寧波市鄞州區63 a降雪變化特征及其影響因素分析

夏靜雯，高愛臻，厲 侃

(1.鄞州區氣象局，鄞州 315194；2.寧波市氣象網絡與裝備保障中心，寧波 315000)

0 引言

雪屬于降水的一種，是由大量白色不透明的冰晶(雪晶)和其聚合物(雪團)組成的固態降水。大部分雪來自雨層云和高層云，常緩緩飄落，強度變化較緩慢，溫度高時多成團降落[1]。 鄞州區地處浙江省東部沿海，是典型的亞熱帶季風氣候，相比于其他災害性天氣，降雪出現的頻次并不高，但其導致的低溫凍害、積雪和道路結冰不僅對農業生產產生危害，也會為交通安全和公眾出行帶來極大的不便。因此，研究鄞州區的降雪天氣特征及其影響因素具有重要價值，對提高其預報準確率尤為重要。

目前，對于降雪機制和成因的研究已取得了較大進展[2-4]，但是由于鄞州自身的氣候特點，以及倚山靠海的特殊地理位置，使雨雪性質的預報更加困難。

文章將利用1953—2016年鄞州國家基本氣象站(區站號：58562)的地面觀測資料，總結鄞州區出現的歷史降雪過程，分析降雪變化特征，并對降雪出現前后的氣象條件進行對比，以此了解降雪天氣形勢的共性。

1 數據與方法

1.1 IGRA探空數據

文章研究用到的全球常規無線電探空數據集(The Integrated Global Radiosonde Archive，簡稱IGRA)是由美國國家氣候數據中心(National Climatic Data Center，簡稱NCDC)提供的，可在線免費下載(網址http：//www.ncdc.noaa.gov/oa/climate/igra/)。它提供的探測數據包括兩個時次，0000UTC和1200UTC(世界時)，數據內容包括各標準等壓面上的大氣參數，如溫度、位勢高度、露點溫度、風向和風速等，并且2003年后，有3/4的測站探測高度可超過100 hPa[5，6]。

目前，浙江地區存在的IGRA探空測站有3個：杭州(站號：58457，經度：120.17°E，緯度：30.23°N)、洪家(站號：58665，經度：121.42°E，緯度：28.65°N)和衢州(站號：58633，經度：118.87°E，緯度：28.97°N)。

1.2 降雪年定義

降雪年是根據降雪的季節變化特征定義的，文章將當年的9月1日至次年的8月31日稱為1個降雪年，1個降雪年的開始時間為秋季，結束時間為夏季，文章中將降雪年簡稱為年。

1.3 對流有效位能定義

強對流天氣發生時必須具備不穩定能量，而用來描述不穩定能量的物理量有很多，其中對流有效位能(Convective Avialable Potential Energy，簡稱CAPE)就是其中之一，它不僅可以表征低層大氣特征，也可以描繪氣塊上升運動過程中經過的高層大氣特性，所以，對流有效位能被認為可以比較真實地描述探空資料表示的大氣不穩定度[7]。

CAPE的表達式為：

(1)

2 結果與分析

2.1 降雪日數的變化特征

文章首先對鄞州國家基本氣象站的降雪變化特征進行了分析。從降雪日數的月際變化可以看出，鄞州站的降雪主要集中在冬春兩季，最早開始于12月，最晚結束于次年3月，因此將12月至次年3月稱為降雪期。其中1月的降雪最多，64 a累計降雪日數達152 d，占全年降雪日數的42.2%，平均每年降雪2.375 d；2月次之，平均降雪日數2.17 d/a；3月的降雪最少，平均每年降雪0.3 d，僅占全年降雪日數的0.05%。

同時，從鄞州站年降雪日數的變化趨勢可以看出，鄞州站年降雪日數的平均值為5.63 d，總體呈現出下降的趨勢，趨勢傾向率為-0.6 d/10 a，并通過了95%的可信度檢驗。其中1984年降雪最多，降雪日數達到了21 d；1986年之后，每年的降雪日數明顯減少，31 a中絕大多數(24 a)年份的降雪日數皆在平均值5.63 d以下。

2.2 降雪和降水、溫度的關系

文章還研究了降雪期間一些氣象要素的變化，如降水量、風速、氣溫、地表溫度和下墊面溫度(草面、磚面、瀝青地面、水泥地面)等的年際變化趨勢(圖1)，以分析不同類型的氣候因子對降雪的影響。從圖1中可以看出，降雪期間氣溫、地面溫度以及下墊面溫度的氣溫變量都呈現出上升的趨勢，與降雪日數的長期變化趨勢相比呈現出相反的情況，其中氣溫和地面溫度的升溫幅度分別達到0.349 ℃/10 a和0.286 ℃/10 a，并且從圖中可以看出，在20世紀80年代，這種升溫的形式逐漸明顯。另外，值得關注的是，在整個溫度波動性上升的過程中，出現了幾個低溫時期，分別為1963年、1968年、1977年、1984年和2011年等，而且在地溫出現谷值的當年或其后1～2 a內，降雪日數峰值會出現。這也從某種程度上體現出溫度變化與降雪息息相關。而從降水量的變化可以明顯看出分為兩個階段，即20世紀80年代中期以前表現為波動性，20世紀80年代中期以后表現為降水增加的趨勢，總的趨勢傾向率為0.568 mm/10 a。降雪期平均風速的變化與溫度、降水相比呈現出明顯的減小趨勢，其減少原因與觀測環境的變化以及觀測儀器的變更有較大聯系。

圖1 降雪期內各氣象要素的年際變化:(a)降雪日數;(b)平均日雨量和平均風速;(c)平均氣溫和平均地表溫度;(d)下墊面溫度(草面、磚面、瀝青地面、水泥地面)

分析降雪期內降雪日數與各氣候因子之間的相關系數得出，降雪期內降雪日數的變化與各溫度變量的變化有較好的負相關性，相關系數最高可達-0.849(草面溫度)，最低為-0.67(地表溫度)，說明降雪日數與溫度關系較為密切。而降水量、風速對降雪日數的影響則沒有那么顯著，相關系數僅為-0.176和0.345。

2.3 降雪前后氣象要素對比

為了進一步分析降雪天氣形勢，文章還給出了降雪前1日及降雪當日各氣象要素的平均值。氣溫、地表溫度和下墊面溫度等溫度變量的間隔為1.0 ℃，風速變量的間隔為0.5 m/s。

降雪前1日，氣溫平均值為2.75 ℃，超過58.6%的降雪日氣溫維持在0～3 ℃；降雪當日，氣溫平均值為1.37 ℃，降幅達到1.38 ℃，從概率上來看，0～2 ℃左右的氣溫所占比例更高，達到16.9%～21.8%。同樣，降雪當日，地表溫度也會有所降低，由前1日的3.34 ℃(平均值)下降至2.11 ℃(平均值)，降幅達1.23 ℃。對于風速而言，降雪前1 日風速平均值為3.49 m/s，降雪當日為3.48 m/s，其概率密度分布也很相似，說明降雪前后風速的變化并不顯著。

降雪前1日和當日草溫、磚面溫度、瀝青路面溫度和水泥路面溫度的概率密度分布為降雪出現時草面、磚面、瀝青路面和水泥路面的溫度都會降低，其中瀝青路面溫度下降最多，由降雪前1日的3.86 ℃降至2.27 ℃，降幅達1.59 ℃，其他3種下墊面溫度降幅約1.17～1.46 ℃。在概率密度分布上，降雪發生時，下墊面溫度分布的高值區會向更低的溫度范圍偏移。

利用浙江省內3個探空站的IGRA探空數據研究降雪時大氣的垂直結構特征，圖2給出了降雪發生前后溫濕垂直結構和不穩定能量的分布特征。圖中表明降雪前1日和降雪當日平均溫度廓線差異主要出現在近地面：在地表至700 hPa高度層內，降雪前1日的平均溫度比當日高1 ℃以上；500 hPa以上，兩者的溫度廓線基本重合。這進一步說明了更低的近地面溫度有利于降雪的形成。

圖2 降雪前1日和降雪當日溫度、露點溫度垂直分布

降雪前1日和降雪當日的平均溫度露點差自地面至925 hPa均低于4 ℃，且均方差小(4～6 ℃)，表明大氣低層水汽含量較大并且狀態穩定；平均溫度露點差會隨著高度的增加呈現逐漸增大的趨勢，在400～200 hPa高度層內可達11～14 ℃，且均方差也呈現增大趨勢，明顯大于低層，說明此時大氣上部比較干。與降雪當日的露點溫度廓線相比，降雪前1日的平均溫度露點差略低，其中在700～250 hPa的對流層中上部，平均溫度露點差更是比降雪當日偏低，差值達到1.1～2.4 ℃，說明在降雪前1日整層大氣都更加濕潤。對于對流有效位能，降雪前1日CAPE的平均值為9.75 J/kg，降雪當日CAPE的平均值為10.29 J/kg，說明形成降雪需要的不穩定能量更高。

3 結束語

此次研究主要是結合地面氣象觀測資料和探空資料對1953—2016年鄞州的降雪變化特征及其影響因素進行了分析。結果表明：

1)鄞州站的降雪集中在冬春兩季，最早開始于12月，最晚結束于次年3月，其中有42.2%的降雪出現在1月。年降雪日數總體呈下降趨勢，1984年降雪最多，1986年之后降雪減少趨勢明顯。

2)降雪期內降雪日數與氣溫、地面溫度、下墊面溫度呈負相關，各氣溫變量有增加趨勢，且升溫趨勢從20世紀80年代起更顯著，在低溫達到谷值的當年或其后1～2 a，降雪日數出現峰值。降水量、風速對降雪日數的影響不顯著。

3)降雪前后氣溫、地面溫度降幅達1.38 ℃和1.23 ℃，瀝青路面溫度降幅達1.59 ℃，草面、磚面和水泥路面溫度降幅約1.17～1.46 ℃。降雪發生時，各溫度變量概率密度分布的高值區向更低的溫度范圍偏移。降雪前后風速的變化并不明顯。降雪前后溫度廓線差異主要出現在近地面，500 hPa以上溫度基本不變；降雪前1日整層大氣都更加濕潤，平均溫度露點差偏低1.1～2.4 ℃；降雪前1日和當日CAPE的平均值為9.75 J/kg和10.29 J/kg，說明降雪的形成需要更高的不穩定能量。