強雨雪天氣成因及相態轉換特征分析

中圖分類號 S166.8 文獻標識碼A 文章編號 1007-7731（2025）16-0093-04

DOI號10.16377/j.cnki.issn1007-7731.2025.16.020

AbstractThecausesof the heavyrainandsnow weather that occurrd in Chifeng City，Inner Mongolia Autonomous Region from April 27 to 29，2024，as wellas the characteristics of precipitation phase changes during this processand suggestions for agricultural production were analyzed，using observation data from Tianqing （a meteorological big data cloud platform），ERA5 reanalysis data，and MICAPS conventional data，from the perspectives of circulation situation and water vapor conditions.The results showed that this weather process presented acomplex phase transition fromrain tosleet to snow，with characteristics such aslongduration，wide impactrange，and largecumulative precipitation.In termsof circulationsituation，thecouplingof highand low-level jets，combined withthelow-level vortex shearline，surfaceinvertedtrough，and frontal zone，providedfavorableconditions forthe heavyrain and snow.In terms of water vapor conditions，the 7OO hPa southwest jet continuously transported water vapor，and thespecific humidity in thesouthernregionreached4g/kg，meting the watervaporstandardfor heavy snow.In termsof precipitation phase，the formation of a near-surface cold pad and changes in temperature stratification dominated the precipitation phase transition，and the thicknessand intensityof the melting layer hadan obvious impact on the phase transition.Inresponse to the heavyrain andsnow weather，itis suggested thatfarmers reasonablyadjustthe temperature and humidityin greenhouses，agriculturalareas strengthen field management，anddoagood job incold protectionand heat preservation. This study provides a reference for relevant weather analysis.

Keywordsrain-snow transition; precipitation phase; circulation situation; agricultural production

雨雪等災害性天氣對農業生產、交通運輸等社會經濟活動構成直接威脅，其引發的道路結冰、城市內澇等問題對公共安全與生態系統穩定性產生不利影響。相關研究人員針對該氣象災害開展了大量研究。張芳華等分析指出，2024年春運期間兩次極端雨雪冰凍天氣，是在高空槽與低層冷空氣共同作用下，暖濕氣流爬升及低層風場水平輻合所致；段中夏等2分析了2023年末河南北中部一次雨雪冰凍過程，發現純雪與雨夾雪天氣在大氣層結構上存在明顯差異；荊浩等研究表明，云頂溫度和 0°C 層高度可作為降水相態判別的關鍵指標；谷秀杰等4利用整層大氣層溫度預判可能出現的降水相態，當整層大氣溫度均低于 0°C 時降水相態為純雪，高于 0^°C 的融化層或云體由過冷卻水滴組成時，將出現混合型降水相態；王珊珊等5分析了數值模式降雪量和積雪深度的訂正與云中冰相粒子的含量、近地層氣溫的訂正及積雪融化能力的關系；張俊蘭等研究發現， 700hPa 以下低層上升運動增強可預示強降雪的出現。盡管在不同區域的強雨雪冰凍天氣研究方面取得了一定進展，但針對地區雨雪相態轉換的研究較少。

赤峰市地處內蒙古東南部，獨特的地理位置與地形條件，使其在春季極易受到冷暖空氣交匯影響，頻繁出現雨雪天氣。2024年4月27—29日，赤峰市遭遇強雨雪侵襲，呈現持續時間長、降水量大、致災性強等特點，給當地農牧業、交通及居民生活帶來極大挑戰。鑒于此，本研究以該區域2024年4月27—29日強雨雪過程為案例，綜合運用國家氣象站觀測資料、高空觀測資料、ERA5再分析資料，借助天氣學分析等方法，深入剖析此次過程的天氣成因及相態演變機制，為相關地區類似降水過程的精細化預報和農牧業等行業災害防御提供參考。

1材料與方法

1.1 數據來源

本文所用資料時間段均為2024年4月27—29日。（1）氣象大數據云平臺·天擎系統提供的研究區54218國家氣象觀測站逐時降水量、積雪深度、氣溫、天氣現象等觀測數據；（2）歐洲中期天氣預報中心提供的第五代大氣再分析（ERA5）數據，水平分辨率為 0.25^°×0.25^° ，時間分辨率為1h，包括不同高度層位勢高度場、溫度場、經向風場、緯向風場等，用于診斷分析動力、水汽、不穩定等條件。（3）MICAPS常規地面高空觀測資料用于分析降水時段環流形勢、高低層配置等條件。

1.2天氣實況

2024年4月27日15：00至29日07：00，研究區大部地區出現雨轉雨夾雪轉雪天氣。其中，克什克騰旗南部出現暴雪，南部累積降水量超 10mm ，紅山區、元寶山區、松山區大部及喀喇沁旗大部達 25mm 以上；西部和南部高寒山區新增積雪深度超 10cm ，其余地區在 5cm 以下。最大降水量出現在松山區王府（ 40.2mm ，最大小時雨（雪）強出現在松山區夏家店28日 13：00-14：00（6.1mm/h） ，此次過程伴隨復雜的相態轉換，4月27日午后至夜間，除克旗外大部地區以降雨為主；28日凌晨開始轉雨夾雪，后轉為純雪；28日午后至29日以雨夾雪為主。根據系統演變及雨雪相態變化，可將此次天氣過程分為三個階段，第一階段（4月27日17：00至28日02：00）降水先以雨為主，凌晨后轉為雨夾雪；第二階段（4月28日03：00至11：00）降水相態以雪為主，此階段也為降水過程增強時段；第三階段（4月28日11：00以后）以降水或雨夾雪為主，降水強度逐漸減弱。綜上，此次降水過程具有持續時間長、影響范圍廣、累積降水量大、積雪深的特點。

1.3研究指標與方法

1.3.1環流形勢 利用2024年4月27—29日ERA5再分析資料，包括 500，700，850hPa 高度場、溫度場、風場，以及海平面氣壓場、地面填圖等數據，分析高空冷渦、高空槽、低空急流、低空低渦、地面鋒區、倒槽等系統位置與強度變化，以分析強雨雪天氣過程期間的環流特征。

1.3.2水汽條件 通過分析700及 850hPa 水汽通量、比濕、相對濕度等物理量，判斷此次強雨雪過程水汽是否達到研究區暴雪水汽標準。

1.3.3降水相態 利用強降水期間研究區54218站探空圖分析地面至高空風場分布，研究強雨雪發生期間溫度層結分布；通過分析其54218站與克什克騰旗經棚54117站的相對濕度、風、垂直速度、溫度時間-高度剖面圖，探究融化層高度變化規律。

2 結果與分析

2.1 環流形勢

由2024年4月28日 08：00500hPa 高度場可見（圖1A），亞歐中高緯地區為“多波動\"形勢，新疆北部高空槽東移南下，由于溫度場落后于高度場，逐漸發展加強成高空冷渦并東移影響內蒙古自治區西部地區，后減弱東移至東部；疊加多個短波系統東移影響內蒙古東部地區，在 500hPa 強西南氣流引導下，700hPa 西南急流顯著發展并伸至研究區中部地區，研究區南部地區位于低空急流左前側強輻合區內，有低層低渦生成東移，且位于暖區，比濕達 4g/kg 達冬季暴雪比濕標準； 850hPa 鋒區（圖1B）位于研究區南部地區寧城縣以南，受偏東氣流影響，研究區南部地區溫度約為 0^°C ，故降水前期相態以雨為主，隨東北風攜帶冷空氣擴散南下，在低層形成冷墊，強迫抬升暖濕空氣，動力抬升作用加強，屬典型的東北地區回流暴雪天氣過程。冷空氣勢力強盛且持續降溫，使得后期大部地區降水相態一直為雪或雨夾雪，并未再轉換成降雨。貝加爾湖以西有冷高壓（中心強度 1 035hPa ）發展向東南移，在內蒙古河套地區形成冷鋒，冷空氣經蒙古、我國東北地區回流南下至內蒙古東南部地區，同時河套以南有 995hPa 氣旋中心，伴隨其北部延伸出的倒槽東移北上。研究區位于倒槽頂部與高壓前沿鋒區內，冷暖空氣強烈對峙，強降雪區域伴有鋒生活動，鋒生是暴雪增強的直接原因[7-9]。降雪隨冷高壓南下而逐漸結束，后期低溫霜凍天氣影響較大。

圖12024年4月28日08：00研究區環流形勢

2.2水汽條件

充足的水汽是強降水天氣形成的三要素之一。通過分析2024年4月28日 08：00 700hPa 流場與水汽可知， 700hPa 水汽帶呈西南東北走向，輸送至赤峰地區的水汽主要源于京津冀地區，由強西南急流（最大風速超 12m/s 輸送至研究區南部地區，且該區域為偏北風與西南風匯合區，大量水汽在此輻合上升。水汽通量輻合區主要位于急流軸及其前側的風速輻合區，研究區南部地區絕對濕度 4g/kg ，局地水汽充足，達冬季強降水標準，且該區域相對濕度達 90% 以上，絕對濕度和相對濕度條件均利于強降水發生，且沿低空西南急流有大于 6×10^-5g/（s?cm?hPa） 的水汽通量高值區深入，配合風場切變，有利于水汽輸送和輻合上升運動，水汽通量大值區與強降水區配合較好。

2.3降水相態

此次降水過程伴有復雜的雨雪相態轉換。2024年4月27日20：00分析研究區溫度對數可知，925hPa 溫度為 10^°C 左右， 700hPa 以上溫度低于0°C ，在 700-750hPa 之間為逆溫層，逆溫層以下為東北風，風速為 6m/s ，逆溫層以上為強西南風，西南急流顯著發展，達 18m/s ，垂直風切變非常強，此時中高層濕度條件較好，低層相對濕度低于 80% ，雖存在暖濕空氣在低層冷墊強迫抬升運動，但由于基礎溫度較高且冷空氣尚未到達，此時全市以降雨為主。

28日08：00，只在近地面層存在淺薄融化層，以上溫度均在 0^°C 以下， 700hPa 以上西南風達 30m/s ，且濕層向下擴展至 925hPa ，低層東北風增至 8m/s ，逆溫層或等溫層層結增厚，但溫度均在 0°C 以下，隨東北風不斷南下，冷空氣勢力加強，地面溫度降至 0°C 降水相態轉為雨夾雪后轉為雪。

2024年4月27—29日赤峰站與克什克騰旗經棚站的相對濕度（色斑，單位 % ）溫度（紅線，單位 °C ）垂直速度（黑線，單位 Pa/s ）風時間一高度剖面如圖2所示。分析可知，4月27日低層溫度在10^°C 以上，近地層溫度達 12^°C ，融化層較厚，故降水初期以雨為主，且28日02：00以前，大氣整層濕度條件差，降水強度稍弱，28日02：00以后，融化層變薄，濕層深厚，云頂高度達到 200hPa 以上，強上升速度區位于 -20^°C 層左右，最大速度為 -1Pa?s 以上，有利于冰相粒子快速增長，低層溫度明顯降低且東北風增至 12m/s ，降水相態轉為雨夾雪后快速轉為雪，29日05：00強上升速度區位于 -8^°C 層左右，近地層溫度升高，降水相態以雨夾雪為主。經棚站與赤峰站相比，低層相對濕度較差，相對濕度大于80% 的時間短、區域小，僅在29日05：00至14：00濕層由低層至高層連續，其余時間均呈現為高層濕度大于低層的形勢，且東北風風速小，最大為 8m/s ，輸送冷空氣強度弱于赤峰站;垂直速度上有兩個強-20°C 層以上，有利于降水持續以雪相態出現。

上升中心，均小于 -1Pa?s ，且強上升速度區均達到（A）（B）分別為赤峰站和經棚站。

圖22024年4月27一29日研究區相對濕度、溫度、垂直速度、風時間-高度剖面

3結論與討論

3.1 結論

本研究從環流形勢、水汽條件等方面探究了此次強雨雪天氣成因，分析了中低層溫度與降水相態的關系。結果表明，高低層急流耦合作用配合低空低渦切變線、地面倒槽和鋒區的共同影響，為本次強雨雪過程提供了有利的環流背景和上升運動條件。在 700hPa 西南風急流對水汽的持續輸送條件下，研究區南部地區濕層深厚，充沛的水汽和強烈輻合上升運動共同促進強降水天氣的發生。近地面層偏東風帶來的濕冷空氣起到了冷墊的作用，迫使中高層偏南暖濕氣流沿冷墊抬升，加強垂直風切變有利于降水強度增大，同時形成明顯鋒區，降水強度進一步增大。不同高度層溫度分布、上升運動分布、云中降水粒子微物理特性及融化層和凍結層的厚度與強度等均對降水相態產生重要影響，若融化層厚度淺薄，即使溫度稍升，也不利于降雪相態轉換為雨。

然而，本研究僅分析了單次過程單站溫度層結與不同降水相態的對應關系，存在一定的局限性，需進一步深人研究本地區復雜雨雪天氣規律。

3.2對農業產業發展的建議

強雨雪天氣可能對設施農業造成不利影響，建議農戶加固設施溫棚和禽畜棚舍，降雪間隙清雪除冰，防止大風、雪壓等導致棚體垮塌；合理調節棚內溫濕度，適時增溫補光，確保果蔬正常生長。

雨雪后受冷空氣影響導致氣溫驟降，2024年4月29—30日凌晨，赤峰市西部山區地表溫度將降至 -10～-6^°C ，中部地區降至 ，東部地區降至 -2～0^°C ，大部分地區將出現輕霜凍或中霜凍，克什克騰旗將出現重霜凍。針對此類霜凍氣象災害，建議農區加強田間的管理，減輕低溫霜凍危害，做好設施農業以及經濟林木果樹的防寒保溫工作；及時關注氣象部門對外發布的預報預警信息，提前防護。此次降水對土壤增、春耕春播、牧草返青及降低森林草原火險等級有積極作用，建議利用有利天氣條件適時開展整地備耕和搶播種工作。

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（責任編輯：張琴）