烏魯木齊冬季清雪預(yù)報(bào)服務(wù)研究

王 健，張?jiān)氯A，譚艷梅

（1.烏魯木齊市氣象局，新疆 烏魯木齊830002；2.民航新疆空中交通管理局氣象中心，新疆 烏魯木齊830016）

降雪和積雪是烏魯木齊冬季主要?dú)庀鬄?zāi)害之一，也是當(dāng)?shù)囟绢A(yù)報(bào)服務(wù)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。降雪和積雪常使交通受阻，并誘發(fā)交通事故[1]，較大量級(jí)降雪和深厚積雪，常導(dǎo)致交通擁堵甚至癱瘓、交通事故量激增、電訊中斷、樹木受損斷枝以及公眾摔倒骨折等[2]。近年來，隨著烏魯木齊社會(huì)車輛保有量的激增，降雪和積雪對道路交通、公眾出行和生活等帶來的危害日益嚴(yán)重。迅速、有效地清除冰雪，保障道路交通安全順暢是減小降雪和積雪危害的唯一行之有效的辦法，清雪工作因此受到了烏魯木齊市委市政府和社會(huì)公眾廣泛而深切的關(guān)注。

2011年以來，烏魯木齊各級(jí)政府籌措大量資金，購買了不同類型和規(guī)模的清雪機(jī)械1300余臺(tái)，同時(shí)輔以數(shù)萬名環(huán)衛(wèi)工人、社區(qū)工作人員等，在降雪來臨前兩小時(shí)集結(jié)待命，出現(xiàn)了積雪就開始不分晝夜地清掃和拉運(yùn)，巨大的人力財(cái)力機(jī)械的投入，實(shí)現(xiàn)了“下雪即清，雪停路凈”的目標(biāo)，保障了早晚高峰交通的順暢和公眾出行的安全快捷。如此大量的清雪機(jī)械和人員的集結(jié)、調(diào)配和協(xié)調(diào)、配合全都“聽命于”烏魯木齊市氣象臺(tái)的“精細(xì)化清雪預(yù)報(bào)”，其重要性和決策作用不言而喻。

常規(guī)預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)中，降雪量級(jí)、起止時(shí)間和落區(qū)的預(yù)報(bào)是冬季天氣預(yù)報(bào)的重中之重，相關(guān)研究非常多[3-10]，其預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率也較高。而關(guān)于降雪量和積雪深度的關(guān)系以及積雪深度的預(yù)報(bào)，由于積雪資料嚴(yán)重缺乏的原因，分析研究的非常少[11]。而在烏魯木齊市的清雪工作中，大量使用和依據(jù)的是積雪深度值，因此對積雪深度的預(yù)報(bào)提出了較高的要求。

本文在分析了烏魯木齊近11 a冬季的各量級(jí)降雪日數(shù)分布特征、冬季降雪總量和降雪過程持續(xù)時(shí)間后，又分析了近5 a173 d降雪日的降雪日變化特征；隨后采用最小絕對偏差法對降雪量和對應(yīng)積雪深度進(jìn)行線性擬合，得出二者的大體比值，旨在通過準(zhǔn)確預(yù)報(bào)降雪量和起止時(shí)間后，較準(zhǔn)確地預(yù)報(bào)積雪深度；在上述結(jié)論的支撐下，對清雪預(yù)報(bào)服務(wù)的重點(diǎn)和難點(diǎn)做了分析，其結(jié)果可用于烏魯木齊冬季清雪的預(yù)報(bào)服務(wù)和交通保障服務(wù)。

1 資料與方法

文中冬季是指當(dāng)年11月—翌年3月的5個(gè)月（如2006年冬季是指2006年11月—2007年3月），近11年冬季為2006—2016年冬季。

文中以烏魯木齊國家基本站51463代表烏魯木齊；日降雪量≥0.1mm，記為1個(gè)降雪日，有降雪但伴有雨或雨夾雪時(shí)，不計(jì)為降雪日；積雪深度是該站每日08時(shí)的觀測值。

據(jù)氣發(fā)【2004】45號(hào)《新疆降水量級(jí)標(biāo)準(zhǔn)（修訂版）》，降雪量級(jí)依次為當(dāng)日20時(shí)—次日20時(shí)BT的24 h累積降水量，0.1～3.0 mm為小雪、3.1～6.0 mm為中雪、6.1～12.0 mm為大雪、12.1 mm～24.0 mm為暴雪、24.1～48.0mm為大暴雪。

2 烏魯木齊近11 a冬季降雪特征

2.1 各月降雪日數(shù)分布

從烏魯木齊近11年冬季降雪日數(shù)上看（表1），每年冬季的降雪日數(shù)雖各不相同，但多數(shù)年份是接近的；冬季各月降雪日數(shù)上看，最多的是隆冬12月—翌年2月，且年變化相對較小。而季節(jié)轉(zhuǎn)換期的3月（3月21日開春）和11月（11月11日入冬）的降雪日數(shù)變率很大。因此，12月—翌年2月為清雪預(yù)報(bào)服務(wù)的重點(diǎn)時(shí)段，預(yù)報(bào)的重點(diǎn)是降雪的起止時(shí)間和降雪量級(jí)、積雪深度。而在氣溫變幅很大的3月和11月，降水性質(zhì)的預(yù)報(bào)也是清雪預(yù)報(bào)的重點(diǎn)和難點(diǎn)，這個(gè)將在另文研究。

表1 2006—2016年冬季降雪日數(shù)和累積降雪量

從圖1可見，2006—2010年冬季，降雪日數(shù)和降雪累積量變化趨勢一致且兩線較為接近；而2011—2016年冬季，雖然兩者變化趨勢大體一致，但兩線相對較為離散，反映出近6 a冬季降雪量在增多、日降雪量級(jí)有增大的趨勢，說明清雪任務(wù)加重了、清雪勞動(dòng)強(qiáng)度加大了，加之車輛的不斷增加，作為清雪工作“指揮棒”的清雪預(yù)報(bào)服務(wù)的需求增加、壓力增大，在降雪預(yù)報(bào)服務(wù)中更應(yīng)側(cè)重于降雪量級(jí)的預(yù)報(bào)。

圖1 2006—2016年冬季降雪日數(shù)和降雪總量

2.2 各量級(jí)降雪日數(shù)分布

各量級(jí)降雪日數(shù)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僅占9.2%；特別是11個(gè)冬季僅有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財(cái)物的調(diào)度主要依據(jù)就是降雪量級(jí)的大小，因此降雪量級(jí)的預(yù)報(bào)是清雪預(yù)報(bào)服務(wù)的重中之重。綜上，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，也是預(yù)報(bào)的難點(diǎn)，因此在清雪預(yù)報(bào)服務(wù)中最需要關(guān)注和重視的是小量、其次是中量降雪過程。

表2 2006—2016年冬季各量級(jí)降雪日數(shù)分布

2.3 降雪過程持續(xù)時(shí)間

近11 a冬季降雪過程的持續(xù)時(shí)間不盡相同，統(tǒng)計(jì)分析每場降雪過程的持續(xù)時(shí)間（當(dāng)降雪過程＞3 d時(shí)，0.0 mm降雪也計(jì)算為降雪日）。發(fā)現(xiàn)：降雪過程僅1 d的最多、達(dá)88場、占總場次的48.6%，其次為2 d、44場、占24.3%，7～10 d各1場、僅占2.4%（表3）。

烏魯木齊冬季降雪過程1 d最多、占近一半，2 d次之、占20%多，3～4 d各占近9%，而持續(xù)7 d及以上的很少、占比不足3%，可見清雪預(yù)報(bào)服務(wù)的重點(diǎn)是1～4 d的降雪過程，其中1～2 d的降雪過程是預(yù)報(bào)的重中之重。

表3 2006—2016年冬季降雪過程持續(xù)日數(shù)、場次和所占百分比

2.4 降雪的日變化

2011年12月1日起，烏魯木齊降雪量的測量采用稱重式傳感器，24 h不間斷自動(dòng)測量、實(shí)時(shí)上傳，從此有了逐時(shí)降雪量資料。本文利用2011年12月1日—2017年3月31日逐時(shí)降雪量資料，統(tǒng)計(jì)分析烏魯木齊冬季降雪的日變化特征。

普查上述時(shí)段有173 d降雪日，其逐時(shí)降雪資料統(tǒng)計(jì)顯示：1天中12個(gè)時(shí)次的降雪頻次高于平均頻次43.4次，其中峰值頻次前三位依次為07時(shí)51次、20時(shí)50次和03時(shí)、19時(shí)的48次，谷值頻次前三位依次為16時(shí)34次、14時(shí)35次和15時(shí)37次；小時(shí)降雪量最大的分別出現(xiàn)在06時(shí)1.55 mm、23時(shí)0.73 mm、21時(shí)22時(shí)24時(shí)0.65mm（表4）。

表4 各時(shí)次降雪出現(xiàn)頻次和平均降雪量

綜上，1天中降雪多發(fā)于07時(shí)、19時(shí)、20時(shí)和03時(shí)，而14—16時(shí)出現(xiàn)降雪相對較少；其中06時(shí)和21—24時(shí)的雪強(qiáng)較大。據(jù)此，降雪易始于早晚交通高峰時(shí)段，因?yàn)榇藭r(shí)降雪才開始，同時(shí)道路上車輛較多，應(yīng)該安排在交通高峰時(shí)段后開始清雪，這樣就可以避免因清雪車輛上路而使得交通更加擁堵，且清雪效率會(huì)提高；在晚高峰結(jié)束至夜間即下即清，清雪效果會(huì)更好。

3 清雪預(yù)報(bào)服務(wù)指標(biāo)研究

3.1 積雪深度和降雪量的關(guān)系和比值

清雪工作的安排部署離不開直觀的積雪深度，故精細(xì)化清雪預(yù)報(bào)中積雪深度和降雪量的預(yù)報(bào)是同等重要的，降雪量是常規(guī)預(yù)報(bào)要素，現(xiàn)有業(yè)務(wù)完全可以支撐其預(yù)報(bào)，目前亟需加強(qiáng)積雪深度預(yù)報(bào)的研究。

據(jù)氣象規(guī)范，積雪深度是在符合觀測雪深的日子，每日僅在08時(shí)（北京時(shí)）由觀測員用量雪尺測得。事實(shí)上，因?yàn)榻笛┝勘O(jiān)測與積雪深度觀測的時(shí)間差、氣溫太高或太低使得積雪融化或者變密實(shí)、觀測員的主觀誤差等原因，常常出現(xiàn)降雪后積雪深度沒有變化或者還有所減少的現(xiàn)象，二者關(guān)系顯得十分復(fù)雜；僅利用每日一次的積雪深度觀測資料來精確計(jì)算二者的數(shù)量關(guān)系幾乎是不可能的。本文采用最小絕對偏差法對二者進(jìn)行線性擬合，概算出二者的比值關(guān)系，從而通過預(yù)報(bào)降雪量來預(yù)報(bào)與之對應(yīng)的積雪深度。

首先，剔除了近11 a共369 d降雪日中降雪后積雪深度沒有變化或者反而減少的177 d；然后，對剩余192 d的降雪量和對應(yīng)積雪深度做相關(guān)分析，得出二者相關(guān)系數(shù)為0.74，達(dá)到0.01顯著性水平；最后，采用最小絕對偏差法對其進(jìn)行線性擬合（圖2），得到擬合關(guān)系式為Y=0.9683X+1.0138。關(guān)系式中Y為對應(yīng)的積雪深度值，X為降雪量值。

圖2 降雪量與對應(yīng)積雪深度的擬合關(guān)系

眾所周知，氣溫是降雪出現(xiàn)、積雪形成和變化的重要因素，對降雪量和積雪深度的關(guān)系有顯著影響。上述關(guān)系式雖然得出了二者的比值關(guān)系，但觀測事實(shí)顯示，氣溫較高時(shí)二者比值小于該值，而氣溫較低時(shí)則大于該值，故在預(yù)報(bào)實(shí)踐中還要依據(jù)不同氣溫、降雪前期是否有降雨或者雨夾雪以及地面有無積雪等等情況對積雪深度預(yù)報(bào)做適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。

3.2 清雪預(yù)報(bào)服務(wù)的內(nèi)容和推送

清雪預(yù)報(bào)服務(wù)內(nèi)容主要有：10 d內(nèi)天氣過程和趨勢分析預(yù)測、一周內(nèi)逐24 h間隔的常規(guī)要素（天氣現(xiàn)象、氣溫、風(fēng)向風(fēng)力）預(yù)報(bào)、72 h內(nèi)逐12 h間隔的常規(guī)要素預(yù)報(bào)。隨著時(shí)間推進(jìn)，要素預(yù)報(bào)的時(shí)間間隔逐步縮短，預(yù)報(bào)內(nèi)容在清雪工作中的指導(dǎo)性更強(qiáng)。

清雪預(yù)報(bào)產(chǎn)品主要采用電子郵件、手機(jī)短信和微信公眾號(hào)等推送方式為烏魯木齊清雪辦提供全方位的預(yù)報(bào)服務(wù)，當(dāng)然，全天候的電話聯(lián)系是整個(gè)冬季不可或缺的。

4 結(jié)論

（1）烏魯木齊冬季降雪日數(shù)平均為34 d、多數(shù)年份變化不大，但降雪量年際差異相對較大、且近年有增多增強(qiáng)的趨勢，清雪預(yù)報(bào)服務(wù)需求在增強(qiáng)、壓力在增大。

（2）烏魯木齊冬季降雪以小雪為主，中雪次之，清雪預(yù)報(bào)的重點(diǎn)是小雪、其次是中雪以及降雪起止時(shí)間、積雪深度的預(yù)報(bào)，難點(diǎn)是中雪、大雪特別是暴雪和對應(yīng)的積雪深度的精細(xì)化預(yù)報(bào)。

（3）烏魯木齊冬季降雪過程持續(xù)1 d最多、占近一半，2 d次之、占20%多，故清雪預(yù)報(bào)服務(wù)的重點(diǎn)是1～4 d的降雪過程，清雪須在降雪結(jié)束后盡快完成。

（4）烏魯木齊冬季降雪多發(fā)于07時(shí)、19時(shí)、20時(shí)和03時(shí)，其中06時(shí)和21—24時(shí)的雪強(qiáng)較大，因此在早或晚交通高峰之后和夜間清雪效率高且對道路通暢較為有利。

（5）采用最小絕對偏差法對降雪量和積雪深度進(jìn)行線性擬合，關(guān)系式為Y=0.9683X+1.0138，關(guān)系式中Y為對應(yīng)的積雪深度值（cm），X為降雪量值（mm），即積雪深度和對應(yīng)降雪量的比值大體為0.968 cm/mm，在實(shí)際預(yù)報(bào)中還要考慮當(dāng)日的氣溫、降雪前期是否有降雨或者雨夾雪以及地面有無積雪等，對積雪深度預(yù)報(bào)做適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。

（6）“精細(xì)化清雪預(yù)報(bào)”的主要內(nèi)容有：降雪起止時(shí)間、降雪量、積雪深度和氣溫；推送方式有手機(jī)短信、電子郵件和微信公眾號(hào)，24 h電話聯(lián)系不可或缺。

本文僅對近11 a降雪日的降雪量和新增積雪深度的關(guān)系進(jìn)行了初步分析，分析資料有限、分析計(jì)算方法相對簡單，所得結(jié)論略顯粗糙，特別是逐時(shí)降雪量資料序列更短少，逐時(shí)積雪深度資料欠缺，研究結(jié)論可以在氣象服務(wù)中參考使用，但還需今后使用更多資料加深研究，以更加客觀地支撐降雪量、對應(yīng)積雪深度等要素的預(yù)報(bào)，使之能夠更好地應(yīng)用于清雪預(yù)報(bào)和決策氣象服務(wù)。

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