黑龙江省雨夹雪灾害天气判别指标研究

（黑龙江省气象台，黑龙江哈尔滨 150030）

1 引言

在我国北方地区的秋天到冬天，或者冬天到春天的过渡季节，一般情况下降水相态较为复杂，分为雨、雨夹雪和雪等，降水的相态不同所引发的自然灾害也将有所不同，这个季节若是雨的话，一般对各方面影响不大，但如果是雨夹雪或者雪将会带来较为严重的次生灾害。雨（雨夹雪）转雪造成的冰冻灾害是我国北方地区过渡季节和南方地区冬季的主要气象灾害，它可能造成交通运输中断，交通事故频发，有时造成电线结冰、通信中断，还可能造成育苗大棚、蔬菜大棚、临时搭建物及棚架坍塌，林业、畜牧业等也会受到严重影响，危害人民生命及财产的安全，更为严重的时候甚至会破坏生态平衡，2008 年冬发生在南方大范围的雨雪冰冻给社会的方方面面造成了严重灾害[1-6]。国内不少学者对降水相态预报进行了一系列研究和探讨。研究内容主要包括形成天气形势、大气环流背景及其对应的动力、热力及水汽特征，并对相关的物理量诊断分析，雷达、卫星等非常规观测资料的特征分析等[4-8]。另外一些学者对冬季降水相态与低层温度和厚度的关系进行预报的识别判定[9-14]。黑龙江省的过渡季节多雨夹雪天气发生，秋末冬初和冬末春初的大～暴雪往往伴随着雨转雪。在黑龙江省每年冬季第一场雨夹雪转雪，如果是突然降临，还会对秋季大田作物造成雪埋，作为国家粮食基地，粮食安全会受到严重影响。因此对于过渡季节雨夹雪的准确预报具有非常重要的意义。

2 资料和方法

本文主要利用常规地面、探空资料、数值预报零场资料、雷达及卫星资料。选取黑龙江省气象台2000-2010 年黑龙江省探空观测站点4 个和81 站点的地面资料。地面资料则取每3 h 一次的观测资料，高空则为08 时和20 时两个时次。

3 黑龙江省雨夹雪的月分布及天气尺度特征

黑龙江雨夹雪时间分布有明显的月分布特征；不同天气尺度的系统下的雨夹雪，一般有低空急流的相配合。

3.1 黑龙江省雨夹雪的月分布特征

雨夹雪季节分布特征：黑龙江省雨夹雪的发生有明显的季节变化。3、4、10 和11 月份是雨夹雪发生的高值区，而3、4、10 和11 月合起来占总站次的95.6%。其他月份则明显减少，7、8 月没有发生过。其中4 月发生最多，占总站次的36.6%，其次是3 月，占总站次的32.2%。

3.2 天气尺度特征

影响黑龙江省雨夹雪转暴雪的高空天气环流形势主要有蒙古低槽型、南北槽叠加型、低涡型、河套低槽型和西北环流型。地面影响系统主要有蒙古气旋、华北低压、江淮气旋和日本海低压，其中后三者占绝大多数。

3.3 低空急流对雨夹雪的影响

经统计，大多数雨夹雪天气过程都伴随有低空急流，大部都伴有低空急流出现，以西南低空急流为主，东南低空急流很少，急流北端一般情况下最北达到45°N，如果超过45°N 以北，则雪区也将会北移。一般蒙古低槽槽前低空急流位于115-125°E，40-45°N 的范围内，河套低槽，地面为渤海低压或华北低压，低空急流可南伸至37°N，地面为江淮气旋北上影响时，低空急流为偏南急流或偏东南急流，而它的位置和范围更偏南、偏东。低空急流带来暖湿空气，偏南偏东急流来自日本海，水汽条件更好，相应的降水量就会越大，所以黑龙江省出现的雨夹雪转暴雪和大暴雪天气过程大多在黑龙江省的东部或东南部地区。

4 850 hPa 环境场特征分析

分析45 个雨夹雪08、20 时次的个例，地面和高空资料时次一致，地面上主要考虑雨夹雪的区域范围，高空重点分析等温线的分布，冷暖平流分布，风速大小。得出雨转雪的温度场、冷暖平流预报指标。总结出850 hPa 温度、850 hPa 温度平流和拔海高度决定降水性质。这一指标在北方大部分省份也基本适用。另外还综合考虑了地形对降水性质的影响。

表1 降水相态850 hPa 温度指标及冷暖平流情况（适用于拔海高度＜200 m 的平原地区）

降水性质（雨、雪） 的预报指标（表1）。预报地点拔海高度每升高100 m 相应的指标值增加0.4℃。在拔海高度1000 m 左右的地区相应的指标值增加3 ℃。

在上述指标中，降水性质未作区分的温度区间在某些情况下还可以细分，如：对于深厚的降水天气系统其冷平流或无平流温度区间的下限可增加1℃。制作预报时，先根据数值预报产品850 hPa 锋区、相对湿度、风速辐合等信息确定降水区域及降水时间；再分析预报地点在降水发生时的850 hPa 温度、850 hPa 温度平流及预报地点的拔海高度。根据降水相态的预报指标可以预报雨雪转换的时间，可以更很好地做好预报。

图1 探空资料随温度变化雨夹雪百分比变化曲线

5 高空、地面要素统计特征

资料及统计分析，选取黑龙江省气象台2000—2010 年黑龙江省4 个探空观测站点（嫩江、伊春、齐齐哈尔、哈尔滨）和81 站点的地面资料。考虑到08和20 时分别为傍晚和早晨，受太阳辐射的差异影响不大，在黑龙江的秋冬春季节，这两个时间几乎都没有太阳辐射，所以两个时刻的资料不考虑日变化，将两个时间的资料一起处理。地面资料则取每3 h 一次的观测资料。

5.1 雨夹雪高空温度阈值特征分析

分析519 站次雨夹雪探空资料得出：500 hPa上-15-(-40) ℃，700 hPa 上-26-(-2) ℃，850 hPa 上-14-7℃，925 hPa 上-11-8 ℃，以上高度层上相应的温度范围内都有雨夹雪天气出现。从整体上看，整个雨夹雪的温度区间500 hPa 范围相对较大，预报业务中实用性很差。700 hPa 高度上-1-(-12) ℃范围内产生的雨夹雪占所有雨夹雪的61%，其他温度区间占的比例小且分散比例为39%，850 hPa 高度上-3-(-8)℃范围内产生的雨夹雪占所有雨夹雪的72%，其他温度区间占的比例为28%，925 hPa 高度上-4-0 ℃范围内产生的雨夹雪占所有雨夹雪的69%，其他温度区间占的比例为31%，从图1 变化曲线上来看，850 和925 hPa 的温度预报参考性较好。又因为850 hPa 零场资料有温度资料，所以主要考虑850 hPa 温度对于雨夹雪的影响。

5.2 雨夹雪零度层高度分析

利用上述519 个探空站资料进行零度层高度分析。找出216 个个例零度层高度对应值，气压最高为826 hPa，最低1016 hPa，黑龙江省的4 个探空站也稍有差别，50557 站826-985 hPa，50774 站845-990 hPa，50745 站850-1013 hPa，50953 站835-1016 hPa。由图2 可知，零度层不同站点集中层次不一样，50557 站主要集中在960-1000 hPa 上，其次是920-960 hPa 上，50774 站主要集中在980-1020 hPa，其次是920-960 hPa 上，50745 站主要集中在960-990 hPa 上，50953 站主要集中在980-1020 hPa，其次是820-860 hPa 上。零度层高度是雨夹雪的发生的一个重要指标，同时也应关注不同地点的差异。

图2 (a)50557；(b)50774；(c)50745；(d)50953零度层高度所在气压层分布

5.3 地面资料分析

5.3.1 地面温度分析

统计2000-2010 年3849 个站次的地面现在天气现象为雨夹雪个例，如表2 可知，按每一度变化来看1.5 m 气温观测值为0 ℃＜X≤1 ℃，几乎占总站次的一半（42.4%），合并温度范围可知1.5 m 气温观测值为-1 ℃＜X≤2 ℃时占总雨夹雪站次的82%。则雨夹雪1.5 m 气温预报指标的阈值范围为-1 ℃＜X≤2℃。所有雨夹雪站次的温度平均值为0.5 ℃。

表2 雨夹雪天气现象出现时1.5 m 气温观测值阈值范围及其百分比变化

5.3.2 地面风向分析

从图3 风向雷达图上可以分析雨夹雪天气时，地面多偏北风，除正东、正西方向以外，290°-70°占51%，110°-250°仅占15%。160°（南偏东）风向占的最少，其次是180°（南向）。

5.3.3 地面风速分析

从图4 可知：地面风速在0-6 m/s 占总站次的91%，也就是说雨夹雪天气发生时一般情况下地面风速较小，2 m/s、3 m/s 的风速所占比例均接近20%。所有雨夹雪所有站次的风速平均值为3.39 m/s。

图3 风向变化雷达图

5.4 小结

不同高度场上，温度指标差异较大，但高度越低，阈值范围越小，越便于常规预报业务中应用，雨夹雪地面温度阈值范围为-1 ℃＜X≤2 ℃。风向以偏北风为主，地面风速在0-6 m/s 占总站次的91%，也就是说雨夹雪天气发生时一般情况下地面风速较小。

6 结论与讨论

6.1 总结和主要结论

黑龙江省雨夹雪的发生有明显的季节变化。3、4、10 和11 月份是雨夹雪发生的高值区，合起来占总站次的95.6%。其中4 月发生最多，占总站次的36.6%，其次是3 月，占总站次的32.2%。

高空天气环流形势主要有蒙古低槽型、南北槽叠加型、低涡型、河套低槽型和西北环流型。地面影响系统主要有蒙古气旋、华北低压、江淮气旋和日本海低压，其中后三者占有绝大多数。

高空温度阈值特征：850 hPa 高度上-3-(-8) ℃；925 hPa 高度上-4-0 ℃；预报参考性较好。地面温度阈值特征：-1 ℃＜X≤2 ℃。零度层高度分析：零度层高度最高826 hPa 最低1016 hPa，50557 站826-985 hPa，50774 站845-990 hPa，50745 站850-1013 hPa，50953 站83-1016 hPa。

在拔海高度200 m 以下的平原地区，850 hPa 温度及冷暖平流分析，850 hPa 温度、温度平流和拔海高度决定降水（雨、雪）性质。降水相态的预报指标为：较强冷平流时850 hPa 温度＞2 ℃则降雨，≤-2 ℃则降雪，在-2-(-2) ℃之间则降雨夹雪；较弱冷平流时，则温度指标减1℃。较强暖平流时850 hPa 温度＞-2 ℃则降雨，≤-6 ℃则降雪，在-2-(-6) ℃之间则降雨夹雪；较弱暖平流时，则温度指标值增加1℃。无明显温度平流时850 hPa 温度＞0 ℃则降雨，≤-4 ℃则降雪，在0-(-4) ℃之间则降雨夹雪。预报地点拔海高度每升高100 m 相应的指标值增加0.4℃。在拔海高度1000 m 左右的地区相应的指标值增加3 ℃

6.2 存在的问题和未来工作的展望

处理资料的过程中，可以更细的考虑到降水开始时间与结束时间，可以更细的审定降水性质与其它要素的关系，但没有探空资料，可以考虑降水性质有变化的时候及时加密探空，以取得高空数据，可以实现影响降水性质的其他要素的定量化处理，从而实现降水性质的客观化预报。

基于上述问题，在今后的研究工作中，将进行进一步的分析工作；高精度的自动站资料可以作为研究雨转雪的有效工具和手段，在今后的研究工作中有更深入的使用和分析，以揭示雨转雪的观测事实，同时，加强雨转雪理论方面的分析和探讨。