2018年常州地區四次降雪過程的滴譜特征分析

溫靜?雷正翠?吳建秋?黃文彥?錢半噸

摘 要：本文利用NCEP再分析資料和雨滴譜儀揭示常州地區2018年四次降雪過程的微物理特征及規律。結果表明，四次降雪過程的天氣形勢均為中高層西到西南風、低層東到東北風的配置。低層為降雪過程提供了重要的冷墊條件，而700 hPa西南急流暖濕氣流在此冷墊上沿著鋒面爬升，為降雪提供了有利的水汽條件和能量條件。

關鍵詞：降雪;雨滴譜儀器;粒子譜

中圖分類號：P458.1文獻標識碼：A文章編號：1003-5168（2021）05-0147-03

Abstract： In this paper， the Microphysical Characteristics and rules of four snowfall processes in Changzhou region in 2018 were revealed by NCEP reanalysis data and raindrop spectrometer. The results show that the weather situation of the four snowfall processes is the middle and high-rise wind from west to southwest， and the low east to northeast wind. The lower layer provides important cold pad conditions for the snowfall process， while the warm and wet flow of southwest jet flows of 700? hPa climbs along the front of the cold pad， which provides favorable water vapor and energy conditions for snow falling.

Keywords： heavy snow process;disdrometer;particle spectrum

低溫雨雪天氣特別是暴雪天氣，一直是氣象部門關注的主要災害性天氣之一，也是政府和公眾冬季尤為關心的問題。一旦冬季發生暴雪天氣，經常會對人們生命安全和財產造成嚴重威脅。因此，提高對強降雪的預報能力對防災減災有著重要作用。過去國內外學者對降雪的動力和熱力結構進行了大量研究，大部分是基于天氣學診斷、數值模擬、氣候統計等方面，取得了大量的研究成果[1-4]。然而，微物理結構作為影響降雪結構和演變的重要因素，相應的研究仍然較為有限，目前對其微物理研究更多的是利用數值模式進行模擬，缺乏相應的精細微物理觀測。若能利用雨滴譜儀觀測資料充分認識降雪的粒子相態和大小分布等微物理特征，將有利于彌補因常規觀測資料、雷達衛星的局限性等原因而無法獲取信息的不足。

1 四次降雪介紹及天氣背景

2018年常州地區（包括常州、溧陽、金壇三個站點）共經歷了四次降雪過程。

個例1：2018年1月3日，常州、金壇普降大暴雪，溧陽大雪，三地純雪量分別為39.8、30.5、8.4 mm，過程最大日雨雪量分別為32.5、28.4、36.2 mm（均出現在1月4日）。

個例2：1月24日14：00起常州市自西向東出現降雪天氣，至26日凌晨03：00前后第一輪強降雪結束，常州、金壇、溧陽三地累計雪量分別為15.4、15.9、23 mm，均達暴雪量級以上，最大積雪深度分別為12、14、11 cm。

個例3：隨著27日凌晨暖濕氣流再次北抬，又迎來新一輪的強降雪天氣，常州、金壇、溧陽三地累計雪量分別為17.9、16.4、25.2 mm，最大積雪深度分別為16、22、23 cm。

個例4：12月7日14：00起溧陽市開始出現降雪，至21：00結束，累積降雪量為1.3 mm，最大積雪深度為1 cm。

從四次最強降雪階段的雷達組合反射率來看，個例1降雪所在位置的組合反射率較強，約40 dBZ，其余3次降雪的組合反射率較小，為25～30 dBZ，均為層狀云降雪。

2 降雪微物理特征分析

為了進一步說明降雪微物理特征與氣象要素變化之間的響應程度，從個例1的雪花譜、降雪粒子數濃度、小時雪強以及氣象要素（氣溫、相對濕度和風速）的時序變化情況進行分析（見圖1）。個例1在1月3日夜里開始出現雨夾雪，至23：00轉為純雪。從小時雪強來看，此次降雪有兩個較強降雪階段，分別為3日23：00—4日07：00和4日15：00—21：00，其中最強小時雪強達到8 mm/h，4日9：00—10：00降雪有所間歇，雪強約1 mm/h。從雪花譜的時序分布來看，在兩個較強階段，對應的小的雪粒子（<1 mm）的濃度較大，同時，也有部分大粒子存在;而在中間間歇階段，對應的粒子濃度明顯減小，且粒子直徑較小。這說明隨著雪強的增大，小的雪粒子濃度明顯增加，且出現了較大的粒子（>3 mm）。從氣象要素的時序分布看，個例1的地面氣溫基本維持在0 ℃以上，相對濕度達到98%，風速在2～3 m/s。這種高溫、高濕、風速較小的氣象環境非常有利于在降雪過程中形成大雪花。在兩個較強降雪階段，雪強增大時，對應地面氣溫降低，在降雪間歇階段，氣溫緩慢回升;在第一個較強降雪階段，風速有增大的趨勢，在第二個較強降雪階段，風速有所減小。

個例2在1月24日夜里開始出現降雪，至26日凌晨停止。從小時雪強來看，此次降雪24日21：00—25日09：00雪強較?。?～2 mm/h），25日白天雪強達到最強階段（09：00—18：00），最大達8 mm/h，共持續了8 h，而后25日夜里降雪開始慢慢減小，雪強約為1 mm/h。對應雪花譜的時序分布來看，在降雪的初始階段，小的雪粒子的濃度基本維持在2～2.5;在較強階段，對應的小的雪粒子（<1 mm）濃度較大，最大濃度達3.5，同時，也有部分大粒子存在，最大粒徑達到3.5 mm。這說明隨著雪強增大，小的雪粒子濃度明顯增加，且出現了較大的粒子（>3 mm）。從氣象要素的時序圖（圖略）來看，隨著降雪強度逐漸增大，地面氣溫開始下降，相對濕度急增，達98%，風速也在緩慢增強，降雪出現以后，氣溫降至0 ℃以下，達-2 ℃，至25日10：00—13：00即降雪最強階段，氣溫稍有回升，但仍低于0 ℃，隨后氣溫下降，降雪停止后，氣溫仍然下降至-3 ℃。

個例3在1月27日凌晨開始出現降雪，至28日傍晚停止。從小時雪強來看，此次降雪雪強的較大值集中在27日09：16—22：00，而后27日夜間降雪間歇，28日上午又開始降雪，雪強較?。?1 mm/h）。對應雪花譜的時序分布來看，27日白天降雪較強時，對應的小粒子（<1 mm）的濃度較大，同時，也有部分大粒子存在;而在28日雪強較小時，對應的粒子濃度明顯減小，且最大的粒子直徑也明顯減小。從氣象要素的時序圖（圖略）來看，個例3的地面氣溫基本維持在0 ℃以下，降雪開始之前，氣溫低于-2 ℃，降雪增強以后，氣溫回升，至28日14：00降雪漸止，氣溫又開始慢慢降低。相對濕度的變化與氣溫變化相似，降雪開始前，相對濕度約80%左右;降雪開始后，相對濕度急增，達98%，降雪結束后，濕度減小。風速在降雪開始后明顯減小，從5 m/s降至2～3 m/s，在降雪最強的時候，對應的風速最小。

個例4整體的降雪量較小，持續時間短。降雪集中在下午時段，最大降雪深度出現的時間是17：00。對應雪花譜的時序分布來看，雪花的粒徑和濃度都較小。從氣象要素的時序圖（圖略）來看，個例4的地面氣溫基本維持在0 ℃以上，相對濕度達98%，風速在2～3 m/s，與個例1類似，存在于高溫、高濕、風速較小的氣象環境中。開始降雪以后，氣溫有所降低，濕度升高。

4次個例的雪花譜分布有所不同，雖然譜型分布均呈多峰分布，但是譜寬、峰值直徑及其對應的濃度有所差別，這也與對應環境氣象要素的差別有很大關系。個例1的降雪過程中雪花譜最寬（11 mm），其次是個例2（9 mm）和個例3（7 mm），個例4最窄（5 mm）。峰值直徑也與雪花譜相似，個例1最大，其次是個例2和個例3，個例4最小，但是峰值直徑對應的雪粒子數濃度的排序順序是個例2、個例1、個例3、個例4。4次個例的譜型分布均呈多峰分布。

四次個例的降雪過程的最大直徑和雪粒子數濃度隨雪強的變化圖（圖略）給出了降雪強度與最大直徑和雪粒子數濃度之間的關系。與前面的微物理過程分析相一致的是，不同個例的最大直徑和雪粒子數濃度增長方式有所不同。明顯看出個例1的增長方式與個例2、3不同。個例1中，隨著降雪強度的增強，對應的最大直徑也呈線性增大，小雪花明顯減少，而雪粒子數濃度卻沒有增長或減小，沒有明顯的線性關系;個例2與個例3發生的時間較為接近，也可以說發生在同一天氣背景下，最大直徑和雪粒子數濃度增長較為相似，隨著降雪強度的增強，對應的最大直徑和雪粒子數濃度均呈線性增大，即雪強越大，大雪花越多;個例4由于降雪量較小，取樣量也較少，最大直徑和濃度與雪強的關系表現得不是特別明顯。前3個個例表明不同個例雪強增大對應的微物理機制不同，這與雪花增大的機制不同有關。

3 結語

本文利用滴譜儀的觀測資料，從觀測角度分析2018年四次降雪過程，揭示常州地區降雪的微物理特征及規律，從而提升對降雪微物理過程的認識。本文通過研究得出的結論如下。

①四次降雪過程的天氣形勢背景場均為高層500 hPa偏西風、700 hPa偏西風或西南風以及低層850 hPa和925 hPa為東北風的整層配置。低層為降雪過程提供了重要的冷墊條件，而700 hPa西南急流暖濕氣流在此冷墊上沿著鋒面爬升，為降雪提供了有利的水汽條件和能量條件。

②4次個例的雪花譜的分布有所不同，雖然譜型分布均呈多峰分布，但是譜寬、峰值直徑及其對應的濃度有所差別，這也與對應環境氣象要素的差別有很大關系。個例1和個例4環境溫度高于0 ℃，雪花增大的方式主要是由于融化碰并的作用，在雪強增大的時候，雪花直徑相應增大，而雪粒子數濃度沒有明顯躍增;個例2和個例3環境溫度低于0 ℃，雪花增大的方式主要是由于準液態膜理論的作用，隨著雪強增大，最大直徑和雪粒子數濃度均線性增大。同時，融化碰并機制比準液態膜理論更易形成大雪花。

但是，由于研究的僅僅是四次個例，并不能完全代表常州地區所有的降雪個例，因此未來將會對更多的個例進行統計分析，得出更加普適的結論。

參考文獻：

[1]張備，尹東屏，嚴雯蓮，等.2008年江蘇持續性降雪中的水汽和動力抬升機制分析[J].災害學，2012（2）：29-33，42.

[2]尹東屏，孫燕.南京近50年冬季低溫冰凍積雪事件的氣候特征[J].災害學，2011（2）：35-38，44.

[3]陳瀟瀟.沿江蘇南一次伴隨“高架雷暴”的暴雪天氣成因分析[J].大氣科學學報，2015（6）：836-844.

[4]白媛，張建松，王靜愛.基于災害系統的中國南北方雪災對比研究：以2008年南方冰凍雨雪災害和2009年北方暴雪災害為例[J].災害學，2011（1）：14-19.