秦嶺主峰太白山6月積雪考察

雷向杰，田 亮，王毅勇，袁 瀟，高 原

(1.陜西省氣候中心，西安 710014；2.寶雞文理學(xué)院，陜西寶雞 721013；3.眉縣氣象局，陜西眉縣 722300)

秦嶺是中國南北氣候分界線，太白山是秦嶺主峰，氣溫垂直差異明顯，高山區(qū)異常寒冷[1-4]。積雪變化是氣候變化的直接證據(jù)之一，中國氣象局2018年氣候變化專項(xiàng)“陜西秦嶺山區(qū)積雪變化特征及其對(duì)氣候變化的響應(yīng)”研究?jī)?nèi)容之一就是研究秦嶺主峰太白山夏季積雪分布和變化情況。描述太白山積雪的歷史文獻(xiàn)較多，但缺少高山區(qū)的觀測(cè)數(shù)據(jù)。

近幾年,氣象部門和陜西師范大學(xué)在太白山3 000 m以上山區(qū)先后建立了湯峪1號(hào)、文公廟、大文公廟、大爺海等自動(dòng)氣象監(jiān)測(cè)站，連續(xù)監(jiān)測(cè)氣溫、降水、濕度、風(fēng)和氣壓等氣象要素，為開展太白山天氣氣候研究提供了數(shù)據(jù)支撐。然而，這些3 000 m以上高海拔自動(dòng)氣象監(jiān)測(cè)站建站時(shí)間短，且沒有積雪深度監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和天氣現(xiàn)象觀測(cè)；建在縣城附近的氣象站有積雪觀測(cè)數(shù)據(jù)，但海拔高度比較低，監(jiān)測(cè)的是黃土臺(tái)塬和中低山區(qū)的積雪深度。在這樣的情況下，縣城附近氣象站的高山積雪觀測(cè)記錄就成了研究太白山高山區(qū)積雪的重要而珍貴的資料。中國氣象局地面觀測(cè)規(guī)范規(guī)定[5]，1980年起在全國范圍內(nèi)的氣象站開展高山積雪觀測(cè)，氣象觀測(cè)員每天觀測(cè)氣象站周圍高山上有無積雪，如果有，在觀測(cè)簿和觀測(cè)報(bào)表的紀(jì)要欄記錄高山積雪方位、面積大小等信息。高山積雪記錄只有文字描述，無積雪深度觀測(cè)。但是，在高山區(qū)沒有積雪深度觀測(cè)數(shù)據(jù)的情況下，高山積雪記錄可為高山積雪研究提供重要依據(jù)，從中可以統(tǒng)計(jì)出氣象站觀測(cè)范圍內(nèi)高山積雪的起始日期、各時(shí)段積雪日數(shù)，年度最長(zhǎng)連續(xù)積雪天數(shù)及起止日期等。多個(gè)氣象站高山積雪記錄綜合分析還可以得到該區(qū)域典型積雪事件和穩(wěn)定積雪的范圍、持續(xù)時(shí)間等特點(diǎn)。高山積雪記錄資料時(shí)間序列較長(zhǎng)，分析秦嶺山區(qū)高山積雪結(jié)果可填補(bǔ)高山區(qū)研究空白，也可用于衛(wèi)星遙感資料的驗(yàn)證和參數(shù)修正。

1980—2014年，太白氣象站記錄的高山積雪平均每年153.6 d,其中6月0.2 d；眉縣氣象站記錄的高山積雪平均每年39.5 d,其中6月2.6 d[6-7]。為了驗(yàn)證氣象站高山積雪觀測(cè)記錄分析結(jié)果，分析氣象站高山積雪記錄的可用性，進(jìn)一步了解太白山高山區(qū)6月積雪情況和天氣氣候條件，了解新建高山自動(dòng)氣象監(jiān)測(cè)站環(huán)境，以及高山區(qū)地質(zhì)地貌和植被分布，中國氣象局2018年氣候變化專項(xiàng)“陜西秦嶺山區(qū)積雪變化及其對(duì)氣候變化的響應(yīng)”項(xiàng)目組一行6人于2018年6月2—3日對(duì)太白山高山區(qū)進(jìn)行了考察。

1 考察路線和結(jié)果

1.1 考察路線

考察路線為眉縣縣城—湯峪鎮(zhèn)—紅樺坪索道站—天圓地方—小文公廟—大文公廟—大爺?！蜗膳_(tái),原路返回。具體過程：2日08：30眉縣氣象局考察氣象站觀測(cè)環(huán)境，了解太白山天氣情況；10：00乘車經(jīng)湯峪鎮(zhèn)進(jìn)入太白山，直達(dá)紅樺坪索道站(海拔高度(下同)2 280 m)；11：30乘纜車到達(dá)天圓地方(3 511 m)，開始高山區(qū)考察。11：59從天圓地方向小文公廟行進(jìn)，12：53至小文公廟(3 480 m)；14：45至大文公廟(3 568 m)，考察大文公廟自動(dòng)氣象監(jiān)測(cè)站；17：19至大爺海(3 590 m)，考察大爺海自動(dòng)氣象監(jiān)測(cè)站；18：15登拔仙臺(tái)，經(jīng)二爺海、三爺海，19：28登上拔仙臺(tái)(3 771.2 m)；19：32從拔仙臺(tái)返回，20：06回到大爺海，夜宿大爺海。整個(gè)考察期間天氣晴好，能見度高，沿途地形地貌、植被清晰可見，考察組獲取大量圖片資料。

3日清晨天氣晴好，再次考察大爺海后于05：45離開，沿2日來時(shí)路線原路返回。08：23前行方向山脊北側(cè)出現(xiàn)烏云，09：25至小文公廟，烏云已至眼前，09：46烏云籠罩山脊；10：06大風(fēng)突起，云霧中帶有濃濃的濕氣和寒意，偶爾有水珠落在臉上。11：30從天圓地方乘索道下山，乘車于12：50回到眉縣縣城，縣城多云天氣。

4日10：18考察眉縣氣象站舊址，10：32至渭河北岸縣城至常興高速入口以西河堤，從河堤遠(yuǎn)距離觀察太白山北坡，10：37經(jīng)高速公路返回。

1.2 考察結(jié)果

1.2.1 拔仙臺(tái)附近山體陰坡有積雪 2日13：33，在小文公廟至大文公廟途中發(fā)現(xiàn)前進(jìn)方向左側(cè)山峰陰坡有積雪。目測(cè)積雪所處海拔高度在3 300 m～3 500 m之間，呈條斑狀零散分布，類似小型冰川形狀，處于陰坡山溝中(圖1a)。此后前行途中，曾多次看到這處積雪。

圖1 2018-06-02—03太白山兩處冰雪(a，c)和大爺海水面薄冰(b)及路邊正在消融的凍土和小冰柱(d)

1.2.2 清晨大爺海靠近山體一側(cè)水面有薄冰 3日清晨05：33，在大爺海發(fā)現(xiàn)部分水面結(jié)有薄冰。結(jié)冰水面位于靠近山坡一側(cè)(大爺海南側(cè))偏西離岸較近的地方，水淺且有石頭露出水面，冰面以露出水面的石頭為中心，呈輻射狀向四周展開，露出水面石頭較多的地方，冰面連在一起。冰面很薄，目測(cè)2 mm左右(圖1b)。遠(yuǎn)離岸邊水較深的地方微風(fēng)吹拂水面，沒有結(jié)冰。

1.2.3 大爺海住宿地下方有冰雪 3日05：45，從大爺海返回，05：59回頭看大爺海，大爺海住宿地(簡(jiǎn)易房屋)下方不遠(yuǎn)處山體陰坡，有兩小塊條斑狀分布的冰雪，面積比前面一處小，且冰雪難辨，此處記為積雪(圖1c)。至此，共發(fā)現(xiàn)兩處山體陰坡有積雪。

1.2.4 路邊有正在消融的泥土和小冰柱 3日06：38，從大爺海返回大文公廟途中，發(fā)現(xiàn)路邊幾處在陽光下正在消融的泥土和小冰柱。觀察發(fā)現(xiàn)，這些地方路邊都有水從山體慢慢滲出，形成泥土和很小的水潭。高山氣溫低、晝夜溫差大、泥水日消夜凍，清晨太陽照射后，凍結(jié)的泥土和冰開始消融，因受熱不均為，消融的泥土中有一些小冰柱(圖1d)。

1.2.5 高山區(qū)天氣寒冷多變 3日上午天氣晴好，鄰近中午烏云密布，大風(fēng)突起，空氣中夾雜的水珠直落臉上。而山下湯峪鎮(zhèn)和縣城，2—3日晴間多云天氣，氣溫較高。眉縣氣象站最高氣溫30.1 ℃，最低氣溫15.5 ℃，無降水。

2 資料分析

2—3日在太白山高山區(qū)發(fā)現(xiàn)山體陰坡兩處積雪和路邊正在消融的泥土和小冰柱，大爺海水面薄冰，結(jié)合考察結(jié)果，對(duì)考察期間太白山高山區(qū)多個(gè)自動(dòng)氣象監(jiān)測(cè)站資料和太白、眉縣氣象站歷史高山積雪記錄資料進(jìn)行分析。

2.1 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)資料分析

2.1.1 2—3日高山區(qū)天氣寒冷 大爺海氣象站2日05時(shí)氣溫-0.2 ℃，3日17—20時(shí)連續(xù)4 h氣溫低于0 ℃(19時(shí)為-1.4 ℃)；18—20時(shí)連續(xù)3 h最高氣溫低于0 ℃(20時(shí)為-0.7 ℃)；17—22時(shí)連續(xù)6 h最低氣溫低于0 ℃，其中19—21時(shí)連續(xù)3 h最低氣溫低于-1.0 ℃。2日00時(shí)—3日23時(shí)共48 h，最高氣溫僅6.2 ℃，出現(xiàn)在2日18時(shí)(圖2)。大文公廟氣象站3日19—20時(shí)氣溫均為-0.6 ℃，20時(shí)最高氣溫-0.2 ℃，18—21時(shí)最低氣溫-0.2～-0.9 ℃(圖2)。氣象監(jiān)測(cè)站建在地勢(shì)開闊地形相對(duì)平坦的地方，大爺海和大文公廟地形平坦地區(qū)天氣寒冷,部分時(shí)段具備凍結(jié)條件,山體陰坡山溝和湖泊水面氣溫更低，具備凍結(jié)和積雪條件。

圖2 2018-06-02—03大爺海和大文公廟氣象站逐小時(shí)氣溫、降水量變化

2018年6月8日，太白山天圓地方等地降雪，海拔3 213 m的湯浴1號(hào)自動(dòng)氣象監(jiān)測(cè)站8日00時(shí)到9日00時(shí)降水量4.9 mm，8日21時(shí)至9日06時(shí)連續(xù)10 h氣溫低于0 ℃，9日04時(shí)氣溫達(dá)到-1.7 ℃，海拔高度更高的山區(qū)更加寒冷。項(xiàng)目組設(shè)立在紅樺坪索道站的積雪加密觀測(cè)點(diǎn)(2 300 m)，8—13日連續(xù)6 d觀測(cè)到太白山高山有積雪，眉縣氣象站沒有觀測(cè)到高山積雪。

2.1.2 高山區(qū)風(fēng)大、濕度大，天氣多變 從圖3可知，6月2—3日大爺海和大文公廟等高山區(qū)風(fēng)速較大，且日變化幅度大，風(fēng)速變化范圍為0～15 m/s。從1.1和圖3可知，考察組在大文公廟和大爺海考察期間，正好處于當(dāng)?shù)仫L(fēng)速較小的時(shí)段。

圖3 2018-06-02—03大爺海和大文公廟氣象站逐小時(shí)風(fēng)速變化圖

從圖4可知，大爺海和大文公廟等高山區(qū)空氣相對(duì)濕度大，且日變化幅度大，相對(duì)濕度變化范圍40%～100%。

圖4 2018-06-02—03大爺海和大文公廟氣象站逐小時(shí)相對(duì)濕度和水汽壓、露點(diǎn)溫度變化圖

從圖1可知，大爺海和大文公廟2日清晨和3日傍晚都有降水，大爺海2日下午降水。3日中午考察組乘索道下山時(shí)，天圓地方開始有微量降水，山下眉縣縣城多云天氣，天氣炎熱，印證了高山區(qū)天氣多變的特點(diǎn)。

2.2 歷史資料分析

氣象站高山積雪觀測(cè)記錄說明6月高山區(qū)有積雪。1980—2017年，眉縣氣象站有20 a在6月觀測(cè)到太白山高山積雪共86次(d)，其中6 a觀測(cè)到連續(xù)3 d或者3 d以上的連續(xù)積雪共7次，2013年6月10—12日、25—28日兩次觀測(cè)到高山連續(xù)積雪，高山積雪持續(xù)時(shí)間最長(zhǎng)的是1997年6月8—13日，持續(xù)6 d(表1)。

表1 眉縣和太白氣象站1980—2017年6月高山積雪出現(xiàn)日期

注:表中—表明該年6月未發(fā)現(xiàn)高山積雪。

1980—2017年，太白氣象站有5 a在6月觀測(cè)到太白山西部鰲山地區(qū)高山積雪共8次(d)，1980年1—3日觀測(cè)到連續(xù)積雪，也是唯一一次眉縣和太白氣象站同時(shí)在6月觀測(cè)到3 d或者3 d以上的連續(xù)高山積雪。

秦嶺太白山山區(qū)地形復(fù)雜，氣象站受觀測(cè)方位、角度等要素影響，高山上有積雪時(shí)氣象站可能觀測(cè)不到，氣象站觀測(cè)到高山積雪時(shí)，高山上一定有積雪。紅樺坪積雪加密觀測(cè)點(diǎn)和眉縣氣象站積雪加密觀測(cè)記錄統(tǒng)計(jì)結(jié)果說明了這一點(diǎn)。2017年12月29日至2018年4月17日，眉縣氣象觀測(cè)站出現(xiàn)積雪14 d，觀測(cè)到高山積雪32 d，紅樺坪積雪加密觀測(cè)點(diǎn)出現(xiàn)積雪27 d，觀測(cè)到天圓地方方向高山積雪37 d。眉縣氣象觀測(cè)站觀測(cè)到高山積雪的32 d中，紅樺坪積雪加密觀測(cè)點(diǎn)每天可觀測(cè)到高山積雪，另有5 d紅樺坪積雪加密觀測(cè)點(diǎn)觀測(cè)到高山積雪而眉縣氣象站沒有觀測(cè)到高山積雪。

3 結(jié)論和討論

(1)6月1—4日考察過程沒有遇到明顯降水，大部分時(shí)間天氣晴好,能見度高，考察組清晰地看到積雪、結(jié)冰和凍土、地質(zhì)地貌和植被，獲取了一些有價(jià)值的資料，達(dá)到考察目標(biāo)。

(2)考察和氣象監(jiān)測(cè)資料證實(shí)太白山氣候垂直差異大，太白山“十里不同天，一日歷四季”“朝辭盛夏酷暑天，夜宿嚴(yán)冬伴雪眠”“山腳盛夏山嶺春，山麓艷秋山頂寒”名副其實(shí)。

(3)考察結(jié)果和監(jiān)測(cè)資料說明氣象站高山積雪觀測(cè)記錄代表性好，珍貴可用。

致謝：眉縣氣象局聶義軍、岳宏偉為考察和加密觀測(cè)工作提供建議和支持，陜西師范大學(xué)肖舜副教授提供部分氣象觀測(cè)資料,寶雞文理學(xué)院周旗教授參加考察并給予指導(dǎo),喬旭霞主編對(duì)報(bào)告提出寶貴修改意見，在此表示衷心感謝！