2. 中国气象科学研究院人工影响天气研究所, 中国气象局云雾物理重点开放实验室
2. Chinese Academy of Meteor ological Sciences
降雪是我国高原地区以及长江以北冬季常见的自然现象。降雪对补充地下水、改善土壤墒情、减轻春季沙尘、增加冰川雪盖和水库的淡水资源储备、清洁空气中的污染物质、降低森林火险等级及城市噪音等方面有着诸多好处,但同时也可能会对农牧业生产和交通运输安全带来一些不良影响。在我国青海、西藏、新疆、内蒙古以及东北、华北、华东、华中一带,强降雪过程就经常给农牧业生产及人民生产生活带来极大危害,甚至严重威胁到农畜及人民生命财产安全[1-6]。一些弱降雪过程也会造成城市交通的瘫痪[7]。2007年3月3日开始的我国北方地区一次大范围的强降雪过程,就造成了巨大损失。因此,长期以来,在气象服务业务上,有关降雪业务预报主要还是从防灾减灾角度,来进行预测预警及监测分析研究。气象工作人员也多从这方面需求出发,利用各种不同的探测监测手段,包括各种不同类型的精细数值天气预报分析技术,来进行研究和预报总结[8-12]。
旅游市场的发展,使得有关旅游气象服务的需求也日趋增长,旅游气候学分析和相应旅游气象景观的业务天气预报工作也相继展开。近些年来不少气象工作者根据旅游项目的需求,结合当地气候背景状况和典型天气过程特点,从旅游景观角度对旅游气象景观天气条件进行了一些预报分析和总结[13-15]。
黄山、庐山、玉龙雪山等作为我国著名风景名胜的降雪天气过程,虽然会给这些风景名胜区的树木和交通带来一些危害,但更多地是给人们带来美轮美奂的雪景同时,还增加了这些风景名胜区的冬季淡水来源,对这些地区冬季的森林防火和土壤水分环境的改善,具有很好的环境保护作用。
以庐山为例,庐山自然之美,在冬季一直就有“冬如玉”之说。冬季降雪、雨凇、雾凇等自然天气现象与庐山的秀丽山色结合,会构成奇特瑰丽的自然气象景观。因此庐山冬季的雪景景观,自古就为诸多文人骚客所推崇。冬季赏雪游已成为庐山旅游的一大亮点。因此有关庐山雪景的观光时机选择、庐山雪景维持时段的预报等方面的山地旅游景观气象预报就成为庐山气象工作者经常被要求提供的旅游业务服务信息。
1980年以来,庐山气象台曾根据庐山旅游发展需要,积极开展过日出、云海、雪景等旅游气象信息服务,取得了较好的社会经济效益。然而由于当时气象观测业务条件的限制,这些旅游景观预报还主要依靠个别预报员的经验进行,主观随意性较大。随着气象现代化水平的整体提升,数值预报技术的进一步发展,计算机技术和通讯传输能力的提高,以及互联网上更为丰富的国内外气象服务产品的共享,使得将以往这些经验预报方法上升到可操作的客观业务预报方法成为可能。2003年6月,庐山气象台专门成立了庐山旅游服务气象信息产品开发研究课题,经过两年的努力,在对局地山地降雪机理和冬季山地气候资料系统整理和分析的基础上,依托我国新时期的气象现代化业务系统,参考国内外具有较高时效性的数值预报产品,总结了有关庐山山地冬季降雪及山地雪景景观维持时间的客观分析方法。本文根据这些分析总结,结合2004年至2005年冬季实际业务预报体会,就庐山雪景气象景观业务预报结果进行了介绍和讨论。
1 庐山雪景的基本特征 1.1 庐山雪景的美学特征庐山雪景,一般认为是由于庐山特殊的地理条件而形成的一种我国江南地区特有的冬季气象景观。庐山地处我国第一大淡水湖鄱阳湖与长江之间,水汽资源丰富,冬季冷暖空气在此交汇,云雾笼罩机会多,由于庐山为长江中下游这块冲积平原中所独自耸立的一座海拔近1500m的高山,与周边海拔不足100m的环境相比,冬季气温在周围平原地区较暖时也较易处于0℃以下,因而在冬季冷空气活动影响时,常会形成雨凇、雾凇和降雪等多种不同类型的液、固态降水。庐山植被茂密,树木怪石众多,建筑别具风格,这些液、固态降水与庐山自然景色结合,打造的冰雪世界,便组成了独具庐山本地特色的多种形态、立体交叉、混若天成的冰雪山水画。对庐山雪景之美,历代文人吟咏很多,明代王世懋的《庐山雪》就非常有代表性:“朝日照积雪,庐山白如云。始知灵境杳,不与众山群。树色空中断,泉声半天闻。千崖冰玉里,何处着匡君”,就是我国古代文人对庐山雪景之美的神来写照。
庐山气象台位于庐山北部牯岭地区牯牛背的山顶之上,海拔1165m,基本代表了庐山各景区的平均高度。其观测历史悠久,1954年建站,1963年升格为基本站,除了进行常规的气压、气温、湿度、风向风速、降水和地温等要素观测外,从建站以来就一直开展了雪深和雪压观测,其50多年的气候资料为庐山雪景的研究提供了条件。
1.2 庐山雪景的气象特征 1.2.1 定义依前所述,庐山雪景气象景观只是一个旅游风景学概念,从我国现行的地面气象观测规范[16-17]来看,雪景气象景观目前在气象上还没有严格的学术定义。从人们对这一概念的使用情况来看,应该有广义和狭义两种含义,从广义上说应是指由各种性质的降雪、雨夹雪、冰粒、雨凇、雾凇中的一种或多种天气现象所构成的冰雪气象景观。只要有上述一种或几种现象出现,并达到一定范围和程度,都可认为有雪景景观。由于上述现象形成的机理并不完全相同,有的是固态降水(如雪、冰粒、雨夹雪),有的属液态降水(如雨凇),而有的则不属降水现象(如雾凇),因此研究并预报它们需要用不同的方法。根据现有观测资料的使用情况,这里暂根据山上实际观测体会,结合地面气象观测积雪的概念,对它进行狭义上的定义:雪景气象景观是指有降雪现象(包括雪、冰粒、雨夹雪等)发生,并达到地面气象观测上的积雪标准(即观测者视野四周二分之一以上范围地面被雪覆盖)而出现的气象景观。这里不包括单纯由雨凇或雾凇组成的景观,但如在一次过程中它们与降雪相继或混合出现,则包括在内。本文后面所涉及的雪景概念,如无特别说明都是根据这一定义来使用的。
1.2.2 雪景气象景观年日数及分布表 1给出了1971—2000年30年间庐山平均积雪日数的统计。30年的统计说明庐山雪景日数全年平均约30天,早的在11月中旬就出现了, 晚至第二年4月还能见到,最多的是出现在12月下旬到来年2月底,即从每年的圣诞节前到来年的春节前后这一段时间,平均有25.7天,占全年雪景景观日数的86.24%。所以每年的12月下旬至来年的2月下旬是来庐山观赏雪景气象景观的最佳时段。其中又以1月份雪景景观日数为最高,占全年雪景日数的38.92%,为12月下旬至来年2月总雪景景观日数的45.14%。
表 2给出了1981—2005年期间庐山降雪次数。由表中A*的次数可知,出现雪景的场次平均每年为3~4次,多的为6~7次,如2005年就达7次。少的只有一次,如1982年、1987年、1999年。由B*的次数可知,超过10cm以上的大雪,平均一年为一场,多的如2005年有3场,在这25年中其中有7年没有下大雪,占近三分之一。最大的一次降雪是1998年1月下旬的一次特大暴雪过程,降雪深度平均达66cm,个别地段达1m以上,雪景景观维持时间达27天之久,其次是1984年1月下旬的大雪,雪景景观维持时间为24天。
雪景气象景观维持时间这里是指一次降雪过程形成积雪后能够连续维持的天数,包括前一次未化完又形成新的积雪亦算一次维持过程。分析认为,庐山雪景的维持时间主要由降雪的大小和雪后的回温快慢而决定,雪深在10cm以下的小降雪过程维持时间较短,一般在3~5天左右。因此在此主要分析雪深在10cm以上的大雪过程。表 3是1981—2005年期间庐山大雪过程积雪维持日数的统计。
统计表明,一场大雪平均可维持10天左右的时间,但不同季节有一定差异,12—1月份正处一年之中最寒冷时期,气温回升慢,有时一场大雪之后雪景气象景观可维持20多天,如上文所述1984年1月下旬维持24天,1998年1月维持达27天之久。相反,来年2月立春后由于温度上升,有时一次大雪过程过后雪景气象景观也只能维持2~3天,如2005年3月12日大雪过程降雪达15cm,但雪景气象景观只维持4天即基本消融。
由表 3可知,雪景气象景观的维持时间主要由降雪后的回温快慢决定,升温速度快则维持时间短,升温速度慢则维持时间长。除少数降雪过程外,雪景气象景观的维持时间基本与雪后日最低气温连续维持在0℃以下的日数基本相当,误差基本在2天以内,这为雪景气象景观的维持时间预报提供了很好的预报因子。
1.2.5 庐山雪景的地域分布庐山雪景气象景观基本上以海拔800m为分界线,根据对流层温度垂直递减率0.65℃/hm,海拔800m,气温可递减5.2℃,因此在庐山周边地面日最高温度为5℃左右时,庐山海拔800m以上高度日最高温度就有可能处于0℃以下,因此冬季在庐山局地降雪过程中经常会有海拔800m以上雪花满天,海拔800m以下山地则可能只有一些零星小雪。
另外庐山各处的雪景气象景观特点也随着其地理位置、周边山色及朝向情况有着一些差异。含鄱口的雪景景观秀丽端庄,这是因为含鄱口面对鄱阳湖,依山朝水,日照时间又比较长,常绿树木高大俊秀,因此冬季里时常雪凇间透出盈盈绿意,琼花里可见晶莹玉枝;五老峰的雪凇, 因为地势高险,海拔接近1400m,冬季从长江以北压过来的冷空气翻过大月山后会经此地下沉,与来自鄱阳湖的暖湿气流在此交汇,因此冬季这儿的雪凇常是铺天盖地,经月不融,从地上到树上,从树上到石上,全是一片冰挂的世界;而牯岭、小天池一带由于山势奇特,人文景观内容丰富,海拔高度在1100m左右,因此冬季雪凇则尤为壮观,气派而精美。
2 典型庐山雪景的天气背景分析雪景气象景观的形成要有一定的天气背景,并且单站要素尤其是温、压结构上有一定型式与之相对应,并表现为不同的维持时间。分析认为,形成雪景气象景观的天气形势及单站温压曲线型式主要有3种。
2.1 低槽冷锋型2005年3月9—12日低槽冷锋型典型降雪过程单站温压结构图如图 1所示。这种型式占庐山所有冬季降雪过程的80%。图中p为海平面气压的日平均值,T为单站日平均气温,从图 1可见,降雪日庐山气象站的气压表现为与气温呈反向变化,及随着气压下降,山上气温逐渐下降,随着山上气压的上升,伴随着一定的滞后,山上气温也逐渐上升。
图 2是影响庐山降雪的低槽冷锋型的天气形势,这种冬季降雪天气是后倾槽结构,地面冷空气先移过本地使温度降至0℃以下,然后低槽移近时所带来的降水过程经过庐山形成庐山局地的降雪过程。
图 3为1999年3月7—12日切变静止锋型典型降雪过程单站温压结构图。这种型式占庐山所有冬季降雪过程的15%左右。温度气压呈波动型,即随着单站日平均气温在0℃上下波动,气压变化也较小。
图 4是冬季影响庐山降雪的切变静止锋型的天气形势,切变静止锋型的天气系统配置结构及其动态图,地面在长江流域有静止锋, 中层有切变线维持,850hPa左右的温度在0℃上下波动,庐山局地往往会形成雨凇雾凇,后期随着北方有冷空气补充进入,切变和静止锋南压时气温下降,降雨转为降雪。
图 5为冬季影响庐山降雪的2005年2月1—5日一次倒槽发展型典型降雪过程的单站温压结构图。这种天气形势占庐山所有冬季降雪过程的5%。从图 5可见,这类降雪过程在庐山气象站表现为升温降压,即随着单站日平均气温的上升,海平面气压的日平均值对应下降。
图 6是影响庐山冬季降雪倒槽发展型的天气系统配置结构及其动态图。先是地面冷空气南下影响本地,使山上气温降至0℃以下,然后西南暖湿气流突然加强,造成地面倒槽猛烈发展,冷暖空气交汇形成庐山局地降雪。这时如果暖空气继续加强,温度迅速上升,庐山局地降雪过程就容易转变为降雨过程,庐山雪景气象景观维持时间就会较短,有时不到一天就会消失。
(1) 旅游气象景观预报需要依靠及时的现代化气象信息系统,结合本地天气预报服务流程,有针对性的设计,并在实际业务中总结提高。
(2) 从近30年的降雪观测资料来看,庐山冬季雪景旅游气象景观最佳观赏时段为每年的圣诞节前至来年春节左右,但具体雪景景观的出现,需结合3种天气类型及庐山单站温度气压场特征来分析推测。
(3) 庐山雪景景观的维持时间不仅与降雪强度、积雪深度及所处地域有关,更重要受降雪过后庐山气温的回升速度影响。
(4) 为了进一步提高对庐山山体整体冬季温度场的分布特征认识,在条件许可时,建议通过开展庐山重要雪景景点温度场的加强观测,以及使用车载探空仪或江西省气科所的无人驾驶气象探测小飞机[18],给出庐山冬季降雪过程中及其后续雪景维持时段庐山重点地区温度场、湿度场及风场特征,提高对庐山降雪及雪景景观维持的预报准确性。
致谢:本文得到了庐山气象局蔡光炉同志和中央气象台乔林同志的指导和帮助,特致以诚挚的感谢。
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