湿润季风气候，冬无严寒、夏无酷暑，因此贵州冬季降雪是比较少的。随着经济社会的迅速发展，特别是高速公路网的建成和城市交通的快速发展，降雪对公路运输、城市交通、生活出行等造成的影响越来越大，雪灾作为一种灾害性天气越来越受到社会各界的广泛关注。

对于降雪天气成因的分析，国内有多种不同的分析角度，有利用对称不稳定度来判断分析的［1－2］，也有对降雪天气过程进行形势诊断和中尺度分析的［3－8］，有运用多普勒天气雷达资料对雨雪天气分析的［9－11］，部分学者还对降雪过程进行了数值模拟研究［12］等等。有关贵州降雪天气的文章非常少，宋丹等［6］对贵州近44 a降雪天气形势及物理量进行了诊断分析。结果显示:造成贵州降雪天气可以分为4种类型，分别是北脊南槽型、横槽南支型、平直多波动型和高空急流型;一次降雪天气过程是由一种或多种类型组合而成。林易［13］对贵州一次强降雪天气过程分析后得知:强降雪的产生主要是由于受高空深厚的西南暖湿气流、中低层辐合系统、地面冷空气以及前期地面温度持续偏低的共同影响所致。汤俊等［14］运用EPV判断CSI应用于贵州降雪天气预报。但是贵州省内应用多普勒天气雷达产品资料进行降雪过程分析的文章目前还是一个空白，预报员缺少应用多普勒雷达产品资料进行降雪短时、临近预报的经验、方法和指标，因此，加强多普勒雷达产品资料在贵州降雪过程中的研究应用具有重要意义。

由于贵州省降雪次数较少，应用雷达资料进行降雪过程跟踪的个例也不多。在2011年1月17日—20日的两次降雪过程中，贵阳多普勒天气雷达进行了全程跟踪，获得了连续的回波资料。本文利用贵阳多普勒天气雷达资料，结合环流形势，详细分析了雷达基本反射率、回波顶高、基本径向速度以及风廓线等产品，探讨了贵州省降雪过程中中小尺度系统在多普勒雷达上的特征及其与降雪的对应关系，总结了一些贵州省降雪的雷达产品特征，为今后贵州降雪短时监测和预报提供参考。

2 天气实况

2011年1月17日—20日，贵州省出现了两次大范围的降雪天气过程，第1次主要出现在17日11时—18日03时左右;第2次主要出现在18日23时—20日06时。截至20日08时贵州省共有78个县(市、区)出现积雪;其中省的东部地区、西部及西南部共有19个县(市、区)积雪在10 cm以上，最大的积雪厚度出现在铜仁万山，其积雪29 cm。这两次降雪过程之前贵州省已经连续出现了17 d严重的低温雨雪冰冻灾害，省民政厅1月19日的灾情统计结果显示全省受灾人口749万人，因灾死亡1人，因灾倒损房屋24 535间;直接经济损失高达39.14亿元。所以再次出现的大范围降雪，一定程度上进一步加重了低温雨雪冰冻灾害的程度，对交通运输、生活出行和人民群众生命财产安全等影响非常严重。

3 环流形势分析

500 hPa上，16日20时，在巴尔喀什湖西侧和贝加尔湖附近分别出现切断低压，横槽位于45°N附近，两湖之间形成阻塞高压，冷空气在横槽附近堆积。到17日20时，阻塞高压形势维持，贝加尔湖东侧的切断低压缓慢东移，横槽略有南压;18日20时贝加尔湖西侧低槽继续加深为新的切断低压，前一个切断低压继续东移南压，横槽继续维持;19日20时新生成的切断低压南压，引导冷空气南下。持续维持到22日20时该横槽转竖。17日08时—19日08时南支槽基本位于85～90°E附近，贵州主要受槽前西南气流影响，20日08时南支槽依然维持，但强度减弱，且17日08时—20日08时高原东侧不断有分裂的小槽东移影响贵州。

700 hPa上，16日20时贵州中南部的西南急流建立，并维持到19日20时，水汽供应充足，20日08时转为偏西气流，水汽供应减弱，降雪也随之减弱。但16日20时—20日08时在贵州中部始终维持着风向切变或风速切变。急流为降雪提供充足的水汽供应，切变系统则为其创造抬升机制。温度场上冷舌一直维持，温度始终低于0℃，无明显融化层，是导致此次降水以雪为主的一个重要原因。

850 hPa上，16日20时，在贝加尔湖到河套地区有一大范围冷高压，17日20时高压强度达到此次连续过程中最强，并且伸展至我国的东部地区，一直到20日20时高压才明显减弱。由于高压的稳定存在，贵州省主要受高压西南部的东偏南气流影响，与高原小槽带来的偏北气流在贵州中南部形成风向切变并长期停留，促发低层辐合抬升。

地面图上，16日08时在云南北部到重庆之间有一地面辐合线，滇黔静止锋位于云南的西部，20时辐合线东段南压，西段北抬，滇黔静止锋略东移，位于云南中部偏西;17日20时滇黔静止锋移到云南东部，并持续维持到20日20时，20时开始滇黔静止锋北抬减弱，降雪也随之减弱。

总之，此次过程是由高原小槽东移引导弱冷空气南下，促发近地面层辐合抬升而出现的两次大范围且持续的降雪天气过程。

4 探空资料分析

从贵阳探空资料分析可知，1月16日20时—20日20时在850～700 hPa之间存在明显的逆温层，逆温层顶最高气温除19日20时略高于0℃出现融化层，不利于降雪外，其余时段逆温层顶最高气温均在0℃及以下，有利于降雪的产生。从水汽条件分析，1月16日20时—20日20时，逆温层顶及以下水汽饱和，逆温层顶以上水汽条件较差。

利用贵阳探空进行高空风的分析，17日08时—20日08时贵阳低层850 hPa风向除18日20时为东南偏风外，其余时段均为东北风，风速较小;700 hPa均一致转为西南风，风速迅速增加;500 hPa以上均为一致的西南风或西南偏西风，500 hPa和400 hPa的风速在19～39 m/s之间，到了300 hPa和250 hPa风速迅速增加到53～83 m/s之间(见表1)，说明对流高层存在风速辐散，对对流低层的抽吸作用非常明显。

表1 17日08时—20日08时贵阳探空各层风速表

5 雷达回波特征分析

5.1 反射率因子特征

此次降雪过程主要是由于高空波动槽东移，低层切变维持，地面弱冷空气补充，滇黔静止锋活跃共同影响造成的。由于滇黔静止锋锋区宽广、水平范围大、近地层风速小、低层抬升能量有限、垂直上升运动不强，从而形成了较大范围、长时间、较均匀的层状云降水。

由于冰晶和雪片对微波的散射能力比水滴小得多，对微波的衰减作用也较小，因此雪的回波强度通常要比连续性降水回波弱［15］。根据分析得知，当降雪过程中夹杂冰粒时，回波的对流发展较为旺盛，中心强度能达到50 dBz;当降雪过程中以纯雪为主时，回波强度普遍偏低，大部分回波强度均在30 dBz以下，中心强度普遍在30～40 dBz之间，反射率因子的分布梯度总体不大。这两次降雪过程中由于700 hPa存在18 m/s以上持续维持的低空西南急流，500 hPa和400 hPa也为一致的西南风或西南偏西风，风速均达到19～39 m/s之间，因此造成回波的移动速度也非常快，回波移动速度普遍在30 km/h以上。

同时，两次过程中回波的生消速度比较快，降雪过程中出现了明显的降雪中断现象，对于某一地点降雪回波主要呈现间歇性影响的形式。以贵阳站为例，17日11时—18日03时的降雪过程中，共有3个主要的降雪时段，分别是17日12时—14时、19时—20时和20时30分—18日01时;18日23时—20日06时的降雪过程中，共5个主要的降雪时段，分别是19日00时—03时、04时—05时、06时—10时、15时—16时30分和20日00时—06时。

5.2 回波顶高特征

1月17日11时39分—18日02时23分共采集到155个降雪回波体扫资料，根据对各个体回波顶高资料分析可知，回波顶高最大值为8.5 km;回波顶高在 5～7 km的共出现99个，占总数的63.9%;回波顶高在7 km以上的共出现18个，占总数的11.6%;回波顶高在5 km及以下的共出现38个，占总数的24.5%(见图1)。

图1 2011年1月17日11时39分至18日02时23分降雪回波顶高最大值曲线

1月18日22时30分—20日06时51分共采集到375个降雪回波体扫资料，根据对各个体扫资料的回波顶高分析得知，回波顶高最大值为8.8 km;回波顶高在5～7 km的共出现223个，占总数的59.4%;回波顶高在7 km以上的共出现28个，占总数的7.5%;回波顶高在5 km及以下的共出现125个，占总数的33.1%(见图2)。

图2 2011年1月18日22时30分至20日06时51分降雪回波顶高最大值曲线

由此可见，降雪回波的高度比较低，一般回波顶高在5～7 km之间;发展旺盛阶段，强回波中心的高度可以超过8 km。这是因为，其它季节的对流性降水主要通过上升运动使水滴碰并增长后降落，与其不同，冬季的降水方式则主要通过降温形成冰晶和雪片并降落。根据对贵阳探空资料分析后可知:17日08时—20日08时贵阳上空－20℃层的高度分别为7 820 m、9 750 m、5 610 m、6 237 m、5 964 m、6 180 m和8 953 m。因此，可以看出，降雪回波顶高普遍在－20℃附近，关系密切。

－20℃层高度的变化对降雪量变化也有直接的影响。以贵阳站为例，贵阳探空显示17日08时—20时－20℃层高度从7 820 m升高至9 750 m，监测表明17日降雪开始至20时降雪总量为1.5 mm;17日20时—18日08时，－20℃层高度从9 750 m下降至5 610 m，此时段的降雪总量为2.8 mm，接近于白天的1倍。18日20时—19日20时－20℃层高度持续维持在6 000 m左右，降雪持续维持，该次过程的降雪也主要集中在这个时段，20日08时－20℃层升至8 953 m以后，降雪逐渐减弱，直至停止，20日08时后，贵阳仅有微量量级的降雪。因此，－20℃层高度适宜，降雪量大，－20℃层高度升高，降雪将会逐渐减弱。

5.3 速度场特征

一般情况下，降雪过程主要是层状云降水，均匀、连续、范围大，通过多普勒雷达的径向速度图可以获取风场的垂直结构。但是在这两次降雪过程中，降雪间歇性较大，仅出现了4次大范围连续回波过站。

对这4次回波过站的所有径向速度图进行分析可以得知，径向速度的等值线比较密集，沿径向梯度变化大，最大风速基本达到最大测速范围，个别时次还出现了测速模糊，根据退模糊处理可知中高层的西南风基本均在24 m/s以上。两次降雪过程中，近地面零速度线呈现NNW－SSE走向，说明近地面层主要为偏东风;中高层零速度线呈现NW－SE走向，说明中高层主要为西南风(图略)。由表2看出，除了18日20时850 hPa与中高层的风向差＜180°，风随高度顺时针旋转，存在暖平流外;其余各个时段850 hPa与中高层的风向差均在180°以上，存在一定的风随高度逆时针旋转现象，低空均有冷平流存在，低层抬升机制弱。因此两次降雪过程均是近地面层冷空气南下影响后，滇黔静止锋增强活跃，进一步触发低层抬升，中高层西南暖湿气团移动到冷气团凝结后形成的降雪。

表2 17日08时—20日08时贵阳探空各层风向表

在这两次降雪天气的4次大范围连续回波过站过程中，有8个体扫资料的径向速度图的近地面出现较为完整的“牛眼”状正负速度对，正负速度中心位置偏低，速度值偏小，最大值在8 m/s左右，最小时仅为5 m/s左右，这与探空资料的结果比较吻合。“牛眼”闭合等值线最外圈高度一般在2.2 km左右，最低为2.15 km，最高达到2.28 km。因此，“牛眼”回波是降雪过程中的一个典型特征。

根据对“牛眼”正负速度中心值进行分析，17日21时—22时，“牛眼”状回波正负速度中心值为5 m/s左右，从17日20时—18日03时贵阳的降雪总量为2.8 mm，贵阳以东的乌当区降雪总量为1.6 mm，贵阳以西的清镇市降雪总量达2.5 mm，03时后雪停。19日04时—06时，“牛眼”状回波正负速度中心值为7.7 m/s左右，18日20时—19日06时贵阳的降雪总量为3.8 mm，贵阳以东的乌当区降雪总量为6.9 mm，贵阳以西的清镇市降雪总量达7.1 mm，19日06—08时“牛眼”状回波特征仍维持，且正负速度中心数值增大到8 m/s左右，此时段贵阳的降雪持续，降雪量为0.8 mm。可见，“牛眼”状回波正负速度中心值越大，说明近地面层的暖平流越强，地面抬升的能量也越大，速度中心值的大小与降雪量存在一定的正比关系。

5.4 风廓线特征

两次降雪天气过程中，近地面风向主要为东南风或东北风，部分时段出现了东北偏北风，中层到5 km以下基本上是一致的西南风或西南偏西风，部分时段出现了正西风，风速在24 m/s左右。

以贵阳为例，17日12时—14时，风廓线产品上1.5 km高度为一致的东南风，此时贵阳降雨夹雪。14时14分开始，1.5 km高度上风向逐渐向偏北方向旋转，14时31分风向转为东北偏东风，此时降水类型逐步转为纯雪。

17日18时—18日00时，风廓线图上1.5 km及1.8 km高度上为一致的东北风或东北偏北风，此时贵阳降纯雪。1月18日00时02分低层1.5 km处出现东南风，对照回波反射率因子，在此之后，回波逐渐东移减弱消失，降水类型逐渐由纯雪转变为雨夹雪。

贵阳18日23时—19日02时降雨夹雪，此时，风廓线产品上1.5 km高度为一致的东南风或东南偏东风;02时56分，1.5 km高度出现东北偏北风，降水中纯雪开始增多;04时07分开始，1.5 km高度上为一致的东北风，其中04时40分起1.5 km和1.8 km高度上均转为东北偏北风，此时降水全面转为纯雪。20日04时52分开始，1.5 km高度上风向由正北风向东北风偏转，降水类型逐渐转为雨夹雪，直至雪停。

6 小结

①贵州降雪回波强度一般＜30 dBz，中心强度普遍在30～40 dBz之间，反射率因子的分布梯度总体不大。但降雪过程中夹杂冰粒的时候，回波的对流发展较为旺盛，中心强度能达到50 dBz。

②降雪回波的顶高一般在7 km以下，其中顶高5～7 km的情况占到60%左右，发展旺盛时回波顶高可达到8 km以上。

③雷达径向速度分析显示，降雪回波径向速度的等值线比较密集，沿径向梯度变化大;中低层主要表现为冷平流;“牛眼”是降雪回波的一个典型特征，但“牛眼”高度一般较低，回波比较零散或者回波未过雷达时，该特征并不明显。“牛眼”状回波正负速度中心值的大小与降雪量存在一定的正比关系。速度中心值越大，说明近地面层的暖平流越强，地面抬升的能量也越大，降雪量也越大。

④风廓线产品的近地面层风向对于预报降水类型有明显的指示意义，当风廓线产品上近地面1.5 km高度的风向由东偏南转为东偏北时，地面冷平流取代暖平流，雨夹雪向纯雪转换，反之，暖平流取代冷平流，则是纯雪向雨夹雪转换，或者降雪减弱消失。

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