廬山一次強寒潮過境時降雪過程的加強觀測試驗

黃鑫 馬曉琳 張小鵬

摘 要：冰凍雨雪天氣一直是氣象研究的一個重要課題。廬山是中國南方災害天氣發生頻繁和影響嚴重的地區之一[1]，每年都會受到不同的冰凍雨雪災害。本文主要通過對2016年1月20—23日廬山一次強寒潮過境期間的降雪進行加強觀測，增加對冰凍雨雪天氣下的降雪強度及其性質的了解，并研究總結該方法的利弊以及如何完善。

關鍵詞：降雪過程；實時監測；降雪觀測

中圖分類號：S16 文獻標識碼：A DOI：10.11974/nyyjs.20180732001

引言

低溫冰凍雨雪是氣象工作者們研究的重要對象，同時也是政府和公眾密切關注的災害性天氣現象之一。而常規業務下的降雪觀測過于簡單，雖然目前有稱重式雨量計等來對降雪進行觀測，并沒有特殊的觀測方法來針對冰凍災害天氣較強的區域內的降雪強度的觀測，難以滿足對災害的預警及其他社會應用需求。對此，國內外專家進行了一定研究，楊大慶在《國外降雪觀測方法介紹》中指出3種觀測固態降水方法：雨量計觀測降雪、雪尺和測雪板觀測降雪以及雪枕觀測降，指出固態降水觀測上目前存在的幾個問題：受風的影響大、觀測資料精度低，代表性差以及降雪觀測使用的儀器繁多。

由于降水形態的變化，與液態降水相比，在降水量的測量方法和難度上，存在著一些不同的特點和不足。本文以2016年1月20—23日一次強寒潮過境時一次降雪天氣過程的加強觀測試驗為例，來分析現有觀測手段的問題，以及有條件時加強和補充觀測的必要性，及操作方法，以提高固態降水觀測的準確性。

1 廬山降雪的影響

廬山位于E11552'～1168'，N2926'～2941'，是中國南方冰凍災害天氣發生頻繁和影響嚴重的地區之一[1]，并且大部分山峰的海拔高度在1000m以上，具有較為明顯的山地氣候特征，表現為冬長夏短，秋早春遲的特點。

在長期的低溫環境下，由降雪導致的冰凍災害經常發生，主要表現高壓電線因雨雪冰凍被拉斷，樹木被壓倒，道路結冰影響交通安全，水管結冰嚴重影響居民的日常生活，有數據表明在2008年1月的一次冰凍災害天氣中，給廬山園林林業、供電供水、道路交通、電視通信、旅游經濟及社會生活帶來前所未有的嚴重影響，直接經濟損失高達 3 億元。廬山的冬季有“冬如玉”之稱，廬山植被茂密，樹木怪石眾多，建筑別具風格，這些過冷水和雪花與廬山自然景色結合，打造的冰雪世界，便組成了獨具廬山本地特色的多種形態、立體交叉、混若天成的冰雪山水畫[1]，每年冬季的雪景都會吸引不少游客前來參觀，給廬山帶來不小的經濟效應；同時冬季天氣干燥，而廬山也是森林覆蓋面廣，冬季的降雪會降低森林火險等級。因此，加強對降雪觀測的研究，對提高廬山降水測量準確性，提升氣象服務水平都有著重要的意義。

2 常規氣象觀測中固態降水觀測方法及不足

2.1 現有的地面降水觀測手段

根據地面氣象觀測規范規定，現有的常規降水觀測手段主要有3種：翻斗式雨量計，稱重式雨量計及人工測量。因冬季會出現結冰等原因無法及時進入翻斗導致難以準確測量降水量，故一般情況下，非結冰期使用翻斗雨量計，結冰期使用稱重式雨量計，人工雨量筒目前主要用于備份。

2.2 冬季現有觀測手段的問題及不足

根據長期的觀測實踐發現，現有降雪觀測中存在著如下一些問題及不足，導致有時觀測結果與實際情況存在一定差距。

2.2.1 冬季液態水的結冰對觀測數據的影響

在冬季的降水觀測中，由于溫度較低，過冷卻降水及降雪會附著在稱重式雨量計的承水口處并凝結，降水結束后，隨著氣溫逐漸升高到0℃以上時，承水口處的由降水導致凝結的冰及降雪會發生融化，慢慢滴入稱重桶中，造成降雪數據觀測的滯后降水，對觀測數據的品質有一定的影響。

2.2.2 觀測數據缺失的幾種可能性

若稱重式雨量計中的稱重桶中降水滿了溢出，未及時處理，在降水期間會造成數據的缺失。

防蒸發油若沒有完全覆蓋桶內的水面上，則有可能因為蒸發導致數據的錯誤。

3 廬山固態降水加強觀測的具體做法

在冬季，可以通過加強補充監測，來更加具體了解觀測時段內固態降水的性質及強度。主要的具體做法是測量某時段內在固定面積中的降雪量及雪深。下面以2016年1月20—23日1次強寒潮過境的實時降雪強度的加強觀測試驗進行說明。

3.1 天氣形勢介紹

圖1為典型的“兩槽一脊”的阻塞形勢，亞洲東部有冷渦存在，其底部為一橫槽，中低緯地區為平直氣流，這種環流形勢有利于引導強冷空氣南下。同時在亞洲中高緯西伯利亞地區有一股強冷空氣，冷高壓中心氣壓強度達到了1060hPa以上（圖略），達到了強寒潮標準。從1月20—25日，受此次強冷空氣影響給我國中東部帶來了一次歷史罕見的大范圍降溫降雪過程。

3.2 廬山天氣及降水實況

這次強寒潮過程也給廬山帶來了2016年入冬以來最明顯的雨雪冰凍和嚴寒天氣過程。從20日上午08：00開始降雨，17：10轉為雨夾雪，在夜間轉為純雪，最終停止時間為23日10：20。過程降水量28.3mm，平均積雪深度18cm，局部約30cm，達暴雪量級。電纜積冰直徑30mm；廬山國家站過程平均氣溫下降幅度12.7℃，最低氣溫零下15.3℃；區域站以仰天坪最低為零下16.5℃。

3.3 降雪加強觀測試驗的具體方法

圖2為降雪加強觀測容器模擬圖，該容器材質盡量選擇較重物品，保證不受風力影響發生被吹翻等意外情況，容器大小如圖所示。容器的底面平整，為了盡量保證容器內的積雪均為自然進入，容器內部的周邊高度不宜過高與過低。容器上面覆蓋1層塑料薄膜，并保證容器內平整，以保證每次取得用以測量的固態降水不會殘留以免下一個測量時段的數據產生影響。在預計降雪即將開始時，把容器放在室外受周圍環境影響較小的地，準備好盛放容器中取得的固態降水的承雪桶，測量雪深用的刻度尺，測量雪重用的稱重設備。

在每一個觀測時段結束時，測量出容器內的雪深，觀察降雪的具體狀態，然后利用覆蓋在容器內的塑料薄膜，將容器內的降雪全部取出，并重新將容器上面覆蓋上塑料薄膜，并保證平整，然后測量容器內降雪的重量。

3.4 觀測數據分析

通過這次降雪加強觀測試驗，得到2個圖表。從結果不難看出如下幾點：

由表1可以看出，除2次缺測的雪深，將各時段雪深累計疊加約為17cm，和值班員觀測的雪深18cm相近，說明此次加強觀測所使用的容器內的降雪，基本為自然進入。由圖也可看出降雪的最強時段集中在22日。

風對雪深的測量影響尤為嚴重。

同一次過程中固態降水的性質是不同的：從時間段來看，在這一次過程中前期降雪和后期降雪相比較，前期積雪的密度較小，后期積雪的密度較大，且降雪的狀態前期呈現小的破棉絮狀，后期則為細密的粉末狀。

降雪量和雪深不成正比：由前幾個時間段和后幾個時間段相比較可以看出，雪深和降雪量并沒有直接的關系，前幾個時間段的雪狀呈蓬松的破棉絮狀，濕度較大，故而堆積較為松散，雪深較大；而后幾個時間段中的雪狀呈細沙狀，堆積較為緊湊，故雪深不大，但是降雪量卻大。

固態降水量主要跟固態降水的形式有關：在同等的雪深條件下，固態降水越細密，降水量就越大。

4 結論與討論

通過以上降雪加強觀測試驗分析，可以對廬山冬季固態降水的觀測得到如下一些初步的認識。

4.1 觀測方案設計的意義

廬山因為特殊的地理位置，風力較強，影響降雪觀測，故要根據實際情況對觀測時段進行調整；同時選擇的容器首先要有一定的面積，并且底部要平整，內壁高度要適中，才能盡量保證降雪觀測的真實性，以及降雪采集的一定程度的代表性。通過對雪深及雪量與廬山國家站觀測場數據對比分析表明，本次降雪加強觀測，從容器的選擇到觀測時段的選取都是比較成功的，觀測數據具有較高的可信度。

4.2 冰凍雨雪天氣過程中實時降水強度的加強觀測和補充觀測的優點

相對于常規現有的觀測手段，該方法有以下幾點優點：可以根據服務與觀測需要，參考當時天氣情況，自行選取觀測時間段，以便于更好地了解天氣過程發展變化特征；對固態降水的測量不僅僅局限于降水量的測量，可以了解降雪時段中雪的相態，密度等全面的信息；可以根據觀測的數據提供更加詳細的氣象服務資料。

4.3 冰凍雨雪天氣過程中實時降水強度的加強觀測和補充觀測的不足

該方法相比較現有的自動觀測儀器，也有幾點不足：觀測時段不宜過長，因為承雪的容器容積有限，在觀測時段內超過該容器容積，會影響觀測數據的準確性；其次在觀測降雪中存在濕潤損失和蒸發損失。所謂濕潤損失是指雨量計承水器和儲水筒內壁對降雪或融雪水的吸附[2]；太過于依賴人工觀測，如果觀測員遺忘，導致觀測時間段過長，可能會影響觀測數據的正確性；承雪器的面積有限，受風的影響依舊很大，并且對于承雪器的放置則有需要更加規范的要求。

參考文獻

[1]黃水林.廬山2008和2009年兩次冰凍天氣對比分析[J].氣象與減災研究，2010，33（2）：48-53.

[2]黃水林.廬山冬季雪景旅游氣象景觀預報[J].氣象，2010，88（44）：33.