张家口坝上地区雨雪转换天气形势分析

黄若男 石文伯

摘要 张家口地区由于其特殊的地理位置及地形特征，在春、秋过渡季节中极易发生降水相态转变的过程，对农业生产的危害是不容忽视的。而降水相态的转变是日常预报工作中的难点。利用常规气象观测资料对2017年10月及2019年3月发生的两次雨转雪过程进行简单分析，降水前期低层受暖脊控制，降水以雨开始，东移冷空气在我国东北地区由于山脉的阻挡，回流到本地，造成低层冷垫，为降水相态转变提供基础条件，再配合冷空气主体的南下，使降水相态最终发生转变;坝上地区由于特殊的地理条件，冷空气影响后气温下降显著，更易发生降水相态的转换。

关键词 雨转雪;回流;坝上

中图分类号：P458 文献标识码：A 文章编号：2095-3305（2020）04-0-03

DOI：10.19383/j.cnki.nyzhyj.2020.04.032

张家口地区在地理及地形方面均有特殊性：地理位置南北跨度大，北端的康保县和南端的蔚县气候差异显著;地形方面，张家口位于蒙古高原向华北平原的过渡带，地势西北高、东南低：坝上属于高原地区，地势平坦但海拔高;坝头、坝下地形极为复杂，山脉、盆地、河谷等交错分布。所以一次降水过程中南北降水量、降水性质的差异较大。春、秋季节，冷暖空气在本区域内活动频繁，冷暖空气交汇常常会带来降水，如果前期较暖而后期有冷空气入侵，则往往会带来雨转雨夹雪、雨转雪的复杂天气，降水相态转换是否会出现是我们预报过渡季节降水过程中的重点和难点。很多专家学者对降水相态转换均有研究，通常认为低层有冷空气入侵是相态转变的重要原因，0℃层高度的明显下降预示着降水相态的转变[1-2]。河北省的雨雪转换指标指出：当1 000 hPa温度低于2℃时，降水相态为雪，在2℃—4℃之间可能是雨或雨夹雪;当925 hPa温度低于-2℃时，降水相态为雪，在0℃～2℃之间可能是雨或雨夹雪。本地预报员通常依据850 hPa的温度及地面气温来判定是否存在雨雪转换，一般认为当850 hPa温度低于—4 ℃，地面温度在0℃左右将会出现雨雪转化，在本地复杂地形背景下，这种大概的雨雪转换指标在具体指导各区县工作时是不够细致的，通过进一步分析，希望可以对雨雪转换天气的具体形势有更好的了解，同时总结出坝上地区雨雪转换指标。

1 资料与方法

主要采用天气学分析方法对2017年10月8—10日及2019年4月23—25日两次降水相态转换过程进行分析。分析所用资料包括：常规地面和高空观测资料及探空资料，张家口区域国家站和区域站降水资料，国家站1 h气温资料。

2 天气实况及环流形势分析

2.1 降水实况

2017年10月8—10日的过程雨量为中到大雨，局部降水量达到暴雨量级，最大降水量80.0 mm，主降水区域集中在中南部地区（图1a）。2019年4月23日—25日的过程雨量为中到大雨，个别站点暴雨，最大降水量64.4 mm（图1b）。在两次降水过程中，坝上地区均出现了降水相态的转换，而坝下地区降水相态始终为雨。此外，两次过程的一个共同点为降水主要分为两个阶段，第一阶段为暖区低层切变触发的对流性降水;第二阶段为系统过境带来的降水，为主降水阶段，降水相态的转化出现在此阶段。

2.2 环流形势对比分析

两次过程发生时间不同，2017年过程出现在秋季，2019年过程则出现在春季，这两个季节对本地来说都是冷暖空气活动频繁且势力相当的季节，极易出现降水相态的转换。

图2为两次过程中500 hPa环流形势图。2017年过程中（图2a1～a2），在新疆北部有一低涡，低涡西侧的横槽旋转东移，是此次降水过程的主要冷空气来源;另外，副热带高压位于河北省的南部，外围的水汽输送为降水创造了有利的条件;随着冷空气东移，副高开始南撤，同时有完整的西南气流的建立，西南风强盛，也是有利的水汽条件。2019年过程中（图2b1～b2），欧亚中高纬地区为多波动纬向环流形势，贝湖以东有一槽，槽后有脊向东北方向发展，脊前偏北气流引导冷空气在槽内堆积，之后在黑龙江省东北形成闭合低涡，小槽东移发展成为较为深厚的槽，移动缓慢，说明此时在东北地区有冷空气的堆积;较为平直的西风环流中，不断有小槽东移，是造成两个阶段降水的主要高空影响系统。

图3为850 hPa环流形势图，通过分析低层环流形势，可以看到两次过程有很多相似点：（1）降水开始前，低层受暖脊的控制，使得前期温度相对较高，降水以雨开始。（2）前期有冷空气东移在东北堆积，贝湖附近有高压存在，其东南侧向渤海湾延伸，降水开始后，沿高压外围，低层有东北回流冷空气影响到本地，使得低层温度下降，为降水的相态转化提供了冷的下垫面。（3）高压外围向东南延伸，一部分回流冷空气经过渤海湾以东南风的形势到达本地，与回流的东北冷空气形成明显的切变，提供了低层的动力条件。另外，东南气流也将渤海湾的水汽带到本地，所以在两次降水过程中中南部的降水量级较大，均有暴雨站的出现。（4）两次过程中均有锋区南压，代表有冷空气的入侵，也是降水相态转变的重要因素。

从海平面气压场上分析也可以印证之前的结论，降水前期为暖区性质的降水，随着主降水的开始，锋区南压，将冷空气引导南下，使得气温下降，降水相态发生转变。

3 雨雪转换相关问题分析

在两次过渡季节降水过程中，坝上地区均出现了雨转雪的过程，而坝下地区的降水性质始终为雨。以下具体分析两次过程中相态转换的有利条件及不利条件。

3.1 850 hPa溫度分析

通过对850 hPa风场以及温度场的分析可以看出，两次过程中低层存在明显的东北风冷回流，冷回流空气对本地低层降温有明显的作用，固态降水在降落过程中，先前在相对暖的低层逐渐融化为液态，随着温度下降，低层的融化作用减弱，降落到地面的雨也逐渐转为雪，此外偏东风有利于将湿润的渤海湾空气输送到本地。对于坝上地区而言，平均海拔高度接近850 hPa高度，本身温度较坝下地区低，回流冷空气首先影响到坝上地区，有利于坝上地区近地层气温发生明显的下降，但是对于坝下地区而言，回流冷空气的强度显然还不能直接使近地层的温度有显著的下降（图4）。

3.2 气温分析

坝上的降温幅度远大于坝下地区：2017年过程中，康保从10月9日开始2 m气温逐渐降到0℃左右，有利于降水相態的转换，而坝下地区气温下降缓慢，加之前期气温高，气温始终没有降到较低的状态，降水相态未发生转变;2019年的过程也有相同的结论，此外2019年的过程还说明坝上的基础温度低于坝下，冷空气来临后温度更易接近雨雪转换的温度（图5，康保代表坝上，张家口代表坝下）。

3.3 探空分析

从张家口站的探空图分析，2017年降水开始后0℃层高度有明显的下降，但是，前期低层温度变化近似于干绝热，从850 hPa到地面升温很明显，有利于固态降水下落过程中的融化，而当后期0℃层高度明显下降时，降水已趋于结束。此外，700 hPa始终是偏南风，有暖平流。2019年整个降水过程中，低层温度虽有显著下降，但始终保持在0℃之上。两次过程中，探空图均显示湿层深厚，对应了坝下雨量较大的实况，在较强的降水过程中有潜热释放的作用，加热周围大气，不利于低层温度的下降（图6）。

3.4 坝上雨雪转换指标

通过对两次过程中所有降水相态发生转变的站进行分析，得到一个大概的坝上地区雨转雪的标准，即850 hPa温度在2℃附近并逐渐下降，气温在2℃以下，将有可能出现雨转雨夹雪，当850 hPa温度在-1℃左右，气温在0 ℃，降水将会变为纯雪。

4 结论

（1）从高空形势看，秋季过程比春季过程的冷空气势力要强，秋季过程是大槽大脊活动带来的降水，而春季过程是纬向环流中的弱波动带来的降水;但从低层的形势看，两次降水相态转变过程有很多相似之处。首先，前期受暖脊控制，温度较高;其次，一个非常重要的条件是回流冷空气，在使低层温度降下来的同时也提供了水汽条件，这也是坝下均有暴雨站点出现的一个重要原因;最后，均有锋区南压，也是降水相态转变的重要条件。

（2）坝上地区海拔高，高度在850 hPa附近，基础温度低;降水开始后，回流东北风提供了冷垫，使得低层温度下降，之后又有锋前近地面弱冷空气向南渗透，所以温度有明显的下降，出现雨向雪的转换。

（3）两次过程中坝下低层的温度始终没有降下来，所以没能实现雨转雪，原因有：坝下基础温度高;回流冷空气对坝下低层降温贡献小;暖空气势力较强，锋面南压缓慢;较大降水过程释放潜热加热周围大气。

（4）对于两次过程，预报的是全区范围的雨转雪过程，但与实况偏差较大，通过对两次过程中相关要素分析，对本地坝上的雨雪转换指标进行了细化，即850 hPa温度在2℃附近并逐渐下降，气温在2℃以下，将有可能出现雨转雨夹雪，当850 hPa温度在-1℃左右，气温在0℃，降水将会变为纯雪。由于两次过程中坝下地区没有出现降水相态的转变，所以还不能总结出坝下雨雪转换的指标，在今后的工作中，需要总结更多的相态转换个例，通过对比分析，完善本地降水相态转换的预报体系。

参考文献

[1] 邵本军，刘丽敏.一次雨转雪天气成因分析[J].黑龙江气象，2011，28（1）：15-17.

[2] 徐辉，宗志平.一次降水相态转换过程中温度垂直结构特征分析[J].高原气象，2014，33（5）：1272-1280.

责任编辑：黄艳飞