2024年2月初河南一次罕見雨雪冰凍過程診斷分析

摘要：2024年1月31日-2月5日河南出現(xiàn)了一次罕見的雨雪冰凍天氣，表現(xiàn)為持續(xù)時(shí)間長、累積雨雪量大、積雪深、溫 度低、降水相態(tài)復(fù)雜等特點(diǎn)。利用國家氣象站和雙偏振雷達(dá)觀測(cè)數(shù)據(jù)以及ERA5再分析資料，對(duì)本次過程的極端性及降 水相態(tài)演變、雨雪冰凍成因進(jìn)行了診斷分析，結(jié)果表明：（1）過程期間有5個(gè)國家氣象站最大積雪深度達(dá)到或突破2月歷 史同期極值，多站最高氣溫達(dá)到或刷新2月上旬歷史同期最小值；單日至少有68.3%的國家氣象站出現(xiàn)降水，單站最長連 續(xù)降水近29h。（2）大尺度環(huán)流系統(tǒng)穩(wěn)定維持是本次過程發(fā)生發(fā)展的重要原因之一；對(duì)流層低層強(qiáng)冷空氣持續(xù)入侵不僅 起到動(dòng)力抬升作用，也為雨雪冰凍天氣提供了持續(xù)降溫條件；異常強(qiáng)盛的偏南氣流為本次過程提供了充足的水汽和動(dòng) 量，同時(shí)也增強(qiáng)了不穩(wěn)定層結(jié)。（3）使用單一特性層溫度來判識(shí)降水相態(tài)依據(jù)不足，應(yīng)根據(jù)整層大氣層結(jié)溫度來預(yù)判可 能出現(xiàn)的降水相態(tài)，當(dāng)整層大氣溫度均低于0℃時(shí)降水相態(tài)為純雪，若存在溫度高于0℃的融化層或云體由過冷卻水滴 組成時(shí)，將出現(xiàn)混合型降水相態(tài)。（4）雙偏振雷達(dá)的相關(guān)系數(shù)和差分反射率產(chǎn)品對(duì)區(qū)分雨夾雪和純雪有較好的指示意 義，當(dāng)相關(guān)系數(shù)接近1、差分反射率為-1～0dB時(shí)，為純雪；當(dāng)相關(guān)系數(shù)小于1、差分反射率大于1dB時(shí)，為雨夾雪。 關(guān)鍵詞：雨雪冰凍；大尺度環(huán)流；診斷分析；河南

DOI： 10.12406/byzh.2024-058

中圖法分類號(hào)：P458

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

Diagnostic analysis of a rare rainfall/snowfall and freezing process in Henan in early February 2024

GU Xiujie12， GUO Ziwei1.2， YANG Hui12， WU Wenbo1.2， HAO Xiaozhen12， KANG Zhiguo1.2

（1. CMA· Henan Key Laboratory of Agrometeorological Support and Applied Technique， Zhengzhou 450003;

2. Henan Meteorological Observatory， Zhengzhou 450003）

Abstract： From 31 January to 5 February， 2024， Henan Province experienced a rare freezing rain and snow process characterized by a long duration， substantial cumulative precipitation， significant snow depth， low temperatures， and complex precipitation phases. Based on the national meteorological observation data， dual–polarization radar data， and hourly reanalysis data of ERA5， a diagnostic analysis of the event's extremity，phase evolution， and causes of the freezing rain and snow was conducted. The results are as follows. During the process，5 national meteorological stations reached or exceeded the maximum snow depth of the historical records in February. At many stations， the minimum temperature has reached or set a new historical record in early February. Precipitation was observed from at least 68.3% of national meteoro- logical observation stations in a single day， with the longest continuous precipitation at a single station being nearly 29 hours. The stable maintenance of a large–scale circulation system was one of the main reasons for this process. The persistent intrusion of the strong cold air in the lower troposphere provided both dynamic uplift and sustained cooling conditions for the freezing rain and snow process. Exceptionally strong southerly airflow provided ample moisture and momentum， enhancing unstable stratification. For precipitation phase identification， re- lying solely on a single–layer temperature is insufficient. Instead， the entire atmospheric layer temperature should be considered to predict possible precipitation phases. When the entire atmospheric layer temperature is below 0°C， precipitation is pure snow. If there is a melting layer or the cloud consists of supercooled water droplets， mixed precipitation will occur. Dual–polarization radar's correlation coefficient and differential reflectivity products are useful for distinguishing between sleet and pure snow. A correlation coefficient close to 1 and differential reflectivity between –1 and 0 dB indicates pure snow， while a correlation coefficient less than 1 and differential reflectivity greater than 1 dB indicate sleet.

Key words： rainfall/snowfall and freezing; large–scale circulation; diagnostic analysis; Henan Province

引言

2024年1月31日至2月5日，河南出現(xiàn)了一次罕 見的雨雪冰凍過程，本次過程具有持續(xù)時(shí)間長、累積 雨雪量大、積雪深、溫度低、降水相態(tài)復(fù)雜等特點(diǎn)。最 大積雪深度和最高氣溫最低值均具有極端性，過程期 間有5個(gè)國家氣象站最大積雪深度達(dá)到或突破2月歷 史極值或歷史極值，12個(gè)國家氣象站日最高氣溫達(dá)到 或刷新2月上旬歷史同期最小值。過程持續(xù)期間恰逢 春節(jié)前出行高峰，河南又是內(nèi)陸交通運(yùn)輸?shù)闹匾獦屑~， 雨雪冰凍天氣與春運(yùn)疊加，給交通運(yùn)輸、保通保暢、電力 輸送等帶來很大挑戰(zhàn)。雨雪冰凍天氣往往包含十分復(fù) 雜的雨、雪、凍雨、冰粒等不同相態(tài)之間相互轉(zhuǎn)換機(jī)制， 或以不同組合形式一起發(fā)生，此類天氣常常會(huì)給交通、 通信、電力、農(nóng)業(yè)生態(tài)等帶來重大影響和損失，甚至還會(huì) 出現(xiàn)嚴(yán)重的冰凍和雪災(zāi)（張俊蘭等，2018；宗海鋒等， 2022）。此類天氣的預(yù)警預(yù)報(bào)一直是氣象工作的重點(diǎn)和 難點(diǎn)，因此對(duì)其開展成因分析與可預(yù)報(bào)性研究具有重 要意義（張韌等，2012；江漫等，2014；Qian et al.，2023）。

全球氣候雖呈現(xiàn)變暖的趨勢(shì)，但極端冷事件也時(shí) 有發(fā)生。有研究指出，21世紀(jì)以來偏寒冷事件有所增 多和增強(qiáng)（黃小燕等，2016;Chen et al.，2021;Fu et al.，2023;He et al.，2023），2008、2011和2016年冬季我國 南方均發(fā)生了較嚴(yán)重的雨雪冰凍天氣，尤其是2008年南方持續(xù)雨雪冰凍天氣發(fā)生后，此類災(zāi)害性天氣更引 起了越來越多專家的關(guān)注，并涌現(xiàn)出大量的研究成果 （杜小玲等，2014；毛宇清等，2022；唐明暉等，2023）。 丁一匯等（2008）指出，2008年南方雨雪冰凍災(zāi)害形成 的原因是多種因素在同一時(shí)段同一地區(qū)相互配合和 迭加的結(jié)果；從致災(zāi)機(jī)理看，此次災(zāi)害性天氣與東亞 季風(fēng)異常有關(guān)，歐亞大陸異常的大氣環(huán)流是導(dǎo)致2008 年持續(xù)雨雪冰凍災(zāi)害的重要原因（高輝等，2008；顧雷 等，2008;陶詩言和衛(wèi)捷，2008;Yang et al.，2020;Han et al.，2023），而與此同時(shí)來自極地的冷氣團(tuán)與來自孟 加拉灣和南海地區(qū)熱帶洋面的暖氣團(tuán)長時(shí)間交匯于 長江中下游地區(qū)，在持續(xù)低溫的作用下發(fā)生雨雪冰 凍，引發(fā)了大范圍雨雪冰凍災(zāi)害（楊貴名，2008）。吳古 會(huì)等（2012）對(duì)2011年冬季貴州雨雪冰凍天氣成因的研 究表明，東亞地區(qū)500hPa高度距平場(chǎng)“北高南低”分 布及中高緯阻塞高壓的穩(wěn)定維持，有利于引導(dǎo)冷空氣 頻繁南下影響貴州，此為持續(xù)低溫的主要原因，中高 緯度環(huán)流與2008年有一定相似性，但由于西太平洋副熱帶高壓較弱，中亞地區(qū)低值系統(tǒng)不活躍，過程表現(xiàn) 出間歇性，受災(zāi)程度遠(yuǎn)不如2008年。劉紅武等（2020） 對(duì)湖南一次雨雪冰凍天氣過程分析表明，500hPa橫槽 轉(zhuǎn)豎的過程中不斷引導(dǎo)冷空氣南下，是產(chǎn)生雨雪冰凍 的大尺度環(huán)流背景，地面強(qiáng)大的冷高壓及大的溫度梯 度是造成低溫的主要原因。

上述結(jié)論對(duì)開展雨雪冰凍天氣機(jī)理研究和預(yù)報(bào) 預(yù)警具有重大意義，但由于不同區(qū)域所處的氣候帶及 地形地貌不同，其雨雪冰凍天氣成因也存在明顯差 異。河南地處暖溫帶和亞熱帶過渡區(qū)，地勢(shì)為西高東 低，由平原、盆地、山地、丘陵和水面構(gòu)成，地形地貌較 為復(fù)雜，近年來河南雨雪冰凍事件明顯增多且持續(xù)時(shí) 間長，但目前對(duì)河南雨雪冰凍成因及降水相態(tài)診斷分析 較少，而降水相態(tài)預(yù)報(bào)準(zhǔn)確與否直接影響著雨雪冰凍 強(qiáng)度及落區(qū)。因此，本文以河南省2024年1月31日—2 月5日的雨雪冰凍過程為例，利用國家氣象站資料、雙 偏振雷達(dá)資料和ERA5再分析資料，通過數(shù)理統(tǒng)計(jì)和天 氣學(xué)分析方法，對(duì)本次過程極端性特征及相態(tài)演變、雨 雪冰凍成因進(jìn)行了診斷分析，以期為提高河南冬季雨 雪冰凍的精細(xì)化預(yù)報(bào)水平和服務(wù)能力提供參考依據(jù)。

1資料與天氣實(shí)況

1.1資料來源

本文所用資料的時(shí)間段均為2024年1月31日-2 月5日，其主要包括：（1）“氣象大數(shù)據(jù)云平臺(tái)·天擎”系 統(tǒng)提供的河南省120個(gè)國家氣象觀測(cè)站逐時(shí)降水量、 積雪深度、氣溫、天氣現(xiàn)象等觀測(cè)數(shù)據(jù)；（2）河南省氣候 中心提供的最大積雪深度和日最高氣溫最小值極值 記錄；（3）信陽雙偏振天氣雷達(dá)和鄭州、南陽、阜陽站探 空資料；（4）歐洲中期天氣預(yù)報(bào)中心提供的第五代大氣 再分析（ERA5）數(shù)據(jù)，水平分辨率為0.25°×0.25°，時(shí)間分辨率為1h，垂直方向共10層（1000—300hPa），包括位 勢(shì)高度場(chǎng)、溫度場(chǎng)、經(jīng)向風(fēng)場(chǎng)、緯向風(fēng)場(chǎng)等，用于診斷分 析大尺度環(huán)流、水汽輸送、溫度層結(jié)及距平等；其中以 1991—2020年的要素平均值作為各場(chǎng)的氣候平均態(tài)。

1.2雨雪實(shí)況

2024年1月31日08：00-2月5日08：00（北京時(shí)， 下同），受西南暖濕氣流和冷空氣共同影響，我國中東 部大部出現(xiàn)持續(xù)雨雪冰凍天氣。河南雨雪過程從1月 31日下午開始，自南向北逐漸發(fā)展到全省，至2月5日 逐漸結(jié)束，持續(xù)5d之久。根據(jù)影響系統(tǒng)的演變及雨 雪集中時(shí)段，可將本次雨雪冰凍過程分為三個(gè)主要階段：第一階段為2024年1月31日14：00-2月1日 20：00，河南北部、中西部以降雪為主，南部以降雨為 主，其他地區(qū)為雨夾雪轉(zhuǎn)純雪，過程期間全省大部伴 有10～13℃的降溫及6級(jí)以上陣風(fēng)，局地9～11級(jí)；第二 階段為2月2日08：00-3日08：00，河南東南部出現(xiàn)復(fù) 雜相態(tài)轉(zhuǎn)換，由雨、雨夾雪、凍雨、冰粒等轉(zhuǎn)為純雪，其他 地區(qū)為純雪；第三階段為3日20：00-4日20：00，此階段 降雪量最大，東部、東南部10～20mm，局部20～29.9mm。

本次過程全省范圍均有雨雪發(fā)生，累積降水量東 南部30～50mm，西部、北部分別為4～10mm，其他縣市 10～25mm；積雪深度多站達(dá)到或突破歷史同期極值， 最大積雪深度為10～20cm。過程期間不斷有冷空氣擴(kuò) 散南下，受冷空氣和降水共同影響，氣溫明顯偏低，全 省大部日最高氣溫持續(xù)低于0℃。由于降水持續(xù)時(shí)間 長，氣溫多波動(dòng)且處在相態(tài)轉(zhuǎn)換的臨界值附近，因此河 南東部和南部出現(xiàn)多種相態(tài)反復(fù)轉(zhuǎn)換或交織出現(xiàn)的情 況。此外，本次過程次生及衍生的氣象災(zāi)害較多，主要 有暴雪和低溫造成的道路結(jié)冰、凍雨導(dǎo)致的電線覆冰 等，給交通運(yùn)輸、電力輸送和能源保供造成較大影 響。綜上，本次雨雪冰凍過程具有持續(xù)時(shí)間長、累積雨雪量大、積雪深、溫度低、降水相態(tài)復(fù)雜等特點(diǎn)。

2極端性分析

2.1積雪深度與氣溫

從2024年1月31日08：00-2月5日08：00河南累積降雪量空間分布圖（圖1a）可見，黃河以南大部累積 降雪量均在10mm以上，大于20mm有29站，其中大于 30mm有4站，分別為羅山39mm、新蔡31.4mm、商城 31.1mm、新縣站30.8mm，均位于河南東南部的駐馬 店和信陽地區(qū)。截止2月5日08：00由最大積雪深度 （圖1b）可見，黃河以南大部5cm以上，其中洛陽南部、 鄭州南部、開封東部、商丘、許昌、漯河、平頂山南部、 周口、駐馬店、信陽為12～20cm，鄢陵和新縣最大積雪 深度均為20cm，其中鄢陵突破歷史極值，臨潁19cm、 睢縣17cm突破2月歷史同期極值，許昌18cm、杞縣 15cm達(dá)到2月歷史同期極值（表1）。本次過程除了雨 雪量大、積雪深外，過程期間整體氣溫較低，國家站中 日最低氣溫最低值出現(xiàn)在葉縣站（-14.7℃），尤其日最 高氣溫明顯偏低，鄭州、開封等12個(gè)國家氣象站日最 高氣溫達(dá)到或刷新2月上旬歷史同期最小值（圖略）。

2.2降水范圍與持續(xù)時(shí)間

對(duì)過程期間全省120個(gè)國家氣象觀測(cè)站逐日降水 量進(jìn)行分級(jí)統(tǒng)計(jì)，由表2可見，2月1日出現(xiàn)降水量 （R）≥0.1mm的站點(diǎn)數(shù)最少（82站），占比68.3%；其他 4d均多于100站，其中1月31日和2月2日最多，均為118站，占比98.3%。出現(xiàn)R≤5mm降水站點(diǎn)數(shù)2月3日最多（86站），其次是2月4日（79站）；出現(xiàn)5mmlt;R≤ 10mm的降水站點(diǎn)數(shù)2月2日最多（52站），其次是1月 31日（50站）；出現(xiàn)Rgt;10mm降水站點(diǎn)數(shù)量2月2日最 多（10站），其次是2月1日（4站）。

從過程累積降水量及逐日降水量演變（圖略）可知，河南東南部累積雨雪量大、持續(xù)時(shí)間長。圖2為位 于東南部的新縣站1月31日15：00-2月1日21：00逐 小時(shí)降水演變，可見新縣站降水幾乎持續(xù)了29h，期間 僅有2月1日05：00-06：00未觀測(cè)到降水，此外在2月1日09：00-19：00降水明顯增強(qiáng)，其他時(shí)段小時(shí)降 水量為1mm或以下。并且該站降水在1日夜間出現(xiàn) 短暫間歇后，于2日08：00再次出現(xiàn)持續(xù)雨雪天氣。 綜上，本次雨雪過程持續(xù)時(shí)間長達(dá)5d，期間單日至少 有68.3%的國家氣象站出現(xiàn)降水，尤其河南東南部連 續(xù)出現(xiàn)降水時(shí)間近29h。

3環(huán)流形勢(shì)分析

3.1大尺度環(huán)流及距平

圖3a給出2024年1月31日08：00-2月5日08：00 亞歐上空500hPa平均高度場(chǎng)及其距平場(chǎng)。由高度場(chǎng) 可見，亞歐上空為“兩槽一脊”的形勢(shì)，中國大陸上空 氣流較平直，多短波東移不斷影響黃淮到長江流域， 588dagpm線西伸點(diǎn)位于（120°E，15°N）附近；距平場(chǎng) 顯示，東海經(jīng)華北到貝加爾湖北部為大范圍中心強(qiáng) 度達(dá)15dagpm以上的正距平區(qū)，新疆、青海到西藏為3～7 dagpm負(fù)距平區(qū)，中國大陸處在東高西低穩(wěn)定的 大尺度環(huán)流中，為雨雪天氣的持續(xù)提供了有利的背景 場(chǎng)。圖3b為過程期間平均海平面氣壓場(chǎng)及其距平 場(chǎng)，可見在貝加爾湖東南部到東北地區(qū)西部有1 037.5 hPa高壓中心，冷中心附近及其東側(cè)正距平達(dá)10～15hPa，冷空氣由東北經(jīng)華北、黃淮南下到長江流 域，鋒區(qū)位于河套到長江流域，強(qiáng)盛而持久的冷空氣 不僅起到動(dòng)力抬升作用，也為雨雪冰凍天氣提供了持 續(xù)降溫條件。高空及地面大尺度環(huán)流系統(tǒng)的穩(wěn)定維 持是本次過程發(fā)生發(fā)展的主要原因之一。

3.2 700 hPa平均經(jīng)向風(fēng)及距平

圖4a給出了2024年1月31日08：00-2月5日 08：00700 hPa平均經(jīng)向（v）風(fēng)及距平場(chǎng)，可見平均v風(fēng) 大值中心位于貴州到湖南一帶，中心值為8～10m·s-， 河南中南部為2～6m·s-；由距平場(chǎng)可見，中國中東部 為大范圍5～7m·s-1正距平區(qū)，局地超7m·s-1，河南大 部為3～5ms-正距平區(qū)，東南部達(dá)5～7m·s-1。低空異 常強(qiáng)盛的偏南氣流長久維持，且沿著近地層?xùn)|北風(fēng)急 流緩慢爬升不斷向北發(fā)展，形成了河南冬季降水的典 型高低空配置“天南地北”型。為進(jìn)一步揭示偏南風(fēng) 在本次雨雪冰凍過程中的作用，選取降水最強(qiáng)時(shí)刻2 月2日14：00700hPav風(fēng)及距平（圖4b），可見12m·s1 的v風(fēng)大值中心位于湖南西部，河南大部4～10m·s2； 7m·s以上的正距平區(qū)覆蓋我國中東部和南部大部區(qū)域，中心強(qiáng)度超10m·s=1。

異常強(qiáng)盛的低空偏南氣流輸送水汽的同時(shí)也增 強(qiáng)了不穩(wěn)定層結(jié)。圖4c給出過程期間平均水汽通量 及水汽通量散度，可見水汽由孟加拉灣向東北方向輸 送到河南南部，黃河以南有明顯水汽輻合，強(qiáng)中心位 于湖北東部到河南東南部。強(qiáng)的水汽輻合和質(zhì)量輻合 為本次雨雪天氣提供了充足的水汽和動(dòng)量條件。圖4d 為過程期間濕位渦的水平分量，即濕斜壓項(xiàng)（MPV2），當(dāng)大氣存在條件對(duì)稱不穩(wěn)定時(shí)MPV2lt;0，且絕對(duì)值越大 說明風(fēng)的垂直切變和大氣斜壓性越強(qiáng)（馬梁臣等，2023）， 可見過程期間河南始終處于MPV2lt;0的區(qū)域內(nèi)，且西部、北部最低值達(dá)到-0.8～-0.6PVU，表明700hPa存在 條件對(duì)稱不穩(wěn)定及較強(qiáng)大氣斜壓性，可產(chǎn)生傾斜對(duì)流， 為雨雪天氣發(fā)生發(fā)展提供了有利的動(dòng)力條件。

3.3代表站及850 hPa溫度演變

上述分析可知，本次過程還伴隨著強(qiáng)烈的降溫， 尤其最高氣溫全省大部連續(xù)4d維持在0°C以下，多 站最高氣溫達(dá)到或刷新2月上旬歷史同期最小值。圖 5a為1月29日—2月7日焦作、鄭州、三門峽、南陽、商 丘和信陽這六個(gè)代表站日最高氣溫和鄭州、南陽兩個(gè) 探空站逐日08：00850hPa溫度演變，過程前河南日最高氣溫為8～13.8°C；31日過程開始后日最高氣溫快速 下降；2月1日大部站點(diǎn)日最高氣溫接近或低于0°C；2日降至最低點(diǎn)，大部站點(diǎn)日最高氣溫為-3～-4.6°C，降幅達(dá)12.6～16.9°C；3—4日日最高氣溫略有回升，但依然低于0°C；5日降水結(jié)束后，大部站點(diǎn)日最高氣溫回升至0°C以上。此外，由鄭州和南陽兩站探空可知，29日08：00起850hPa溫度逐漸下降，31日白天開始 快速下降，至3日08：00兩站均降至最低點(diǎn)，兩站分 別由1月29日08：00的0.2°C和1°C降至3日08：00的-10°C和-11°C，降幅達(dá)10～12°C。持續(xù)低溫及雨 雪天氣造成了嚴(yán)重的冰凍災(zāi)害。

由圖5b可知，過程期間850hPa平均溫度0°C線 南壓至貴州北部、湖南北部到安徽中部一線，河南處 在-8～-2°C；距平場(chǎng)顯示，華南到東部沿海為正距平，華北南部經(jīng)河南到西北地區(qū)東部為負(fù)距平區(qū)，河南大 部處在-5～-3C。由此可見，本次過程高空溫度非常 低，明顯低于多年平均值。

4降水相態(tài)診斷分析

4.1中低層溫度特征

本次雨雪冰凍過程還伴有復(fù)雜的降水相態(tài)演變， 1月31日白天，河南中北部出現(xiàn)了雨、雨夾雪、冰?；?純雪等多種降水相態(tài)，入夜后隨著溫度下降，中北部 逐漸轉(zhuǎn)為純雪，但東南部直到2月2日夜間依然存在 不同降水相態(tài)的反復(fù)轉(zhuǎn)換。降水相態(tài)的演變與中低 層大氣溫度關(guān)系密切（董偉，2019），因此對(duì)中低層大氣 溫度與降水相態(tài)進(jìn)行對(duì)比分析，可獲得不同層結(jié)溫度 與相態(tài)演變的關(guān)聯(lián)性。圖6為1月31日08：00—2月1日20：00700hPa、850hPa和925hPa0℃等溫線演變，可見1月31日08：00，700hPa0℃等溫線已南壓到長江流域，850hPa和925hPa0℃等溫線位于沿黃河一帶；至31日20：00，700hPa0℃等溫線穩(wěn)定維持在長江流域；隨著冷空氣南下，850hPa和925hPa0℃等溫線南壓到淮河一帶。綜上，31日白天850hPa及以下 大氣溫度處于由高于0℃向低于0℃轉(zhuǎn)換的過渡期， 既由融化層向凍結(jié)層轉(zhuǎn)換，因此31日白天黃淮之間 出現(xiàn)了多種相態(tài)交織的情況；入夜以后，850hPa和925hPa0℃等溫線繼續(xù)南壓，至2月1日20：00，850hPa0℃等溫線位于江淮一帶，925hPa0℃等溫線位于長 江以南地區(qū)，此時(shí)河南上空特性層的溫度均低于0℃， 且維持到降水結(jié)束

4.2單站要素與降水相態(tài)

由上述分析可知，2月1日夜間以后特性層溫度均低于0℃，據(jù)以往的氣象預(yù)報(bào)經(jīng)驗(yàn)考慮降水相態(tài)應(yīng)為 純雪，然而2日白天到夜里，位于河南東南部的信陽站 依然出現(xiàn)了多種降水相態(tài)的反復(fù)轉(zhuǎn)換。為研究降水 相態(tài)轉(zhuǎn)換與層結(jié)溫度的關(guān)系，利用ERA5再分析資料， 給出了信陽站逐小時(shí)降水量、降水相態(tài)與中低層大氣 溫度時(shí)序圖（圖7），可見2日08：00-14：00，775hPa接近0℃，750hPa略低于0℃，此階段信陽降水相態(tài)為雪。2日15：00-3日05：00，775hPa和750hPa高于或 接近0℃，該階段信陽站出現(xiàn)了雨、雨夾雪和雪的降水 相態(tài)相互轉(zhuǎn)換。3日06：00以后整層溫度均低于0℃， 相態(tài)轉(zhuǎn)為純雪并一直維持到降水結(jié)束。上述診斷分析表明，由于大氣是一個(gè)連續(xù)介質(zhì)，使用單一特性層 溫度來判識(shí)降水相態(tài)依據(jù)不足，當(dāng)整層大氣溫度均低于0℃時(shí)降水相態(tài)為純雪，若中間存在溫度高于0℃ 的融化層時(shí)，將出現(xiàn)混合型降水相態(tài)。

為進(jìn)一步驗(yàn)證不同降水相態(tài)與層結(jié)溫度的關(guān)系， 選取距河南東南部較近、同樣降水相態(tài)復(fù)雜且有探空 數(shù)據(jù)的阜陽站為研究對(duì)象，由2日20：00阜陽站探空 （圖8）可見，850—700hPa之間存在較弱的融化層，此 時(shí)阜陽站為雨夾雪。為更深入了解逆溫層具體高度 及厚度，表3為2日20：00阜陽站各層的探空數(shù)據(jù)，可 見805—728.1hPa為溫度高于0℃的融化層，其厚度為815m，其他層次為低于0℃的凍結(jié)層。一般以溫度 露點(diǎn)差小于2℃作為云頂高度（荊浩，2022），由表3可 見，溫度露點(diǎn)差2.1℃對(duì)應(yīng)溫度-11.3℃，說明云頂溫 度略低于-10℃，大部分云體處于-10～0°℃，由過冷卻 水滴組成，不利純雪的出現(xiàn)；只有當(dāng)云體溫度處 在-20～-10°C才有利冰晶的增長（朱乾根等，2007）， 與此時(shí)雨夾雪的降水相態(tài)相符合。綜上，阜陽站在 780hPa附近存在高于0℃的融化層且云體由過冷卻水滴組成，不利于純雪的出現(xiàn)，因此降水相態(tài)為雨夾雪。

4.3雷達(dá)監(jiān)測(cè)特征

由2月1日09：00信陽雙偏振雷達(dá)相關(guān)系數(shù)產(chǎn)品（圖9a）可見，在距離信陽25km內(nèi)、0.9-2.8km高度 處，相關(guān)系數(shù)在0.89～0.94，同時(shí)差分反射率大于1dB （圖9b），說明此處為融化層，降水粒子形狀不規(guī)則為冰 水混合物，與此時(shí)信陽雨夾雪對(duì)應(yīng)較好（圖7），回波強(qiáng) 度為30～40dBz（圖9c）。至13：42信陽轉(zhuǎn)為純雪，其相關(guān)系數(shù)接近1（圖9d），同時(shí)差分反射率處在-1～0dB （圖9e），表明此時(shí)降水粒子較均一，符合純雪特征，信陽 附近及其東北部50km內(nèi)帶狀回波強(qiáng)度達(dá)35～45dBz （圖9f），此時(shí)信陽降雪增強(qiáng)（圖7）。選取位于信陽東東 北方向、距離信陽約50～65km的羅山和息縣2個(gè)觀測(cè) 站不同降水相態(tài)時(shí)雷達(dá)產(chǎn)品進(jìn)行對(duì)比分析，由2日22：30相關(guān)系數(shù)（圖9g）及差分反射率（圖9h）產(chǎn)品可見，距信陽 45～65km、3km以下相關(guān)系數(shù)小于0.98、差分反射率 大于1dB，同樣說明降水粒子不規(guī)則，回波強(qiáng)度較弱只有20dBz左右（圖9i）。至23：18羅山、息縣均轉(zhuǎn)為純 雪，雷達(dá)相關(guān)系數(shù)（圖9j）和差分反射率（圖9k）與信陽站轉(zhuǎn)為純雪時(shí)有相似的特征，即相關(guān)系數(shù)接近1、差分反 射率處于-1～0dB，此時(shí)回波強(qiáng)度增加到35～45dBz （圖91），羅山2日23：00-3日00：001h降雪達(dá)3mm。 由此可見，雙偏振雷達(dá)的相關(guān)系數(shù)和差分反射率產(chǎn)品 對(duì)于區(qū)分雨夾雪和純雪有較好的指示意義。

5結(jié)論與討論

本文利用國家氣象站觀測(cè)資料、雙偏振雷達(dá)資料 和ERA5再分析資料，對(duì)2024年2月初發(fā)生在河南的 雨雪冰凍過程的極端性特征及相態(tài)演變、雨雪冰凍成 因進(jìn)行了診斷分析，得到主要結(jié)論如下：

（1）本次雨雪冰凍過程持續(xù)時(shí)間長、累積雨雪量大、積雪深、溫度低、降水相態(tài)復(fù)雜。雨雪過程自1月31 日08：00開始，至2月5日08：00結(jié)束，持續(xù)長達(dá)5d，且單 日至少有68.3%的國家氣象觀測(cè)站出現(xiàn)降水，新縣站雨 雪持續(xù)時(shí)長近29h；國家氣象站中，有1站最大積雪深 度突破歷史極值、4站達(dá)到或突破2月歷史同期極值； 12站最高氣溫達(dá)到或刷新2月上旬歷史同期最小值。

（2）高空及地面大尺度環(huán)流系統(tǒng)的穩(wěn)定維持是產(chǎn)生本次雨雪冰凍天氣的主要原因之一，強(qiáng)盛而持久的 冷空氣不僅起到動(dòng)力抬升作用，也為雨雪冰凍天氣提 供了持續(xù)降溫條件。異常強(qiáng)盛的低空偏南氣流長久 維持，提供了充足的水汽及不穩(wěn)定條件，且沿著近地 層?xùn)|北風(fēng)急流緩慢爬升不斷向北發(fā)展，形成了河南冬 季降水的典型高低空配置“天南地北”型。

（3）過程期間850hPa平均溫度距平場(chǎng)顯示，河南處在-5～-3C負(fù)距平區(qū)，明顯低于多年平均值。當(dāng)云頂溫度略低于-10℃，大部分云體處于-10～0°C，由過 冷卻水滴組成，不利純雪的出現(xiàn)；當(dāng)整層大氣溫度均低 于0℃時(shí)降水相態(tài)為純雪。由于大氣是一個(gè)連續(xù)介質(zhì)， 使用單一特性層溫度來判識(shí)降水相態(tài)依據(jù)不足，應(yīng)根 據(jù)整層大氣層結(jié)溫度來預(yù)判可能出現(xiàn)的降水相態(tài)。

（4）雙偏振雷達(dá)的相關(guān)系數(shù)和差分反射率產(chǎn)品對(duì) 于區(qū)分雨夾雪和純雪有較好的指示意義，當(dāng)相關(guān)系數(shù) 接近1、差分反射率介于-1～0dB時(shí)，表明此時(shí)降水粒 子較均一，對(duì)應(yīng)純雪天氣；當(dāng)相關(guān)系數(shù)小于1、差分反 射率大于1dB時(shí)，對(duì)應(yīng)雨夾雪特征。

本文從大尺度環(huán)流及距平場(chǎng)、層結(jié)溫度及雙偏振 雷達(dá)特征等方面，研究了河南省本次雨雪冰凍成因， 統(tǒng)計(jì)了中低層溫度與不同降水相態(tài)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，分析 了不同降水相態(tài)的雷達(dá)雙偏振特征，對(duì)區(qū)分純雪和雨 夾雪具有重要意義。需要指出的是，本文僅統(tǒng)計(jì)了單 站溫度層結(jié)及特性層溫度演變與不同降水相態(tài)的對(duì) 應(yīng)關(guān)系，對(duì)降水相態(tài)與云頂溫度、0℃層高度、逆溫層 強(qiáng)度及厚度等氣象要素的統(tǒng)計(jì)關(guān)系還有待深入探究。

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（責(zé)任編輯唐國瑛）