貴州省近36 a凍雨氣候特征及一次凍雨天氣分析

周 庶，汪衛平，丁立國，嚴 銳，王 璇

(1.貴州省畢節市氣象局,貴州 畢節 551700;2.貴州省氣候中心,貴州 貴陽 550002;3.貴州省六盤水市氣象局,貴州 六盤水 553000)

0 引言

貴州省地處云貴高原東北側，冬季北方冷空氣頻繁南下，冷空氣受高原大地形的阻擋，在西南地區形成靜止鋒并且長期維持，配合孟加拉灣暖濕氣流源源不斷輸送的水汽，易導致貴州出現凍雨天氣。由于地理位置和地形特征較為特殊，貴州省凍雨天氣頻繁，并且影響范圍大，持續時間長。凍雨天氣一旦持續，會造成較大危害，如2008年初，我國南方出現大范圍“低溫雨雪冰凍”天氣造成了嚴重災害[1-3]，因此研究凍雨天氣有重要意義。在凍雨的時空分布方面，嚴小冬等[4]分析了1961—2007年貴州省凍雨空間分布特征，借助小波分析和方差分析等探尋凍雨的時間演變規律，結果指出，貴州省凍雨空間分布不均, 主要凍雨區集中在貴州省西北部及相對海拔高度較高的地區；站點觀測結果比區域內凍雨實際強度要弱；貴州省凍雨存在明顯的年際變化和年代際變化；空間分布特征和時間演變規律主要受海拔高度、相對高度、迎風坡和背風坡、靜止鋒區、冷空氣厚度和不同高度冷空氣活動等因素的影響。王玥彤等[5]分析了1961—2015年中國西南地區96個氣象臺站逐日氣象觀測資料,采用模糊信息分配法分析了我國西南地區出現凍雨天氣時有利氣象要素的變化規律，結果表明，當西南地區出現凍雨天氣時，該區域處于低溫，高濕，日照時間短的天氣條件下；且由于西南地區隨著氣候變暖溫度升高，濕度減小，冬季凍雨逐年呈現減弱的趨勢。杜小玲等[6]分析了1962—2009年凍雨頻發地帶的特征，指出，貴州凍雨頻發地帶是冷暖氣團共同影響，在有準靜止鋒的背景下產生的凍雨天氣是低空有逆溫存在，低空逆溫分布范圍寬廣，逆溫中心出現在貴州中東部和湖南西部之間，對應著凍雨區域的強中心；杜正靜等[7]分析了2001年1月的滇黔準靜止鋒在演變過程中的溫濕結構和大氣環流特征，指出，凍雨強度與低緯高原地區獨有的地理位置、復雜地形條件以及云貴靜止鋒天氣有密切關系；許丹等[8]分析了1951—1996年凝凍指數場的分布特征及時間系數的演變規律，并分析了第一時間系數與冬季500 hPa高度的相關場分布特征，研究指出，重凍雨年與無凍雨年差異最顯著的地區在歐亞地區，重凍雨年呈“北高南低”型的距平分布，無凍雨年呈“北低南高”型的距平分布；高紅梅等[9]分析了黔南州50 a來出現的雨凇和凝凍天氣的空間分布、初始時間、持續時間等方面，同時探究了黔南出現特重級凝凍和重級凝凍的500 hPa環流特征；張嬌艷等[10]利用貴州省逐日雨凇觀測資料，海平面氣壓場和500 hPa高度場逐月再分析資料，以及逐月海表溫度資料，初步構建了貴州省冬季雨凇災害預測模型，該模型對冬季雨凇強度的預報有一定的參考價值。

雖然目前延伸期趨勢預測和天氣預報均預報準確，但部分地區仍因凍雨天氣導致重大災害。本文分析貴州凍雨發生時段及影響區域等氣候背景，并結合一次凍雨天氣過程的發生發展，分析影響的天氣氣候系統、氣象要素變化情況、大氣層結狀態等，對貴州省凍雨天氣的氣候特征和致災特征進行診斷分析，以期對今后的預報預測和服務更加準確、更有針對性。

1 資料來源與處理

文中采用的資料為貴州省1981—2017年10月—次年4月共84個自動站逐日雨凇觀測資料；2018年1月25日—2月5日常規地面氣象觀測資料，利用線性趨勢分析、統計分析等方法研究了貴州省凍雨天氣的時空分布特征；分析了2018年1月24日—2月5日的凍雨天氣環流形勢及預警預報和服務重點。

2 貴州凍雨氣候背景分析

2.1 凍雨時間變化特征

定義全省84站中有1站以上出現凍雨為1個凍雨日[11]，貴州省近36 a冬半年(10月—次年4月)站點平均凍雨日數為6.5 d，平均凍雨日數最多年是2007年，站點平均日數為19.1 d；其余平均凍雨日數較高(10～19 d)的年份有1983、2010、1984、2011、1987年等；凍雨頻數高于平均值的共12 a；凍雨頻數最少年是2016年(1 d)，凍雨出現范圍小，持續時間短。從圖1看出，1983—1988年、2007—2011年是凍雨多發期，1989—2006年、2012—2016年是凍雨少發期，其中2007年底—2008年初發生突變增多，凍雨總日數達到最大值。凍雨頻數月際變化整體呈拋物線分布(圖1b)，1月凍雨的頻數最高，全省年平均總站次為253.3次，占全年50.1%，其次是2月占全年28.8%，10月、4月出現概率較小，所占比例不足1%。

圖1 近36 a凍雨平均日數年變化趨勢(a)、月變化趨勢(b)Fig.1 Annual variation trend (a) and monthly variation trend (b) of average days of freezing rain in recent 36 years

2.2 凍雨初(終)日

從近36 a貴州省各站點凍雨出現最早時間的分布來看(圖2a)，威寧出現凍雨的時間最早(1981年10月23日)，三都凍雨出現時間最晚(1984年1月19日)。全省只有威寧站在10月出現過凍雨；11月中旬，貴州省的西部、中部開始大范圍的出現凍雨，在貴州東北部、南部地區11月下旬開始陸續出現凍雨。從全省而言，凍雨初日基本上是西部、中部早，東北部、南部遲，由西向東、由中部向南北推遲。

從凍雨結束最晚時間分布來看(圖2b)，凍雨最晚結束是開陽(1986年4月16日)，威寧、烏當也在4月中旬結束，最早結束是沿河(1981年1月27日)。省的中部一線(畢節南部、水城、貴陽中部、黔南北部、黔東南西北部)結束時間較晚，省的東北部地區結束時間較早，整體呈現東北部、南部早，西部、中部晚，由東向西、由南北向中部推遲的特征。

圖2 近36 a凍雨初日(a)、終日(b)空間分布Fig.2 The spatial distribution of start date (a) and end date (b) of the freezing rain in recent 36 years

2.3 年平均凍雨日數及最長持續時間

從凍雨的空間分布來看(圖3a)，省的東西向一線為凍雨的高發中心，有4個集中區域，分別為：威寧、大方、萬山、開陽，年平均凍雨日數為25～46 d；省的東北部及南部年平均凍雨日數多在0～3 d之間，凍雨出現頻率較低，部分低海拔地區在近36 a沒有出現過凍雨，如：赤水、望謨、冊亨、羅甸、荔波。

近36 a水城、納雍、大方、開陽、萬山、貴陽等6個站點最長凍雨持續時間達到30 d以上，且都出現在2008年；除此以外，威寧、七星關等7個站點凍雨持續時間在26 d以上，從圖中可以看出(圖3b)，在貴州東西向一線凍雨持續時間較長，尤其是西部高海拔地區；而貴州東北部及南部受凍雨影響小，凍雨一般維持0～5 d。

3 2018年1月下旬貴州大范圍凍雨天氣分析

3.1 天氣過程概況

2018年1月24日開始至2月5日，貴州出現長達10 d的低溫雨雪天氣。從此次過程期間貴州省凍雨站數和日平均氣溫變化來看(圖4a)，24日夜間受到強冷空氣的影響，氣溫驟降，出現凍雨天氣，24—26日，全省日平均氣溫從10 ℃降至0 ℃以下，到26日，凍雨站數達到近50站，27—31日，全省日平均氣溫維持在0 ℃以下，28日凌晨凍雨范圍達到最大，全省凍雨站數達到67站，31日之后，氣溫緩慢回升，凍雨站數逐漸減少。此次低溫雨雪天氣到2月5日基本結束。

從2018年1月24日—2月5日凍雨日數分布(圖4b)來看，全省各地凍雨日數分布在0～12 d之間，省的中部一線為凍雨的集中區域。在此次過程中，威寧、水城、七星關、大方、納雍、息烽、開陽、麻江、丹寨等9個站點凍雨日數在9 d以上，總體呈現為中部一線凍雨較為集中，而省東北部、南部地區凍雨日數少，這種分布特征與多年平均凍雨日數分布較為一致。

圖4 凍雨站數和日平均氣溫變化(a)及1月24日—2月5日凍雨日數分布(b)Fig.4 Change trend of freezing rain stations and daily average temperature (a) and the spatial distribution of freezing rain days from January 24 to February 5 (b)

3.2 背景形勢特征分析

2018年1月24日，亞歐中高緯度有明顯的阻塞形勢，阻塞高壓維持在烏拉爾山附近，阻塞高壓北部不斷向東發展，形成了東北—西南向的高壓脊，在阿勒泰有切斷低渦影響，冷中心強度達到-40 ℃，鄂霍茨克海地區有低渦發展，并配合較強的冷中心，冷中心強度達到-40 ℃以下，同時高緯地區不斷有新的冷渦生成，冷渦南下，攜帶冷空氣并入低渦主體。巴爾喀什湖附近及東北地區各有一橫槽，槽后西北氣流強盛，有利于引導冷空氣大舉南下。中低緯度地區，青藏高原以南，南支槽活躍，槽前西南氣流強盛，水汽輸送條件好，在24—27日，南支槽發展較為活躍。在中低層上，25日四川中部至云南有低壓槽，貴州受槽前西南低空急流影響，較強的暖濕氣流的輸送有利于加大低空逆溫梯度，切變線位于兩湖盆地至貴州南部，利于低空水汽輻合；溫度槽位于河套東部經川渝至貴州北部，冷空氣取東北路徑入侵貴州，700 hPa的0 ℃線從24日午后開始從東北方向影響貴州，27日0 ℃線影響至貴州中部一線。

地面冷高壓中心主要穩定在貝加爾湖西南部至巴爾喀什湖東部之間，冷高壓中心強度達到1 045 hPa；從冷鋒的活動來看，冷空氣的南下過程比較迅速，等壓線密集程度較大，冷鋒后24 h正變壓可達5～8 hPa，24 h變溫達到-5～-8 ℃，25日08時—26日08時，貴陽站降溫幅度達到-16 ℃，25日20時在貴州西部形成較強的準靜止鋒，隨著冷空氣的繼續入侵，靜止鋒西伸到滇黔交界處，貴州大部處于靜止鋒后，低溫雨雪天氣影響范圍繼續擴大。

從850 hPa平均高度場及風場來看，貴州省境內盛行東北氣流，與來自孟加拉灣的西南氣流匯合，兩股氣流勢力相當，在貴州省西部邊緣產生輻合上升運動，加之南支槽前水汽輸送良好，在貴州產生較弱降水。川滇之間有高度場負距平中心，貴州重慶一帶為高度場正距平，貴州西部等值線密集，準靜止鋒穩定維持。

從平均海平面氣壓場來看，在阿爾泰山脈北部有高壓中心，此高壓中心會不斷分裂冷空氣南下，強冷空氣不斷影響我國大部，當冷空氣到達滇黔地區，受到橫斷山脈的阻擋，與西南暖濕氣流勢力相當，川滇地區為海平面氣壓負距平，貴州為正距平，在滇黔之間形成準靜止鋒；貴州省大部處于鋒前，天氣陰冷潮濕，從而造成了長時間的低溫雨雪天氣。

圖5 1月22—27日500 hPa(a)及地面系統演變(b)Fig.5 Evolution of weather system at 500 hPa (a) and surface (b) from January 22 to 27

圖6 2018年1月25日—2月5日NCEP 850 hPa高度場(a，等值線：位勢高度；陰影：高度場距平)及風場(b)Fig.6 850 hPa geopotential height field of NCEP (a, contour line: geopotential height;Shadow:geopotential height field anomaly) and wind field (b) from January 25 to February 5, 2018

圖7 2018年1月25日—2月5日NCEP海平面氣壓場(a)及其距平(b)分布Fig.7 Analysis of SLP of NCEP (a) and its anomaly distribution (b) from January 25 to February 5, 2018

3.3 探空垂直結構特征

根據過程期間威寧、貴陽、懷化每日08時和20時的資料分析，在此次過程中，貴州西部威寧的凍雨天氣對應的探空結構以“一層模式”為主，在多數情況下不存在融化層，貴陽凍雨天氣的探空結構中存在融化層，以“二層模式”為主，湖南西部的懷化凍雨結構以“二層模式”為主。對比3個探空站發現，地面平均氣溫在-1.7～-3.8 ℃之間，表明略低于0 ℃的溫度有利于形成凍雨天氣；3個探空站均存在明顯的逆溫層，貴陽、懷化的溫度梯度顯著，威寧探空結構中沒有暖層，溫度梯度小，且逆溫頂氣溫低于0 ℃，云中主要為過冷水滴，貴陽、懷化的逆溫層溫差大于威寧；逆溫結構主要出現在850～700 hPa，厚度約50～100 hPa，威寧海拔較高，因此逆溫頂高度和逆溫底高度均較高。對比表2中小雪天氣對應的探空結構，發現：小雪天氣的云頂氣溫明顯低于凍雨天氣的云頂氣溫，云頂高度約550 hPa，遠高于凍雨的云頂高度，逆溫頂氣溫在-5～-6 ℃之間，逆溫底氣溫在-10～-12 ℃之間，表明小雪天氣時大氣的冷性結構更加顯著，不同于凍雨的是，3個站點對應的小雪天氣探空結構均不存在暖層，暖層厚度為0，整層都為冷墊，地面氣溫也更低。

表1 2018年1月25日—2月5日期間的凍雨天氣探空結構Tab.1 The sounding structure of freezing rain from January 25 to February 5, 2018

表2 2018年1月25日—2月5日期間的小雪天氣探空結構Tab.2 The sounding structure of snow weather from January 25 to February 5, 2018

4 小結

①貴州省凍雨月際變化趨勢呈拋物線分布，1月凍雨發生頻率最高，2月份次之，其余月份凍雨出現概率小。

②凍雨呈現中西部出現時間早，結束時間晚，東、南部出現時間晚，結束時間早的現象；省的東西向一線為凍雨的高發中心，東北部及南部凍雨出現頻率較低，且東西向一線凍雨持續時間長，而東北部及南部受凍雨影響小。

③2018年1月24日—2月5日的凍雨天氣過程中，阻高穩定維持在烏拉爾山，中期橫槽轉豎，后期形成兩槽一脊型。過程期間東亞極渦強大且偏南，持續時間長，暖濕氣流與冷空氣交匯，加上準靜止鋒的作用，使得貴州凍雨天氣持續。

④不同降水相態在探空結構上表現不同，凍雨天氣存在逆溫層，地面氣溫略低于0℃，小雪天氣不存在逆溫，整層為冷性氣團，且地面氣溫低，冷性結構更顯著。