贵州省两次低温雨雪冰冻天气过程对比分析

王兴菊，汪 超，李启芬，周文钰，吴哲红

(1.贵州省安顺市气象局，贵州 安顺 561000；2.贵州省气象台,贵州 贵阳 550002)

贵州省两次低温雨雪冰冻天气过程对比分析

王兴菊1，汪 超2，李启芬1，周文钰1，吴哲红1

(1.贵州省安顺市气象局，贵州 安顺 561000；2.贵州省气象台,贵州 贵阳 550002)

该文利用NCEP 再分析资料(水平分辨率2.5°×2.5°)以及常规的地面观测资料对贵州省2008年1月13日—2月14日和2016年1月21—25日的低温雨雪冰冻天气过程进行分析。可以看出两次天气过程中阻高偏强，在北极地区都出现了突然的升温，使得北极涡旋逐步被暖流挤出极地，是这两次低温雨雪冰冻过程中降温的主要原因。2008年1月的低温雨雪过程是在拉尼娜整体气候背景偏冷的情况下冷空气分3次爆发并持续了近1个月。而2016年1月在厄尔尼诺背景下气候背景偏暖，此次贵州的低温雨雪过程中，冷空气只爆发了1次且只持续了近5 d。从以上分析可以看出2008年1月低温雨雪天气发生的必然性和持续性以及2016年1月低温雨雪天气的突发性和短暂性；与2008年1月的多次冷空气爆发相对应，该时段贵州中层一直有明显的逆温存在，为这次持续性的低温雨雪过程提供了温度层结条件。2016年1月21—22日贵州低层出现了较弱的逆温，所以此次过程只在21日夜间出现了明显降雪，之后以低温为主，冰冻不是很明显。两次低温雨雪冰冻过程都有明显的锋区和上升气流存在，为这两次过程提供了动力和抬升力条件，其中2008年的是一次持续性过程，2016年则持续时间较短。

雨凇;雪； 拉尼娜；厄尔尼诺

Abstract：Based on the NCEP 2.5°×2.5°reanalyzed data and surface observational data,two cryogenic freezing rain and snow weather during January 13 to February 14 in 2008 and 21 to 25 January in 2016 were comparatively analyzed.The results show that the main features of these weather processes are long-lasting freezing rain in 2008 but stronger temperature drop in 2016.The weather process is affected by the general La Nina event in 2008 but powerful El Nino event in 2016.The two processes both have strong national temperature drop and caused by the northward movement of Polar Vortex extruded by the southeast movement of warm tongue.The warm tongue is a product of sudden rising temperature in arctic region.The inversion layer provides temperature stratification condition in the long-lasting freezing rain of 2008.The weather in 2016 is a strong cold-wave process with low temperature,unapparent inversion layer and freezing rain.The snow only occurs during the night of 21 January 2016.The frontal zone and upflow are both apparent in two processes but sustain a longer time in 2008.

Keywords：freezing rain; snow; La Nina; El Nino

1 引言

雨凇，在贵州又名低温雨雪冰冻，是贵州主要的灾害性天气之一，当低温雨雪冰冻严重的时候，可能会破坏当地的电力输送、有线通讯，并使交通中断，树木毁坏，还可能使得牲畜冻死，小季作物冻坏等。国内学者主要在以下几个方面进行低温雨雪冻雨的研究：从1973年开始，贵州省气象台和中央气象台就在天气气候方面对雨凇进行了研究。特别是在2008年初大范围的低温雨雪冰冻天气在我国南方出现以后，很多学者从大气环流的异常、冻雨的发生发展机制方面进行了深入研究；孙建华[1]、赵思雄[2]、陶诗言[3]通过对环流背景的研究指出了欧亚大陆大气环流异常，阻塞形势在中高纬度的稳定维持对冻雨天气的发生发展非常有利。丁一汇等[4]对2008年冰雪灾害在中国南方和西亚以及南亚各国遭到的寒流灾情进行了全面的描述，并从环流背景和全球变暖进行了分析，得出了以下结论：十分稳定的欧亚环流形势是2008年1月冰雪灾害发生的极重要大尺度，拉尼娜冷事件是这次冰雪灾害发生和持续的气候背景。杜小玲[5-8]揭示了贵州冻雨频发地带分布的原因以及准静止锋的锋区结构。

通过对以上研究结果的总结，对于2008年贵州的低温雨雪冰冻过程的影响可以归纳为4个方面：拉尼娜事件的影响；阻塞高压的异常发展；孟加拉湾和南海暖湿气流的持续输送；西太平洋副热带高压的明显偏强。对于2016年贵州的低温雨雪过程，在中国其他地方主要体现为强寒潮过程，很多科普文献对此次事件进行了分析研究，它的关键因子有两个，厄尔尼诺和北极涡旋，作为此次气候背景的厄尔尼诺事件，根据国家气候中心的评估，为20世纪有观测记录以来最强的，还有北极涡旋和阻高的异常偏强。

以往的文献对贵州低温雨雪冰冻的研究一般集中在以拉尼娜事件为气候背景发生的个例，例如2008和2011年发生在贵州的低温雨雪冰冻事件，没有对不同气候背景下产生的低温雨雪个例进行对比分析。在厄尔尼诺影响下的冬天，我国一般都是暖冬，但是由于在厄尔尼诺影响下气候变得异常，所以容易产生极端天气，比如1998年的1月，也是厄尔尼诺的气候背景下产生了在贵州产生了近10 d的低温雨雪冰冻天气。

本文的研究除了对这两次个例进行了常规气候背景、环流形势的分析，还对北极地区在天气过程发生前后的温度变化进行了分析，可以看出不管在那种气候背景下，只要北极升温，带动暖空气挤占北极涡旋常年的位置，使得它南压，就会有大规模的寒潮爆发，从而导致贵州和我国南方大范围的低温雨雪天气。但是在拉尼娜整体偏冷的气候背景下，它的低温雨雪天气持续时间都很长，例如2008、2011贵州低温雨雪天气持续了近一个月。在厄尔尼诺影响下的1997年和2016年持续时间为5～10 d，时间明显偏短。

由于资料的局限性，本文只选取了2008年和2016年比较有代表性的个例进行了研究，在以后的研究中，将选取更多的个例，在此基础上对贵州的低温雨雪天气进行更系统的研究，以期对以后贵州低温雨雪冰冻天气的预报预测和基础研究提供有价值的预报思路。

2 实况对比分析

2008年：2008年1月13日—2月14日贵州出现了持续时间超过一个月的低温雨雪冰冻天气，其中1月下旬到2月中上旬贵州日平均气温<1 ℃的连续日数达到19.7 d，过程累积冻雨日数33 d，威宁最低气温为-10.2 ℃。

2016年：2016年1月21—25日贵州省出现了近3 d大范围的低温雨雪冰冻天气，该时段内贵州日平均气温<1 ℃的连续日数达到2 d，过程累积冻雨日数达到4 d，威宁达到-11.7 ℃，为1961年以来第一低值。

对比结果：2008年贵州以低温雨雪冰冻为主，持续时间长，过程累积冻雨日数达到了33 d;2016年的以前期的降雪降温为主，2016年的降温比2008年明显，最低气温威宁达到-11.7 ℃，比2008年威宁-10.2 ℃还要偏低1.5 ℃。

3 气候背景分析

中国气象局ENSO监测小组[19]以赤道东太平洋5°N～5°S,120°～170°W海域月平均海温距平≥0.5 ℃ (或≤ - 0.5 ℃ )为指标,每次持续时间应该不少于半年，中间可以间断1个月， 定义为一次厄尔尼诺(或反厄尔尼诺)事件。

国家气候中心对此次综合事件的评估表明，赤道中东太平洋从2014年开始并维持到现在(具体到月份)的厄尔尼诺事件，是20世纪有观测记录以来最强的。与厄尔尼诺现象刚好相反的另一种海洋现象是拉尼娜事件，气候上把赤道东太平洋地区海表温度持续异常偏冷的海洋现象称为拉尼娜事件，它是与厄尔尼诺现象相反的海洋现象，表现为海温的持续偏冷。

从2007—2008年的海表温度距平时间—经度剖面(图1a)可以看出,从2007年6月开始，赤道东太平洋地区海表温度开始出现了-0.5 ℃的海温距平，并逐步增强，到2007年12月增强到-1 ℃，2008年1月发展到最强，达到了-2 ℃，并一直维持到2008年6月，持续时间11个月，达到一次完整的拉尼娜事件。从2014—2016年的海表温度距平时间—经度剖面(图1b)可以看出,从2014年11月开始，赤道东太平洋海表温度开始大于0.5 ℃， 到了2015年6月之后，温度距平开始呈爆发式增强，到2015年12月海温正距平达到最强3 ℃，并持续到2016年5月，持续时间超过20个月，达到了一次完整的厄尔尼诺事件。

图1 赤道东太平洋海表温度距平时间—经度剖面图(℃)(a)2005—2008年，(b)2013—2016年Fig.1 Time-longitude sections of SSTA on the equatorial east pacific(unit:℃)(a)the year of 2005 to 2008,(b) the year of 2013 to 2016

本文从影响时间和强度等方面对两次事件进行定性的对比分析(表1)： 2007年8月—2008年6月出现的拉尼娜事件，为2008年1月低温雨雪冰冻天气的气候背景，此次拉尼娜事件持续时间为11个月，海温负距平的峰值为2008年1月的-1.4 ℃，海温比常年偏差的距平累计值为-10.9 ℃，强度定性为一般。2016年低温雨雪冰冻天气的气候背景为厄尔尼诺事件，从2014年9月开始持续到现在，持续时间达到19个月，海温比常年偏高的峰值为2015年11月的2.9 ℃，海温比常年偏差的距平累计值为26.9 ℃，气候上对此次事件的强度定性为超强。

表1 气候背景对比图Tab.1 Climate background contrast chart

4 环流背景分析

4.1 北极升温的影响

本文选取(73°N、60°E)作为北极代表点来分析两次低温雨雪冰冻过程发生前后的温度变化情况，从(图2a)可以看出2008年1月3日左右,该地区的气温也回升到了0 ℃以上，之后开始下降，到16日跌到-30 ℃左右，在2008年的低温雨雪冰冻天气过程中，冷空气的影响大致分为3个时段，时间节点分别为1 月13 日、1 月23 日、2 月1 日，在这3次冷空气的前期1月3日、1月18日、1月29日左右，该地的气温都会明显的回升到0 ℃左右，之后又逐步下降到最低[14]。从(图2b)可以看出，2016年1月1—5日，该地区的气温也回升到了0 ℃以上，之后一路下降，到13日左右达到-25 ℃左右，然后在21日强冷空气爆发之前出现了两次明显振荡， 到19日降到最低，接近于-30 ℃。在这两次低温雨雪冰冻天气过程中，正是北极地区的突然升温，并带动暖空气向东南方向发展，使得北极涡旋逐步被暖流挤出极地，然后逐步向南发展引发全国乃至贵州的大范围降温[15]。

以(73°N、60°E)作为北极代表点来分析两次低温雨雪冰冻过程发生前后的温度变化情况来看，2008在拉尼娜气候背景下，高低温的震荡更为明显，有3次回升到0 ℃左右又降到-20～30 ℃之间，2016年只在1月1—5日出现了回升到0 ℃以上后，就维持在-10 ℃以下。从两次北极代表点的温度变化可以大致看出2008年拉尼娜背景下冷空气爆发特点以持续性和多发性为主，而2016年在厄尔尼诺背景下以突发性降温为主。

图2 北极点(73°N、60°E)地面温度时序图(a)2008年1月13日—2月14日，(b)2016年1月21—25日Fig.2 Sequence chart of surface temperature in the North Pole(73°N、60°E)(a) January 13 to February 14 in 2008,(b) 21 to 25 January in 2016

4.2 海平面气压—地面温度图的影响

从2008年1月13日—2月14日的海平面气压—地面温度图来看，受来自大西洋东部到欧洲西部和西太平洋两股较暖气团的挤压，冷高压中心到达了蒙古一带，冷中心为1 050 hPa，冷舌向我国东南方向伸展，1 030 hPa等压线到达了贵州北部地区，贵州大部受1 025—1 030 hPa的等压线控制，平均气温在0～-5 ℃之间，北极地区仍然有冷中心存在，不断分裂冷空气南下影响[14]。

从2016年1月21—25日的海平面气压—地面温度图来看，来自大西洋东部—欧洲西部的暖气团向东影响范围更广，基本挤压到了110°E以西的整个高纬地区，来自西太平洋的暖气流也很强，-5 ℃的等温线向西伸展到130°E附近，在两股暖气团的夹击下，使得北极涡旋带动冷空气一路南下，1 060 hPa冷高压中心到达我国的内蒙古、乌鲁木齐一带，平均气温达到-30 ℃左右[1]。1 030 hPa等压线控制了我国大部分地区，南伸到了广州附近，整个贵州地区基本上受1 030到1 035 hPa的等压线控制，平均气温也在0～-5 ℃之间，其中贵州北部边缘地区平均气温超过了-5 ℃。

图3 海平面气压—地面温度图(等值线：海平面气压平均值，单位：hPa；阴影区：平均地面温度，单位：℃)(a)2008年1月13日—2月14日，(b)2016年1月21—25日Fig.3 The map of sea-level pressure(isoline,unit: hPa) and average surface temperature(shaded areas,unit:℃) (a) January 13 to February 14 in 2008,(b) 21 to 25 January in 2016

从两次过程对比可以看出，2016年1月的冷空气强度比2008年强，在冷空气影响后贵州的地面温度比2008年低。但2008年1月的低温雨雪冰冻过程的气候背景为拉尼娜，整体气候偏冷，从2008年1月全国的平均气温来看，大部分地区气温偏低1～5 ℃，贵州1月平均气温偏低了1～2 ℃(图略)。2016年为超强厄尔尼诺，属于整体气候偏暖，极端天气事件多发的气候背景，此次低温雨雪冰冻过程中降温迅猛，贵州有近10个站突破了极端低温。但是在整体气候背景偏暖的情况下，2016年1月中国南方大部分地区偏暖，其中贵州平均气温偏高1 ℃左右。

4.3 阻塞高压的影响

从2008年1月13—2月13日500 hPa高度和距平场图上来看，高纬呈一槽一脊的形式，乌拉尔山地区阻塞形势明显，阻塞地区有120 gpm的正距平中心，可见，乌拉尔山阻塞形势较常年偏强，而常年的印缅槽区有-5～-10 gpm的负距平中心，印缅槽较常年略偏强，东亚大槽也偏强，槽区有-40 gpm的负距平中心。西太平洋副热带高压(588 gpm代表)略偏北，多年平均副热带高压脊线为13°N,2008年接近18°N左右，在副热带高压左侧的偏南风带动下，来自南方的暖湿气流向北输送，并交汇于贵州、长江中下游一带，造成该地区长期的低温、雨雪天气。

从2016年1月21—25日500 hPa高度集合平均值及其距平场图上来看，中高纬地区呈一槽一脊的形势，乌拉尔山地区有明显的阻塞高压存在，中心值为5 640 gpm,阻高较常年明显偏强，在140°E以西的55～85°N区域内基本上都为正距平，其中乌拉尔山为正距平中心，达到了140 gpm，阻高的强度较2008年强度为5 400 gpm的阻高中心明显偏强。印缅槽也比2008年偏深，槽区有-20 gpm左右的负距平。由于阻高范围很大，向东基本上扩展到了140°E附近，导致东亚大槽的影响范围和强度较2008年都有所减小，2008年的东亚大槽中心值为5 070 gpm，2016年为5 100 gpm。2016年贵州受印缅槽槽前偏西气流影响，西太平洋副高主体强盛，在整个低纬地区高度场距平都为正距平，出现了5 910的高压中心，副高脊线也明显偏北，达到了20°N左右，中纬地区的西南气流更为明显，但由于阻高过强，东亚大槽偏东，阻高东侧偏北冷空气到达中国南方的广州一带，西南暖湿气流与北方冷空气在全国的交汇范围不如2008年大，所以在2016年1月的强冷空气影响过程中，除了西南地区，其他地区的降雪并不明显，以降雨为主。持续时间也不如2008年长。

图4 500 hPa高度场和距平 (a)2008年1月11日—2月3日，(b)2016年1月21—25日Fig.4 The height and anomaly field at 500 hPa (a) January 11 to February 3 in 2008,(b) 21 to 25 January in 2016

5 逆温分析

当雨滴落在温度0 ℃以下的寒冷物体表面，就会冻结为透明或半透明的坚实冰层，称为冻雨或雨凇[16]。低层冷空气的存在对于冻雨的形成至关重要，当北方有冷空气入侵中国时，这个条件就很容易满足，北方的冷空气一般先到达西北，然后是华北，最后到达长江以南，并在1 500 m以下呈扇形展空，形成冷空气层，为冻雨的产生提供了“冷垫”条件，冷垫上面是暖层，又叫融化层，它是降水型的过渡层，降水率很高，伴随的天气现象一般为雨夹雪，或者是雨夹雪中伴有冻雨或冰丸。

从2008年1月11日—2月3日沿27°N 温度纬向的平均经向剖面(图5a)和时序图(图6a)来看，在垂直方向上温度层结是呈“冷—暖—冷”的结构，逆温层主要有1 ℃左右的逆温，从时间序列图来看，逆温最强的时段主要集中在1月16—30日左右，逆温中心上升到了600 hPa附近，尤其是在21—26日，中间暖层与底层冷层的温差达到8 ℃左右[17]。

从2016年1月21日—25日沿27°N的平均经向剖面(图6a)和时序图(图6b)来看，整层都没有明显的逆温存在，但从时序图上看，过程降温非常明显，1月21日在850 hPa上的温度为2 ℃左右，到24日降到了-12 ℃，过程降温达到14 ℃左右，在24日700 hPa附近达到了-14 ℃左右，在2008年低温雨雪冰冻期间，700 hPa上的温度最低也只达到-8 ℃左右。

图5 温度的经向高度平均剖面图(等值线，单位：℃；)(a)2008年1月11日—2月3日，(b)2016年1月21—25日Fig.5 Height-longitude section of zonal temperature anomaly (isoline,unit:℃)(a) January 11 to February 3 in 2008,(b) 21 to 25 January in 2016

图6 温度的经向高度时序图(等值线，单位：℃；阴影区表示湿度值，单位：%)(a)2008年1月11日—2月3日，(b)2016年1月21—25日Fig.6 Height-longitude sequence diagram of temperature(isoline,unit:℃，shadow areas means humidity,unit:%)(a) January 11 to February 3 in 2008,(b) 21 to 25 January in 2016

对比可以看出：2008年拉尼娜气候背景下的多次冷空气爆发的持续性事件，是一个长期的低温雨雪冰冻过程，中层一直有明显的逆温存在，为这次持续性的冻雨过程提供了温度层结条件。2016年是厄尔尼诺背景下的一次强寒潮天气过程，以降温为主，只在21日夜间出现了明显降雪，之后以低温为主，冰冻不是很明显。

6 假相当位温和垂直速度平流

抬升条件是降雪的基本条件之一，从2008年的低温雨雪冰冻过程沿27°N的假相当位温和垂直速度时间经向剖面图来看，850～700 hPa一直有弱上升气流，低层假相当位温线也很密集，说明在整个冰冻期间低层一直有冷锋，配合一直存在的弱上升气流，造成了2008年1月长时间、持续性的低温、雨雪、冰冻天气[25]。

从2016年1月21—25日的沿27°N的假相当位温和垂直速度时间经向剖面图来看，在22日有明显的上升气流和锋区存在，上升气流与锋区汇合，并随高度在时间上向前倾斜，说明高层冷空气先于低层冷空气到达，前倾趋势比较明显，有利于水汽的降落和凝结。从假相当位温来看，22日在中低层呈漏斗状，且随高度下降，并在低层维持了暖湿和不稳定条件，所以在全省共75县(市、区)出现降雪,其中30县出现积雪。在其余时段假相当位温密集区和上升气流不在明显，所以降雪也不明显。

两次低温雨雪冰冻过程都有明显的锋区和上升气流存在，为这两次过程提供了动力和抬升力条件，其中2008年的是一次持续性过程，2016年是持续时间较短。

图7 假相当位温和垂直速度的经度高度剖面图(等值线，单位：℃；阴影区表示湿度值，单位：%)(a)2008年1月11日—2月3日，(b)2016年1月21—25日Fig.8 Height-longitude section of pseudo-equivalent temperature and vertical velocity(isoline,unit:℃，shadow areas means humidity,unit:%)(a) January 11 to February 3 in 2008,(b) 21 to 25 January in 2016

7 结论

①通过对2008年和2016年贵州的低温雨雪冰冻过程分析可以看出：两次天气过程中阻高都偏强，北极地区都出现了突然的升温，使得北极涡旋逐步被暖流挤出极地，然后逐步向南发展引发全国乃至贵州的大范围降温，是这两次天气过程中降温的主要原因。

②2008年1月的低温雨雪过程是在拉尼娜整体气候背景偏冷的情况下冷空气分3次爆发并持续了近一个月。而2016年1月在厄尔尼诺背景下气候背景偏暖，此次贵州的低温雨雪过程中，冷空气只爆发了1次且只持续了近5 d。从以上分析可以看出2008年1月低温雨雪天气发生的必然性和持续性以及2016年1月低温雨雪天气的突发性和短暂性。

③与2008年1月的多次冷空气爆发相对应，该时段贵州中层一直有明显的逆温存在，为这次持续性的低温雨雪过程提供了温度层结条件。2016年只在1月21—22日贵州低层出现了较弱的逆温，所以此次过程只在21日夜间出现了明显降雪，之后以低温为主，冰冻不是很明显。

④两次低温雨雪冰冻过程都有明显的锋区和上升气流存在，为这两次过程提供了动力和抬升力条件，其中2008年的是一次持续性过程，2016年则持续时间较短。

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ThecontrastanalysisoftwocryogenicfreezingrainandsnowweatherinGuizhou

WANG Xingju1,WANG Chao2,LI Qifen1,ZHOU Wenyu1,WU Zhehong1

(1.Anshun Meteorological Observatory,Anshun,561000,China； 2.Guizhou Province meteorological observatory of Guizhou Province,Guiyang，550002,China)

P458.1+21

A

1003-6598(2017)04-0017-07

2017-02-08

王兴菊(1980-)，女，副高，主要从事短期天气预报研究工作，Email:wangxing_ju@126.com.

安市科合[2015]08；国家自然基金项目(41065003)共同资助。