黑龍江省雨夾雪災害天氣判別指標研究

（黑龍江省氣象臺，黑龍江哈爾濱 150030）

1 引言

在我國北方地區的秋天到冬天，或者冬天到春天的過渡季節，一般情況下降水相態較為復雜，分為雨、雨夾雪和雪等，降水的相態不同所引發的自然災害也將有所不同，這個季節若是雨的話，一般對各方面影響不大，但如果是雨夾雪或者雪將會帶來較為嚴重的次生災害。雨（雨夾雪）轉雪造成的冰凍災害是我國北方地區過渡季節和南方地區冬季的主要氣象災害，它可能造成交通運輸中斷，交通事故頻發，有時造成電線結冰、通信中斷，還可能造成育苗大棚、蔬菜大棚、臨時搭建物及棚架坍塌，林業、畜牧業等也會受到嚴重影響，危害人民生命及財產的安全，更為嚴重的時候甚至會破壞生態平衡，2008 年冬發生在南方大范圍的雨雪冰凍給社會的方方面面造成了嚴重災害[1-6]。國內不少學者對降水相態預報進行了一系列研究和探討。研究內容主要包括形成天氣形勢、大氣環流背景及其對應的動力、熱力及水汽特征，并對相關的物理量診斷分析，雷達、衛星等非常規觀測資料的特征分析等[4-8]。另外一些學者對冬季降水相態與低層溫度和厚度的關系進行預報的識別判定[9-14]。黑龍江省的過渡季節多雨夾雪天氣發生，秋末冬初和冬末春初的大～暴雪往往伴隨著雨轉雪。在黑龍江省每年冬季第一場雨夾雪轉雪，如果是突然降臨，還會對秋季大田作物造成雪埋，作為國家糧食基地，糧食安全會受到嚴重影響。因此對于過渡季節雨夾雪的準確預報具有非常重要的意義。

2 資料和方法

本文主要利用常規地面、探空資料、數值預報零場資料、雷達及衛星資料。選取黑龍江省氣象臺2000-2010 年黑龍江省探空觀測站點4 個和81 站點的地面資料。地面資料則取每3 h 一次的觀測資料，高空則為08 時和20 時兩個時次。

3 黑龍江省雨夾雪的月分布及天氣尺度特征

黑龍江雨夾雪時間分布有明顯的月分布特征；不同天氣尺度的系統下的雨夾雪，一般有低空急流的相配合。

3.1 黑龍江省雨夾雪的月分布特征

雨夾雪季節分布特征：黑龍江省雨夾雪的發生有明顯的季節變化。3、4、10 和11 月份是雨夾雪發生的高值區，而3、4、10 和11 月合起來占總站次的95.6%。其他月份則明顯減少，7、8 月沒有發生過。其中4 月發生最多，占總站次的36.6%，其次是3 月，占總站次的32.2%。

3.2 天氣尺度特征

影響黑龍江省雨夾雪轉暴雪的高空天氣環流形勢主要有蒙古低槽型、南北槽疊加型、低渦型、河套低槽型和西北環流型。地面影響系統主要有蒙古氣旋、華北低壓、江淮氣旋和日本海低壓，其中后三者占絕大多數。

3.3 低空急流對雨夾雪的影響

經統計，大多數雨夾雪天氣過程都伴隨有低空急流，大部都伴有低空急流出現，以西南低空急流為主，東南低空急流很少，急流北端一般情況下最北達到45°N，如果超過45°N 以北，則雪區也將會北移。一般蒙古低槽槽前低空急流位于115-125°E，40-45°N 的范圍內，河套低槽，地面為渤海低壓或華北低壓，低空急流可南伸至37°N，地面為江淮氣旋北上影響時，低空急流為偏南急流或偏東南急流，而它的位置和范圍更偏南、偏東。低空急流帶來暖濕空氣，偏南偏東急流來自日本海，水汽條件更好，相應的降水量就會越大，所以黑龍江省出現的雨夾雪轉暴雪和大暴雪天氣過程大多在黑龍江省的東部或東南部地區。

4 850 hPa 環境場特征分析

分析45 個雨夾雪08、20 時次的個例，地面和高空資料時次一致，地面上主要考慮雨夾雪的區域范圍，高空重點分析等溫線的分布，冷暖平流分布，風速大小。得出雨轉雪的溫度場、冷暖平流預報指標。總結出850 hPa 溫度、850 hPa 溫度平流和拔海高度決定降水性質。這一指標在北方大部分省份也基本適用。另外還綜合考慮了地形對降水性質的影響。

表1 降水相態850 hPa 溫度指標及冷暖平流情況（適用于拔海高度＜200 m 的平原地區）

降水性質（雨、雪） 的預報指標（表1）。預報地點拔海高度每升高100 m 相應的指標值增加0.4℃。在拔海高度1000 m 左右的地區相應的指標值增加3 ℃。

在上述指標中，降水性質未作區分的溫度區間在某些情況下還可以細分，如：對于深厚的降水天氣系統其冷平流或無平流溫度區間的下限可增加1℃。制作預報時，先根據數值預報產品850 hPa 鋒區、相對濕度、風速輻合等信息確定降水區域及降水時間；再分析預報地點在降水發生時的850 hPa 溫度、850 hPa 溫度平流及預報地點的拔海高度。根據降水相態的預報指標可以預報雨雪轉換的時間，可以更很好地做好預報。

圖1 探空資料隨溫度變化雨夾雪百分比變化曲線

5 高空、地面要素統計特征

資料及統計分析，選取黑龍江省氣象臺2000—2010 年黑龍江省4 個探空觀測站點（嫩江、伊春、齊齊哈爾、哈爾濱）和81 站點的地面資料。考慮到08和20 時分別為傍晚和早晨，受太陽輻射的差異影響不大，在黑龍江的秋冬春季節，這兩個時間幾乎都沒有太陽輻射，所以兩個時刻的資料不考慮日變化，將兩個時間的資料一起處理。地面資料則取每3 h 一次的觀測資料。

5.1 雨夾雪高空溫度閾值特征分析

分析519 站次雨夾雪探空資料得出：500 hPa上-15-(-40) ℃，700 hPa 上-26-(-2) ℃，850 hPa 上-14-7℃，925 hPa 上-11-8 ℃，以上高度層上相應的溫度范圍內都有雨夾雪天氣出現。從整體上看，整個雨夾雪的溫度區間500 hPa 范圍相對較大，預報業務中實用性很差。700 hPa 高度上-1-(-12) ℃范圍內產生的雨夾雪占所有雨夾雪的61%，其他溫度區間占的比例小且分散比例為39%，850 hPa 高度上-3-(-8)℃范圍內產生的雨夾雪占所有雨夾雪的72%，其他溫度區間占的比例為28%，925 hPa 高度上-4-0 ℃范圍內產生的雨夾雪占所有雨夾雪的69%，其他溫度區間占的比例為31%，從圖1 變化曲線上來看，850 和925 hPa 的溫度預報參考性較好。又因為850 hPa 零場資料有溫度資料，所以主要考慮850 hPa 溫度對于雨夾雪的影響。

5.2 雨夾雪零度層高度分析

利用上述519 個探空站資料進行零度層高度分析。找出216 個個例零度層高度對應值，氣壓最高為826 hPa，最低1016 hPa，黑龍江省的4 個探空站也稍有差別，50557 站826-985 hPa，50774 站845-990 hPa，50745 站850-1013 hPa，50953 站835-1016 hPa。由圖2 可知，零度層不同站點集中層次不一樣，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。零度層高度是雨夾雪的發生的一個重要指標，同時也應關注不同地點的差異。

圖2 (a)50557；(b)50774；(c)50745；(d)50953零度層高度所在氣壓層分布

5.3 地面資料分析

5.3.1 地面溫度分析

統計2000-2010 年3849 個站次的地面現在天氣現象為雨夾雪個例，如表2 可知，按每一度變化來看1.5 m 氣溫觀測值為0 ℃＜X≤1 ℃，幾乎占總站次的一半（42.4%），合并溫度范圍可知1.5 m 氣溫觀測值為-1 ℃＜X≤2 ℃時占總雨夾雪站次的82%。則雨夾雪1.5 m 氣溫預報指標的閾值范圍為-1 ℃＜X≤2℃。所有雨夾雪站次的溫度平均值為0.5 ℃。

表2 雨夾雪天氣現象出現時1.5 m 氣溫觀測值閾值范圍及其百分比變化

5.3.2 地面風向分析

從圖3 風向雷達圖上可以分析雨夾雪天氣時，地面多偏北風，除正東、正西方向以外，290°-70°占51%，110°-250°僅占15%。160°（南偏東）風向占的最少，其次是180°（南向）。

5.3.3 地面風速分析

從圖4 可知：地面風速在0-6 m/s 占總站次的91%，也就是說雨夾雪天氣發生時一般情況下地面風速較小，2 m/s、3 m/s 的風速所占比例均接近20%。所有雨夾雪所有站次的風速平均值為3.39 m/s。

圖3 風向變化雷達圖

5.4 小結

不同高度場上，溫度指標差異較大，但高度越低，閾值范圍越小，越便于常規預報業務中應用，雨夾雪地面溫度閾值范圍為-1 ℃＜X≤2 ℃。風向以偏北風為主，地面風速在0-6 m/s 占總站次的91%，也就是說雨夾雪天氣發生時一般情況下地面風速較小。

6 結論與討論

6.1 總結和主要結論

黑龍江省雨夾雪的發生有明顯的季節變化。3、4、10 和11 月份是雨夾雪發生的高值區，合起來占總站次的95.6%。其中4 月發生最多，占總站次的36.6%，其次是3 月，占總站次的32.2%。

高空天氣環流形勢主要有蒙古低槽型、南北槽疊加型、低渦型、河套低槽型和西北環流型。地面影響系統主要有蒙古氣旋、華北低壓、江淮氣旋和日本海低壓，其中后三者占有絕大多數。

高空溫度閾值特征：850 hPa 高度上-3-(-8) ℃；925 hPa 高度上-4-0 ℃；預報參考性較好。地面溫度閾值特征：-1 ℃＜X≤2 ℃。零度層高度分析：零度層高度最高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 以下的平原地區，850 hPa 溫度及冷暖平流分析，850 hPa 溫度、溫度平流和拔海高度決定降水（雨、雪）性質。降水相態的預報指標為：較強冷平流時850 hPa 溫度＞2 ℃則降雨，≤-2 ℃則降雪，在-2-(-2) ℃之間則降雨夾雪；較弱冷平流時，則溫度指標減1℃。較強暖平流時850 hPa 溫度＞-2 ℃則降雨，≤-6 ℃則降雪，在-2-(-6) ℃之間則降雨夾雪；較弱暖平流時，則溫度指標值增加1℃。無明顯溫度平流時850 hPa 溫度＞0 ℃則降雨，≤-4 ℃則降雪，在0-(-4) ℃之間則降雨夾雪。預報地點拔海高度每升高100 m 相應的指標值增加0.4℃。在拔海高度1000 m 左右的地區相應的指標值增加3 ℃

6.2 存在的問題和未來工作的展望

處理資料的過程中，可以更細的考慮到降水開始時間與結束時間，可以更細的審定降水性質與其它要素的關系，但沒有探空資料，可以考慮降水性質有變化的時候及時加密探空，以取得高空數據，可以實現影響降水性質的其他要素的定量化處理，從而實現降水性質的客觀化預報。

基于上述問題，在今后的研究工作中，將進行進一步的分析工作；高精度的自動站資料可以作為研究雨轉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，以揭示雨轉雪的觀測事實，同時，加強雨轉雪理論方面的分析和探討。