黄浩杰，沈 芳，刘艳杰
（廊坊市气象局 河北，廊坊 065000）
廊坊地区平均海拔在13m左右，全市地貌比较平缓单调，以平原为主，由于洪积、冲积作用和河流多次决口改道淤积，沉积物交错分布，加上风力及人为活动的影响，境内地貌差异性较大，缓岗、洼地、沙丘、小型冲积堆等遍布，全市地貌呈现大小不平状态。纵观全市地势，从北、西、南三面逐渐向天津海河下游低倾。目前，廊坊市建成农业科技园区共计37家，其中包括国家级3家，省级11家，市级23家，核心区面积达4.6万亩，总共覆盖11个县区，形成了“绿色果蔬、园林花木、高效粮食、农产品加工、农业旅游观光”五大主导产业。
降雪过程对于农作物的生长产生了巨大的影响，以冬小麦为例，降雪过程给冬小麦的生长利大于弊，处于越冬的冬小麦有积雪的覆盖可以减轻冻害的发生，同时，气温降低可以减缓小麦旺长的势头，有利于改善群体结构，低温过程冻死一部分晚弱苗，群体结构更趋合理，并且低温可以降低越冬的虫害的密度，抑制病害蔓延，对减轻来年病虫害有利，不利方面在雨雪量偏大的地区，可能会对小麦产生冻害。可见雨雪天气对于农作物的生长是至关重要的。
近几年国内的气象工作者对于雨雪天气的环流背景和成因等多方面进行了深入分析，黄若男等对张家口坝上地区两次降水相态转换过程进行分析，总结出了坝上的雨雪转换的指标，完善了张家口地区降水相态转换的预报体系。隋景跃等对朝阳地区2009年2月12～13日一次雨转暴雪天气过程的天气形势、卫星以及物理量场进行详细分析研究。金少华等运用Micaps资料和NCEP再分析资料对云南一次雨转雪过程进行分析，结果表明在雨转雪变化时，低层有明显的锋生，李进等利用NECP再分析资料与观测资料，对杭州地区10次雨转雪过程进行分析，总结出了典型的雨转雪天气的预报模型，于亚薇等利用常规观测、数值预报、卫星云图等资料分析发现，雨转雪过程前期受暖湿空气主导，后期受干冷空气控制。
本文利用HYSPLIT模型后向轨迹资料、常规观测资料和雷达资料，对廊坊市2021年2月28日的一次雨转雪过程进行分析总结，目的是为了今后更准确的预报廊坊地区的雨转雪天气积累经验，更好的为冬小麦等农作物提供气象服务。
1 资料与方法
主要采用常规观测资料、雷达、HYSPLIT模型后向轨迹资料对廊坊市2021年2月28日的降水相态转换过程进行分析，进一步探索雨雪转换时间以及雨雪转换前各类气象要素的特征。
HYSPLIT模型是由美国国家海洋和大气管理局(NOAA)的空气资源实验室和澳大利亚气象局在过去20年间联合研发的一种用于计算和分析大气污染物输送、扩散轨迹的专业模型。HYSPLIT普遍应用于计算和分析大气污染物输送、扩散轨迹。它能够用于计算气团的轨迹，以及模拟复杂的扩散和沉降，包括沙尘、对流层臭氧、EC、二氧化硫、苯、火山喷发、森林火灾、汞、PM2.5的扩散模拟。后向轨迹分析是气流从何处而来，意味着溯源；前向轨迹分析是去了哪里意味着追踪，其可用轨迹预报。
2 天气实况及环流形势分析
2.1 天气实况
受冷暖空气共同影响，2021年2月28日至3月1日，廊坊自北向南陆续出现雨转雨夹雪转雪天气，如图1所示，雨转雨夹雪或雪的时间为28日21时至23时之间，廊坊总降水量（包括降雨和降雪的总量，下同）普遍为13.0～20.0mm，平均17.7mm，大城最大为19.9mm。积雪深度普遍为1～4cm。1日08时转槽后西北气流控制，天气逐渐转晴。此次雨雪天气过程增加了土壤墒情，有利于冬小麦等农作物越冬，对净化空气有一定作用，但对交通出行较为不利。
图1 2021年2月28日廊坊市总降水量及雨雪转换时间
如图2所示，从小时降水量的分布来看，28日05：00开始各市县逐渐开始降水，28日15：00降水强度逐渐增大，至22：00大部分县市达到最大小时降水量，最大小时降水量为2.4mm，于28日22：00出现在霸州市，随后雨强逐渐减弱，至1日10时降水趋于结束。
图2 2021年2月28日05时～3月1日10时廊坊市国家地面气象站小时降水量统计
2.2 环流形势分析
2020年2月28日500 hPa环流整体呈两脊一槽形势，脊线分别位于新疆北部和朝鲜半岛，槽线位于蒙古国附近。受前部高压脊阻挡，27日20：00之后位于河套附近的西风槽移动缓慢并转横，随着朝鲜半岛的高压脊逐渐平直，28日08：00之后西风槽重新转竖东移南下，廊坊位于槽前西南气流中（图3a）；700hPa位于河北省西部的切变线27日20：00逐渐东移，28日20时加强形成低涡，其前部有30m/s的西南风急流，河北省中南部地区位于急流出口区的右侧（图3b）；850hPa河北在28日20：00位于西南地区低涡的顶部，在西北地区东部和日本分别有两个高压系统，河北位于两个高压系统中部，河北中南部出现东南风急流，风速达14m/s（图3c）。28日夜间受高低空系统共同影响，加之较好的水汽输送带配合，造成了本次强雨雪天气过程。1日08：00随着系统东移离开河北地区，降水逐渐结束。
图3 2月27日20至01日20时500hPa形势演变图（a）、700hPa形势演变图(b)、850hPa形势演变图(c)
由图4可知，27日20：00（图4a）地面位于蒙古北部的高压向东分离出一部分逐渐东移南下，其前部有明显冷锋系统，在28日02：00（图4b），受西南地区低压的影响，冷锋西段受到阻挡逐渐拱起形成倒槽，河北地面逐渐转为东北风，形成典型的河北冷空气回流形势，之后在28日20：00（图4c）冷锋东移南下，自西北向东南入侵河北省，01日08时（图4d）冷锋逐渐离开河北省，河北逐渐转为冷高压控制。
图4 地面形势图（a.27日20时,b.28日02时,c.28日20时,d.01日02时）
由图5可知，河北省在28日20：00整层呈后倾的形势，在200hPa位于高空200hPa急流的右侧，正的涡度平流有利于天气尺度上升运动的产生，500hPa高空槽位于河套东部，河北处于槽前的西南气流控制中，同时700hPa风场上分别在河北西南部存在切变线，低层700hPa、850 hPa河北地区处于湿区范围内，高低空的湿度都比较大，700hPa出现约30m/s的西南风急流，850hPa上有14m/s的东南风急流向河北地区输送水汽，河北位于急流出口区的左侧，地面上在廊坊附近有东北-西南走向的冷锋，以上条件构成了有利于本次降水有利的动力条件。
图5 28日20时高低空配置图
3 相态转换成因分析
分析2月28日廊坊不同降水相态对应的地面气温箱线图（图6）可见，出现降雨的站温度均高于0℃；出现降雪的站中有部分站的温度也在0℃以上，最高温度为1.4℃，但大部分站基本都在0℃以下；当降水相态为雨夹雪时，温度分布比较复杂，但大部分为2℃左右，最大为2.6℃。以上分析表明相态转为雪时地面温度仍有一段时间高于0℃，因此仅通过地面气温区分降水相态比较困难。
图6 廊坊市降水过程不同相态对应地面气温分布
表1 所示雨雪转换过程中0℃层高度和各层温度，本次过程雨转雪的时间在28日22：00左右，而各个高度层的温度和0℃层高度在28日20时之后逐渐接近河北省总结的指标，说明夜间降水相态将逐渐转为雪，在此次降水过程中，雨雪相态时的各指数完全符合河北省对于雨雪转换时的各项指标。
表1 雨转雪过程中0℃层高度和各层温度
由图7地面三线图可以看出，气压从28日05：00至12：00逐渐上升，随后由28日12：00至01日09：00先降后升，降水强度随着气压的升高而增大。从温度演变来看，气温自28日12：00的4.3℃逐渐下降，当气温降至2℃以下时，降水相态转为降雪。21：00至1日02：00：冷锋移近及过境时段，气压上升、气温下降、水汽压上升、雨雪转换。
图7 廊坊站2805至0109三线图
4 雷达资料分析
4.1 基本反射率因子
图8 为28日18：00至23：00雷达1.5°仰角基本反射率因子。28日16：30开始在1.5°仰角反射率因子图上出现圆弧状的零度层亮温带，19：30零度层亮温带显示的很清楚，高度在0.4km，随后持续5个体扫，高度维持在0.3km。随后零度层亮温带圆弧变短，变粗，逐渐模糊，到21：00在1.5°仰角无法分辨出零度层亮温带。与降水实况对比发现，0℃层亮带高度的迅速下降的时段，北京上空的降水相态开始由降雨转为降雪。雷达基本反射率图上0℃层亮带高度的迅速下降，可以作为雨雪相态转换的判据之一。当北京站多普勒天气雷达上零度层亮带高度迅速下降后1～2小时，廊坊降水相态将由降雨转为降雪。
图8 雷达1.5°仰角基本反射率因子（28日18时-22时）
4.2 径向速度图
闭合零速度线反映了近地面层和中高层之间由强势风和相反方向急流造成的风切变，闭合越完整，表明切变越强烈。
从3.4°仰角零速度线特征分析（图9），28日15：00开始零速度线趋于闭合，16：00至21：30零速度线完全闭合，低层风向由东北风转为偏东风，风速略有增大，同时降水强度逐渐增大，21：30之后零速度线闭合区域减小，降水强度增大幅度减小，23：00闭合区域消失，降水强度明显减弱。由此可见，当雷达径向速度图出现零速度线闭合区域时，降水强度逐渐增大；当零速度线闭合区域逐渐消失时，降水强度减弱。
图9 雷达3.4°仰角径向速度图（28日15时-22时）
5 HYSPLIT模型分析
对2020年2月28日雨转雪过程水汽来源利用基于拉格朗日方法的轨迹模式(HYSPLIT模型)，通过对轨迹模式后向追踪输出结果进行分析。分析得到引起雨转雪过程气团主要分为3条路径(图10）：其中500hPa和750hPa的路径是来自我国北方的偏西风水汽供应，而850hPa的路径是由于低层东南风的加强，将来自渤海湾与东海的水汽输送至河北地区，这也是输送水汽贡献最大的路径，与图5所示850hPa的东南风急流的水汽通道高度一致。在有利的动力条件下，充沛的水汽供应使得本次降水强度较大。
图10 2021年2月28日20时气团后向轨迹
6 总结
本文对廊坊市2021年2月28日的雨雪转换过程进行分析，并对其雨雪转换时间以及水汽来源进行深入研究，得出以下结论：
（1）本次强雨雪天气的主要影响系统为高空槽，配合着高低空急流耦合和低空切变线，地面存在冷锋和华北回流，造成此次强雨雪天气；
（2）降水过程中存在降水相态转换较为复杂，为雨转雨夹雪转雪。转雪时地面温度仍有一段时间高于0℃，仅通过地面气温区分降水相态比较困难。对河北雨转雪的指标进行检验，发现各个高度层的温度和0℃层高度均能很好反应降水相态变化的时间，对今后降水相态转换的预报具有很好的指示意义。
（3）本次过程的零度层亮带形状比较完整，北京多普勒天气雷达上零度层亮带高度的迅速下降后1～2小时后，廊坊降水相态将由降雨转为降雪。零速度线闭合状态反应了低空急流与中高空急流（气流）发展对峙消亡等状态，对地面降水相态变化的临近预报有较好指示意义。
（4）通过对轨迹模式后向追踪输出结果进行分析，发现气团主要分为3条路径，此次过程中的水汽主要来源于850hPa气团携带东海和渤海湾的水汽输送至河北地区，与东南风急流的水汽通道高度一致。
2月正是冬小麦返青至抽穗的季节，本次雨转雪过程对越冬作物的生长十分有利，在今后日常的业务预报中，应该多总结相关雨转雪的典型个例，准确预报雨雪转换的具体时间，为更好的做农业气象服务奠定基础。
