许昌近20 年初雪天气特征分析

汪 莉

许昌市气象局，河南许昌 461113

雪，是由大气中的水蒸气直接凝华或水滴直接凝固而成的。云中的温度过低，小水滴结成冰晶，落到地面时仍是雪花，即下雪[1]。冰融化时会吸热，所以地面气温会比下雪时低。降雪由大量不同大小的雪晶组成，一般小雪晶比较多。为了描述同时下落的雪晶群体的大小分布特征，常用雪晶谱或雪晶溶化后的溶液谱表示。雪晶主要是在云中凝华增大的，先在冷云中通过冰核的作用产生冰晶，通过凝华(冰晶过程)长大成雪晶，还能撞冻过冷水滴而增大[2-3]。雪晶撞冻过冷水滴很多时，外形会发生改变。雪晶有各种各样的形状，这与温度和湿度有关。降雪量与降水量相同，用相当的水层厚度来度量，单位为mm[4-6]。有时也用雪在平地上所累积的深度来度量，称为积雪深度。

1 降雪形成的条件

中国气象局发布的降雪形成条件为大气中需含有较冷的冰晶核、充分的水汽、3.0 ℃(冰点)以下[7-8]。如该冷空气相当强烈，并带着湿气，1～10 ℃的气温也可以降雪。气候区属中纬度至高纬度(即于南回归线以南/北回归线以北地区)的地方降雪概率较大，低纬度地区中地势高于海拔2 000 m的中山或高原也可能降雪。海洋气流也能间接影响该区下雪的概率，如果在高纬度地区一带有较多暖流支配，该区下雪的概率较低(如日本本州至九州一带)。

降雪等级标准通常是指在规定时间段内持续降雪或降雪量折算成降雨量为等级划分的标准。该标准一般采用持续时间12 h和24 h两种标准[9-10]。以12 h降水量为划分标准，降水量0.1～0.9 mm为小雪，0.5～1.9 mm为小到中雪，1.0～2.9 mm为中雪，2.0～4.4 mm为中到大雪，达到3.0～5.9 mm为大雪，4.5～7.4 mm为大到暴雪，降水量达到或超过10 mm为暴雪。以24 h降水量为划分标准，降水量0.1～2.4 mm为小雪，1.3～3.7 mm为小到中雪，2.5～4.9 mm为中雪，3.8～7.4 mm为中到大雪，达到5.0～9.9 mm为大雪，7.5～14.9 mm为大到暴雪，降水量达到或超过10 mm为暴雪。

初雪，一般指入冬后的第一场雪。从下半年开始，即公历6月1日后第一次降雪称为初雪。如2018年1月25日就是2017年的初雪时间。我国各地的初雪标准不同，但初雪预报都存在共同的难点，因为降雪需要水汽、动力和温度3个条件同时满足并相互配合，缺一不可。

随着社会的发展，与降雪有关的“城市次生灾害”事件逐渐增多，降雪造成的损失日渐突出[11-12]。降雪预报一直是预报工作的难点，尤其是初雪的预报，受到各级政府部门和公众的广泛关注，也增加了预报员压力。目前，国外主要针对强暴风雪的研究，在暴雪触发、加强机制和不同尺度天气系统之间互相作用等方面开展工作，而国内学者主要从个例分析入手对初雪成因进行分析。

2 资料来源

通过整理近2001—2020年许昌市5个站点的地面资料、探空资料、NCEP在分析资料，分析许昌市初雪出现的时空分布特征，根据影响系统对造成许昌市初雪的环流形势进行分类，结合典型个例给出各种环流形势特点；通过大量个例找出对许昌初雪有影响的天气尺度系统，分析产生初雪的物理量特征，得出初雪天气的具体预报特征。

3 许昌初雪过程时空分布特征

3.1 时间分布统计分析

从时间分布分析，通过统计2001—2020年许昌初雪天气过程观测记录资料，发现近20年共发生初雪天气过程18次，初雪天气过程主要出现在当年的11、12月，概率分别是55%、35%(表1)。初雪天气过程最早出现在2003年11月7日，最晚出现在2005年12月30日。出现大雪以上量级的初雪过程共8次，其中有3次出现了大范围、极罕见的特大暴雪，给全市交通、设施农业、能源供应和生产生活带来了较大不利影响。

表1 2001—2020年许昌初雪天气过程统计

3.2 空间分布统计分析

从许昌初雪天气的空间看，降雪量级分布较为不均匀，南边偏多，西北山区部偏少，中部平原地带降雪量较为平均。

4 许昌初雪天气过程典型影响系统分析

从2001—2020年近20年许昌初雪天气过程中，挑选出10个典型初雪个例进行影响系统分析，总结许昌初雪过程典型影响系统。

4.1 500 hPa形势

第一，前期500 hPa位于巴尔喀什湖以东，新疆以西有一低槽，配合周围有一冷中心，低槽携带冷空东移南下，同时高原分裂出的南支槽也不断东移发展，导致许昌市有降水产生(图1)。高空槽东移至新疆中西部，南支槽位于宁夏东部—四川南部，许昌市受南支槽前西南气流影响，有利于西南暖湿气流的输送；槽后有明显的冷舌相配合，并且槽后西北风增强，槽在东移过程中加强。随着低槽进一步东移，而南支槽已东移至河南省以西，西南气流进一步增强，预示着降水将增强。

图1 500 hPa高空形势图

第二，小槽发展型。前期位于贝加尔湖附近有一低涡存在，其后部不断分裂小槽，并携带冷空气南下，小槽和南支槽逐渐合并影响许昌市。

4.2 700 hPa形势

北支槽东移至新疆以东，而南支槽随着西南急流的北上而加强发展，北支槽进一步东移，携带的冷空气扩散南下，而西南急流也进一步加强，使南支槽发展加深，南支槽东移至河南省西部，在河南省东部有暖式切变，此处辐合上升运动较强，西南急流的加强，带来充沛的水汽，对应该地区降水加强。受又一南支槽东移影响，西南急流北抬至河南省中部，水汽加强，降水持续。

4.3 850 hPa形势

850 hPa有暖切或受偏北气流、东北气流、偏东气流、东南气流等影响，中部有弱的风速辐合，暖切东移北抬至河南省以南，同时东南急流加强，水汽充沛，且风速有明显的辐合，上升运动明显，利于降水产生。

4.4 925 hPa形势

低层925 hPa由前期的东北风加强为偏东风急流，风速在河南省中东部地区有明显的辐合，为降水提供有利的水汽条件和上升运动，同时中西部和北部受山脉等地形影响，也利于动力抬升，水汽在该地区辐合，产生较大明显降水。

4.5 地面形势分析

冷高压主体位于贝加尔湖以西，许昌市一直处于从内蒙古伸向长江流域的高压带。此外，从四川伸向东北方向的低压倒槽，不断发展形成阻塞形势，而冷空气受到阻塞形势的影响，在河南省维持较长时间，随着阻塞形势的崩溃，冷空气逐渐南压减弱，降水停止，影响许昌市的冷空气为东路冷空气；受冷高压主体分裂的冷空气不断扩散南下，许昌市降温显著。

4.6 水汽和动力条件

从郑州站来看，高空温度露点差显示925、850 hPa湿度条件较好，700、500 hPa湿度一般；从湿度场和动力场资料分析，很好指示了降水开始时间和最强时段，随着高空的湿度转差后，降水逐渐转小。

5 T-logP 图分析

从郑州探空图(图略)可以看出，在降雪开始前850 hPa到地面的温度都在0 ℃以下，因此许昌市的降水相态一直是纯雪。当湿层增厚至500 hPa以上，并且底层始终存在逆温层，850 hPa以下风随高度逆转，有冷平流；850 hPa以上风随高度顺转，有暖平流。850～500 hPa之间西南风，显示暖湿气流在低层冷空气之上，且西南风和底层的偏东风风速显著增大，辐合增强，同时带来充沛的水汽，降水增强。

6 雨雪转换指标研究

根据研究许昌近20年初雪资料分析，从T700、T850、T925和T2m得知，这些特定层的温度对许昌雨雪转换具有较好的指示意义。

分析许昌典型雨雪转换过程的环流形势可知，典型的雨雪转换过程中起主要作用的是中层及以下温度的整体变化，且500 hPa以上的温度和雨雪转换前后变化相对以上特定层次均显著偏小。因此，气温指标重点选取了700 hPa及以下特定层的平均气温作为主要判别依据，初步设定雨雪转换指标。

得出许昌近20年典型初雪雨雪转换过程的气温判别指标为：(1)T2m～700hPa≤-5 ℃时，出现雨雪转换；(2)T2m～700hPa＞-5 ℃，同时T2m≤0 ℃时，会出现雨雪转换。

7 结论

(1)2001—2020年，许昌共发生初雪天气过程18次，初雪天气过程主要出现在当年的11、12月，概率分别是55%、35%。初雪天气过程最早出现在2003年11月7日，最晚出现在2005年12月30日。

(2)2001—2020年许昌初雪天气降雪量级分布较为不均匀，南边偏多，西北山区部偏少，中部平原地带降雪量较为平均。

(3)500 hPa低槽东移、700 hPa有较强的西南急流和切变线、850 hPa和925 hPa东北气流以及地面冷高压，是比较典型的许昌地区冬季初雪天气过程天气形势场配置。

(4)水汽和动力条件来看，高空温度露点差显示925、850 hPa湿度条件较好，700、500 hPa湿度一般；从湿度场和动力场资料分析，很好指示了降水开始时间和最强时段，随着高空的湿度转差后，降水逐渐转小。

(5)T-logP图分析可以看出，在降雪开始前850 hPa到地面的温度都在0 ℃以下，因此许昌市的降水相态一直是纯雪。当湿层增厚至500 hPa以上，并且底层始终存在逆温层，850 hPa以下风随高度逆转，有冷平流；850 hPa以上风随高度顺转，有暖平流。850～500 hPa之间西南风，显示暖湿气流在低层冷空气之上，且西南风和底层的偏东风风速显著增大，辐合增强，同时带来充沛的水汽，降水增强。