摘要：利用荊州市6個國家地面觀測站的降水、天氣現(xiàn)象、雪深和氣溫等常規(guī)資料，統(tǒng)計1981～2010年冬季暴雪個例，結(jié)果表明，近30年全市共發(fā)生暴雪46站次，其時空分布不均，1月發(fā)生最多，約占全部暴雪站次的61%；東南部地區(qū)發(fā)生幾率明顯高于西北部地區(qū)，且2000年以后西北部地區(qū)沒有出現(xiàn)暴雪。經(jīng)過普查歷史天氣圖，認(rèn)為暴雪天氣發(fā)生與500 hPa西風(fēng)帶低槽、地面中等偏強(qiáng)冷空氣、700 hPa強(qiáng)勁的西南暖濕氣流、700 hPa與850 hPa之間的逆溫層以及溫度的垂直分布有關(guān)。預(yù)報采取PP法的技術(shù)思路，即在建立天氣圖預(yù)報模型和指標(biāo)的基礎(chǔ)上，選取數(shù)值預(yù)報對應(yīng)的參數(shù)制作暴雪短期預(yù)報，實踐證明應(yīng)用效果較好。

關(guān)鍵詞：暴雪分析；預(yù)報模型；PP法；短期預(yù)報

中圖分類號：P426.63+4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：0439-8114（2016）11-2792-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2016.11.019

荊州市地處江漢平原腹地，冬季暴雪過程平均每年發(fā)生不到1次，屬于小概率天氣事件，但是它的發(fā)生會給交通運(yùn)輸、水電設(shè)施、能源供應(yīng)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人們生活等造成嚴(yán)重的影響。過去針對中國北方強(qiáng)降雪研究較多。崔宜少等[1]通過對2005年山東半島連續(xù)3次冷流暴雪過程分析，指出了華北地區(qū)強(qiáng)降雪的環(huán)流背景、水汽條件和垂直結(jié)構(gòu)等特征。常軍等[2]用歐洲數(shù)值預(yù)報（簡稱EC）格點(diǎn)資料，對1986年11月至2002年3月河南省出現(xiàn)的87個暴雪個例進(jìn)行對比分析，建立了暴雪的天氣學(xué)概念模型。胡中明等[3]通過對中國東北地區(qū)暴雪形成機(jī)理的個例研究，認(rèn)為暴雪發(fā)生在兩槽兩脊的大尺度環(huán)流背景下，是高空西風(fēng)急流和低空西南風(fēng)急流上下耦合作用的結(jié)果。宮德吉等[4]研究了低空急流與內(nèi)蒙古大（暴）雪的關(guān)系，得到中亞冷槽分成南北兩段東移，則有利于造成內(nèi)蒙古大（暴）雪的東亞低空急流產(chǎn)生。而對中國長江中下游地區(qū)的強(qiáng)降雪只有少量研究。楊柳等[5]通過對2003年春季江淮地區(qū)一次暴雪過程的中尺度模擬，發(fā)現(xiàn)低空西南急流與暴雪關(guān)系密切。高智松等[6]對構(gòu)成南方大到暴雪的兩個特征量（降水量和雪深）用多種預(yù)報方法從不同角度分別進(jìn)行試驗，最終建立了南方大到暴雪的一種預(yù)報方法。徐雙柱等[7]分析了1951～2005年冬季發(fā)生在武漢市的大雪過程，認(rèn)為地面冷空氣、中低層西南急流和中層西風(fēng)帶低槽是決定武漢市冬季大雪的主要天氣系統(tǒng)。上述研究涉及到強(qiáng)降雪具體預(yù)報方法的較少或比較定性。為此，本研究通過分析1981～2010年冬季發(fā)生在荊州市的19次暴雪過程，以期建立暴雪天氣概念模型和預(yù)報指標(biāo)，以便在業(yè)務(wù)應(yīng)用時選取數(shù)值預(yù)報對應(yīng)參數(shù)，制作暴雪短期預(yù)報。

1 資料與方法

選取荊州市所屬的6個縣（市、區(qū)）國家地面觀測站1981～2010年的觀測資料，統(tǒng)計值以20時為日界；為了直觀反映冬季降雪的實際分布，研究以當(dāng)年11月到次年3月作為時間序列顯示；考慮到雨雪量混雜、連續(xù)降雪和降雪對應(yīng)實際雪深測量有滯后等情況，引進(jìn)了凈雪深的概念，它是某時段降雪對應(yīng)的實際增長雪深，而不是動態(tài)累計雪深；當(dāng)滿足24 h純雪量≥10.0 mm或雨雪量≥10.0 mm、且凈雪深≥5 cm時定義為1個暴雪日，從而統(tǒng)計得到暴雪發(fā)生的歷史個例。

在暴雪預(yù)報方法研制時，采用動力統(tǒng)計預(yù)報方法—完全預(yù)報方法（PP法），這種方法是建立在預(yù)報量與預(yù)報因子同時觀測量的統(tǒng)計關(guān)系基礎(chǔ)上，實際應(yīng)用時則將數(shù)值模式預(yù)報參數(shù)代入關(guān)系式輸出預(yù)報結(jié)果。本研究使用歷史天氣圖資料建立暴雪短期預(yù)報概念模型，確定預(yù)報指標(biāo)閾值，在業(yè)務(wù)使用中，將EC、T639和日本等數(shù)值預(yù)報模式適時輸出的對應(yīng)參數(shù)代入預(yù)報模型，得到不同時效的暴雪預(yù)報結(jié)果。

2 暴雪時空分布特征

根據(jù)暴雪定義，統(tǒng)計得到荊州市6站1981～2010年共發(fā)生暴雪46站次。從時間分布來看，暴雪出現(xiàn)在當(dāng)年12月到次年3月，其中1月發(fā)生最多，約占全部暴雪日數(shù)的61%。從空間分布來看，東南部地區(qū)發(fā)生次數(shù)明顯多于西北部，其中洪湖站共發(fā)生13次，為全市最多。按照全市6站中至少有5站出現(xiàn)暴雪定義為1次全市性暴雪過程、至少有2站出現(xiàn)暴雪定義為1次區(qū)域性暴雪過程、只有1站出現(xiàn)暴雪定義為1次局地性暴雪過程的標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)計，得到全市性暴雪過程3次、區(qū)域性暴雪過程9次、局地性暴雪過程7次。從年代分布來看，上世紀(jì)80年代和90年代全市暴雪分布比較均勻，但自2000年以后西北部的荊州站、松滋站和公安站沒有出現(xiàn)暴雪，反而東南部的石首站、監(jiān)利站和洪湖站暴雪發(fā)生比較頻繁，詳情見表1。

3 暴雪天氣成因及概念模型

普查1981～2010年天氣圖資料，重點(diǎn)分析荊州市發(fā)生的19次暴雪過程，說明冬季出現(xiàn)暴雪主要與地面冷空氣、700 hPa西南急流、500 hPa西風(fēng)帶低槽影響以及溫度的垂直分布有關(guān)。

3.1 主要影響系統(tǒng)

3.1.1 地面冷空氣 暴雪過程發(fā)生時，地面有中等偏強(qiáng)的冷空氣南下影響荊州市，前鋒一般移到了湖南中南部，其后部不斷有新的冷空氣補(bǔ)充，在冷高壓或高壓脊的控制下，近地溫度持續(xù)下降，形成850 hPa以下的冷墊。產(chǎn)生暴雪天氣較強(qiáng)的冷空氣絕大部分從河套地區(qū)（簡稱北路）或河套以東地區(qū)（簡稱東路）南下，據(jù)統(tǒng)計，19次暴雪過程中北路和東路冷空氣影響16次，極少數(shù)從河套以西的甘陜地區(qū)（簡稱西路）南下影響。暴雪發(fā)生當(dāng)天，荊州市地面吹3級以上的偏北風(fēng)或偏東風(fēng)，海平面氣壓一般上升到1 025 hPa以上，大多數(shù)上升到1 028 hPa以上。

以荊州市2010年1月5日發(fā)生的一次大到暴雨雪過程為例，5日08時地面天氣圖上東路有一股較強(qiáng)冷空氣繼續(xù)南下，冷鋒位于南嶺附近，荊州市處于地面鋒區(qū)的北部，海平面氣壓上升到1 028 hPa以上，受4級左右偏北風(fēng)影響地面氣溫下降至0 ℃以下；850 hPa冷舌從東北伸向西南地區(qū)，零度線南壓至湖南到貴州北部一線，荊州氣溫降到-5 ℃以下，近地層冷墊已經(jīng)形成。

3.1.2 700 hPa低空西南急流 荊州市暴雪天氣與700 hPa到500 hPa高度上的西南氣流關(guān)系密切，在暴雪發(fā)生前48 h內(nèi)，從云貴高原到長江中下游地區(qū)有西南氣流發(fā)展，暴雪發(fā)生時西南急流存在，為暴雪的產(chǎn)生提供了充沛的水汽和不穩(wěn)定能量，暴雪出現(xiàn)在低空西南急流的左側(cè)。統(tǒng)計19次暴雪過程發(fā)現(xiàn)，貴陽、芷江、長沙到武漢（或宜昌）的700 hPa西南急流中，其中有18次最大西南風(fēng)達(dá)到16 m/s以上，只有1次西南風(fēng)在12 m/s以上；與此同時，一般也對應(yīng)有20～30 m/s左右的500 hPa槽前西南風(fēng)。

從2010年1月5日08時700 hPa風(fēng)場可見，荊州市高度為304位勢什米，降雪過程中云貴高原到長江中下游地區(qū)有大范圍的西南氣流發(fā)展，暴雪發(fā)生過程中最大西南風(fēng)達(dá)到20 m/s以上，西南地區(qū)的暖濕氣流被源源不斷輸送到長江流域，為降雪提供了豐富的水汽，并在冷墊的作用下使上升運(yùn)動加強(qiáng)。

3.1.3 500 hPa西風(fēng)帶低槽 荊州市19次暴雪過程發(fā)生時受高空500 hPa低槽東移影響，這些低槽常常表現(xiàn)為南支槽和西北槽相互作用，由南支槽發(fā)展東移直接影響，槽后一般有溫度槽配合，荊州市處于東高西低的形勢之下，本地高度一般在568 hPa以下。因此，南支槽東移往往會誘發(fā)西南急流和低渦加強(qiáng)東移，也是產(chǎn)生暴雪的主要影響系統(tǒng)之一。

2010年1月5日08時500 hPa天氣圖上，從貝湖低渦分裂低槽東移，槽后有比較明顯的冷平流，中緯地區(qū)環(huán)流比較平直，在四川盆地有低槽不斷發(fā)展東移；荊州上空高度為564位勢什米，槽前偏西風(fēng)20 m/s以上。

3.2 溫度垂直結(jié)構(gòu)

溫度的垂直分布對于暴雪的產(chǎn)生至關(guān)重要，荊州市19次暴雪過程發(fā)生當(dāng)天各層最低溫度需滿足：地面溫度≤1 ℃、850 hPa溫度≤-5 ℃、700 hPa溫度≤-3 ℃、500 hPa溫度≤-16 ℃，其中700 hPa溫度大于850 hPa的溫度，即存在逆溫層，它表明該層上有暖濕空氣沿近地層冷墊爬升而使輻合上升運(yùn)動加強(qiáng)。另外，在暴雪發(fā)生前48 h內(nèi)850 hPa有明顯的冷舌從華北或河套地區(qū)南插，暴雪發(fā)生時-4 ℃等溫線一般已經(jīng)南壓過了荊州市，且700 hPa溫度在0 ℃以下，確保降水為固態(tài)。

如圖1所示，2010年1月5日08時T-logp圖上，荊州附近的宜昌站地面氣溫下降到0 ℃附近、850 hPa溫度-7 ℃、700 hPa溫度-4 ℃、500 hPa溫度-19 ℃，850～700 hPa之間有明顯逆溫層存在，溫度的垂直分布反映了典型的鋒面特征，說明當(dāng)時大氣的斜壓性比較明顯。到5日20時，850～700 hPa之間的逆溫層下降并減弱，隨后逐漸消失，與此同時，此次強(qiáng)降雪過程也趨于減弱。

3.3 天氣學(xué)概念模型

綜合上述分析，得到荊州市暴雪發(fā)生的天氣學(xué)概念模型，即在高層500 hPa西風(fēng)帶冷槽引導(dǎo)下，地面有中等偏強(qiáng)冷空氣大舉南下，冷鋒移到江南一帶以后，長江中下游邊界層內(nèi)則形成明顯冷墊。中層700 hPa上為強(qiáng)勁的西南暖濕急流（此暖層溫度在0 ℃以下），低層850 hPa為偏北偏東冷平流，使得中低層形成較明顯逆溫。冷墊的阻擋作用使得暖濕氣流迅速爬升，強(qiáng)烈垂直切變區(qū)內(nèi)擾動得到發(fā)展，當(dāng)南支槽前正渦度中心和低渦發(fā)展東移到水汽大值區(qū)時，暴雪天氣過程開始發(fā)生。系統(tǒng)配置如圖2所示。

3.4 模型指標(biāo)及閾值

根據(jù)暴雪天氣學(xué)概念模型，從影響系統(tǒng)、溫度的垂直分布、空氣濕度、風(fēng)等幾個方面，統(tǒng)計分析19次暴雪個例對應(yīng)環(huán)流參數(shù)的共同特征，最終確定了暴雪是否發(fā)生的模型指標(biāo)。

當(dāng)500 hPa南支槽開始東移影響時，長江中游地區(qū)處于東高西低的形勢之下，本地上空的位勢高度較低，因此用位勢高度來表示低槽的活動；選取700 hPa貴陽、芷江、長沙、武漢或宜昌的風(fēng)，當(dāng)其中至少有一站西南風(fēng)≥16 m/s時則認(rèn)為存在低空西南急流；地面冷空氣及強(qiáng)度用近地面風(fēng)和海平面氣壓上升的高低來界定；降雪與氣溫降低程度和溫度的垂直分布有關(guān)，用暴雪當(dāng)天各層達(dá)到的最低溫度來說明，且當(dāng)700 hPa溫度（T700 hPa）大于或等于850 hPa溫度（T850 hPa）時即認(rèn)為逆溫存在。另外，冬季降暴雪其水汽條件也非常重要，選取溫度露點(diǎn)差作為指標(biāo)，具體天氣學(xué)模型指標(biāo)及閾值詳情見表2。

4 暴雪短期預(yù)報方法應(yīng)用

采用可視化面向?qū)ο缶幊陶Z言Visual Basic 6.0開發(fā)完成，首先選取EC、T639和日本等數(shù)值模式預(yù)報場，將111°～114°E、29°～31°N范圍內(nèi)的預(yù)報模型指標(biāo)對應(yīng)要素格點(diǎn)值訂正到荊州市6個縣市（區(qū)）預(yù)報站點(diǎn)上，然后代入暴雪天氣學(xué)概念模型，最終推理未來3 d的暴雪短期預(yù)報結(jié)果。其中，本地暴雪當(dāng)天各層的最低溫度和海平面氣壓選用EC細(xì)網(wǎng)格（0.25°×0.25°）預(yù)報場、溫度露點(diǎn)差用T639細(xì)網(wǎng)格（0.125°×0.125°）預(yù)報場、高空位勢高度用EC細(xì)網(wǎng)格（0.25°×0.25°）預(yù)報場、高空風(fēng)用EC粗網(wǎng)格（2.5°×2.5°）預(yù)報場、距地面10 m風(fēng)用T639粗網(wǎng)格（1.0°×1.0°）預(yù)報場，另外EC或T639或日本模式24 h降水量預(yù)報也是參考的指標(biāo)條件之一。

荊州市近幾年冬季強(qiáng)降雪過程呈減少趨勢，2011～2013年共發(fā)生全市性大到暴雪過程1次、全市性大雪過程1次、全市性小到中雪局部大雪過程3次，該預(yù)報方法在市氣象臺進(jìn)行業(yè)務(wù)試運(yùn)行過程中，按照預(yù)報有暴雪實況為暴雪評定正確、實況為大雪不評、實況為中雪以下評定空報，預(yù)報有大雪實況為暴雪不評，沒有預(yù)報大雪或暴雪實況為暴雪評定漏報的標(biāo)準(zhǔn)檢驗，結(jié)果表明，該預(yù)報方法能比較準(zhǔn)確地報出全市性大到暴雪過程發(fā)生的時間和落點(diǎn)，為參與省內(nèi)天氣會商和公共氣象服務(wù)提供了有效的參考依據(jù)，但當(dāng)出現(xiàn)局地性大雪過程時存在站點(diǎn)上的空漏報現(xiàn)象。

運(yùn)用此系統(tǒng)進(jìn)行上機(jī)運(yùn)行，并得出本地的強(qiáng)降雪預(yù)報結(jié)果。以荊州市2011年1月2～3日出現(xiàn)了1次明顯的降雪過程為例。提前3 d預(yù)報得出，強(qiáng)降雪會出現(xiàn)在2日，且強(qiáng)降雪中心可能出現(xiàn)在東南部（圖3）。

通過對比1月2～3日的實況分析，荊州2日出現(xiàn)強(qiáng)降雪，降雪強(qiáng)度東南部大于西北部，在全市6個縣市（區(qū)）氣象站中，監(jiān)利和洪湖站達(dá)到暴雪，荊州、松滋、公安和石首站下了大雪，降水量6～12 mm、雪深6～9 cm之間，詳情見表3。

從2日8時高低空和地面形勢場得知，強(qiáng)降雪當(dāng)天500 hPa中緯度地區(qū)環(huán)流比較平直，高原東部有低槽東移，槽前西南氣流達(dá)到24 m/s以上，荊州地區(qū)上空高度560位勢什米，溫度-17 ℃，溫度露點(diǎn)差2 ℃左右；700 hPa暖切位于湖北中北部一線，西南暖濕氣流發(fā)展旺盛，貴陽、芷江、長沙到武漢（或宜昌）的西南急流最大風(fēng)速超過24 m/s，荊州地區(qū)上空西南風(fēng)16 m/s、高度302位勢什米、溫度-6 ℃、溫度露點(diǎn)差2 ℃左右；850 hPa湖北東南部地區(qū)受暖切影響，冷暖空氣交換比較明顯，本地上空偏東氣流6 m/s、高度152位勢什米、溫度-10 ℃、溫度露點(diǎn)差2 ℃左右；受河套以東冷空氣南下影響，地面圖上為冷高壓脊控制，海平面氣壓上升到1 032 hPa以上，在4級左右偏北風(fēng)的作用下氣溫已降到-2 ℃左右，降雪過程中溫度露點(diǎn)差維持在2 ℃左右，近地空氣顯示濕冷狀態(tài)。綜上所述，當(dāng)天高低空和地面形勢滿足荊州地區(qū)暴雪天氣學(xué)模型特征，該預(yù)報方法業(yè)務(wù)運(yùn)行的輸出預(yù)報結(jié)論與降雪實況完全一致。

5 小結(jié)與討論

通過統(tǒng)計分析荊州市1981～2010年冬季暴雪個例，得到了以下幾方面的結(jié)論。

1）近30年來，荊州市冬季共發(fā)生46站次暴雪，均分布在19次暴雪過程之中，其時空分布不均，1月發(fā)生最多，約占全部暴雪站次的61%，東南部地區(qū)發(fā)生幾率明顯高于西北部地區(qū)。2）按照全市6站中至少有5站出現(xiàn)暴雪定義為1次全市性暴雪過程、至少有2站出現(xiàn)暴雪定義為1次區(qū)域性暴雪過程、只有1站出現(xiàn)暴雪定義為1次局地性暴雪過程的標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)計，得到全市性暴雪過程3次、區(qū)域性暴雪過程9次、局地性暴雪過程7次。3）經(jīng)過普查歷史天氣圖，認(rèn)為荊州市暴雪天氣發(fā)生與500 hPa西風(fēng)帶低槽、地面中等偏強(qiáng)冷空氣、700 hPa強(qiáng)勁的西南暖濕氣流、700 hPa與850 hPa之間的逆溫層以及溫度的垂直分布有關(guān)，因此，可以較好地建立本地暴雪天氣學(xué)概念模型，確定相應(yīng)的預(yù)報指標(biāo)及閾值。4）預(yù)報采取PP法的技術(shù)思路，即在建立天氣圖預(yù)報模型和指標(biāo)的基礎(chǔ)上，選取數(shù)值模式預(yù)報對應(yīng)的參數(shù)制作暴雪分縣短期預(yù)報，實踐證明業(yè)務(wù)應(yīng)用效果比較滿意。5）由于數(shù)值模式預(yù)報值與天氣圖實測值存在一定的誤差，在利用PP法制作暴雪短期預(yù)報時必然受到各種模式預(yù)報穩(wěn)定性的制約，因此，要不斷對預(yù)報方法進(jìn)行改進(jìn)和完善，從而提高預(yù)報的準(zhǔn)確性。

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