許昌近20 年初雪天氣特征分析

汪 莉

許昌市氣象局，河南許昌 461113

雪，是由大氣中的水蒸氣直接凝華或水滴直接凝固而成的。云中的溫度過低，小水滴結成冰晶，落到地面時仍是雪花，即下雪[1]。冰融化時會吸熱，所以地面氣溫會比下雪時低。降雪由大量不同大小的雪晶組成，一般小雪晶比較多。為了描述同時下落的雪晶群體的大小分布特征，常用雪晶譜或雪晶溶化后的溶液譜表示。雪晶主要是在云中凝華增大的，先在冷云中通過冰核的作用產生冰晶，通過凝華(冰晶過程)長大成雪晶，還能撞凍過冷水滴而增大[2-3]。雪晶撞凍過冷水滴很多時，外形會發生改變。雪晶有各種各樣的形狀，這與溫度和濕度有關。降雪量與降水量相同，用相當的水層厚度來度量，單位為mm[4-6]。有時也用雪在平地上所累積的深度來度量，稱為積雪深度。

1 降雪形成的條件

中國氣象局發布的降雪形成條件為大氣中需含有較冷的冰晶核、充分的水汽、3.0 ℃(冰點)以下[7-8]。如該冷空氣相當強烈，并帶著濕氣，1～10 ℃的氣溫也可以降雪。氣候區屬中緯度至高緯度(即于南回歸線以南/北回歸線以北地區)的地方降雪概率較大，低緯度地區中地勢高于海拔2 000 m的中山或高原也可能降雪。海洋氣流也能間接影響該區下雪的概率，如果在高緯度地區一帶有較多暖流支配，該區下雪的概率較低(如日本本州至九州一帶)。

降雪等級標準通常是指在規定時間段內持續降雪或降雪量折算成降雨量為等級劃分的標準。該標準一般采用持續時間12 h和24 h兩種標準[9-10]。以12 h降水量為劃分標準，降水量0.1～0.9 mm為小雪，0.5～1.9 mm為小到中雪，1.0～2.9 mm為中雪，2.0～4.4 mm為中到大雪，達到3.0～5.9 mm為大雪，4.5～7.4 mm為大到暴雪，降水量達到或超過10 mm為暴雪。以24 h降水量為劃分標準，降水量0.1～2.4 mm為小雪，1.3～3.7 mm為小到中雪，2.5～4.9 mm為中雪，3.8～7.4 mm為中到大雪，達到5.0～9.9 mm為大雪，7.5～14.9 mm為大到暴雪，降水量達到或超過10 mm為暴雪。

初雪，一般指入冬后的第一場雪。從下半年開始，即公歷6月1日后第一次降雪稱為初雪。如2018年1月25日就是2017年的初雪時間。我國各地的初雪標準不同，但初雪預報都存在共同的難點，因為降雪需要水汽、動力和溫度3個條件同時滿足并相互配合，缺一不可。

隨著社會的發展，與降雪有關的“城市次生災害”事件逐漸增多，降雪造成的損失日漸突出[11-12]。降雪預報一直是預報工作的難點，尤其是初雪的預報，受到各級政府部門和公眾的廣泛關注，也增加了預報員壓力。目前，國外主要針對強暴風雪的研究，在暴雪觸發、加強機制和不同尺度天氣系統之間互相作用等方面開展工作，而國內學者主要從個例分析入手對初雪成因進行分析。

2 資料來源

通過整理近2001—2020年許昌市5個站點的地面資料、探空資料、NCEP在分析資料，分析許昌市初雪出現的時空分布特征，根據影響系統對造成許昌市初雪的環流形勢進行分類，結合典型個例給出各種環流形勢特點；通過大量個例找出對許昌初雪有影響的天氣尺度系統，分析產生初雪的物理量特征，得出初雪天氣的具體預報特征。

3 許昌初雪過程時空分布特征

3.1 時間分布統計分析

從時間分布分析，通過統計2001—2020年許昌初雪天氣過程觀測記錄資料，發現近20年共發生初雪天氣過程18次，初雪天氣過程主要出現在當年的11、12月，概率分別是55%、35%(表1)。初雪天氣過程最早出現在2003年11月7日，最晚出現在2005年12月30日。出現大雪以上量級的初雪過程共8次，其中有3次出現了大范圍、極罕見的特大暴雪，給全市交通、設施農業、能源供應和生產生活帶來了較大不利影響。

表1 2001—2020年許昌初雪天氣過程統計

3.2 空間分布統計分析

從許昌初雪天氣的空間看，降雪量級分布較為不均勻，南邊偏多，西北山區部偏少，中部平原地帶降雪量較為平均。

4 許昌初雪天氣過程典型影響系統分析

從2001—2020年近20年許昌初雪天氣過程中，挑選出10個典型初雪個例進行影響系統分析，總結許昌初雪過程典型影響系統。

4.1 500 hPa形勢

第一，前期500 hPa位于巴爾喀什湖以東，新疆以西有一低槽，配合周圍有一冷中心，低槽攜帶冷空東移南下，同時高原分裂出的南支槽也不斷東移發展，導致許昌市有降水產生(圖1)。高空槽東移至新疆中西部，南支槽位于寧夏東部—四川南部，許昌市受南支槽前西南氣流影響，有利于西南暖濕氣流的輸送；槽后有明顯的冷舌相配合，并且槽后西北風增強，槽在東移過程中加強。隨著低槽進一步東移，而南支槽已東移至河南省以西，西南氣流進一步增強，預示著降水將增強。

圖1 500 hPa高空形勢圖

第二，小槽發展型。前期位于貝加爾湖附近有一低渦存在，其后部不斷分裂小槽，并攜帶冷空氣南下，小槽和南支槽逐漸合并影響許昌市。

4.2 700 hPa形勢

北支槽東移至新疆以東，而南支槽隨著西南急流的北上而加強發展，北支槽進一步東移，攜帶的冷空氣擴散南下，而西南急流也進一步加強，使南支槽發展加深，南支槽東移至河南省西部，在河南省東部有暖式切變，此處輻合上升運動較強，西南急流的加強，帶來充沛的水汽，對應該地區降水加強。受又一南支槽東移影響，西南急流北抬至河南省中部，水汽加強，降水持續。

4.3 850 hPa形勢

850 hPa有暖切或受偏北氣流、東北氣流、偏東氣流、東南氣流等影響，中部有弱的風速輻合，暖切東移北抬至河南省以南，同時東南急流加強，水汽充沛，且風速有明顯的輻合，上升運動明顯，利于降水產生。

4.4 925 hPa形勢

低層925 hPa由前期的東北風加強為偏東風急流，風速在河南省中東部地區有明顯的輻合，為降水提供有利的水汽條件和上升運動，同時中西部和北部受山脈等地形影響，也利于動力抬升，水汽在該地區輻合，產生較大明顯降水。

4.5 地面形勢分析

冷高壓主體位于貝加爾湖以西，許昌市一直處于從內蒙古伸向長江流域的高壓帶。此外，從四川伸向東北方向的低壓倒槽，不斷發展形成阻塞形勢，而冷空氣受到阻塞形勢的影響，在河南省維持較長時間，隨著阻塞形勢的崩潰，冷空氣逐漸南壓減弱，降水停止，影響許昌市的冷空氣為東路冷空氣；受冷高壓主體分裂的冷空氣不斷擴散南下，許昌市降溫顯著。

4.6 水汽和動力條件

從鄭州站來看，高空溫度露點差顯示925、850 hPa濕度條件較好，700、500 hPa濕度一般；從濕度場和動力場資料分析，很好指示了降水開始時間和最強時段，隨著高空的濕度轉差后，降水逐漸轉小。

5 T-logP 圖分析

從鄭州探空圖(圖略)可以看出，在降雪開始前850 hPa到地面的溫度都在0 ℃以下，因此許昌市的降水相態一直是純雪。當濕層增厚至500 hPa以上，并且底層始終存在逆溫層，850 hPa以下風隨高度逆轉，有冷平流；850 hPa以上風隨高度順轉，有暖平流。850～500 hPa之間西南風，顯示暖濕氣流在低層冷空氣之上，且西南風和底層的偏東風風速顯著增大，輻合增強，同時帶來充沛的水汽，降水增強。

6 雨雪轉換指標研究

根據研究許昌近20年初雪資料分析，從T700、T850、T925和T2m得知，這些特定層的溫度對許昌雨雪轉換具有較好的指示意義。

分析許昌典型雨雪轉換過程的環流形勢可知，典型的雨雪轉換過程中起主要作用的是中層及以下溫度的整體變化，且500 hPa以上的溫度和雨雪轉換前后變化相對以上特定層次均顯著偏小。因此，氣溫指標重點選取了700 hPa及以下特定層的平均氣溫作為主要判別依據，初步設定雨雪轉換指標。

得出許昌近20年典型初雪雨雪轉換過程的氣溫判別指標為：(1)T2m～700hPa≤-5 ℃時，出現雨雪轉換；(2)T2m～700hPa＞-5 ℃，同時T2m≤0 ℃時，會出現雨雪轉換。

7 結論

(1)2001—2020年，許昌共發生初雪天氣過程18次，初雪天氣過程主要出現在當年的11、12月，概率分別是55%、35%。初雪天氣過程最早出現在2003年11月7日，最晚出現在2005年12月30日。

(2)2001—2020年許昌初雪天氣降雪量級分布較為不均勻，南邊偏多，西北山區部偏少，中部平原地帶降雪量較為平均。

(3)500 hPa低槽東移、700 hPa有較強的西南急流和切變線、850 hPa和925 hPa東北氣流以及地面冷高壓，是比較典型的許昌地區冬季初雪天氣過程天氣形勢場配置。

(4)水汽和動力條件來看，高空溫度露點差顯示925、850 hPa濕度條件較好，700、500 hPa濕度一般；從濕度場和動力場資料分析，很好指示了降水開始時間和最強時段，隨著高空的濕度轉差后，降水逐漸轉小。

(5)T-logP圖分析可以看出，在降雪開始前850 hPa到地面的溫度都在0 ℃以下，因此許昌市的降水相態一直是純雪。當濕層增厚至500 hPa以上，并且底層始終存在逆溫層，850 hPa以下風隨高度逆轉，有冷平流；850 hPa以上風隨高度順轉，有暖平流。850～500 hPa之間西南風，顯示暖濕氣流在低層冷空氣之上，且西南風和底層的偏東風風速顯著增大，輻合增強，同時帶來充沛的水汽，降水增強。