2021年2月黃河中下游兩次暴雪的相態(tài)轉換特征及成因

鄭麗娜，李恬，孫騫，田雪珊

(濟南市氣象局，山東 濟南 250102)

引言

暴雪是北方冬季重要的災害性天氣之一，而大范圍連續(xù)的降雪天氣往往使交通癱瘓、電力和通信中斷，嚴重影響人們的正常生活，給社會經(jīng)濟造成巨大損失。對于暴雪或持續(xù)性降雪過程的形成原因，氣象學者[1-6]從大的環(huán)流背景、影響系統(tǒng)、機理原因及預報著眼點等方面進行了研究，取得了很多有益的研究成果。例如，針對華北暴雪，冷鋒、華北錮囚鋒、溫帶氣旋與地面倒槽等被認為是主要的地面影響系統(tǒng)[7-9]，且不同影響系統(tǒng)產生的降雪強度以及給當?shù)貛淼臑暮Τ潭纫膊煌?。針對東北暴雪，影響系統(tǒng)更多的是氣旋冷鋒型和回流型[10]。朱蕾等[11]總結了新疆兩次極端暴雪天氣過程，指出高空槽、切變線與低空氣流的相互配合是產生暴雪天氣的主要原因。羅布堅參等[12]則分析了青藏高原3次暴雪過程，指明南支槽是其主要的影響系統(tǒng)。可見，不同的地域，造成暴雪的主要影響系統(tǒng)不同。即使同一地域，同一類天氣系統(tǒng)，比如高空槽，由于其所處的位置、強度、經(jīng)向度及所配合的槽前西南氣流不同，也會在天氣事件中產生不同的作用。本文分析2021年2月下旬在黃河中下游出現(xiàn)的兩次暴雪天氣過程，其大尺度天氣系統(tǒng)基本相似，但是其產生的降水相態(tài)卻存在差異。為什么會產生這種現(xiàn)象，將是分析的重點。

2021年2月下旬，由于近地層氣溫回升，中緯度地區(qū)降水相態(tài)的演變成為該時段預報中的難點。對于降水相態(tài)的判別，許多研究人員[13-15]從低層溫度因子入手給出不同的指標。THéRIAULT et al.[16]研究認為溫度廓線0.5 ℃的偏差就能引起降水相態(tài)變化，而引起溫度層結變化的原因非常復雜，加強對溫度層結變化機制的理解和認識對做好降水相態(tài)預報非常重要。LACKMANN et al.[17]研究了低層逆溫層結中凍結和融化作用對降水相態(tài)的影響。KAIN et al.[18]應用簡化的公式估算雪花在融化過程中的非絕熱冷卻作用對相態(tài)轉變的影響。翟亮等[19]對北京2016年初雪過程進行溫度平流分析，指出暖平流偏強導致零度層高度下降慢，從而導致降雪量實況比預報偏小。這些研究重點分析了近地層的溫度變化或者溫度平流作用，說明這兩個因素是相態(tài)轉換的關鍵，那么在2021年2月下旬這兩次暴雪中這兩個因素又是如何影響了相態(tài)的轉換呢？因此，利用歐洲中期天氣預報中心(European Centre for Medium-Range Weather Forecasts, ECMWF)ERA5再分析資料、地面自動氣象站逐小時觀測和每日兩次常規(guī)高空資料、雙偏振多普勒天氣雷達資料、濟南站微波輻射計資料等對2021年2月下旬黃河中下游兩次暴雪過程中的相態(tài)演變及形成機理進行分析。文中所用時間均為北京時。

1 資料介紹

選取黃河中下游地區(qū)(34°～40°N，107°～122°E)442個國家級地面氣象觀測站逐時降水資料；Micaps提供的降水時段高空、地面資料；歐洲中期天氣預報中心提供的第五代再分析數(shù)據(jù)，分辨率為0.25°×0.25°，垂直方向從1 000 hPa到10 hPa共16層，要素包括風場、溫度等。文中還使用了濟南站的雙偏振多普勒天氣雷達及微波輻射計資料。濟南的CINRAD/SA雷達是2019年5月29日完成的雙偏振(CINRAD/SA-D)技術升級并通過現(xiàn)場測試，作為國內比較早進行雙偏振升級改造的業(yè)務組網(wǎng)雷達之一，進行了雙偏振技術升級數(shù)據(jù)的可靠性及穩(wěn)定性的評估檢驗。另外，濟南安裝的微波輻射計是國產QFW-6000型，該儀器采用并行測量技術體制，具有天頂觀測和邊界層掃描兩種觀測模式，V波段(51～59 GHz)和K波段(22～31 GHz)各有8個通道，溫度和濕度數(shù)據(jù)的時間分辨率為5 min，從地面至10 km內共有53層，2 km以下分辨率為100 m，2～10 km的分辨率為250 m。該型號微波輻射計對廓線的反演算法是依據(jù)L波段雷達探空點的歷史探空數(shù)據(jù)，且L波段探空數(shù)據(jù)的垂直分辨率較高，所以結合L波段探空資料進行微波輻射計反演數(shù)據(jù)的可用性分析是較好的選擇[20]?；诓煌鞖猬F(xiàn)象對該儀器反演要素精度的檢驗，整體上其反演的溫度、水汽密度等的偏差較小，可以近似作為實況使用[21]。

2 過程概況

2.1 雨雪天氣概況

2021年2月24—25日(簡稱“過程Ⅰ”)，黃河中下游地區(qū)出現(xiàn)了一次明顯的暴雪天氣過程。從圖1a中可以看到，降水量大值區(qū)主要在山西南部、河南北部與山東的中南部，最大降水出現(xiàn)在山東省巨野縣(菏澤東北方向60 km處)，降水量為50.4 mm，如此強的降水在這個季節(jié)實屬罕見。以山東為例，2月下旬歷年平均降水量為3 mm左右，而這次過程山東省平均降水量為15 mm，降水明顯偏多。過程前期黃河下游地區(qū)氣溫大都在5 ℃上下，降水相態(tài)是雨，過程后期隨著氣溫下降轉為雪。結合積雪深度來看，黃河下游強降水區(qū)的積雪深度大多在5 cm以上，更有地區(qū)積雪深度達10 cm以上。依據(jù)中國氣象局預測減災司下發(fā)的《中短期天氣預報質量檢驗辦法(試行)》中規(guī)定，在北方雨夾雪總量值達10.0 mm且雪深≥10 cm計暴雪，可見這次發(fā)生在黃河中下游地區(qū)的天氣屬于一次大雪到暴雪過程。

時隔2 d后，2021年2月28日—3月1日(簡稱“過程Ⅱ”)，黃河中下游地區(qū)又出現(xiàn)一次強降水過程。這次主要降水區(qū)位于山東中部及河北南部，最大降水出現(xiàn)在壽光市(濰坊西側)，為36.4 mm。過程前期部分地區(qū)降水相態(tài)也以雨為主，后期轉為雪。由積雪深度來看，山西與陜西的北部出現(xiàn)了5～10 cm的積雪，雪量也達到大雪到暴雪量級(圖1b)。

綜上，這兩次雨轉暴雪過程均發(fā)生在2月下旬，過程降水量均較常年明顯偏多。相較而言，過程Ⅱ的降水量較過程Ⅰ略小，其降雪區(qū)域較過程Ⅰ偏北2～3緯距，降雪的范圍、雪量較過程Ⅰ偏小，最大降水中心較過程Ⅰ偏東。

2.2 雨雪相態(tài)分布及轉換特征

過程Ⅰ與過程Ⅱ均發(fā)生在黃河中下游地區(qū)，均存在降水相態(tài)轉換。圖2a給出了過程Ⅰ相態(tài)轉換區(qū)域示意圖，可以看到：這次過程山東以西大部分地區(qū)的降水相態(tài)是雨轉雪，山西南部與河北南部是雨夾雪或雪，山東大部與陜西中南部是雨轉雪再轉雨，山東臨沂以南是雨。選取降水相態(tài)轉換頻繁的濟南站來觀察相態(tài)的具體演變(表1)。濟南站在24日23:00氣溫是3 ℃，降水相態(tài)是雨；25日00:00氣溫為1 ℃，降水相態(tài)是雨夾雪；01:00氣溫為0.6 ℃，降水相態(tài)是雪；06:00氣溫回升到0.8 ℃時，降水相態(tài)又轉為雨夾雪；07:00氣溫升至0.9 ℃，降水相態(tài)轉為雨。

過程Ⅱ也存在降水相態(tài)的轉換，從圖2b中可以看到：陜西西部降水相態(tài)是雪或雨夾雪，黃河以北的大部地區(qū)是雨轉雪，黃河以南是雨。針對這次過程仍以濟南站為代表站觀察其相態(tài)的轉換(表1)，3月1日01:00，濟南站氣溫為4 ℃時，降水相態(tài)是雨，當氣溫降為2 ℃時，降水相態(tài)是雨夾雪，氣溫降至1 ℃時，降水相態(tài)轉為雪。

表1 兩次暴雪過程中14:00—次日11:00的溫度與降水相態(tài)演變Table 1 Evolution of temperature and precipitation phase from 14:00 BST to 11:00 BST the next day during two snowstorms

圖2 2021年2月24—25日(a)與2月28日—3月1日(b)黃河中下游的降水相態(tài)轉換區(qū)域示意圖(藍色區(qū)域為雨轉雪，網(wǎng)格區(qū)域為雨轉雪再轉雨，黃色豎線區(qū)域為雪或雨夾雪，綠色區(qū)域為雨)Fig.2 Areas of phase transition over the middle and lower reaches of the Yellow River from 24 to 25 February (a) and from 28 February to 1 March (b) 2021 (blue area for transition from rain to snow, grid area for transition from rain to snow and to rain again, yellow area in vertical lines for snow or sleet, green area for rain)

通過以上分析可知，兩次過程存在著共同點：均發(fā)生在2月下旬的黃河中下游地區(qū)；降水量均較大，明顯超過常年均值；均存在降水相態(tài)的轉換，部分地區(qū)達到大雪到暴雪量級。不同點表現(xiàn)為：過程Ⅰ的降水區(qū)位置較過程Ⅱ偏南2～3緯距，大到暴雪的范圍較后者廣；過程Ⅰ中的降水相態(tài)更復雜，存在雨轉雪又轉雨的區(qū)域。由濟南站的降水演變可以看出：過程Ⅱ較過程Ⅰ降水持續(xù)時間長；過程Ⅰ中，濟南站氣溫在1 ℃時降水相態(tài)是雨，而在過程Ⅱ中氣溫在1 ℃時降水相態(tài)是雪。

3 雨雪相態(tài)分布的環(huán)流特征

2021年2月24日20時(圖3a)，歐亞大陸500 hPa中緯度為緯向環(huán)流，有弱的短波槽沿偏西氣流東移，高空槽位于河套—四川一線，槽后為降溫區(qū)(24 h最大變溫為-2.0 ℃)，存在風速達20 m·s-1的西北風與之配合，槽前有西南氣流發(fā)展。700 hPa自中南半島有強勁的低空急流向北延伸至黃河下游，最大急流中心強度達22 m·s-1，在低空急流附近有大片的t-td≤2 ℃的高濕區(qū)。850 hPa低渦中心位于四川境內，自低渦向東北方向伸展的倒槽中有切變線存在，可達山東西南部。此時，地面圖(圖3c)上，倒槽向北伸展到河套南部，河套北部處于東北低壓底部，黃河中下游恰處于東南風與西北風交匯的區(qū)域，黃河北岸以雪為主，以南以雨為主。夜間，隨著冷空氣的擴散南下，黃河南岸的部分地區(qū)降水相態(tài)逐漸轉為雪或雨夾雪。25日08時，除山東外，其余地區(qū)的降水基本結束，而山東大部地區(qū)降水相態(tài)又由雪轉為雨。2021年2月28日20時(圖3b)的大尺度環(huán)流形勢與24日20時相近，500 hPa中緯度也為弱的短波槽，槽后的最大西北風速為28 m·s-1，也配合有降溫區(qū)(24 h最大變溫為-7.2 ℃)；700 hPa有向黃河下游伸展的低空急流(急流中心強度達30 m·s-1)與高濕區(qū)；850 hPa有自四川向北伸展的切變線、倒槽。地面圖(圖3d)上，黃河中下游地區(qū)南部為倒槽，北部位于華北低壓底部。河北以西的黃河北岸為降雪區(qū)，黃河以南及山東、河北的大部地區(qū)為雨區(qū)。夜間，隨著冷鋒攜帶的冷空氣快速南下影響河北、山東等地，降水相態(tài)由雨轉為雪。

圖3 2021年2月24日20時(a、c)與28日20時(b、d)天氣系統(tǒng)配置圖(a、b中，黑線為500 hPa等高線，點線為850 hPa等高線，藍色箭頭表示500 hPa冷空氣，綠色箭頭表示700 hPa低空急流，棕色線為500 hPa槽線，雙線表示850 hPa切變線，藍色區(qū)域表示500 hPa降溫區(qū)，綠色區(qū)域表示700 hPa高濕區(qū)；c、d中，黑線為等壓線，藍色豎線區(qū)域表示6 h降雪區(qū)，綠色區(qū)域表示6 h降雨區(qū))Fig.3 Configuration maps of synoptic systems at 20:00 BST 24 (a/c) and 20:00 BST 28 (b/d) February 2021 (in Fig.3a and Fig.3b, black line for contour line at 500 hPa, dotted line for contour line at 850 hPa, blue arrow for direction of cold air at 500 hPa, green arrow for jet stream at 700 hPa, brown line for trough line at 500 hPa, double line for shear line at 850 hPa, blue area for cooling area at 500 hPa, green area for high humidity at 700 hPa; in Fig.3c and Fig.3d, black line for isobar, blue area in vertical lines for 6-h snowfall area, green area for 6-h rainfall area)

綜上，兩次過程的大尺度環(huán)流背景基本一致，高空的影響系統(tǒng)均為高空槽、切變線與低空急流。地面圖上，均受南方倒槽與北方低壓的共同影響。正是因為影響系統(tǒng)的基本一致，才使得兩次過程在產生的天氣現(xiàn)象方面存在許多共性，表現(xiàn)為多于常年的降水量，大范圍的降水區(qū)，存在著相態(tài)轉換等。同時，由于影響系統(tǒng)強度、位置的差異，導致降水落區(qū)、降水強度的些許差異，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：①過程Ⅰ中850 hPa控制華北地區(qū)的是一個高壓壩，低空急流向北到達的位置較過程Ⅱ偏南，因而過程Ⅰ中的主要降水區(qū)較過程Ⅱ偏南2～3個緯距。②過程Ⅰ中700 hPa低空急流與850 hPa倒槽的位置均較過程Ⅱ偏西，所以過程Ⅰ中的降水中心偏西，而過程Ⅱ中的偏東。③由冷空氣的強度來看，過程Ⅰ中500 hPa槽后冷空氣勢力較過程Ⅱ中的偏弱，過程Ⅰ中冷空氣以擴散南下的形式影響黃河中下游地區(qū)，而過程Ⅱ中，冷空氣配合著冷鋒快速南下，因而過程Ⅱ中的相態(tài)轉換不及過程Ⅰ中的復雜。這也提醒預報員在利用相似個例做預報時需要關注天氣系統(tǒng)的位置、強度等的差異，進而對降水落區(qū)、強度進行調整。

4 雨雪相態(tài)分布及轉換的要素特征

4.1 雨雪相態(tài)分布的溫度特征

2月24日20時，黃河中下游出現(xiàn)降水，同一時刻表現(xiàn)為雪、雨夾雪與雨三種相態(tài)并存，配合高精度地形圖(圖4a)可以發(fā)現(xiàn)，在山區(qū)及靠近山區(qū)的地區(qū)，降水相態(tài)是雪或雨夾雪，其余地區(qū)多以雨為主。據(jù)統(tǒng)計，山區(qū)2 m 溫度小于0 ℃時，降水相態(tài)是雪或雨夾雪；河北南部與河南北部的平原地區(qū)2 m 溫度小于1 ℃時，降水相態(tài)是雪，2 m 溫度大于2 ℃時，降水相態(tài)是雨。當2 m溫度在1～2 ℃之間時，平原地區(qū)降水相態(tài)為雨或雨夾雪，當2 m溫度在0～1 ℃之間時，會出現(xiàn)雪與雨夾雪并存。2月28日20時降水開始時，如圖4b所示的山區(qū)多為雪或雨夾雪，其余地區(qū)則以雨為主。地面2 m 溫度的演變特征是山區(qū)2 m 溫度小于1 ℃時，降水相態(tài)是雪或雨夾雪，當2 m溫度小于0.5 ℃時，降水相態(tài)多為雪。另外，過程Ⅰ中1 000 hPa溫度為0～2 ℃時會出現(xiàn)雨、雨夾雪與雪并存，其溫度越接近0 ℃，降純雪的概率越大；925 hPa 的溫度小于-3 ℃時，90%的測站降水相態(tài)是雪，其溫度在-2～0 ℃之間時，會出現(xiàn)雨、雨夾雪與雪并存。過程Ⅱ的前期(圖4b)，山區(qū)以雪或雨夾雪為主，因為山區(qū)海拔高度超過925 hPa，當?shù)貨]有探空數(shù)據(jù)，故只能用地面2 m的溫度來判斷降水相態(tài)。在平原地區(qū)，1 000 hPa與925 hPa的溫度在相態(tài)轉換中的特征基本與過程Ⅰ一致。

圖4 2021年2月24日20時(a)與28日20時(b)6 h降水區(qū)及高精度地形圖(白色區(qū)域為降雪區(qū))Fig.4 Distribution of 6-h precipitation area and high-precision topographic map at 20:00 BST 24 (a) and at 20:00 BST 28 (b) February 2021 (white area for snowfall area)

圖5給出了兩次過程降水相態(tài)轉換時刻的溫度平流。從圖5中可以看到，過程Ⅰ中，黃河中下游地區(qū)近地層的冷平流主要位于40°N以北，與冷平流配合的風場偏弱，濟南以南的大部地區(qū)處于暖平流之中，因而河北北部與山東西北部降水相態(tài)是雪，而濟南以南多為雨夾雪或雨為主。過程Ⅱ中，黃河中下游近地層的冷平流勢力較過程Ⅰ明顯偏強，冷平流0 ℃線伸至40°N附近，與冷平流配合的北風勢力強盛，隨著冷空氣的南侵，黃河中下游地區(qū)的降水相態(tài)轉為雪。

圖5 2021年2月25日02時(a—c)與3月1日02時(d—f)925 hPa(a、d)、1 000 hPa(b、e)與地面(c、f)溫度平流(色階，單位：10-4℃·s-1)與風場(風矢，單位：m·s-1)(三角形表示濟南的位置)Fig.5 Temperature advection (color scale, units: 10-4℃·s-1) and wind field (wind vector, units: m·s-1) at 925 hPa (a/d), 1 000 hPa (b/e), and surface (c/f) at 02:00 BST 25 February (a-c) and 02:00 BST 1 March (d-f) 2021 (triangle for location of Jinan)

4.2 雨雪相態(tài)轉換的溫度特征

過程Ⅰ中，山東的大部地區(qū)在2月25日清晨出現(xiàn)由雪轉雨的相態(tài)逆轉，從地面2 m溫度的變化中可以發(fā)現(xiàn)降水相態(tài)逆轉的地區(qū)在2月25日清晨大都升溫0.5～2.0 ℃，但ECMWF再分析數(shù)據(jù)925 hPa上的溫度幾乎沒有變化，表明地面2 m溫度的升高是此次過程相態(tài)逆轉的關鍵，這與前人[13，22]的研究趨于一致。相態(tài)逆轉多是由對流層低層存在暖平流或溫度日變化升溫造成的[13]。在過程Ⅰ中降水相態(tài)逆轉的時間在凌晨，不存在日變化升溫的原因，那是否是暖平流起的作用呢？研究發(fā)現(xiàn)，2月25日08時925 hPa圖(圖略)上，隨著西南倒槽向東北方向伸展，黃海上空的暖脊明顯向東北方向拱，山東的大部地區(qū)處于暖脊后部，溫度在-1～0 ℃之間。對應地面圖(圖略)上，長江下游的江淮氣旋向東北方向移動，其倒槽向北延伸，與之配合的暖脊控制魯中以南的大部分地區(qū)。此時，山東受倒槽頂端偏東風影響，來自海面的暖濕氣流使得山東大部地區(qū)2 m氣溫升高，因而貼地層的暖平流輸送是造成這次相態(tài)逆轉的根本原因。

為進一步了解濟南上空的要素演變，圖6給出了2021年2月24日20時與28日20時該站的t-lnp圖。從圖6a中可以看到，過程Ⅰ中800～250 hPa，露點線與溫度線近于重合，800 hPa至地面露點線與溫度線分離，表明對流層中高層空氣近于飽和，對流層低層環(huán)境場很干。此時，地面2 m溫度為4 ℃，降水相態(tài)是雨。夜間，當降水粒子自高空降落至800 hPa以下干的環(huán)境時，下落的降水粒子會快速蒸發(fā)，促使環(huán)境場溫度降低，同時加上溫度日變化的原因，最終影響到降水相態(tài)。2021年2月28日20時從地面到高空濕層深厚(圖6b)，降水粒子在近于飽和的環(huán)境中下落，粒子表面蒸發(fā)很少，近地層溫度的升降主要取決于冷暖平流的強度。當近地層溫度接近或低于0 ℃時，降水相態(tài)就會發(fā)生轉換?？梢姡貙迎h(huán)境場的干濕狀況也是影響近地層溫度的一個因素。

圖6 2021年2月24日20時(a)與28日20時(b)濟南t-lnp圖Fig.6 The t-lnp diagram at Jinan at 20:00 BST 24 (a) and at 20:00 BST 28 (b) February 2021

4.3 監(jiān)測資料在雨雪轉換過程中的變化特征

濟南站在降水相態(tài)轉換的過程中，除了近地層溫度符合上述指標外，是否還有其他因素決定這兩次降水相態(tài)的轉換呢？借助濟南微波輻射計數(shù)據(jù)觀察該站上空邊界層內溫度的變化情況(圖略)。過程Ⅰ中，24日白天800 m至地面氣溫明顯高于0 ℃，降水相態(tài)是雨，夜間隨著冷空氣南下氣溫快速下降，25日02時0 ℃層下降至800 m高度，02—05時0 ℃層基本維持在這個高度上。近地面大氣被0 ℃層分為兩部分，其上是冷層(t<0 ℃)，其下是暖層(t>0 ℃)，暖層中氣溫在0～1 ℃間波動，致使該站降水相態(tài)由雨轉雪后又轉雨。過程Ⅱ中，28日夜間冷空氣隨著冷鋒快速南下，濟南站上空氣溫陡降，3月1日05:00氣溫降至0 ℃以下后一直維持負值，所以降水相態(tài)維持雪直至過程結束，說明0 ℃層的快速下降是相態(tài)轉換的一個原因。

圖7給出了兩次過程中濟南站部分雷達產品隨時間的演變。可以看到，2月24日20:00—25日00:00，濟南降水相態(tài)是雨時，反射率因子(Z)強度由20 dBZ升至30 dBZ，同時差分反射率(ZDR)由21:30的0.2 dB升至0.8 dB，相關系數(shù)(CC)的值由0.50升至0.98，差分傳播相移率(KDP)總體也呈現(xiàn)出上升的趨勢。00:00—01:00，降水相態(tài)是雨夾雪，KDP沒有變化，CC由0.98升至0.99，ZDR與Z的值呈下降趨勢。01:00之后，降水相態(tài)轉為純雪，CC的值維持在0.99，其余三個量的曲線均呈波動下降的走勢。06:00前后，降水相態(tài)由雪轉雨，表現(xiàn)最明顯的是ZDR的值快速上升，CC值開始下降。2月28日17:00—3月1日01:30，濟南的降水相態(tài)是雨時，Z值約為35 dBZ，KDP值約為0.2 (°)·km-1，ZDR的值由降雨開始時刻的3.5 dB下降至0.8 dB，CC的值由0.87緩慢上升至0.98。01:30—02:30，降水相態(tài)有短時的雨夾雪，ZDR值略有下降，CC與KDP值變化不大。03:00降水相態(tài)轉為純雪，Z值約在30 dBZ以下，KDP值約為0.15 (°)·km-1，CC的值維持在0.99，ZDR的值在0.2～0.8 dB之間波動。通過以上分析可知：在降雨階段，CC值約在0.98以下，ZDR在0.6 dB以上，KDP值約在0.2 (°)·km-1以上；在降雪階段，CC值在0.98～0.99之間，ZDR值為0.2～0.8 dB，KDR值約在0.2 (°)·km-1以下。但降水相態(tài)由雨轉雨夾雪時，ZDR、CC與KDP值一般變化不大。Z值可以反映降水的強度，對降水相態(tài)指示意義不大。

圖7 2021年2月24日21時—25日06時(a)與2月28日17時—3月1日06時(b)濟南站1.5°仰角雙偏振雷達Z、ZDR、CC、KDP的時間演變Fig.7 Evolution of Z, ZDR, CC, and KDP of dual-polarization radar at 1.5° elevation in Jinan from 21:00 BST 24 to 06:00 BST 25 February (a) and from 17:00 BST 28 February to 06:00 BST 1 March (b) 2021

5 結論

利用常規(guī)資料、地面加密自動氣象站、雙偏振多普勒天氣雷達、微波輻射計、ERA5再分析資料及GPS/MET等多源觀測資料，從大尺度環(huán)流背景、物理量演變及雷達回波特征入手，分析了兩次暴雪過程強降水產生的原因，并剖析了兩次過程中雨雪相態(tài)分布及轉換的特征。主要結論如下：

(1)兩次過程均發(fā)生在黃河中下游地區(qū)，均存在降水相態(tài)的轉換，其中過程Ⅰ存在雨轉雪又轉雨的區(qū)域，表明該過程降水相態(tài)更復雜。過程Ⅰ中降雪的強度、范圍較過程Ⅱ偏大，強降水中心位置較過程Ⅱ偏西、偏南。

(2)兩次過程的天氣尺度影響系統(tǒng)均是高空槽、切變線、低空急流與地面倒槽，但由于這些系統(tǒng)的強度、位置等不同，導致兩次過程的降水落區(qū)與強度略有差異。

(3)在降水相態(tài)轉換的季節(jié)，近地層的溫度變化是判斷相態(tài)轉變的重要指標，尤其是地面2 m氣溫對相態(tài)的轉換有一定的指示性。這兩次過程中：在山區(qū)，當2 m氣溫小于0.5 ℃時，降水相態(tài)多為雪，當氣溫小于1 ℃時，多為雪或雨夾雪并存；在平原地區(qū)，當2 m氣溫在1～2 ℃之間時，降水相態(tài)為雨或雨夾雪，當氣溫為0～1 ℃時，會出現(xiàn)雪與雨夾雪并存。

(4)由雷達回波來看，在降雨階段，CC值約在0.98以下，ZDR在0.6 dB以上，KDP值約在0.2 (°)·km-1以上；在降雪階段，CC值在0.98～0.99之間，ZDR值為0.2～0.8 dB，KDP值約在0.2 (°)·km-1以下。但降水相態(tài)由雨轉雨夾雪時，ZDR、CC與KDP值變化不大。