引言

湖北地处长江中游地区，位于南北气候过渡带，冬季属于冷、暖空气交汇显著的区域，降雪的物理成因非常复杂，降雪的性质也不尽相同，有干、湿雪之分。不同性质的降雪过程引发的灾害不同：干雪过程中由于雪花不易融化，黏性较小，易造成地面积雪，影响交通(Wakahama et al，1977；Makkonen et al，2008)，湿雪则由于含水量高、雪压大、黏性强(Admirat et al，1988)容易形成电线积冰及道路结冰等冰雪灾害。因此，对湖北省干、湿雪过程进行对比分析，对于防范冰雪灾害具有重要意义。

关于湖北省降雪机理，国内有很多学者进行了相关研究。如徐双柱等(2009)对湖北省15次大雪过程分析认为，地面冷空气、700 hPa西南急流和500 hPa西风槽是湖北冬季大雪天气的主要影响系统。刘志勇等(2008)对2006年十堰一次区域性暴雪天气过程的诊断分析表明，中低层暖平流沿低层冷空气垫爬升是产生暴雪的重要动力条件。范元月等(2010)对2007年鄂东南一次暴雪过程的诊断与模拟发现，西南急流的减弱和移出，对应降雪的开始和停止。龙利民等(2010)研究了温度平流演变对湖北降雪的影响。上述研究多侧重于湖北降雪强度和落区机理研究，对于引发不同性质降雪的天气系统、环境场特征等目前尚未进行对比分析。

关于干、湿雪特征对比，国内外一些学者进行了相关研究。国外学者们对于干、湿雪的定义等进行了相关研究，如Huang等(2008)提出用雪雨比值(积雪深度增量/雨雪量)对干、湿雪进行定义和区分。Paterson(1981)和Goodison(1981)指出，新降干雪的平均密度约为100 kg·m^-3，新降湿雪的平均密度约为100~200 kg·m^-3，而对于干、湿雪形成的天气形势以及环境场的区别研究较少；国内马丽娟等(2012)通过分析得出中国年平均积雪深度、雪水当量和积雪密度分别为0.49 cm、0.7 mm和0.14 g·cm^-3。杨琨等(2013)对我国不同地区的雪深增量和雨雪量比值进行了分析，指出雪雨比值平均值在0.79 cm·mm^-1左右，具有明显的地域差异，北方地区比值波动较小，在1~1.15 cm·mm^-1，以干雪为主，南方地区比值波动较大，大多 < 1 cm·mm^-1，以湿雪为主。上述研究多局限于干、湿雪的物理特征等，对于干、湿雪天气过程特点及预报要点目前研究较少。

本文利用常规观测资料、NCEP再分析资料、微波辐射计及多普勒雷达等资料对2013年2月7—8日干雪过程(简称0208过程)与2月18—19日湿雪过程(简称0218过程)进行对比分析，旨在找出两类降雪过程的天气形势和环境场特征的区别，建立相应物理模型，提高预报员对两类降雪的机理认识，为今后做好降雪预报和预警服务提供参考。其中，根据湖北本地降雪特征，规定若雪雨比值≥1 cm·mm^-1则为干雪，若雪雨比值 < 1 cm·mm^-1则为湿雪。

1 两次降雪过程概况

0208过程从2月7日08时一直持续到8日20时，降雪开始于鄂北，逐渐南压，最强降雪出现在8日08时前后，鄂东普降中到大雪，大部地区积雪深度为3~5 cm，雪量为1~4 mm，雪雨比值 > 1 cm·mm^-1(图 1a)，其中武汉站雪雨比值高达3.44 cm·mm^-1(表 1)。降雪过程发生在除夕前夜，持续时间长，积雪深度较大，对于春节期间人们出行产生极大影响；0218过程从18日08时开始到19日凌晨结束。降雪开始于鄂西北，随后雪区逐渐东移南压，23时江汉平原至鄂东北一线出现一条雷暴带，其北侧为雪，南侧为雨，湖北省内出现罕见雪、雨、雷电共存现象。最强降雪出现在18日20时前后，江汉平原至鄂东出现中到大雪，大部地区积雪深度为1~3 cm，雪量为10~20 mm，雪雨比值 < 1 cm·mm^-1(如图 1b)，武汉站雪雨比值只有0.14 cm·mm^-1(见表 1)。此次降雪过程持续时间短，出现罕见冬雷及路面结冰现象，雨雪转换预报难度较大，对春运交通带来较大影响。

2 环流形势对比分析

0208过程主要影响系统为500 hPa短波槽、东北冷涡以及700 hPa弱切变线(图 2a)。2月7日08时，500 hPa中高纬为两槽一脊，东北地区受冷涡控制，其东移过程中后部偏北气流引导冷空气南下，850 hPa上，8日08时，河南南部至湖北一带形成东北回流，北风分量偏大，东北气流与温度线几乎成垂直交角，冷平流向南输送十分显著，0℃线已压至湖南南部，低层形成深厚冷垫。地面图上(图略)气压梯度较大，湖北大部地区为东北风，北风分量较大，最大风速达10 m·s^-1；与此同时，中低纬地区南支系统十分活跃，不断分裂短波槽东移，700 hPa形成弱冷式切变线，贵州至湖南中部一带形成西南急流，为降雪区输送水汽，西南暖湿气流在深厚冷垫上爬升，为降雪形成提供有利的动力条件。由于500 hPa不断有短波槽东移，东北路冷空气侵入较早且持续时间较长，西南暖湿气流较偏南，因此降雪持续时间长，为稳定性降雪，雨雪量不大。

0218过程主要影响系统为500 hPa长波槽、700 hPa切变线及西南急流、850 hPa切变线(图 2b)。2月18日08时，500 hPa东北—川西地区为宽广的长波槽，700 hPa湖北西部有冷式切变线形成。其南侧贵州至湖北南部一带形成显著西南急流，最大风速达20 m·s^-1。对应850 hPa湖北中北部形成东北回流，东风分量偏大，东北气流与温度线几乎成平行交角，冷平流较弱，0℃线位置偏北，湖北与湖南北部一带形成暖式切变线，切变线南侧南风气流与温度线交角接近垂直，表明暖平流输送显著。地面大部地区吹东北风，东风分量较大；18日20时(图略)，500 hPa高空槽进一步东移，700 hPa湖北南部急流出现爆发性增强，从20 m·s^-1增强至28 m·s^-1，随着弱冷空气的进一步南下，低层形成浅薄冷垫，冷暖空气交汇于江汉平原至鄂东一带，促使不稳定能量增强，出现冬雷现象。由于暖湿气流发展非常旺盛，冷暖空气交绥显著，不稳定性强，因而雨雪量大，但降雪持续时间并不长。

3 水汽条件对比分析

0208过程水汽主要来源于700 hPa西南暖湿气流。降雪期间，700 hPa贵州—湖南—鄂东一带受西南气流控制，贵州西部—湖南中部为一高比湿带，水汽随着西南气流北上至鄂东地区，形成一条水汽输送带，位置略偏南(图 3a)。850 hPa来源于东北冷涡后部的东风回流，途经华北地区南下至湖北，从8日08时850 hPa水汽通量和流场图(图 3b)可看出，华北地区为一相对干区，水汽通量值 < 0.02 g·cm^-1·hPa^-1·s^-1，无明显水汽向南输送，该东风回流为干冷回流。从武汉站微波辐射计资料可看出(图 3e)，8日武汉液态水含量、水汽密度大值区主要位于3 km附近，最大值分别为0.03和4 g·m^-3，大气水汽总含量约22 mm。该过程中，水汽输送通道单一，水汽垂直厚度浅薄，整层大气水汽含量及液态水含量较少。

0218过程水汽来源于700 hPa西南气流和850 hPa东南气流。18日08时700 hPa有≥0.16g·cm^-1·hPa^-1·s^-1的水汽通量大值中心，从贵州中部向湖南东北部及鄂东地区输送(如图 3c)，强劲的西南暖湿气流是该过程水汽输送的重要来源。850 hPa鄂东两支东风气流汇合，北方为东北干冷回流，有利于地面形成冷垫，湖南—江西一带存在一支西南暖湿气流，携带水汽北上至鄂东地区转为东南气流(图 3d)，该气流所经之处形成一条明显的水汽输送带，此东南暖湿气流与东北回流交汇于江汉平原至鄂东北一带，不稳定能量增强，随着能量释放，导致发生雷电现象，700和850 hPa两支水汽输送通道为降雪发生提供了充足的水汽。从武汉微波辐射计资料可看出(图 3f)，18日武汉液态水含量主要位于2~6 km，最大值达0.9 g·m^-3，水汽密度大值区主要位于0~5 km附近，最大值达14 g·m^-3，大气水汽总含量最大值达60 mm，数值远远大于0208过程。

4 不稳定条件对比分析

图 4a为2月8日08时武汉站T-logp图，700 hPa为风速6 m·s^-1的弱西南暖湿气流，由于南风分量较小，暖湿气流输送弱，导致该层附近出现冷性逆温层(温度 < 0℃；陈红专等，2012；杜小玲等，2014)。850 hPa以下为干冷东北风，抑制低层暖湿条件增加，低层温度平流以干冷平流为主(图 4c)。在强冷平流作用下，整层温度 < 0℃，-10℃层高度位于925 hPa附近，云中相态以雪晶、冰晶等固态粒子为主，液态水含量较少。低层干冷、中层略暖湿的温湿垂直结构使该过程为稳定性降雪。从8日08时湖北雷达回波拼图及组合反射率垂直剖面看(图 4e)，降雪地区雷达回波强度在20 dBz左右，分布较均匀，回波高度约8 km，是一次稳定性冷云降雪过程。

图 4b为2月18日20时武汉站T-logp图。与0208过程相比有以下不同：700 hPa西南风速达28 m·s^-1，强西南暖湿气流使得该层温度突破0℃，形成暖性逆温层(温度 > 0℃，陈红专等，2012)。850 hPa附近东北风、东南风共存，低层形成冷湿层结(董林等，2012)，850 hPa江汉平原一带出现冷暖平流交汇区，促使大气不稳定度增加(图 4d)。在强暖湿气流作用下，-10℃层高度较高，位于500 hPa附近，云中液态水含量增加。低层湿冷、中层暖湿的温湿垂直结构使得该过程中具有一定不稳定能量积累，925~1000 hPa出现弱的CAPE正值区，随着冷空气的进一步入侵，锋面抬升作用触发不稳定能量释放(姚蓉等，2012；孟雪峰等，2012；王东海等，2013；叶晨等，2011；杨晓亮等，2014；于晓晶等，2013)，产生雷电天气。从18日20时湖北雷达回波拼图看(图 4f)，江汉平原至鄂东北西部一线出现较强回波，最大回波强度达40 dBz，回波分布不均匀，回波高度位于10 km左右，为不稳定性冷云、暖云混合型降雪过程。

5 动力条件对比分析

图 5a为2月8日08时沿114.03°E的径向v风和相对湿度的垂直剖面图，武汉上空存在随高度向北倾斜、相对湿度≥80%的楔形结构高湿区。高湿区北侧800 hPa以下为相对湿度 < 70%的干区，低层形成深厚干冷垫。高湿区南侧700 hPa有浅薄南风气流北上遇南下干冷空气阻挡，沿楔形结构爬升，700 hPa附近部分干冷空气卷入到南风气流中，形成次级环流，将部分上升气流转变为下沉气流，对上升运动起到一定消弱作用。图 5c为8日08时沿114.03°E的涡度、散度垂直剖面图，武汉上空出现与楔形结构相对应的正涡度柱，最强涡度为12×10^-5 s^-1，位于600 hPa以上。主要动力辐合区位于600 hPa以上，700 hPa附近次级环流形成处为辐散区，表明次级环流的形成并未增强上升运动。综上，0208过程干雪过程主要是由于暖湿气流沿干冷空气垫爬升而造成，低层动力条件较弱，主要上升运动区在600 hPa以上，干冷空气卷入到暖湿气流中形成的次级环流消弱上升运动。

图 5b为2月18日20时114.03°E的径向v风与相对湿度的垂直剖面图。武汉上空同样存在随高度向北倾斜、相对湿度≥95%的楔形结构高湿区，倾斜度小于0208过程。高湿区南侧800 hPa以上有深厚的南风气流北上，其北侧800 hPa以下有湿冷北风气流侵入到湿区内，强迫暖湿气流抬升，同时，800~700 hPa由于湿冷空气卷入到暖湿空气中形成次级环流(余政等，2013)，与0208过程不同之处在于，该次级环流的形成位置对应较强的动力辐合区(图 5d)，次级环流形成进一步增强上升运动(陈涛等，2012)。在楔形结构冷暖交汇处，有一条从地面一直延伸至400 hPa的倾斜正涡度柱(图 5d)，1000~600 hPa的最强涡度均达12×10^-5 s^-1，强涡度厚度远远大于0208过程。与深厚正涡度柱相对应，武汉上空1000~400 hPa形成深厚动力辐合区，上升运动较强。综上，0218过程的湿雪过程主要由于冷空气楔入到强暖湿气流底部，迫使暖湿气流抬升(杨晓霞等，2012)，自地面至中高层形成深厚的上升运动区，湿冷空气卷入到暖湿气流中形成的次级环流有利于上升运动增强。

根据以上分析，给出0208过程(图 6a)与0218过程(图 6b)的三维物理模型。在0208干雪过程中，东北冷涡后部偏北气流引导冷空气南下，850 hPa形成强干冷平流，低层形成深厚冷垫，整层温度 < 0℃，-10℃层位置较低；500 hPa有短波槽东移，700 hPa形成弱暖湿气流及冷性逆温层；弱暖湿气流沿深厚冷空气垫爬升，部分干冷气流卷入到上升气流中，形成次级环流，消弱上升运动；由于低层冷平流较强，湿区垂直楔形结构倾斜度大，云中粒子以固态粒子为主，液态水含量少。0218湿雪过程中，高空冷槽引导弱冷空气南下，低层形成浅薄冷垫，-10℃层位置较高；500 hPa有长波槽东移，700 hPa形成强盛西南急流及暖性逆温层，850 hPa存在东北干冷回流、东南暖湿气流两支东风气流，冷暖交汇促使不稳定能量增强；弱冷空气楔入到强暖湿空气底部，迫使暖湿气流抬升，触发不稳定能量释放，同时部分湿冷空气卷入到上升气流中形成次级环流，增强上升运动。由于暖平流较强，湿区垂直楔形结构倾斜度小，云中固、液两态粒子共存，液态水含量多

6 结论与讨论

本文通过对2013年2月8日干雪过程和2月18日湿雪过程的水汽、大气层结稳定度、动力条件三个方面进行对比分析，建立了干、湿雪三维物理模型，揭示了干、湿雪过程的主要区别如下：干雪过程中，低层冷垫深厚、中层出现冷性逆温层，700 hPa暖湿气流弱、水汽输送通道单一，850 hPa干冷平流强，上升运动较弱，次级环流形成消弱上升运动，雪深大、雪量小，以纯雪为主；湿雪过程中，低层冷垫浅薄、中层出现暖性逆温层，700 hPa急流强盛、水汽输送通道多，850 hPa干冷、暖湿平流交汇，不稳定性强，上升运动显著，次级环流形成增强上升运动，雪量大、雪深小，一般经历由雨转雪过程，预报难度较大。

通过以上分析，在今后的实际预报业务中，可根据不同性质的降雪过程，分析相应的预报着眼点，制定相应的防灾减灾方案。然而本文对于两次降雪过程中的微物理过程并没有进行系统的分析，建立的物理模型仍然需要更多的个例进行验证，以上不足之处将在今后的工作中进一步完善。