青海高原降水相態(tài)轉(zhuǎn)換特征及預(yù)報(bào)指標(biāo)分析

李金海 馬元倉 管琴 黃甜甜

（1 青海省防災(zāi)減災(zāi)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，西寧 811000；2 青海省氣象臺，西寧 811000）

0 引言

青海省位于青藏高原東北部，全省平均海拔＞3000 m，河湟谷地海拔2000 m左右，青南地區(qū)平均海拔＞4000 m，海拔高度跨度大。從氣候上看，青海屬于高原大陸性氣候，年平均氣溫－5.7～8.5 ℃，祁連山區(qū)、青南高原年平均氣溫＜0 ℃[1]，春秋季節(jié)冷暖空氣活動頻繁，溫度變化常常導(dǎo)致降水相態(tài)轉(zhuǎn)換。不同的降水相態(tài)導(dǎo)致相同降水量的量級差別很大，例如24 h降水量10 mm，對應(yīng)的相態(tài)為雨時(shí)，降水量級為中雨，相態(tài)為雪時(shí)，則為暴雪[2]。不同相態(tài)降水對工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、居民生活影響不同，政府防御重點(diǎn)不同。強(qiáng)降水需防范局地誘發(fā)的洪澇，強(qiáng)降雪則需要防范道路結(jié)冰對交通、生活的影響，以及持續(xù)降雪對設(shè)施農(nóng)業(yè)、畜牧業(yè)等的不利影響，例如2019年春季青南地區(qū)的雪災(zāi)影響范圍廣、牧民損失慘重。因此青海高原的降水相態(tài)預(yù)報(bào)與居民生產(chǎn)生活及政府防災(zāi)減災(zāi)緊密聯(lián)系。

近年來，我國氣象工作者在東部地區(qū)開展了較多的降水相態(tài)研究。部分學(xué)者通過一次或幾次個(gè)例分析，總結(jié)得出不同氣壓層的不同溫度條件或厚度條件下的降水相態(tài)成因，獲得識別相態(tài)的判據(jù)[3-6]，并根據(jù)不同過程指出非絕熱加熱[7]、低層冷平流[8-9]造成的低層降溫是降水相態(tài)轉(zhuǎn)換的根本原因。也有一些研究者通過統(tǒng)計(jì)不同氣壓層的溫度，采用箱線圖分析、閾值分析等方法，分析實(shí)況探空和地面觀測資料獲得相態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)溫度閾值或關(guān)鍵指標(biāo)[10-13]。西部高原地區(qū)雨雪轉(zhuǎn)換頻次多，但相態(tài)轉(zhuǎn)換研究較少。張俊蘭等[14]、祝小梅等[15]歸納了北疆地區(qū)降水相態(tài)轉(zhuǎn)換預(yù)報(bào)的中低層溫度指標(biāo)。保廣裕等[16]指出500 hPa、400 hPa、300 hPa大氣厚度可以作為青海公路沿線降水相態(tài)預(yù)報(bào)的指標(biāo)。管琴等[17]通過中尺度數(shù)值模式模擬了一次降雪過程，指出青海東部地區(qū)降水相態(tài)變化的主要原因是由于0 ℃層高度的迅速下降。以上研究表明，溫度是造成降水相態(tài)轉(zhuǎn)變的最根本原因，但在統(tǒng)計(jì)過程中有一定的缺陷：1）選取降水相態(tài)發(fā)生前與發(fā)生后的整點(diǎn)地面2 m溫度做閾值統(tǒng)計(jì)，不能夠精確地刻畫相態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)的地面2 m溫度；2）全國探空站點(diǎn)較少，時(shí)空分辨率較差，不能有效地代表臺站上空的大氣狀況；3）對于地形復(fù)雜的地區(qū)，海拔差異較大，同一種指標(biāo)不能代表所有區(qū)域，根據(jù)海拔分區(qū)研究是有必要的。本文通過分析青海高原地面觀測資料、ERA-Interim資料，對青海高原降水相態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)空分布特征、預(yù)報(bào)指標(biāo)開展了分區(qū)研究與驗(yàn)證，提出定量的溫度預(yù)報(bào)指標(biāo)，為業(yè)務(wù)預(yù)報(bào)提供參考依據(jù)。

1 資料與方法

本文實(shí)況資料為2006—2020年青海省50個(gè)國家級地面臺站質(zhì)量控制后的觀測資料，包括天氣現(xiàn)象、整點(diǎn)氣溫等，篩選出雨與雨夾雪轉(zhuǎn)換樣本1738站次、雨夾雪與雪轉(zhuǎn)換樣本1159站次。不同降水相態(tài)對應(yīng)的天氣現(xiàn)象編碼如表1所示。

表1 雨、雨夾雪與雪對應(yīng)的天氣現(xiàn)象編碼Table 1 Weather phenomenon code of rain, sleet and snow

再分析資料來源于歐洲中期天氣預(yù)報(bào)中心的ERA-Interim資料，空間分辨率為0.75°×0.75°，時(shí)間分辨率為6 h，包含37層氣壓、溫度、位勢高度等要素。觀測資料驗(yàn)證表明，該資料的溫度產(chǎn)品在中國或高原地區(qū)的可靠性優(yōu)于其他再分析資料[18-19]。

本文采用線性假設(shè)的方法開展資料插值。為保證正確性，對地面觀測資料進(jìn)行了篩選，剔除以下樣本：同1 h內(nèi)發(fā)生兩次轉(zhuǎn)換的資料（如雨轉(zhuǎn)雨夾雪后再轉(zhuǎn)雨），降水時(shí)間＜0.5 h的陣性降水資料。假定溫度要素呈線性變化，且隨高度（時(shí)間）單調(diào)遞增或遞減，在已知坐標(biāo)（x0，y0）與（x1，y1）的情況下，可應(yīng)用線性插值，獲得[x0，x1]區(qū)間內(nèi)某一位置x在直線上的值y，則有公式：

針對ERA-Interim資料，應(yīng)用雙線性插值方法將ERA-Interim資料由格點(diǎn)數(shù)據(jù)插值成站點(diǎn)的高度、溫度、氣壓探空資料，同樣應(yīng)用線性插值方法得到0 ℃、－5 ℃、－10 ℃、－20 ℃溫度層的高度。本研究中的0 ℃、－5 ℃、－10 ℃、－20 ℃溫度層的高度特指距離地面的高度，因此在統(tǒng)計(jì)分析時(shí)，減去了站點(diǎn)本身的海拔高度。

2 降水相態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)空分布特征

2.1 空間分布特征

2006—2020年青海高原降水相態(tài)轉(zhuǎn)換集中發(fā)生在青南地區(qū)與祁連山區(qū)（圖1a、圖1b），這兩個(gè)地區(qū)為青海海拔最高、平均溫度最低的地區(qū)，多數(shù)站點(diǎn)雨與雨夾雪轉(zhuǎn)換超過60次、雨夾雪與雪轉(zhuǎn)換超過40次。中心值位于青海省東南部的高原邊坡地區(qū)，雨與雨夾雪轉(zhuǎn)換頻次中心在久治縣，共發(fā)生123次，年平均發(fā)生8.2次；雨夾雪與雪轉(zhuǎn)換頻次中心在河南蒙古族自治縣（簡稱河南縣），共發(fā)生110次，年平均發(fā)生7.3次。柴達(dá)木盆地西部年降水量少，河湟谷地站點(diǎn)海拔低、溫度高，轉(zhuǎn)換頻次均在10次以下，年均小于1次。降水相態(tài)轉(zhuǎn)換的空間分布與海拔高度呈明顯的正相關(guān)(圖1c)，線性擬合方程為：y＝0.0464x－88.35，即海拔每升高100 m，青海高原降水發(fā)生轉(zhuǎn)換的站次增加4.6次。無論是雨與雨夾雪轉(zhuǎn)換，還是雨夾雪與雪轉(zhuǎn)換均與海拔高度呈正線性相關(guān)（圖略）。

圖1 2006—2020年青海高原雨與雨夾雪（a）、雨夾雪與雪（b）轉(zhuǎn)換空間分布及海拔分布特征（c）Fig. 1 Spatial distribution of precipitation phase transition between rain and sleet (a), sleet and snow (b), and altitude distribution (c) in Qinghai Plateau during 2006一2020

2.2 時(shí)間分布特征

青海省降水相態(tài)轉(zhuǎn)換的月分布呈雙峰結(jié)構(gòu)，集中出現(xiàn)在春末夏初、秋季，5月、10月出現(xiàn)兩個(gè)轉(zhuǎn)換峰值（圖2a），且雨與雨夾雪轉(zhuǎn)換、雨夾雪與雪轉(zhuǎn)換的峰值均出現(xiàn)在5月、10月。月份不同，相態(tài)轉(zhuǎn)換有明顯的空間分布差異：3月、11月主要發(fā)生在東部農(nóng)業(yè)區(qū)；4月主要發(fā)生在東部農(nóng)業(yè)區(qū)、祁連山區(qū)；5月主要發(fā)生在祁連山區(qū)、青南地區(qū)；6—9月集中發(fā)生在青南地區(qū)；10月青海高原的各個(gè)區(qū)域均可能發(fā)生轉(zhuǎn)換。雨夾雪與雪轉(zhuǎn)換的月分布特征為：3月、11月主要發(fā)生在東部農(nóng)業(yè)區(qū)；4月、10月青海高原的各個(gè)區(qū)域均可能發(fā)生轉(zhuǎn)換；5—9月集中發(fā)生在青南地區(qū)。這與站點(diǎn)的海拔高度有明顯的關(guān)系，取每個(gè)月發(fā)生相態(tài)轉(zhuǎn)換站點(diǎn)的海拔高度，按照出現(xiàn)頻次加權(quán)平均，計(jì)算相態(tài)轉(zhuǎn)換發(fā)生的平均海拔高度：3月、11月發(fā)生相態(tài)轉(zhuǎn)換的站點(diǎn)平均海拔＜3000 m；4—6月、9—10月平均海拔3000～4000 m；7—8月平均海拔＞4000 m；3—6月發(fā)生相態(tài)轉(zhuǎn)換的站點(diǎn)平均海拔越來越高，而9—11月發(fā)生相態(tài)轉(zhuǎn)換的站點(diǎn)平均海拔越來越低（圖2b）；雨夾雪與雪轉(zhuǎn)換的平均海拔高度高于雨與雨夾雪發(fā)生轉(zhuǎn)換的平均海拔100～400 m。

圖2 2006—2020年青海高原降水相態(tài)轉(zhuǎn)換站次月分布（a）、平均海拔月分布（b）和小時(shí)分布（c，d）Fig. 2 Precipitation phase transition characteristics of monthly distribution (a), average altitude monthly distribution (b)and hourly distribution (c, d) in Qinghai Plateau during 2006一2020

小時(shí)分布顯示，降水相態(tài)轉(zhuǎn)換集中發(fā)生在08—12時(shí)與17—19時(shí)，雪轉(zhuǎn)雨（雨夾雪轉(zhuǎn)雨、雪轉(zhuǎn)雨夾雪）過程比較集中，一日之內(nèi)主要發(fā)生在08—15時(shí)，集中在08—12時(shí)。雨轉(zhuǎn)雪過程發(fā)生的時(shí)間分布比較平均，相對而言，08時(shí)、18時(shí)為雨轉(zhuǎn)雨夾雪轉(zhuǎn)換的兩個(gè)峰值時(shí)間（圖2c），雨夾雪轉(zhuǎn)雪在17—19時(shí)轉(zhuǎn)換的頻次較高（圖2d），這與氣溫的日變化特征有關(guān)，李存蓮等[20]分析了柴達(dá)木盆地有降水時(shí)日氣溫變化規(guī)律，指出小時(shí)氣溫最小值出現(xiàn)在07—08時(shí)，最大值出現(xiàn)在16—17時(shí)，因此08時(shí)以后隨著氣溫升高，雪轉(zhuǎn)雨頻次發(fā)生較多，而17—19時(shí)發(fā)生雨夾雪轉(zhuǎn)雪頻次較多。

3 相態(tài)轉(zhuǎn)換溫度特征

已有研究表明，溫度是造成降水相態(tài)轉(zhuǎn)變的重要因素。陳雙等[21]從微物理過程的角度重點(diǎn)分析了0 ℃、－10 ℃、－18～－12 ℃及地面2 m溫度等溫度層，解釋了熱動力垂直結(jié)構(gòu)在降水相態(tài)形成中的重要作用。青海高原海拔高度從2000 m到4000 m以上，有必要分區(qū)開展地面2 m溫度、特征溫度層的高度及特征氣壓層的溫度分析，得出降水相態(tài)轉(zhuǎn)換的預(yù)報(bào)指標(biāo)。按照青海高原降水相態(tài)轉(zhuǎn)換的空間分布特征及青海海拔與氣候分布特征[1]，將青海高原分為東部農(nóng)業(yè)區(qū)、青南地區(qū)、祁連山區(qū)、柴達(dá)木盆地4個(gè)區(qū)域開展指標(biāo)研究。

3.1 地面2 m溫度

從全省地面2 m溫度箱線圖分析（圖3a），降水相態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)的地面2 m溫度（表中記為T2m）分布比較集中。雨與雨夾雪轉(zhuǎn)換時(shí)地面2 m溫度的中位數(shù)為2.5 ℃，平均值為2.6 ℃，集中區(qū)間為1.8～3.4 ℃。雨夾雪與雪轉(zhuǎn)換的地面2 m溫度中位數(shù)為0.9 ℃，平均值為0.94 ℃，中位數(shù)與算術(shù)平均值基本一致，轉(zhuǎn)換區(qū)間集中，為1.7～0.1 ℃，由此可以得出，相態(tài)當(dāng)T2m≥2.5 ℃時(shí)為雨，2.5 ℃＞T2m≥0.9 ℃時(shí)為雨夾雪，T2m＜0.9 ℃時(shí)為雪。降水相態(tài)發(fā)生轉(zhuǎn)換時(shí)的平均地面2 m溫度與海拔高度呈正相關(guān)（圖略），由于海拔越高，0 ℃到地面的融化層厚度越小，則需要更高的低層溫度使得冰相融化，因此地面2 m溫度越高；而海拔較低時(shí)，融化層厚度較大，融化距離較長，有足夠的時(shí)間在空中融化，因此平均地面2 m溫度較低，這與劉玉蓮等[22]應(yīng)用日平均氣溫計(jì)算的關(guān)于相態(tài)分離臨界溫度模型時(shí)的結(jié)論是相似的（青海、四川臨界溫度高于東部平原區(qū)域）。雨與雨夾雪轉(zhuǎn)換的中位數(shù)分別為東部農(nóng)業(yè)區(qū)2.2 ℃、祁連山區(qū)2.2 ℃、青南地區(qū)2.5 ℃、柴達(dá)木盆地3.4 ℃（圖3b）；雨夾雪與雪轉(zhuǎn)換的地面2 m溫度中位數(shù)分別為祁連山區(qū)0 ℃、柴達(dá)木盆地1.4 ℃、東部農(nóng)業(yè)區(qū)0.7 ℃、青南地區(qū)1.1 ℃（圖3c）；柴達(dá)木盆地的降水天氣個(gè)例最少，兩種轉(zhuǎn)換個(gè)例樣本數(shù)僅為85次和41次，因此造成兩種箱線圖上、下限溫度差異較大。青南地區(qū)相態(tài)轉(zhuǎn)換樣本數(shù)最多，地面2 m溫度的25～75分位數(shù)區(qū)間最為集中，且高于東部農(nóng)業(yè)區(qū)和祁連山區(qū)，這與青南地區(qū)站點(diǎn)的平均海拔最高有關(guān)。

圖3 青海高原平均（a），以及各區(qū)域雨與雨夾雪轉(zhuǎn)換（b）、雨夾雪與雪轉(zhuǎn)換（c）地面2 m溫度分布Fig. 3 Boxplots of T2m for average (a), transition between rain and sleet in each region (b), and transition between sleetand snow in each region (c) of Qinghai Plateau

3.2 特征溫度層的高度

0 ℃層的高度代表著融化層的厚度，0 ℃以上的特征溫度層的高度影響著高空冰相、雪相粒子形成的物理過程，因此有必要分析0 ℃、－5 ℃、－10 ℃、－20 ℃相對臺站高度分布（分別記為H0、H－5、H－10、H－20），反映降水粒子形態(tài)及下降融化的過程。青海高原各溫度層的中位數(shù)統(tǒng)計(jì)表明，－20 ℃層高度為3857 m、－10 ℃層高度為2218 m、－5 ℃層高度為1272 m、0 ℃層高度為414 m（圖4a）時(shí)，臺站將出現(xiàn)雨與雨夾雪的轉(zhuǎn)換；雨夾雪與雪轉(zhuǎn)換的各特征溫度層的高度中位數(shù)（圖4b）為0 ℃層高度124 m、－5 ℃層高度為926 m、－10 ℃層高度為1816 m、－20 ℃層高度為3507 m，雨夾雪與雪轉(zhuǎn)換的各特征溫度層高度均比雨與雨夾雪轉(zhuǎn)換偏低300 m左右。不同溫度層相對地面高度近似呈現(xiàn)正態(tài)分布，從－20 ℃到0 ℃層，越接近地面，特征溫度層的高度箱體長度越短，密度分布越集中，越向上，高度分布越離散，說明低層溫度（0 ℃、－5 ℃）層相對于地面的高度對于降水相態(tài)轉(zhuǎn)換更敏感，重要性大于高層溫度層，換而言之，低層溫度層相對地面的高度是造成降水相態(tài)轉(zhuǎn)換的根本原因。這與葉晨等針對北京市2009年11月1日初雪暴雪微波輻射計(jì)及雷達(dá)的觀測事實(shí)[23]、馬良辰等[24]研究冬奧會張家口賽區(qū)降水相態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)的0 ℃層高度是一致的。

圖4 雨與雨夾雪轉(zhuǎn)換（a）、雨夾雪與雪轉(zhuǎn)換（b）時(shí)0 ℃、－5 ℃、－10 ℃、－20 ℃層高度分布Fig. 4 Violin plots of 0 ℃, －5 ℃, －10 ℃, －20 ℃ layer height distribution for transition between rain and sleet (a), sleet and snow (b)

3.3 特征氣壓層的溫度

數(shù)值模式預(yù)報(bào)資料為等壓面的溫度場數(shù)據(jù)，因此分析降水相態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)的等壓面溫度指標(biāo)對降水相態(tài)預(yù)報(bào)具有重要意義。與東部地區(qū)的選取850 hPa、925 hPa、1000 hPa等氣壓層不同，青海高原海拔較高，除東部農(nóng)業(yè)區(qū)一些區(qū)域低于3000 m，其余大部區(qū)域高于3000 m，需選取700 hPa(東部農(nóng)業(yè)區(qū))、600 hPa、500 hPa三個(gè)特征氣壓層，并統(tǒng)計(jì)三個(gè)特征氣壓層的溫度（分別記為T700、T600、T500）中位數(shù)分布。統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表2，全省雨與雨夾雪轉(zhuǎn)換時(shí)溫度中位數(shù)分布為500 hPa為－5.2 ℃、600 hPa為2.2 ℃、700 hPa為2.6 ℃，雨夾雪與雪轉(zhuǎn)換溫度中位數(shù)分布為500 hPa為－7.2 ℃、600 hPa為0.5 ℃、700 hPa為0.6 ℃。雨夾雪與雪轉(zhuǎn)換特征氣壓層的溫度較雨與雨夾雪轉(zhuǎn)換時(shí)每層平均偏低2 ℃左右。600 hPa為一個(gè)降水相態(tài)轉(zhuǎn)換的重要?dú)鈮簩樱琓600≤0.5 ℃時(shí)天氣現(xiàn)象為雪，0.5 ℃＜T600≤2.2 ℃時(shí)為雨夾雪，T600＞2.2 ℃時(shí)為雨。但不同地區(qū)差異很大，海拔越高，各特征氣壓層的轉(zhuǎn)換溫度越高；青南地區(qū)平均海拔＞4000 m，接近600 hPa，高空0 ℃高度較低海拔地區(qū)低，因此青南地區(qū)在雨雪轉(zhuǎn)換中溫度明顯高于其他三個(gè)地區(qū)，600 hPa需要降到1.8 ℃以下才會發(fā)生雨夾雪與雪轉(zhuǎn)換的過程，其他區(qū)域600 hPa降到－3 ℃以下，才會出現(xiàn)雨夾雪與雪的轉(zhuǎn)換。

表2 青海高原降水相態(tài)轉(zhuǎn)換不同區(qū)域特征氣壓層的溫度指標(biāo)Table 2 Temperature indices of characteristic barometric layers in different regions in Qinghai Plateau

3.4 相態(tài)轉(zhuǎn)換過程的指標(biāo)差別

以河南縣國家站為例，河南縣海拔為3500 m，是出現(xiàn)降水相態(tài)轉(zhuǎn)換較多的站點(diǎn)，表3對比了不同降水相態(tài)轉(zhuǎn)換過程的指標(biāo)，各特征層高度與前面統(tǒng)計(jì)基本一致，但雨轉(zhuǎn)雪過程（雨轉(zhuǎn)雨夾雪、雨夾雪轉(zhuǎn)雪）與雪轉(zhuǎn)雨過程（雨夾雪轉(zhuǎn)雨、雪轉(zhuǎn)雨夾雪）特征溫度層高度及特征氣壓層的溫度分布是不同的。雨轉(zhuǎn)雪過程地面2 m溫度到－10 ℃層的平均溫度變化是接近0.5 ℃/100 m的溫度遞減率；雪轉(zhuǎn)雨過程，地面到0 ℃層溫度遞減率增大，超過0.5 ℃/100 m。雪轉(zhuǎn)雨夾雪時(shí)甚至達(dá)到0.89 ℃/100 m，同時(shí)0 ℃到－10 ℃層溫度遞減率仍是接近0.5 ℃/100 m。統(tǒng)計(jì)表明，雨轉(zhuǎn)雪過程平均地面2 m溫度低于雪轉(zhuǎn)雨過程，但同時(shí)0 ℃、－5 ℃、－10 ℃、－20 ℃溫度層的平均高度基本上高于雪轉(zhuǎn)雨過程，這可能與雨轉(zhuǎn)雪過程為大氣整體狀態(tài)是從偏暖向偏冷轉(zhuǎn)換（降溫狀態(tài)），而雪轉(zhuǎn)雨過程通常是大氣整體狀態(tài)自偏冷向偏暖轉(zhuǎn)換（升溫狀態(tài)）有關(guān)。

表3 河南縣降水相態(tài)轉(zhuǎn)換過程預(yù)報(bào)指標(biāo)對比Table 3 Comparison of prediction indices for different precipitation phase transition processes in Henan

4 指標(biāo)檢驗(yàn)

篩選2 0 2 1 年3—6 月雨夾雪與雪轉(zhuǎn)換樣本2 7個(gè)，雨夾雪與雨轉(zhuǎn)換樣本7個(gè)，應(yīng)用實(shí)況資料與再分析資料進(jìn)行檢驗(yàn)。結(jié)果表明，雨夾雪與雪轉(zhuǎn)換時(shí)0 ℃、－5 ℃、－10 ℃、－20 ℃相對臺站高度分別為231 m、1314 m、1953 m、3968 m；雨夾雪與雪轉(zhuǎn)換時(shí)0 ℃、－5 ℃、－10 ℃、－20 ℃相對臺站高度分別為325 m、1478 m、2028 m、4504 m；與大量樣本統(tǒng)計(jì)的指標(biāo)相比，0 ℃高度相近，－20 ℃較指標(biāo)高度偏高400 m左右，大約相差10%，偏差與樣本數(shù)較少有關(guān)，整體可用性較好。篩選2021年3—6月、9—11月共計(jì)8個(gè)月的逐小時(shí)降水天氣現(xiàn)象的樣本15011站次，按照T2m≥2.5 ℃、2.5 ℃＞T2m≥0.9 ℃、T2m＜0.9 ℃三個(gè)溫度區(qū)間進(jìn)行地面2 m溫度識別率評定。表4的檢驗(yàn)結(jié)果表明，T2m≥2.5 ℃時(shí)，97.55%站次的降水相態(tài)為雨；T2m＜0.9 ℃時(shí)，95.44%站次的降水相態(tài)為雪；2.5 ℃＞T2m≥0.9 ℃時(shí)，僅有29.07%的自動觀測相態(tài)為雨夾雪；這與雨夾雪樣本數(shù)較少及自動天氣現(xiàn)象觀測的誤差有關(guān)。首先，雨夾雪天氣屬于過渡天氣現(xiàn)象，觀測樣本只有749站次，出現(xiàn)在2.5 ℃＞T2m≥0.9 ℃范圍內(nèi)的占58.21%，說明超過一半的雨夾雪出現(xiàn)在該指標(biāo)范圍內(nèi)。其次，多個(gè)學(xué)者均在降水現(xiàn)象儀與人工觀測對比中指出，儀器識別雨夾雪的錯(cuò)報(bào)率及漏報(bào)率最高，人工觀測為雨夾雪時(shí)，儀器觀測到雨和雪的比例很高[25-28]，因此自動觀測的相態(tài)存在一定的誤差，將雨夾雪識別成雨或雪的情況較多，造成雨夾雪樣本少并降低了識別率。

表4 2021年青海高原地面2 m溫度指標(biāo)檢驗(yàn)結(jié)果Table 4 Test of T2m indices in Qinghai Plateau in 2021

5 討論與展望

本文利用青海高原50個(gè)地面氣象觀測站2006—2020年的逐日觀測數(shù)據(jù)和ERA-Interim再分析資料，采用線性插值的方法，較前人研究刻畫了更為精確的地面2 m溫度及探空層結(jié)數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)分析得出了青海高原降水相態(tài)發(fā)生轉(zhuǎn)換的一些地面及高空觀測事實(shí)，給出了青海高原降水相態(tài)預(yù)報(bào)的指標(biāo)，并應(yīng)用2021年的逐小時(shí)天氣現(xiàn)象儀觀測的降水相態(tài)及對應(yīng)的地面2 m溫度進(jìn)行了檢驗(yàn)。主要結(jié)論如下：

1）2006—2020年青海高原降水相態(tài)轉(zhuǎn)換發(fā)生頻次與站點(diǎn)海拔高度正相關(guān)，主要出現(xiàn)在青南地區(qū)及祁連山區(qū)；月分布與小時(shí)分布均呈現(xiàn)雙峰結(jié)構(gòu)，5月、10月是出現(xiàn)相態(tài)轉(zhuǎn)換最多的月份，08—12時(shí)、18—19時(shí)為相態(tài)轉(zhuǎn)換頻次的兩個(gè)峰值，上午有明顯的雪轉(zhuǎn)雨過程。

2）低層特征溫度層的高度及地面2 m溫度是影響降水相態(tài)轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵因素，特別是0 ℃厚度及地面2 m溫度。雨夾雪與雨轉(zhuǎn)換時(shí)0 ℃高度414 m，雨夾雪與雨轉(zhuǎn)換時(shí)0 ℃高度124 m；雨夾雪與雪轉(zhuǎn)換較雨與雨夾雪轉(zhuǎn)換各溫度層低300 m左右。相態(tài)預(yù)報(bào)的地面2 m溫度指標(biāo)為：T2m≥2.5 ℃時(shí)為雨，2.5 ℃＞T2m≥0.9 ℃時(shí)為雨夾雪，T2m＜0.9 ℃時(shí)為雪；降水相態(tài)發(fā)生轉(zhuǎn)換時(shí)海拔越高則地面2 m轉(zhuǎn)換溫度越高。

3）青海高原特征氣壓層的溫度指標(biāo)有：雨與雨夾雪轉(zhuǎn)換時(shí)T500≤－5.2 ℃，T600≤2.2 ℃、T700≤2.6 ℃（東部農(nóng)業(yè)區(qū)），雨夾雪與雪轉(zhuǎn)換時(shí)T500≤－7.2 ℃，T600≤0.5 ℃、T700≤0.6 ℃（東部農(nóng)業(yè)區(qū)）。海拔越高，各特征層的轉(zhuǎn)換溫度越高；兩種相態(tài)轉(zhuǎn)換過程特征氣壓層的溫度相差2 ℃左右。

4）青南地區(qū)雨轉(zhuǎn)雪過程與雪轉(zhuǎn)雨過程固定氣壓層的溫度及特征溫度層的高度有差異，雪轉(zhuǎn)雨時(shí)地面到0 ℃層溫度垂直遞減率大于雨轉(zhuǎn)雪過程。

5）檢驗(yàn)表明，受樣本量的影響，低層及地面2 m溫度指標(biāo)的可用性較好，特別是地面2 m溫度指標(biāo)對雨、雪天氣現(xiàn)象的識別率超過95%，中高層的指標(biāo)有一定偏差。由于雨夾雪樣本較少及儀器自動識別的雨夾雪誤差較大，雨夾雪的識別率較低，但仍有58%以上的雨夾雪在指標(biāo)范圍內(nèi)。

本文研究結(jié)論可為預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)人員在預(yù)報(bào)降水相態(tài)時(shí)提供指導(dǎo)，但需要指出的是，降水相態(tài)涉及復(fù)雜的云微物理過程，云中冰雪粒子環(huán)境、云底高度、粒子下落速度、地形條件等均會影響到實(shí)際下降到地面的降水相態(tài)，因此仍需要開展不同天氣系統(tǒng)對云微物理過程影響及對近地面層降溫機(jī)制的深入研究。