紅河州降雪氣象要素特征分析

周秀美，劉 佳，蘭 蘭

(紅河州氣象局，云南 蒙自 661199)

0 引言

紅河州位于云南省東南部，101.8°E～104.3°E、22.43°N～24.75°N，境內海拔高差懸殊，最高處海拔3 074.3 m，最低處海拔76.4 m(也是云南海拔最低點)，在有利的水汽條件下，并非每次寒潮南下都會帶來降雪，且出現(xiàn)降雪過程時，并不是每個縣市都出現(xiàn)降雪。由于降雪過程少，尤其中部、南部地區(qū)，幾年才出現(xiàn)一次降雪，一有強冷空氣活動，民眾就非常關心是否會出現(xiàn)降雪，同時降雪往往給道路交通帶來較大影響，所以對紅河州降雪的氣象要素進行分析，找出閾值，對提高降雪預報服務能力有重要意義。

張書萍、馬麗云、張桂蓮、孫欣、高曉梅、徐建國等[1-6]對北方降雪個例的大氣環(huán)流背景作了分析，彭京備、張嬌、孫俊、劉蕾[7-10]等對南方降雪個例的環(huán)流背景作了分析，總體而言，不論是北方降雪還是南方降雪，都需要有冷暖氣流的交匯，具有一定的水汽條件。

大氣層結和氣象要素方面，李海軍等[11]對浙江嘉興一次雨雪天氣過程中降水相態(tài)轉換條件進行了分析，指出水汽凝結高度不同是造成兩次相態(tài)轉換的主要原因。張俊蘭等[12]對北疆4月一次雨雪轉換過程進行分析得出，中低層溫度變化是預報降水相態(tài)轉換的關鍵因子和指標。李進等[13]通過對2008～2018年資料進行分析，得出杭州降雪地面至500 hPa的溫度條件，高曉梅等[5]低于5 ℃為萊州灣發(fā)生冷流降雪的地面2 m溫度閾值。

許美玲[14]等對云南降雪的大氣環(huán)流形勢作了系統(tǒng)的分析，將云南降雪環(huán)流分為北脊南槽型、北橫槽有南支槽型等類型，并對水汽條件、動力條件、熱力條件、大氣層結等作了分析，紅河州降雪的大氣環(huán)流背景、物理量場、大氣層結條件基本符合上述特征，在此不作分析。

在《昆明準靜止鋒》一書中，段旭等[15]對云南降雪的0 ℃層高度、500 hPa溫度、700 hPa溫度、地面氣溫、500～700 hPa位勢厚度等指標進行了分析，并建立了昆明降雪預報方程。參照文獻[15]的方法，對紅河州降雪的氣象要素進行分析，找出各要素的降雪指標，并建立蒙自降雪預報方程，提高降雪預報的針對性和準確率。

1 紅河州降雪時空分布特征

1980～2018年39年間，共32年122天出現(xiàn)降雪，平均每年3.8天，出現(xiàn)降雪日數(shù)最多的是1992年，有11天，2000年以來，降雪日數(shù)最多的是2018年，有9天。1984、1996、1998、2001、2006、2009、2017年未出現(xiàn)降雪。

從影響范圍來看，一天內降雪范圍最大的出現(xiàn)在2016年1月24日，有11縣市出現(xiàn)降雪(除河口縣、元陽縣外)，同時10站出現(xiàn)降雪的有4天，9站2天，8站1天，6站1天，4站7天，3站7天，2站22天，1站77天。出現(xiàn)最多的為1站，占63.1%，其次為2站，占18%，3站以上加起來僅占18.9%。

從各站點39年降雪總日數(shù)(圖1)來看，瀘西降雪日數(shù)最多，有107天，每年3天左右，其次為彌勒、個舊，分別為39天、32天，每年一天左右，建水、屏邊14天，2～3年出現(xiàn)一天，蒙自、石屏、綠春則4年左右出現(xiàn)一天，金平、開遠則6年左右出現(xiàn)一天，紅河39年只出現(xiàn)了3天，河口、元陽站點從未出現(xiàn)過降雪。

圖1 紅河州各縣市39年總降雪日數(shù)(單位：d)

之所以出現(xiàn)這樣的分布特征，是由于在相同的大氣環(huán)流背景下，是否出現(xiàn)降雪主要取決于站點高空和近地面的氣溫分布情況。瀘西位于紅河州的最東北角，受冷空氣影響最頻繁，同時海拔較高(1 704.3 m)，近地面氣溫較低，在高空條件滿足時，更容易形成降雪。同樣位于東部的彌勒、屏邊受冷空氣影響日數(shù)也較多，但降雪日數(shù)卻較瀘西少得多。彌勒降雪日數(shù)卻只有瀘西的三分之一，主要是由于彌勒海拔僅有1 415.5 m，比瀘西低300 m左右。屏邊則由于海拔較低(1 414.1 m)和緯度偏南的緣故，只有瀘西的十分之一。而稍偏西的個舊雖然受靜止鋒影響的日數(shù)相對較少，但由于海拔較高，有1 720.5 m，出現(xiàn)降雪的日數(shù)反而相對較多。

2 降雪天氣系統(tǒng)、特征等溫線

陶云等[16]對云南省1981～2013年降雪過程的環(huán)流特征分析表明，南支槽是產生云南大范圍雨雪天氣的重要系統(tǒng)之一。分析39年間3站以上的16次降雪過程發(fā)現(xiàn)，除了強冷空氣外，其中15次過程高空均有南支槽東移，南支槽是紅河州出現(xiàn)較大范圍降雪的重要條件。同樣，通過分析39年的所有出現(xiàn)降雪的過程發(fā)現(xiàn)，850 hPa 4 ℃線和700 hPa0 ℃線壓過的地區(qū)容易出現(xiàn)降雪，降雪前沿與這兩條等溫線高度吻合(圖2)。

圖2 紅河州降雪主要環(huán)流形勢與特征等溫線示意圖

3 氣象要素統(tǒng)計特征

除去常用的850 hPa、700 hPa溫度指標，張瑾文[17]等指出，降水的相態(tài)還取決于0 ℃層高度(H0)和500 hPa與700 hPa的位勢高度差等，下面對與降水相態(tài)相關的氣象要素進行統(tǒng)計。

3.1 地面最低氣溫

對出現(xiàn)降雪的11個縣市日最低氣溫進行分析，繪制箱線圖(圖3)?？梢钥闯?，大部分縣市出現(xiàn)降雪的氣溫區(qū)間比較大，瀘西、彌勒甚至低于4.4 ℃就可能出現(xiàn)降雪，其次為建水、金平、開遠3.4～3.9 ℃，最低為石屏1.6 ℃，其余縣市在1.9～2.5 ℃。

圖3 各縣市降雪日最低氣溫箱線圖(單位： ℃)

各縣市的75%分位在0～3 ℃，最高為金平2.85 ℃，最低為石屏0.4 ℃，25%分位在-2～0 ℃，最高為開遠0 ℃，最低為個舊、屏邊-1.7 ℃。大部分縣市的50%分位在0～1 ℃。

3.2 蒙自地面、高空要素統(tǒng)計特征

紅河州境內只有蒙自有探空站，對蒙自2 ℃以下的降雨、降雪日最低氣溫繪制箱線圖(圖4a)，由圖可以看出，在1.0 ℃附近降雨和降雪出現(xiàn)的概率均較大，1.0 ℃以上出現(xiàn)降雨的可能性增大，1.0 ℃以下主要為降雪，降雪的中位數(shù)為0.2 ℃，降雨的中位數(shù)為0.98 ℃。

圖4 a蒙自降雪、降雨日最低氣溫箱線圖(單位： ℃)b蒙自降雪高空氣溫箱線圖(單位： ℃)

對蒙自出現(xiàn)降雪的9次過程中500 hPa、700 hPa、850 hPa氣溫進行分析，繪制箱線圖(圖4b)可以看出，500 hPa氣溫在-10 ℃以下，700 hPa和850 hPa集中在0 ℃以下，且中位數(shù)均為-2 ℃，兩個層次出現(xiàn)降雪的最高氣溫均為1 ℃。

分析9次降雪過程中蒙自500 hPa與700 hPa以及700 hPa與850 hPa位勢高度差發(fā)現(xiàn)，500～700 hPa位勢高度差集中在260～267位勢什米，而700～850 hPa位勢高度差則集中在151～155位勢什米，零度層高度都在850 hPa以下。

3.3 蒙自降雪方程

選取1980～2018年的降水樣本，采用降雪TS評分最高的原則確定每個物理量的閾值。初步選定的物理量及閾值、評分見表1，由于500 hPa溫度TS評分太低(空報太多)以及0 ℃層高度判據(jù)為H0≤850 hPa，與850 hPa氣溫判據(jù)重合，在此不予考慮。

表1 蒙自物理量降雪判據(jù)及評分

由表1可以看出，地面最低氣溫TS評分最高，其次為700～850 hPa位勢厚度、850 hPa溫度。用權重線性法(1)式，對每個單一的判據(jù)給予不同的權重，建立蒙自降雪的綜合判據(jù)。

(1)

wk=TSk/(TS+漏報+空報)

(2)

根據(jù)式(1)和式(2)，得到綜合判據(jù)方程。規(guī)定單一判據(jù)判定yk雪時取1，否則為0，按歷史擬合率(TS評分)最高位原則，可確定綜合判據(jù)的臨界值YC，當y≥YC時，預報降水相態(tài)為雪，否則為雨。

按上述思路，對表1的6個物理量降雪判據(jù)進行不同的組合試驗，最后得到由850 hPa溫度、地面日平均氣溫、地面日最低氣溫組合的綜合判據(jù)降雪的歷史擬合率最高，其綜合判據(jù)方程為：

y=0.43Tmin+0.33T85+0.24Ta

(3)

臨界YC取0.33，當y≥0.33時預報降雪，否則預報降雨，TS評分達到了81%，高于各單一判據(jù)。

利用方程對蒙自2019年、2020年冬季、2021年1月、2月達到其中一項指標的共16天的降水相態(tài)進行預報檢驗，對于其間2次降雪、13次降雨均作出了準確預報，空報1次降雪，準確率93.8%。

4 結論與討論

(1)1980～2018年39年間，紅河州共32年122天出現(xiàn)降雪，平均每年3.8天。一天內降雪范圍最大有11縣市出現(xiàn)降雪(除河口、元陽外)，出現(xiàn)最多的為1站，占63.1%，其次為2站，占18%，3站以上加起來僅占18.9%。

(2)瀘西降雪日數(shù)最多，有107天，每年3天左右，彌勒、個舊每年一天左右，建水、屏邊2～3年出現(xiàn)一天、蒙自、石屏、綠春4年左右出現(xiàn)一天，金平、開遠6年左右出現(xiàn)一天，紅河39年只出現(xiàn)了3天，河口、元陽站點從未出現(xiàn)過降雪。

(3)南支槽是紅河州出現(xiàn)大范圍降雪的重要條件，850 hPa 4 ℃線和700 hPa 0 ℃線壓過的地區(qū)容易出現(xiàn)降雪。

(4)各縣市出現(xiàn)降雪的近地面最低氣溫在1.6～4.4 ℃。

(5)蒙自出現(xiàn)降雪時，500 hPa氣溫在-10 ℃以下，700 hPa和850 hPa集中在0 ℃以下，兩個層次出現(xiàn)降雪的最高氣溫均為1 ℃。500～700 hPa位勢高度差集中在260～267位勢什米，700～850 hPa位勢高度差集中在151～155位勢什米，零度層高度都在850 hPa以下。