柯橋丹家冬季氣象景觀氣象成因分析

周弘媛 楊欣潔 周曉燕 包君俏

摘要 利用2015—2019年冬季柯橋區(qū)域站氣象監(jiān)測數(shù)據(jù)和丹家雪凇（霧凇）景觀觀測等資料，從氣象條件、地形特點(diǎn)分析冬季氣象景觀形成特征及其成因。結(jié)果表明，丹家每年冬季均有氣象景觀出現(xiàn)，但年際變化、月際變化特征較明顯，主要表現(xiàn)為1月出現(xiàn)的概率高于2月和12月，這與溫、濕、風(fēng)、雨等氣象要素密切相關(guān)。冬季氣象景觀的形成對(duì)氣溫的要求嚴(yán)苛，日平均氣溫需低于1.0 ℃、日最低氣溫需低于-0.5 ℃，日最高氣溫需低于5.0 ℃;高濕度是冬季氣象景觀形成和維持的必備條件，形成階段日平均相對(duì)濕度需超過99%，且形成當(dāng)日或前1 d均有降水過程;維持階段保持95%以上的高濕度即可;形成階段需滿足靜風(fēng)微風(fēng)條件（平均風(fēng)力≤3級(jí)，最大風(fēng)力≤4級(jí)），并得出北風(fēng)轉(zhuǎn)為偏南風(fēng)、平均風(fēng)及最大風(fēng)風(fēng)力≥4級(jí)、極大風(fēng)力≥5級(jí)等是冬季氣象景觀消融的關(guān)鍵性指標(biāo)。

關(guān)鍵詞 雪凇（霧凇）;氣象條件;特征;成因;冬季;柯橋丹家

中圖分類號(hào) P-426文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A文章編號(hào) 0517-6611（2021）11-0198-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2021.11.053

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

Analysis of the Meteorological Causes of the Winter Meteorological Landscape of Danjia in Keqiao

ZHOU Hong-yuan， YANG Xin-jie， ZHOU Xiao-yan et al

（Meteorological Bureau of Keqiao District， Shaoxing City， Zhejiang Province， Shaoxing， Zhejiang 312000）

Abstract Using the meteorological monitoring data of Keqiao Regional Station and the snow rime （rime） landscape observation data of Danjia in winter during 2015-2019，the formation characteristics and causes of the winter meteorological landscape were analyzed from the meteorological conditions and topographic characteristics.The results show that Danjia had a meteorological landscape every winter， but the characteristics of inter-annual and inter-month changes were more obvious.The main manifestation was that the probability of occurrence in January was higher than that in February and December， which was closely related to meteorological elements such as temperature， humidity， wind and rain.The formation of the meteorological landscape in winter had strict requirements on temperature. The daily average temperature must be below 1 ℃， the daily minimum temperature must be below -0.5 ℃， and the daily maximum temperature must be below 5 ℃;high humidity was a prerequisite for the formation and maintenance of the winter meteorological landscape. The daily average relative humidity during the formation phase must exceed 99%， and there will be precipitation on the day of formation or the first 1 day;high humidity above 95% is sufficient for the maintenance phase.The formation stage needs to meet the conditions of static breeze （average wind ≤ 3， maximum wind ≤ 4），and it was concluded that the northerly wind turns to the southerly wind， the average wind and the maximum wind force ≥ 4， and the maximum wind ≥ 5 were the key indicators for the ablation of the winter meteorological landscape.

Key words Snow rime （rime）;Meteorological conditions;Characteristics;Causes;Winter;Danjia in Keqiao

隨著旅游業(yè)的快速發(fā)展，冬季氣象景觀作為一種旅游資源，已受到廣泛關(guān)注，并創(chuàng)造了顯著效益。2014年吉林市開始開發(fā)霧凇旅游資源，切實(shí)地將白雪變成了白銀，打造了吉林市冰雪旅游經(jīng)濟(jì)新增長點(diǎn)[1-3]。有不少學(xué)者在雨雪冰凍災(zāi)害研究中，對(duì)形成霧凇的氣象條件進(jìn)行了研究，如王遵婭等[4]分析了有利于冰凍（雨凇和霧凇）發(fā)生的氣象條件，得出低氣溫、高相對(duì)濕度和弱風(fēng)速是冰凍產(chǎn)生的重要條件，并利用日平均氣溫和天氣現(xiàn)象構(gòu)建了冰凍日判別模型;吳兌[5]在對(duì)2008年南方低溫雨雪冰凍天氣分析中指出，當(dāng)近地層出現(xiàn)過冷霧時(shí)，如果此時(shí)下墊面物體溫度小于0 ℃，就可以在物體上形成霧凇;顧光芹等[6]分析河北省霧凇和雨凇氣象條件，得出適宜霧凇出現(xiàn)的氣象條件是霧日且氣溫在-7.2～-3.1 ℃、相對(duì)濕度≥92%、風(fēng)速≤1.2 m/s;丁國香等[7]研究發(fā)現(xiàn)適宜霧凇出現(xiàn)的氣象條件是霧日且日平均氣溫在-8～2 ℃、平均相對(duì)濕度≥80%、平均風(fēng)速2～9 m/s。許劍勇等[8]研究發(fā)現(xiàn)黃山霧凇出現(xiàn)氣溫為-18.7～1.0 ℃、風(fēng)速為0～20.6 m/s，任何風(fēng)向均能出現(xiàn)霧凇。

2019年初柯橋丹家較長時(shí)間出現(xiàn)獨(dú)具豐韻、儀態(tài)萬方的雪凇奇觀，新晉成為網(wǎng)紅打卡勝地，且頻上頭條，引起了當(dāng)?shù)卣⒉块T的關(guān)注[9-10]，如何深挖丹家獨(dú)特氣象景觀旅游資源，結(jié)合當(dāng)?shù)馗黝愘Y源條件，打造成為集氣象景觀、文化體驗(yàn)、鄉(xiāng)村休閑為一體的綜合性旅游地，提升貧困村落丹家的第三產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)收入，已成為急需解決的問題。筆者通過研究柯橋區(qū)冬季氣象景觀成因，為開展丹家冬季氣象景觀較準(zhǔn)確的預(yù)報(bào)與服務(wù)提供技術(shù)支撐。

1 資料與方法

1.1 資料來源

柯橋區(qū)域自動(dòng)氣象站2015—2019年冬季（上一年12月至當(dāng)年2月）逐日溫、濕、風(fēng)等要素資料;丹家近5年雪凇（霧凇）現(xiàn)象觀測資料。

1.2 研究方法

該研究定義了以下6個(gè)指標(biāo)：低溫日數(shù)指日最低氣溫低于0 ℃的日數(shù)，高濕日數(shù)指日平均濕度高于95%的日數(shù)，微風(fēng)日數(shù)指日平均速度小于5.4 m/s的日數(shù)，偏北風(fēng)日數(shù)指風(fēng)向小于90°或大于270°的日數(shù)，雨（雪）日指日降水量大于0 mm的日數(shù)，小雨（雪）日數(shù)指日降水量在0～10 mm的日數(shù)。對(duì)雪凇（霧凇）現(xiàn)象與氣象觀測資料進(jìn)行相關(guān)性分析。

2 冬季氣象景觀特征分析

2.1 年際變化特征

統(tǒng)計(jì)近5年丹家冬季氣象景觀（表1）發(fā)現(xiàn)，每年冬季均有該氣象景觀出現(xiàn)，但冬季氣象景觀日數(shù)有較大的年際變化特征，年冬季氣象景觀日數(shù)最多（2019年冬季19 d）的為最少日數(shù)（2017年冬季2 d）的近10倍，其他幾年冬季氣象景觀天數(shù)相對(duì)持平，在10 d左右。2019年冬季浙江全省出現(xiàn)罕見的陰雨寡照天氣，柯橋雨日為歷史同期最多，累計(jì)雨量為歷史同期第3多，日照時(shí)數(shù)為歷史同期最少;次多為2018和2016年冬季，2個(gè)時(shí)段的1月下旬至2月初均有罕見、連續(xù)的雨雪冰凍天氣;最少為2017年冬季，該時(shí)段柯橋區(qū)平均氣溫8.5 ℃，較常年偏高2.7 ℃，為有記錄以來的最暖冬季。

2.2 月際變化特征

統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)（表2），近5年丹家冬季氣象景觀存在較大的月際變化，12、1和2月出現(xiàn)冬季氣象景觀的占比分別為16%、47%和37%。12月出現(xiàn)冬季氣象景觀的概率總體較小，月冬季氣象景觀日數(shù)普遍在0～1 d，但2019年有6 d出現(xiàn)冬季氣象景觀;2018年12月上旬末、下旬末有2次雨雪天氣，極端最低氣溫超過-7.4 ℃，為同期最低值，且低溫日數(shù)偏多，所以冬季氣象景觀日數(shù)為2015年12月的近2倍，表明冬季氣象景觀日數(shù)與小雨（雪）日數(shù)存在高度相關(guān)。1月出現(xiàn)冬季氣象景觀的概率較大，除最暖冬季2017年外，其余年份冬季氣象景觀日數(shù)均超過4 d，1月份冬季氣象景觀日數(shù)與溫、濕、風(fēng)、雨均存在一定的相關(guān)性;2月出現(xiàn)冬季氣象景觀的概率僅次于1月，年際變化特征明顯（2019年出現(xiàn)日數(shù)為2017年的9倍），很大程度因?yàn)槠渑c小雨（雪）日數(shù)高度相關(guān)。可見不同月份冬季氣象景觀日數(shù)與各氣象要素的相關(guān)性不同。

3 氣象條件分析

對(duì)比丹家年冬季氣象景觀日數(shù)最多和最少的兩年發(fā)現(xiàn)，2019年的平均氣溫比2017年低32%左右，低溫日數(shù)也比2017年少3 d，相比而言，2019年的低溫條件相對(duì)較好;造成這兩年冬季氣象景觀天數(shù)相差較大的另外一個(gè)原因是濕度條件，2017年高濕天數(shù)僅有19 d，而2019年出現(xiàn)了56 d，為2017年的近3倍;對(duì)比雨日天數(shù)，2019年的雨日（59 d）也達(dá)到了2017年（30 d）的2倍，在微風(fēng)日數(shù)相對(duì)持平的條件下，可見冬季氣象景觀日數(shù)與低溫條件和高濕度條件呈正相關(guān)。對(duì)比2015和2019年冬季的氣象條件發(fā)現(xiàn)，平均氣溫、低溫日數(shù)、微風(fēng)日數(shù)、偏北風(fēng)日數(shù)相近的情況下，由于2015年的高濕日數(shù)（23 d）僅2019年（56 d）的41%，2015年的雨（雪）日數(shù)（31 d）僅2019年（59 d）的53%，2015年的冬季氣象景觀日數(shù)（6 d）僅2019年（19 d）的32%，可見冬季氣象景觀日數(shù)與高濕日數(shù)、雨（雪）日數(shù)呈正相關(guān)。這幾個(gè)氣象條件都是需要同時(shí)符合的，單一存在都不能形成冬季氣象景觀。由上述分析發(fā)現(xiàn)冬季氣象景觀日數(shù)與平均氣溫呈負(fù)相關(guān)，與高濕日數(shù)、雨（雪）日數(shù)呈正相關(guān)，與低溫日數(shù)、微風(fēng)日數(shù)也存在一定的相關(guān)關(guān)系。

該研究將從溫、濕、風(fēng)三方面具體分析丹家冬季氣象景觀的形成、維持、消融的氣象條件。對(duì)近5年丹家冬季氣象景觀觀測資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，81%的景觀現(xiàn)象為雪凇，因此以下著重分析雪凇形成的氣象條件。

3.1 氣溫條件

冬季氣象景觀均于冷空氣過后氣溫低迷階段形成，氣溫回暖初期消融。冬季氣象景觀形成時(shí)段的平均氣溫普遍在1.0 ℃以下（除2016年12月14日3.5 ℃），日最低氣溫普遍在-0.5 ℃以下，日最高氣溫普遍在5.0 ℃以下（除2016年12月14日8.1 ℃），進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，前1 d（13日）中午前后起受較強(qiáng)冷空氣影響，氣溫呈持續(xù)下降趨勢(shì)（14日的最高氣溫實(shí)際出現(xiàn)在13日20：00），14日白天平均氣溫、最高氣溫分別為1.7和3.7 ℃，因此上述溫度指標(biāo)在冬季氣象景觀形成時(shí)段仍成立，可見氣溫較低是一個(gè)重要因素，但是2017年冬季，最低氣溫滿足條件的情況下，依舊沒有冬季氣象景觀出現(xiàn)，可見，除氣溫外，還有其他氣象要素對(duì)冬季氣象景觀的形成有很大影響。

3.2 濕度（降水）條件

高濕度是冬季氣象景觀形成和維持的必備條件，但是冬季氣象景觀的形成、維持、消融對(duì)濕度（降水）條件具有不同的要求。形成階段日平均相對(duì)濕度普遍超過99%（2018年2月3日83%，12月30日87%），形成當(dāng)日或前1 d均有降水（2018年2月3日，12月30日無雨量，但前1 d均有零星降水）;維持階段保持95%以上的高濕度即可;2016年1月25日，氣溫（日平均氣溫-8.1 ℃、日最低氣溫-12.3 ℃、日最高氣溫-1.4 ℃）均符合冬季氣象景觀形成和維持的氣溫條件，但冬季氣象景觀消融，分析發(fā)現(xiàn)當(dāng)日平均相對(duì)濕度僅57%，最小相對(duì)濕度33%，且最大風(fēng)向和極大風(fēng)向均為偏南風(fēng)，可見，濕度的降低是導(dǎo)致冬季氣象景觀消融的原因之一，但其對(duì)霧凇和雪凇消融的影響程度不一致，當(dāng)相對(duì)濕度低于80%時(shí)，霧凇多會(huì)消融不見，而相對(duì)濕度低于50%時(shí)仍有雪凇現(xiàn)象的存在（與雪凇的結(jié)構(gòu)、尺寸密切相關(guān)）。

3.3 風(fēng)力條件

近5年丹家冬季氣象景觀出現(xiàn)期間，93%的冬季氣象景觀形成時(shí)靜風(fēng)微風(fēng)條件（平均風(fēng)和最大風(fēng)風(fēng)力≤3級(jí)，極大風(fēng)力≤4級(jí)）;2018年12月11日溫度、濕度條件（平均氣溫仍維持在2.9 ℃、最低氣溫2.0 ℃、最高氣溫4.0 ℃、平均相對(duì)濕度100%）仍滿足的情況下，平均風(fēng)速增加至5.5 m/s，最大風(fēng)速增加至8.4 m/s，極大風(fēng)速增加至12.6 m/s時(shí)，雪凇消融不見;2019年2月18日溫度、濕度條件（平均氣溫仍維持在2.2 ℃、最低氣溫-0.4 ℃、平均相對(duì)濕度100%）仍滿足的情況下，最大風(fēng)速增加至11.1 m/s，極大風(fēng)速增加至13.6 m/s，風(fēng)向轉(zhuǎn)為偏南風(fēng)時(shí)，雪凇消融不見;可見，偏北風(fēng)轉(zhuǎn)為偏南風(fēng)、平均風(fēng)和最大風(fēng)力≥4級(jí)、極大風(fēng)力≥5級(jí)均是冬季氣象景觀消融的關(guān)鍵性指標(biāo)。

4 地形（環(huán)境）條件分析

據(jù)了解，柯橋境內(nèi)僅王壇丹家有冬季氣象景觀現(xiàn)象，大家普遍認(rèn)為是丹家獨(dú)特的地理?xiàng)l件造就了獨(dú)有的冬季氣象景觀。該研究結(jié)合其地理、氣候等條件探尋發(fā)現(xiàn)，柯橋位于浙江中北部，背靠會(huì)稽，北瀕海，呈西南高、東北低的階梯形地勢(shì)，而丹家在柯橋東南角，四面環(huán)山，海拔665 m，是柯橋區(qū)海拔最高的行政村。圖1a顯示，南部山區(qū)的雨日多于北部地區(qū)，很大程度是因?yàn)槟喜可絽^(qū)多中小型水庫，其中丹家北側(cè)9 km處為紹興湯浦水庫、西北側(cè)18 km處為平水江水庫，以及山區(qū)茂密的植被，提供了充沛的水汽條件，這也是丹家等高山地區(qū)冬季多云霧天氣和降水的成因。圖1b顯示，柯橋區(qū)年最低氣溫普遍在0 ℃以下（極端最低-14.7～-7.2 ℃），但0 ℃以下低溫時(shí)長差異較大，最多丹家站84.7 h，比次多站（陳村站）多31.0 h，是最少站（平水鎮(zhèn)站）的2.8倍，可見山區(qū)的氣溫條件均能夠滿足冬季氣象景觀的形成，但是丹家海拔高，有利于冬季冷暖空氣在此處交匯，四面環(huán)山地形更利于冷空氣下沉堆積，較長時(shí)間的低溫狀態(tài)更有利于冬季氣象景觀現(xiàn)象的出現(xiàn)和維持。由此可見，獨(dú)特的地理環(huán)境和水文條件為丹家冬季氣象景觀的形成孕育了基礎(chǔ)條件。

5 結(jié)論與討論

該研究從氣象條件、地形特點(diǎn)對(duì)柯橋丹家冬季氣象景觀時(shí)空特征及其成因進(jìn)行了分析，丹家海拔較高、四周環(huán)山、水資源豐富等獨(dú)特的地理特點(diǎn)，造就柯橋獨(dú)有的冬季氣象景觀（霧凇、雪凇），其形成、維持和消融與氣溫、濕度、降水、風(fēng)力等氣象要素密切相關(guān)，具體結(jié)論如下：

（1）冬季氣象景觀日數(shù)具有較大的年際變化特征;月際變化特征主要為1月出現(xiàn)的概率高于2月和12月，這與氣溫、濕度、降水、風(fēng)力等氣象要素密切相關(guān)。

（2）冬季氣象景觀的形成對(duì)氣溫有著嚴(yán)苛要求，平均氣溫需低于1.0 ℃、最低氣溫需低于-0.5 ℃，日最高氣溫需低于5.0 ℃。

（3）高濕度是冬季氣象景觀形成和維持的必備條件，但是冬季氣象景觀的形成和維持對(duì)濕度（降水）條件具有不同的要求。冬季氣象景觀形成階段日平均相對(duì)濕度需超過99%，且形成當(dāng)日或前1 d均有降水過程;而維持階段保持95%以上的高濕度即可。

（4）冬季氣象景觀形成階段需滿足靜風(fēng)微風(fēng)條件（平均風(fēng)和最大風(fēng)風(fēng)力≤3級(jí)，極大風(fēng)力≤4級(jí)）。

（5）氣溫、濕度、降水、風(fēng)力對(duì)冬季氣象景觀消融的影響程度不一致，其中偏北風(fēng)轉(zhuǎn)為偏南風(fēng)、平均風(fēng)和最大風(fēng)風(fēng)力≥4級(jí)、極大風(fēng)力≥5級(jí)均是冬季氣象景觀消融的關(guān)鍵性指標(biāo)。

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