北京地区冬季降水相态的识别判据研究

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1、北京地区冬季降水相态的识别判据研究张琳娜1，郭锐1，曾剑1，卢冰2，刘璐1，孙兆斌1（1.北京市气象台，北京100089；2.中国气象局北京城市气象研究所，北京100089）摘要：本文利用1980-2010年30年降水资料，统计分析了近30年北京地区出现雨夹雪天气的季节特征，得出北京地区雨雪转换频发的季节主要集中在11月和3月。选取2000/01冬-2009/10冬的降水日高空地面观测资料，通过对近10年北京地区雨雪转换过度季节的降水过程和临界值的降水过程分析研究，找出了与雨雪转换关系密切的6种物理量：T850，T925，T10

2、00，H1000-700，H1000-850，地面（2m温度、2m相对湿度的结合量），以及它们对应三种不同降水相态的不同阈值范围。利用统计分析结果设定的三种相态评分方法，通过检验发现每种物理量的判定指标在相态预报中的准确率大都达到了60%以上。将6个指标进行综合判定后准确率达到了77%。上述的降水相态综合判据可以为北京地区高时空分辨率冬季降水相态的客观预报提供更加精确的参考。关键词：降水相态；雨夹雪；识别判据；客观预报产品1.引言冬季降水由于其相态的多变性，一直以来受到气象工作者的广泛关注。无论是雨、雨夹雪、雪，还是冻雨、冰粒，

3、都会给人们的生产、生活带来巨大的影响。作为世界特大型城市之一的首都北京，随着近年来城市化进程的不断加快，气象灾害的影响也越来越大。大城市在面对极端气象灾害的脆弱性日益凸显，冬季降雪、冻雨、甚至雨夹雪天气会给城市交通、电力通讯、人民生产生活带来巨大危害[1-3]。2008年初发生在中国南方的百年不遇的低温冰冻雨雪灾害给我国南方大部地区的交通运输、电力通讯、工农业生产造成了严重损失，给百姓日常生活带来了严重的影响[4-6]。2008年后，南方冬季的降水相态研究成为学者们的研究重点。杨贵名等[7]对2008年南方冻雨的形成进行了详细分

4、析，总结归纳了我国南方冻雨形成的典型天气特征。姚蓉等[8]研究发现当冻雨形成后逆温的强弱、融化层厚度及暖层温度高低、冷却层厚度、700hPa西南气流强弱、日平均气温与日雨量的变化都与冻雨厚度变化密切相关。许爱华等[9]研究指出925hPa以下层大气温度是南方降水相态的关键,降雪时925hPa气温≤-2℃则可作为固态降水(雪)的预报判据。漆梁波等[10]通过统计分析得出了中国东部地区冬季降水相态的推荐识别判据，并发现综合考虑温度因子和厚度因子的识别判据表现更好。通过对判据进行TS评分检验，发现该组判据对雨和雪的判别性能较好，对雨夹

5、雪的判别略差。而北方由于冬季降水相态以雪为主，出现雨夹雪、冻雨等的形式较少。因此前人的研究相对较少，并且没有进行更加深入的研究。李江波等[11]对于河北地区冬季降水的研究发现当0℃层高度低于950hPa、地面气温在0℃上下、1000hPa温度低于2℃、925hPa温度低于-2℃时,降水性质将从雨向雨夹雪或雪转变。国外对于冬季降水相对的研究已经取得了一定的研究成果，BUFKIT是一个目前在美国和加拿大已经开始被广泛使用的一种重要的降水相态、积雪深度预报工具，通过研究其内部判据构成，发现其加入了气层位势厚度来表征大气的冷暖情况。He

6、ppner[12]和Czys[13]等分别对北美的降水相态判断进行了研究和总结，提出了重点关注850hPa到1000hPa之间的气层位势厚度与700hPa到850hPa之间的气层位势厚度。冬季降水相态的识别判据设定受地域影响严重，不同的地区判据的使用、阈值设定必将会有很大的不同。对于北京这座特大城市而言，一旦冬季出现降水、尤其是雪、雨夹雪，将会给整个城市带来巨大危害。2012年3月17日的雨转雪过程，给原本已经回暖的城市在交通与城市供暖问题方面带来巨大影响。因此，对于北京冬季降水相态的深入研究势在必行。是否所有的判据都具有很好的

7、表征意义，在北京地区冬季相关阈值改如何设定是本文研究的重点，希望能够找出北京地区雨雪相态的转变规律，探究相态预报的物理因子，找出预报着眼点，并为模式制作客观预报产品提供依据。1.北京地区出现雨夹雪的气候特征北京地区冬季的降水相态主要为：雪、雨、雨夹雪。秋季向冬季过度时期和冬季向春季的过度时期都会出现雨夹雪的天气。所以，对于北京地区降水相态预报的难点就是过度季节、转换时期的相态预报——即，对于雨雪转换和雨夹雪的预报。通过对1980年7月—2010年6月（30年）北京降水资料分析得到北京地区出现雨夹雪天气的季节特征（在天气现象观测记

8、录中，当日出现雨夹雪天气现象即记为一个雨夹雪日）：图1北京三个基准站1981-2010冬季雨夹雪日数的频次分布Fig.1MonthlyDistributionofmixofrainandsnowinthreestationsfrom1981to2010北京观象台