¹中国民用航空华东地区空中交通管理局浙江分局，浙江 杭州

²中国气象局气候资源经济转化重点开放实验室，重庆市气象信息与技术保障中心，重庆

收稿日期：2023年12月26日；录用日期：2024年1月24日；发布日期：2024年1月31日

摘要

杭州萧山机场在2018年1月和2016年1月出现的两次中雪天气。通过机场观测资料发现18年降雪过程中有冰粒出现，承接降水到降雪互相间的转变，16年降雪过程中雨夹雪或小雨相态出现较多，两次过程中的中雪都在液态降水向固态降水转变并且气温降低后出现。ECMWF ER5数据显示两次降雪过程浙北地区都受寒潮影响，500 hPa都为平直西风带控制，700 hPa都为西南偏西急流影响。不同是18年过程850 hPa冷空气先影响浙北地区，其后强的偏南暖湿气流输送至浙北。16年过程冷空气以横槽转竖的形式缓慢扩散南下，与西南暖湿气流相遇。18年过程中干冷空气长时间影响浙北，强迫从南海及西太平洋北上的暖湿空气抬升，形成中雪。该过程中水汽通量散度大，垂直运动强，云团中冰水粒子混合使得雷达回波图像类似混合性降水，对应实况出现冰粒可能是这一类型降雪过程的标志，中雪对应的雷达回波信号达50 dBz。而16年过程则是干冷气团向暖湿气团移动，为冷流降雪，水汽通量散度小，雷达回波信号20~30 dBz且分布均匀，中雪对应回波信号为25~30 dBz。

关键词

中雪，冰粒，水汽通量散度，雷达回波

A Comparative Analysis of Two Moderate Snow Events at Hangzhou Xiaoshan Airport

Rong Huang¹, Qilin Li^2*

¹Zhejiang Subbureau of East China Air Traffic Management Bureau CAAC, Hangzhou Zhejiang

²Chongqing Meteorological Information and Technical Support Center, CMA Key Open Laboratory of Transforming Climate Resources to Economy, Chongqing

Received: Dec. 26^th, 2023; accepted: Jan. 24^th, 2024; published: Jan. 31^st, 2024

ABSTRACT

Hangzhou Xiaoshan Airport experienced two moderate snow events in January 2018 and January 2016. Through airport observation data, it was found that there were ice pellets in the snowfall process in 2018, which bridged the transition between precipitation and snowfall. In the snowfall process in 2016, there were more occurrences of sleet or light rain. The moderate snow in both processes appeared after the liquid precipitation changed to solid precipitation and the temperature dropped. ECMWF ER5 data showed that the northern Zhejiang area was affected by cold waves in both snow events, and 500 hPa was controlled by a zonal westerly belt, and 700 hPa was influenced by a southwest-to-west jet stream. The difference was that in the 2018 process, the cold air at 850 hPa affected the northern Zhejiang area first, and then a strong southward warm and humid air flow was transported to the northern Zhejiang. In the 2016 process, the cold air spread southward slowly in the form of a horizontal trough turning vertical, and met with the southwest warm and humid air flow. In the 2018 process, the cold dry air affected the northern Zhejiang for a long time, lifting the warm and humid air which from the South China Sea and the North Pacific, then forming the moderate snow. In this process, the water vapor flux divergence was large, the vertical motion was strong, and the mixed ice-water particles in the cloud cluster made the radar echo image similar to mixed precipitation, which corresponded to the observation of ice pellets. This may be a sign of this type of snowfall process. The radar echo signal corresponding to moderate snow reached 50 dBz. In the 2016 process, it was cold flow snowfall, where the dry cold air mass moved toward the warm and humid air mass. The water vapor flux divergence was small, and the radar echo signal was 20~30 dBz and evenly distributed. The radar echo signal corresponding to moderate snow was 25~30 dBz.

Keywords:Moderate Snow, Ice Pellets, Water Vapor Flux Divergence, Radar Echo Signal

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1. 引言

降雪天气是冬季影响飞行安全和机场航班正常运行的主要天气现象之一，不仅会导致跑道或航空器表面积雪和结冰，导致增加机场运行的准备工作，还会伴有低能见度、低云、冻雾等恶劣天气条件，增加飞机起降的风险和难度。因此对机场降雪天气的预报和监测具有重要意义，对提高航空气象保障能力和保障空中交通安全有着重要作用 [1] 。

而机场降雪天气的预报仍然存在一定的误差和不确定性，尤其是对于机场这样小范围落区的强降雪、局地雨雪交替等复杂情况的预报难度较大 [2] 。降雪天气对机场MDRS准备和启动也造成重要影响 [3] 。杭州地处于长江三角洲地区，年降雪日数较少，根据本机场近十年气候统计，年降雪日数呈现下降的态势。由于冬季降雪天气出现较少，出现降雪时的强度较小，冬季航班运行时对于飞机或跑道除冰除雪设备的日常需求少。可一旦出现中雪或长时间降雪时，这类设备的准备不足将对航班的运行带来巨大影响，因此利用机场所能获取的资料来完善降雪预报十分迫切。

本文通过机场观测资料、ECMWF ER5格点资料、雷达探测资料来分析近几年杭州萧山机场的两次中雪过程，尝试从环流态势、要素现象等方面进行比较，找出对于机场降雪天气预报，特别是中雪出现前后时段的天气特征，进行分析总结，为相关预报工作积累经验。

2. 萧山机场两次中雪天气要素对比

18年1月下旬，我国经历了近年来较强的一次寒潮天气过程，24~28日杭州萧山机场连续五天出现了低温雨雪天气，过程降雪总量为20.7 mm，最大单日降雪出现在1月27日，日积雪深度为7 cm。这次天气过程对杭州萧山机场的航空运行带来了较大影响，共造成了200余架次航班延误或取消。我们将首先分析此次降雪天气过程。此次降雪过程在2018年1月26日前半夜到28日早晨(图1)呈现出持续性的雨雪天气，这个过程的降雪特点是降雪过程时间长，相态变化多，固态、液态降水交替混合出现，过程中出现中雪。为方便对比在下文中这次过程简称为18年过程。而近年的另一次较强的降雪过程则出现在2016年1月20日至23日，下文简称为16年过程。

图1. 2018年1月26~28日萧山机场降雪过程天气要素变化

通过图1可以看出，降水或降雪从北京时间26日夜里21:00开始到28日09:00完全结束，总体上出现了雪、雨、冰粒以及雨夹雪相态转换四种特征，整个过程中以降雪为主，短时出现较强的中雪，纯粹降雨的时间较短。26日21:00~27日08:30小雪天气为主，09:00~11：30转为小冰粒；12:00~17:00转为小雨；17:30又开始降雪，相态反复变化，小冰粒、雨夹雪、小雨夹冰粒、小雪、中雪频繁相互转换，其中由于27日21:00出现中等雨夹雪，27日的22:30及28日02:00~03:00出现中雪天气，这个阶段的降雪量也不小，28日05:30~07:30机场短时雪止转阴，08:30~09:00又出现了短时小雪，之后整个降雪过程结束。

以上的雨雪过程中，气温范围在−2至2度之间，以27日17点为分界，之前气温在零度以下波动，短时冻降水停止，在这个时段中小雪出现的比例最高，其次是小雨和冰粒。在维持0度的过程中，出现了较长时间的冰粒和小雨，在该温度下，逐渐由冰粒转变为降水。而27日17点以后气温略微升高，变化较为稳定，在白天或是夜间，主要处于1度左右，只有中雪出现的28日凌晨，短暂下降到零度。但是在这个时段小雨快速变为冰粒，其后小雨夹雪、小雪及中雪反复出现，降水相态交替更为复杂，变化情况更多。从时间上看，三者出现的时刻差不多。

由类型上分析，小雪主要出现在26日夜间，而小雨主要出现在27日午后，对应气温略有升高。中雪在这个阶段中只在27日夜间到28日凌晨出现。冰粒的出现承接了从雪到雨以及从雨到雪变化的中间过程，因此它的出现很有指示意义，冰粒出现之前无天气现象或仅为小雨，则出现之后可能转变为降雪或雨夹雪，当冰粒出现之前为小雪，则出现之后可能转变为小雨。

16年过程如图2所示，图中可知其中天气主要为小雪或小雨夹雪，间隔出现数次中雪，同时小雨这样的降水天气也有间断性出现，降雪中固液相态交替变化出现的特征有一定的延续性和特殊性，这是两次过程的表现类似的地方，而在降雪深度上18年过程在量级上大于16年过程。对比图1，他们的不同点就在于18年过程有冰粒出现，并且它常维持1~2小时，长时间的维持，也说明了本场受到大范围的天气系统影响，降水相态变化需要一定时间的积累。另一个不同点是16年过程平均温度高于18年过程，在中雪出现之前以小雨和小雨夹雪为主，因此地面保留有积水，机场道面积雪较浅，而18年这一阶段的前期以小雪为主，其后小雨出现时地面气温维持在零度，有利于后期冰粒和雪的累积，使得机场跑道道面出现积雪结冰的情况。

图2. 2016年1月20~23日萧山机场降雪过程天气要素变化

两次过程也表现出一些相似性，首先在机场探测的温度出现波动下降之后，未来的降水更大概率以纯固态的形式出现，会有明显的小雪或中雪。其次我们所重点关注的中雪，它的出现前后常是小雨夹雪，同时气温为大于等于零度的条件下。

3. 环流背景分析及对比

根据沈玉伟等 [4] 人对浙江地区降雪个例研究，降雪较强的个例出现，都有北方冷空气和西南暖湿气流影响，他们的强弱配置关系，对应着浙江降雪的时间和强度。结合尹东屏 [5] 和陈丽芳 [6] 等人的研究，强降雪的产生与长江流域的低空急流位置密不可分，急流轴的摆动，也作用着降雪区的分布和移动。下文将首先分析18年过程的环流背景情况，找出该次过程是否有类似的配置关系出现。选取的是2018年1月26日UTC20Z、27日08Z、27日20Z的三个时刻的位势高度场，对应了图1过程变化三个关键时间点，分别是雨雪过程开始前、小雪转变为冰粒和小雨前以及较强的雨夹雪和中雪开始前。这3个时刻的环流情况的异同，是分析雨雪成因及相态变化的关键之一。

首先2018年1月24至26日高空的鄂霍兹克海冷涡与南支槽两股势力已在浙江地区有所交汇，产生了前一阶段雨雪。从27日凌晨开始，以上所说的三个时刻的500 hPa高度场环流形势如图3，蓝色区域对应湿区，可见2018年1月26日UTC20Z (图3(a))前一股冷空气南下所形成的冷槽位于黄海至苏皖地区，其上游为暖脊，华东地区上空主要受纬向分布较宽的西风急流带控制，表明雨雪开始前500 hPa上冷暖平流以纬向运动为主。而在2018年1月27日UTC08Z即小雨出现前(图3(b))，上述位置的暖脊东移至苏皖地区，该股暖平流减弱，同时华东上空高层蓝色的湿区范围减小。在2018年1月27日UTC20Z雨夹雪和中雪开始前(图3(c))，华东上空分布较宽的高空急流流向转变为西南偏西向，同时湿区覆盖了面积向东向南扩展，覆盖了浙北地区，−18℃等温线北移至江苏中部。

图3. 2018年1月500 hPa风温湿分布((a) 26日UTC20Z；(b) 27日UTC08Z；(c) 27日UTC20Z)

对应以上3个时刻的700 hPa环流形势(图4)上可看出，整个过程中我国华东地区一直受湿区影响。在过程发生前(图4(a))，华东地区处于低槽前部，等高线呈现疏散状，温度槽落后于高度槽，显示出槽前有明显暖平流，并且未来槽会有东移加深。而小雨出现前(图4(b))所关注的浙北地区上空为西南偏西向的急流带，并且为急流的出口地带，同时可见在这一地区上空暖平流仍然维持出现，而零度等温线的南北摆动则不大。当雨夹雪和中雪出现前(图4(c))，西南偏西向的急流加强，等温线渐渐与等高线平行分布，也与急流流向接近平行，相比前一时刻，湿区覆盖的范围呈现向南北的扩展，浙北地区上空的湿度增加，零度等温线略有北抬，但浙北地区上空700 hPa的温度场仍处于零下。

对应以上3个时刻的850 hPa环流形势上可看出，过程发生前(图5(a))，华东地区处于华南切变的北侧，其中浙北地区上空为干区控制，并受−6℃的冷中心控制。发展至小雨出现前(图5(b))，受偏南气流影响，切变线向北移动，并且湿区也北移覆盖了浙北地区上空，而等温度线北抬不明显。其后的时刻(图5(c))偏南暖湿气流持续加强，浙北地区上空出现12 m/s的低空急流，开始推动等温度线逐渐北移，但该区域在850 hPa高度的气温仍为零下。综上整个18年过程中西南地区东伸的切变线不断东移北抬，暖湿空气不断向东北方向输送，因此水汽向华东地区输送并逐渐增强，这一地区的降水或降雪也会逐渐增强。但当切变线北抬，华东地区受偏南气流持续影响的情况下，温度场的变化滞后于流场，零度等温线向北移动较为缓慢。这一特征可能有利于降雪的长时间出现。

结合以上环流情况，与16年过程(图略)相比较，16年过程中高度场上东亚大槽呈现“倒Ω流”型，之后在长波调整的过程中横槽逐渐转竖，在转竖的过程中冷涡逐渐南压至我国黑龙江地区，因此16年1月的这次寒潮降温更剧烈，冷空气强度罕见，但整个降温过程时间跨度较长，机场所处地区在过程前期以长时间的小雨和小雨夹雪为主，其后再出现中雪。华东地区强降雪的产生经常伴随着高层南支浅槽和高纬冷槽配合，中层低空急流存在的态势，两次中雪过程对应在500 hPa上华东地区都为平直西风带或西南偏西气流为主，经向波动不明显，同时850和700 hPa华东地区都受湿区覆盖。虽然两次过程中高层华东地区的环流形势相近，但16年过程(图略)最初高层冷涡南压明显，东移不足，横槽转竖较为缓慢，后期冷空气沿中路向南扩散。16年过程中高空三层上华东地区都长时间处于大槽前部，与之相对的18年过程中，700 hPa的低槽发展东移，850 hPa上冷空气先沿中东路向南扩散，其后暖湿空气在切变线的配合下向北输送强烈，低层和中层两种不同的态势分布在华东地区造成长时间降雪。结合两次过程的分析经验，中雪的出现与否由暖湿平流的强度决定，而出现时间则由冷平流南下态势决定。

图4. 2018年1月700 hPa风温湿分布((a) 26日UTC20Z；(b) 27日UTC08Z；(c) 27日UTC20Z)

图5. 2018年1月850 hPa风温湿分布((a) 26日UTC20Z；(b) 27日UTC08Z；(c) 27日UTC20Z)

其次不同点在于，在2018年1月24~25日华东地区已经经历了一次降雪过程，该次过程基本上以降雪的形式出现，华东地区地面已累积有一定积雪，地面气温较16年低。再次由于冷空气路径不同，从18年1月24~26日的850 hPa上(图5(a))可见，冷空气沿东路，从海上持续向华东中部输送冷空气，在该地区浅层一直维持有冷中心，直到27日夜晚冷暖气团相持的态势转换，暖湿空气增强北顶，所以18年过程更像是暖湿气团向北移动，受浅层低于零度的冷气团作用，被迫抬升所造成的第二轮雨雪天气。这种天气过程中，其一由于水汽充足，近地层温度较低，降雪的强度较强，使得机场出现中雪天气；其二由于暖湿空气在夜间加强，在夜晚低温和辐射条件的配合下，使降雪得以维持，并且使地面的积雪进一步加深。

4. 其他产品分析及对比

两次中雪时850 hPa水汽通量散度图中显示出，18年过程(图6(a))中浙江地区上空850 hPa高度受稳定的偏南气流影响，这股向北输送水汽气流的较强，直抵浙江，这种特征在冬季较为少见。从水汽的来源看18年过程不光有南海所带来的水汽，还有菲律宾以东洋面上涡旋所带来的充沛水汽输送。这两股水汽合流向浙江地区输送。而16年过程中(图6(b))可见，浙江地区处于高压环流的底部，干冷空气沿黄海–东海输入至浙江地区，水汽通量散度较18年过程小，环流的特征属于冷流降雪，但冷空气势力较强，使得机场地区也有中雪天气出现。

图6. 中雪时850 hPa水汽通量散度((a) 18年过程；(b) 16年过程)

以上的两种情况借助雷达图，也能体现出相应的不同，选取两次过程里杭州萧山机场中雪出现时段的雷达图，从图7(a)中可见18年过程中杭州地区受大范围强雷达回波覆盖，雷达回波分布的图像整体类似于春季的混合型降水，其中雷达回波信号最强约为50 dBz，这样的雷达回波强度在冬季较为少见，结合降水形式表明杭州上空的这股云团中混合相态的云水、云冰粒子较多，使得雷达散射信号增强，也说明18年的冻降水过程中，水平空间上水汽辐合较强，同时浅层为冷气团作为下垫面，有利于暖湿空气抬升，垂直运动也较强。这种特征使得气层中的可降水量增加，雪花生长的更大，又有相互碰并结合，所以雷达探测到强回波，强回波正是对应地区有强降雪或降水。结合环流变化来看，对比中雪前后时刻的雷达图(图略)，其图像运动方向与水汽通量的输送方向较为一致。在18年1月27日白天向北输送的暖湿空气还未加强时，水汽辐合以及抬升较弱，可能导致以小雨冰粒的形势出现，当辐合以及抬升加强时，浅层维持零度以下，因此出现中等强度的雨夹雪，并加强为中雪的程度。而16年过程出现中雪(图7(b))时，雷达回波整体类似于层状云降水，浙江北部覆盖有20~30 dBz的雷达回波信号，信号强度明显弱于18年过程，同时空间分布较为均匀，只有在少量深绿色区块对应的地区有中雪天气，结合机场实况出现对应中雪的回波约为25~30 dBz，类似的雷达回波信号对判断机场及周边的冷流降雪有一定的指示意义。

图7. 中雪时雷达回波图((a) 18年过程；(b) 16年过程)

5. 结论

1) 杭州萧山机场在2018年的降雪过程长于2016年出现的降雪过程，18年雨雪过程中有冰粒的出现，承接降水到降雪互相间的转变，16年过程中较多的是雨夹雪或小雨等相态的雨雪形式出现，而两次过程中的中雪都是在液态降水向固态降水转变并且气温降低后出现。

2) 两次降雪过程环流相似性体现都伴随寒潮产生，在高空500 hPa上华东地区都受平直西风带控制，700 hPa上受西南偏西急流影响。不同点在于18年过程中850 hPa的冷空气沿中东路向南扩散，先影响浙北地区，其后华南切变东伸北抬发展，伴有较强的偏南暖湿气流输送至浙北。而16年过程冷涡强度强，但低层冷空气缓慢扩散南下，逐渐与西南暖湿气流相遇。

3) 18年过程中冷空气长时间影响华东中部地区，导致该地区在浅层为冷中心，强迫从南海及西太平洋北上的暖湿空气抬升，形成中雪。过程中水汽通量散度大，垂直运动强，云团中冰水粒子混合使得雷达回波图像类似混合性降水，对应实况出现冰粒可能是这一类型降雪过程的标志，中雪对应的强回波信号可达50 dBz。而16年过程则是干冷气团向暖湿气团移动，为冷流降雪，水汽通量散度小，雷达回波信号20~30 dBz且分布均匀，中雪对应回波信号为25~30 dBz。

基金项目

重庆市气象部门业务技术攻关项目：降水融合实况分析产品在重庆地区的订正(YWJSGG-202307)。

文章引用

黄 融,李奇临. 杭州萧山机场两次中雪过程的对比分析
A Comparative Analysis of Two Moderate Snow Events at Hangzhou Xiaoshan Airport[J]. 气候变化研究快报, 2024, 13(01): 192-199. https://doi.org/10.12677/CCRL.2024.131020

参考文献