乌鲁木齐冬季清雪预报服务研究

王 健，张月华，谭艳梅

（1.乌鲁木齐市气象局，新疆 乌鲁木齐830002；2.民航新疆空中交通管理局气象中心，新疆 乌鲁木齐830016）

降雪和积雪是乌鲁木齐冬季主要气象灾害之一，也是当地冬季预报服务的重点和难点。降雪和积雪常使交通受阻，并诱发交通事故[1]，较大量级降雪和深厚积雪，常导致交通拥堵甚至瘫痪、交通事故量激增、电讯中断、树木受损断枝以及公众摔倒骨折等[2]。近年来，随着乌鲁木齐社会车辆保有量的激增，降雪和积雪对道路交通、公众出行和生活等带来的危害日益严重。迅速、有效地清除冰雪，保障道路交通安全顺畅是减小降雪和积雪危害的唯一行之有效的办法，清雪工作因此受到了乌鲁木齐市委市政府和社会公众广泛而深切的关注。

2011年以来，乌鲁木齐各级政府筹措大量资金，购买了不同类型和规模的清雪机械1300余台，同时辅以数万名环卫工人、社区工作人员等，在降雪来临前两小时集结待命，出现了积雪就开始不分昼夜地清扫和拉运，巨大的人力财力机械的投入，实现了“下雪即清，雪停路净”的目标，保障了早晚高峰交通的顺畅和公众出行的安全快捷。如此大量的清雪机械和人员的集结、调配和协调、配合全都“听命于”乌鲁木齐市气象台的“精细化清雪预报”，其重要性和决策作用不言而喻。

常规预报业务中，降雪量级、起止时间和落区的预报是冬季天气预报的重中之重，相关研究非常多[3-10]，其预报准确率也较高。而关于降雪量和积雪深度的关系以及积雪深度的预报，由于积雪资料严重缺乏的原因，分析研究的非常少[11]。而在乌鲁木齐市的清雪工作中，大量使用和依据的是积雪深度值，因此对积雪深度的预报提出了较高的要求。

本文在分析了乌鲁木齐近11 a冬季的各量级降雪日数分布特征、冬季降雪总量和降雪过程持续时间后，又分析了近5 a173 d降雪日的降雪日变化特征；随后采用最小绝对偏差法对降雪量和对应积雪深度进行线性拟合，得出二者的大体比值，旨在通过准确预报降雪量和起止时间后，较准确地预报积雪深度；在上述结论的支撑下，对清雪预报服务的重点和难点做了分析，其结果可用于乌鲁木齐冬季清雪的预报服务和交通保障服务。

1 资料与方法

文中冬季是指当年11月—翌年3月的5个月（如2006年冬季是指2006年11月—2007年3月），近11年冬季为2006—2016年冬季。

文中以乌鲁木齐国家基本站51463代表乌鲁木齐；日降雪量≥0.1mm，记为1个降雪日，有降雪但伴有雨或雨夹雪时，不计为降雪日；积雪深度是该站每日08时的观测值。

据气发【2004】45号《新疆降水量级标准（修订版）》，降雪量级依次为当日20时—次日20时BT的24 h累积降水量，0.1～3.0 mm为小雪、3.1～6.0 mm为中雪、6.1～12.0 mm为大雪、12.1 mm～24.0 mm为暴雪、24.1～48.0mm为大暴雪。

2 乌鲁木齐近11 a冬季降雪特征

2.1 各月降雪日数分布

从乌鲁木齐近11年冬季降雪日数上看（表1），每年冬季的降雪日数虽各不相同，但多数年份是接近的；冬季各月降雪日数上看，最多的是隆冬12月—翌年2月，且年变化相对较小。而季节转换期的3月（3月21日开春）和11月（11月11日入冬）的降雪日数变率很大。因此，12月—翌年2月为清雪预报服务的重点时段，预报的重点是降雪的起止时间和降雪量级、积雪深度。而在气温变幅很大的3月和11月，降水性质的预报也是清雪预报的重点和难点，这个将在另文研究。

表1 2006—2016年冬季降雪日数和累积降雪量

从图1可见，2006—2010年冬季，降雪日数和降雪累积量变化趋势一致且两线较为接近；而2011—2016年冬季，虽然两者变化趋势大体一致，但两线相对较为离散，反映出近6 a冬季降雪量在增多、日降雪量级有增大的趋势，说明清雪任务加重了、清雪劳动强度加大了，加之车辆的不断增加，作为清雪工作“指挥棒”的清雪预报服务的需求增加、压力增大，在降雪预报服务中更应侧重于降雪量级的预报。

图1 2006—2016年冬季降雪日数和降雪总量

2.2 各量级降雪日数分布

各量级降雪日数分布上看（表2），近11 a冬季的369 d降雪日中，小雪日最多、占77.0%，中雪日次之、占13.8%，而大雪及以上的降雪日仅占9.2%；特别是11个冬季仅有9次暴雪、年均不足1次、其中4次是在3月。清雪工作的安排部署和人财物的调度主要依据就是降雪量级的大小，因此降雪量级的预报是清雪预报服务的重中之重。综上，冬季降雪90%以上是小量或者中量，而大雪及以上降雪是小概率事件，也是预报的难点，因此在清雪预报服务中最需要关注和重视的是小量、其次是中量降雪过程。

表2 2006—2016年冬季各量级降雪日数分布

2.3 降雪过程持续时间

近11 a冬季降雪过程的持续时间不尽相同，统计分析每场降雪过程的持续时间（当降雪过程＞3 d时，0.0 mm降雪也计算为降雪日）。发现：降雪过程仅1 d的最多、达88场、占总场次的48.6%，其次为2 d、44场、占24.3%，7～10 d各1场、仅占2.4%（表3）。

乌鲁木齐冬季降雪过程1 d最多、占近一半，2 d次之、占20%多，3～4 d各占近9%，而持续7 d及以上的很少、占比不足3%，可见清雪预报服务的重点是1～4 d的降雪过程，其中1～2 d的降雪过程是预报的重中之重。

表3 2006—2016年冬季降雪过程持续日数、场次和所占百分比

2.4 降雪的日变化

2011年12月1日起，乌鲁木齐降雪量的测量采用称重式传感器，24 h不间断自动测量、实时上传，从此有了逐时降雪量资料。本文利用2011年12月1日—2017年3月31日逐时降雪量资料，统计分析乌鲁木齐冬季降雪的日变化特征。

普查上述时段有173 d降雪日，其逐时降雪资料统计显示：1天中12个时次的降雪频次高于平均频次43.4次，其中峰值频次前三位依次为07时51次、20时50次和03时、19时的48次，谷值频次前三位依次为16时34次、14时35次和15时37次；小时降雪量最大的分别出现在06时1.55 mm、23时0.73 mm、21时22时24时0.65mm（表4）。

表4 各时次降雪出现频次和平均降雪量

综上，1天中降雪多发于07时、19时、20时和03时，而14—16时出现降雪相对较少；其中06时和21—24时的雪强较大。据此，降雪易始于早晚交通高峰时段，因为此时降雪才开始，同时道路上车辆较多，应该安排在交通高峰时段后开始清雪，这样就可以避免因清雪车辆上路而使得交通更加拥堵，且清雪效率会提高；在晚高峰结束至夜间即下即清，清雪效果会更好。

3 清雪预报服务指标研究

3.1 积雪深度和降雪量的关系和比值

清雪工作的安排部署离不开直观的积雪深度，故精细化清雪预报中积雪深度和降雪量的预报是同等重要的，降雪量是常规预报要素，现有业务完全可以支撑其预报，目前亟需加强积雪深度预报的研究。

据气象规范，积雪深度是在符合观测雪深的日子，每日仅在08时（北京时）由观测员用量雪尺测得。事实上，因为降雪量监测与积雪深度观测的时间差、气温太高或太低使得积雪融化或者变密实、观测员的主观误差等原因，常常出现降雪后积雪深度没有变化或者还有所减少的现象，二者关系显得十分复杂；仅利用每日一次的积雪深度观测资料来精确计算二者的数量关系几乎是不可能的。本文采用最小绝对偏差法对二者进行线性拟合，概算出二者的比值关系，从而通过预报降雪量来预报与之对应的积雪深度。

首先，剔除了近11 a共369 d降雪日中降雪后积雪深度没有变化或者反而减少的177 d；然后，对剩余192 d的降雪量和对应积雪深度做相关分析，得出二者相关系数为0.74，达到0.01显著性水平；最后，采用最小绝对偏差法对其进行线性拟合（图2），得到拟合关系式为Y=0.9683X+1.0138。关系式中Y为对应的积雪深度值，X为降雪量值。

图2 降雪量与对应积雪深度的拟合关系

众所周知，气温是降雪出现、积雪形成和变化的重要因素，对降雪量和积雪深度的关系有显著影响。上述关系式虽然得出了二者的比值关系，但观测事实显示，气温较高时二者比值小于该值，而气温较低时则大于该值，故在预报实践中还要依据不同气温、降雪前期是否有降雨或者雨夹雪以及地面有无积雪等等情况对积雪深度预报做适当的调整。

3.2 清雪预报服务的内容和推送

清雪预报服务内容主要有：10 d内天气过程和趋势分析预测、一周内逐24 h间隔的常规要素（天气现象、气温、风向风力）预报、72 h内逐12 h间隔的常规要素预报。随着时间推进，要素预报的时间间隔逐步缩短，预报内容在清雪工作中的指导性更强。

清雪预报产品主要采用电子邮件、手机短信和微信公众号等推送方式为乌鲁木齐清雪办提供全方位的预报服务，当然，全天候的电话联系是整个冬季不可或缺的。

4 结论

（1）乌鲁木齐冬季降雪日数平均为34 d、多数年份变化不大，但降雪量年际差异相对较大、且近年有增多增强的趋势，清雪预报服务需求在增强、压力在增大。

（2）乌鲁木齐冬季降雪以小雪为主，中雪次之，清雪预报的重点是小雪、其次是中雪以及降雪起止时间、积雪深度的预报，难点是中雪、大雪特别是暴雪和对应的积雪深度的精细化预报。

（3）乌鲁木齐冬季降雪过程持续1 d最多、占近一半，2 d次之、占20%多，故清雪预报服务的重点是1～4 d的降雪过程，清雪须在降雪结束后尽快完成。

（4）乌鲁木齐冬季降雪多发于07时、19时、20时和03时，其中06时和21—24时的雪强较大，因此在早或晚交通高峰之后和夜间清雪效率高且对道路通畅较为有利。

（5）采用最小绝对偏差法对降雪量和积雪深度进行线性拟合，关系式为Y=0.9683X+1.0138，关系式中Y为对应的积雪深度值（cm），X为降雪量值（mm），即积雪深度和对应降雪量的比值大体为0.968 cm/mm，在实际预报中还要考虑当日的气温、降雪前期是否有降雨或者雨夹雪以及地面有无积雪等，对积雪深度预报做适当的调整。

（6）“精细化清雪预报”的主要内容有：降雪起止时间、降雪量、积雪深度和气温；推送方式有手机短信、电子邮件和微信公众号，24 h电话联系不可或缺。

本文仅对近11 a降雪日的降雪量和新增积雪深度的关系进行了初步分析，分析资料有限、分析计算方法相对简单，所得结论略显粗糙，特别是逐时降雪量资料序列更短少，逐时积雪深度资料欠缺，研究结论可以在气象服务中参考使用，但还需今后使用更多资料加深研究，以更加客观地支撑降雪量、对应积雪深度等要素的预报，使之能够更好地应用于清雪预报和决策气象服务。

参考文献：

[1] 刘聪，卞光辉，黎健，等.交通气象灾害[M】.北京：气象出版社，2009：26-31.

[2] 沈永平，王国亚，魏文寿，等.冰雪灾害[M].北京：气象出版社，2009：85-100.

[3] 张家宝，邓子风.新疆降水概论[M].北京：气象出版社，1987.

[4] 张家宝.新疆短期天气预报指导手册[M].乌鲁木齐：新疆人民出版社，1986.

[5] 李如琦，牟欢，肉孜.阿基，等.2011年深秋北疆暴雪过程成因分析[J].沙漠与绿洲气象，2013，7（2）：9-14.

[6] 陈春艳，秦贺，唐冶，等.2012年3月新疆大范围暴雨雪天气诊断分析[J].沙漠与绿洲气象，2014，8（2）：12-18.

[7] 马超，贾丽红，杨霞，等.对ECWMF和T639数值模式产品在新疆暴雪影响系统预报能力中的检验[J].沙漠与绿洲气象，2015，9（2）：31-37.

[8] 庄晓翠，李博渊，李如琦，等.新疆北部强降雪天气研究若干进展[J].沙漠与绿洲气象，2016，10（1）：1-8.

[9] 白松竹.阿勒泰地区冬季降水变化特征分析[J].沙漠与绿洲气象，2014，8（1）：6-10.

[10] 于碧馨，张云慧，宋雅婷.2012年前冬伊犁河谷持续性大暴雪成因分析[J].沙漠与绿洲气象，2016，10（5）：37-43.

[11] 杨琨，薛建军.使用加密降雪资料分析降雪量和积雪深度关系[J].应用气象学报，2013，24（3）：349-355.