秦嶺主峰太白山6月積雪考察

雷向杰，田 亮，王毅勇，袁 瀟，高 原

(1.陜西省氣候中心，西安 710014；2.寶雞文理學(xué)院，陜西寶雞 721013；3.眉縣氣象局，陜西眉縣 722300)

秦嶺是中國南北氣候分界線，太白山是秦嶺主峰，氣溫垂直差異明顯，高山區(qū)異常寒冷[1-4]。積雪變化是氣候變化的直接證據(jù)之一，中國氣象局2018年氣候變化專項“陜西秦嶺山區(qū)積雪變化特征及其對氣候變化的響應(yīng)”研究內(nèi)容之一就是研究秦嶺主峰太白山夏季積雪分布和變化情況。描述太白山積雪的歷史文獻(xiàn)較多，但缺少高山區(qū)的觀測數(shù)據(jù)。

近幾年,氣象部門和陜西師范大學(xué)在太白山3 000 m以上山區(qū)先后建立了湯峪1號、文公廟、大文公廟、大爺海等自動氣象監(jiān)測站，連續(xù)監(jiān)測氣溫、降水、濕度、風(fēng)和氣壓等氣象要素，為開展太白山天氣氣候研究提供了數(shù)據(jù)支撐。然而，這些3 000 m以上高海拔自動氣象監(jiān)測站建站時間短，且沒有積雪深度監(jiān)測數(shù)據(jù)和天氣現(xiàn)象觀測；建在縣城附近的氣象站有積雪觀測數(shù)據(jù)，但海拔高度比較低，監(jiān)測的是黃土臺塬和中低山區(qū)的積雪深度。在這樣的情況下，縣城附近氣象站的高山積雪觀測記錄就成了研究太白山高山區(qū)積雪的重要而珍貴的資料。中國氣象局地面觀測規(guī)范規(guī)定[5]，1980年起在全國范圍內(nèi)的氣象站開展高山積雪觀測，氣象觀測員每天觀測氣象站周圍高山上有無積雪，如果有，在觀測簿和觀測報表的紀(jì)要欄記錄高山積雪方位、面積大小等信息。高山積雪記錄只有文字描述，無積雪深度觀測。但是，在高山區(qū)沒有積雪深度觀測數(shù)據(jù)的情況下，高山積雪記錄可為高山積雪研究提供重要依據(jù)，從中可以統(tǒng)計出氣象站觀測范圍內(nèi)高山積雪的起始日期、各時段積雪日數(shù)，年度最長連續(xù)積雪天數(shù)及起止日期等。多個氣象站高山積雪記錄綜合分析還可以得到該區(qū)域典型積雪事件和穩(wěn)定積雪的范圍、持續(xù)時間等特點。高山積雪記錄資料時間序列較長，分析秦嶺山區(qū)高山積雪結(jié)果可填補(bǔ)高山區(qū)研究空白，也可用于衛(wèi)星遙感資料的驗證和參數(shù)修正。

1980—2014年，太白氣象站記錄的高山積雪平均每年153.6 d,其中6月0.2 d；眉縣氣象站記錄的高山積雪平均每年39.5 d,其中6月2.6 d[6-7]。為了驗證氣象站高山積雪觀測記錄分析結(jié)果，分析氣象站高山積雪記錄的可用性，進(jìn)一步了解太白山高山區(qū)6月積雪情況和天氣氣候條件，了解新建高山自動氣象監(jiān)測站環(huán)境，以及高山區(qū)地質(zhì)地貌和植被分布，中國氣象局2018年氣候變化專項“陜西秦嶺山區(qū)積雪變化及其對氣候變化的響應(yīng)”項目組一行6人于2018年6月2—3日對太白山高山區(qū)進(jìn)行了考察。

1 考察路線和結(jié)果

1.1 考察路線

考察路線為眉縣縣城—湯峪鎮(zhèn)—紅樺坪索道站—天圓地方—小文公廟—大文公廟—大爺海—拔仙臺,原路返回。具體過程：2日08：30眉縣氣象局考察氣象站觀測環(huán)境，了解太白山天氣情況；10：00乘車經(jīng)湯峪鎮(zhèn)進(jìn)入太白山，直達(dá)紅樺坪索道站(海拔高度(下同)2 280 m)；11：30乘纜車到達(dá)天圓地方(3 511 m)，開始高山區(qū)考察。11：59從天圓地方向小文公廟行進(jìn)，12：53至小文公廟(3 480 m)；14：45至大文公廟(3 568 m)，考察大文公廟自動氣象監(jiān)測站；17：19至大爺海(3 590 m)，考察大爺海自動氣象監(jiān)測站；18：15登拔仙臺，經(jīng)二爺海、三爺海，19：28登上拔仙臺(3 771.2 m)；19：32從拔仙臺返回，20：06回到大爺海，夜宿大爺海。整個考察期間天氣晴好，能見度高，沿途地形地貌、植被清晰可見，考察組獲取大量圖片資料。

3日清晨天氣晴好，再次考察大爺海后于05：45離開，沿2日來時路線原路返回。08：23前行方向山脊北側(cè)出現(xiàn)烏云，09：25至小文公廟，烏云已至眼前，09：46烏云籠罩山脊；10：06大風(fēng)突起，云霧中帶有濃濃的濕氣和寒意，偶爾有水珠落在臉上。11：30從天圓地方乘索道下山，乘車于12：50回到眉縣縣城，縣城多云天氣。

4日10：18考察眉縣氣象站舊址，10：32至渭河北岸縣城至常興高速入口以西河堤，從河堤遠(yuǎn)距離觀察太白山北坡，10：37經(jīng)高速公路返回。

1.2 考察結(jié)果

1.2.1 拔仙臺附近山體陰坡有積雪 2日13：33，在小文公廟至大文公廟途中發(fā)現(xiàn)前進(jìn)方向左側(cè)山峰陰坡有積雪。目測積雪所處海拔高度在3 300 m～3 500 m之間，呈條斑狀零散分布，類似小型冰川形狀，處于陰坡山溝中(圖1a)。此后前行途中，曾多次看到這處積雪。

圖1 2018-06-02—03太白山兩處冰雪(a，c)和大爺海水面薄冰(b)及路邊正在消融的凍土和小冰柱(d)

1.2.2 清晨大爺海靠近山體一側(cè)水面有薄冰 3日清晨05：33，在大爺海發(fā)現(xiàn)部分水面結(jié)有薄冰。結(jié)冰水面位于靠近山坡一側(cè)(大爺海南側(cè))偏西離岸較近的地方，水淺且有石頭露出水面，冰面以露出水面的石頭為中心，呈輻射狀向四周展開，露出水面石頭較多的地方，冰面連在一起。冰面很薄，目測2 mm左右(圖1b)。遠(yuǎn)離岸邊水較深的地方微風(fēng)吹拂水面，沒有結(jié)冰。

1.2.3 大爺海住宿地下方有冰雪 3日05：45，從大爺海返回，05：59回頭看大爺海，大爺海住宿地(簡易房屋)下方不遠(yuǎn)處山體陰坡，有兩小塊條斑狀分布的冰雪，面積比前面一處小，且冰雪難辨，此處記為積雪(圖1c)。至此，共發(fā)現(xiàn)兩處山體陰坡有積雪。

1.2.4 路邊有正在消融的泥土和小冰柱 3日06：38，從大爺海返回大文公廟途中，發(fā)現(xiàn)路邊幾處在陽光下正在消融的泥土和小冰柱。觀察發(fā)現(xiàn)，這些地方路邊都有水從山體慢慢滲出，形成泥土和很小的水潭。高山氣溫低、晝夜溫差大、泥水日消夜凍，清晨太陽照射后，凍結(jié)的泥土和冰開始消融，因受熱不均為，消融的泥土中有一些小冰柱(圖1d)。

1.2.5 高山區(qū)天氣寒冷多變 3日上午天氣晴好，鄰近中午烏云密布，大風(fēng)突起，空氣中夾雜的水珠直落臉上。而山下湯峪鎮(zhèn)和縣城，2—3日晴間多云天氣，氣溫較高。眉縣氣象站最高氣溫30.1 ℃，最低氣溫15.5 ℃，無降水。

2 資料分析

2—3日在太白山高山區(qū)發(fā)現(xiàn)山體陰坡兩處積雪和路邊正在消融的泥土和小冰柱，大爺海水面薄冰，結(jié)合考察結(jié)果，對考察期間太白山高山區(qū)多個自動氣象監(jiān)測站資料和太白、眉縣氣象站歷史高山積雪記錄資料進(jìn)行分析。

2.1 實時監(jiān)測資料分析

2.1.1 2—3日高山區(qū)天氣寒冷 大爺海氣象站2日05時氣溫-0.2 ℃，3日17—20時連續(xù)4 h氣溫低于0 ℃(19時為-1.4 ℃)；18—20時連續(xù)3 h最高氣溫低于0 ℃(20時為-0.7 ℃)；17—22時連續(xù)6 h最低氣溫低于0 ℃，其中19—21時連續(xù)3 h最低氣溫低于-1.0 ℃。2日00時—3日23時共48 h，最高氣溫僅6.2 ℃，出現(xiàn)在2日18時(圖2)。大文公廟氣象站3日19—20時氣溫均為-0.6 ℃，20時最高氣溫-0.2 ℃，18—21時最低氣溫-0.2～-0.9 ℃(圖2)。氣象監(jiān)測站建在地勢開闊地形相對平坦的地方，大爺海和大文公廟地形平坦地區(qū)天氣寒冷,部分時段具備凍結(jié)條件,山體陰坡山溝和湖泊水面氣溫更低，具備凍結(jié)和積雪條件。

圖2 2018-06-02—03大爺海和大文公廟氣象站逐小時氣溫、降水量變化

2018年6月8日，太白山天圓地方等地降雪，海拔3 213 m的湯浴1號自動氣象監(jiān)測站8日00時到9日00時降水量4.9 mm，8日21時至9日06時連續(xù)10 h氣溫低于0 ℃，9日04時氣溫達(dá)到-1.7 ℃，海拔高度更高的山區(qū)更加寒冷。項目組設(shè)立在紅樺坪索道站的積雪加密觀測點(2 300 m)，8—13日連續(xù)6 d觀測到太白山高山有積雪，眉縣氣象站沒有觀測到高山積雪。

2.1.2 高山區(qū)風(fēng)大、濕度大，天氣多變 從圖3可知，6月2—3日大爺海和大文公廟等高山區(qū)風(fēng)速較大，且日變化幅度大，風(fēng)速變化范圍為0～15 m/s。從1.1和圖3可知，考察組在大文公廟和大爺海考察期間，正好處于當(dāng)?shù)仫L(fēng)速較小的時段。

圖3 2018-06-02—03大爺海和大文公廟氣象站逐小時風(fēng)速變化圖

從圖4可知，大爺海和大文公廟等高山區(qū)空氣相對濕度大，且日變化幅度大，相對濕度變化范圍40%～100%。

圖4 2018-06-02—03大爺海和大文公廟氣象站逐小時相對濕度和水汽壓、露點溫度變化圖

從圖1可知，大爺海和大文公廟2日清晨和3日傍晚都有降水，大爺海2日下午降水。3日中午考察組乘索道下山時，天圓地方開始有微量降水，山下眉縣縣城多云天氣，天氣炎熱，印證了高山區(qū)天氣多變的特點。

2.2 歷史資料分析

氣象站高山積雪觀測記錄說明6月高山區(qū)有積雪。1980—2017年，眉縣氣象站有20 a在6月觀測到太白山高山積雪共86次(d)，其中6 a觀測到連續(xù)3 d或者3 d以上的連續(xù)積雪共7次，2013年6月10—12日、25—28日兩次觀測到高山連續(xù)積雪，高山積雪持續(xù)時間最長的是1997年6月8—13日，持續(xù)6 d(表1)。

表1 眉縣和太白氣象站1980—2017年6月高山積雪出現(xiàn)日期

注:表中—表明該年6月未發(fā)現(xiàn)高山積雪。

1980—2017年，太白氣象站有5 a在6月觀測到太白山西部鰲山地區(qū)高山積雪共8次(d)，1980年1—3日觀測到連續(xù)積雪，也是唯一一次眉縣和太白氣象站同時在6月觀測到3 d或者3 d以上的連續(xù)高山積雪。

秦嶺太白山山區(qū)地形復(fù)雜，氣象站受觀測方位、角度等要素影響，高山上有積雪時氣象站可能觀測不到，氣象站觀測到高山積雪時，高山上一定有積雪。紅樺坪積雪加密觀測點和眉縣氣象站積雪加密觀測記錄統(tǒng)計結(jié)果說明了這一點。2017年12月29日至2018年4月17日，眉縣氣象觀測站出現(xiàn)積雪14 d，觀測到高山積雪32 d，紅樺坪積雪加密觀測點出現(xiàn)積雪27 d，觀測到天圓地方方向高山積雪37 d。眉縣氣象觀測站觀測到高山積雪的32 d中，紅樺坪積雪加密觀測點每天可觀測到高山積雪，另有5 d紅樺坪積雪加密觀測點觀測到高山積雪而眉縣氣象站沒有觀測到高山積雪。

3 結(jié)論和討論

(1)6月1—4日考察過程沒有遇到明顯降水，大部分時間天氣晴好,能見度高，考察組清晰地看到積雪、結(jié)冰和凍土、地質(zhì)地貌和植被，獲取了一些有價值的資料，達(dá)到考察目標(biāo)。

(2)考察和氣象監(jiān)測資料證實太白山氣候垂直差異大，太白山“十里不同天，一日歷四季”“朝辭盛夏酷暑天，夜宿嚴(yán)冬伴雪眠”“山腳盛夏山嶺春，山麓艷秋山頂寒”名副其實。

(3)考察結(jié)果和監(jiān)測資料說明氣象站高山積雪觀測記錄代表性好，珍貴可用。

致謝：眉縣氣象局聶義軍、岳宏偉為考察和加密觀測工作提供建議和支持，陜西師范大學(xué)肖舜副教授提供部分氣象觀測資料,寶雞文理學(xué)院周旗教授參加考察并給予指導(dǎo),喬旭霞主編對報告提出寶貴修改意見，在此表示衷心感謝！