探问雪落的奥秘

  11月4日至6日，今年下半年首次寒潮天气影响我国北方大部地区，我国中东部多地出现断崖式降温，而东北部分地区和内蒙古的暴雪，则带有较明显的极端性特征。那么，什么情形下易发生极端暴雪，在我国，又有哪些地方雪会下得更“猛”呢？本期科普看台，与您一同探究。

  受寒潮影响，11月5日至6日，华北北部、内蒙古、东北地区大部出现降雪、雨夹雪或雨转雪天气。黑龙江佳木斯、五常，吉林珲春、延吉，辽宁沈阳等41个国家级气象站，日降水量突破当地11月历史极值。那么，暴雪是在啥状况下形成？降雪预报都关注什么？全球变暖下，暴雪又有哪些变化趋势呢？

  一般来说，暴雪天气的形成需要满足三个条件，首先充沛的水汽供应是形成暴雪的门槛，另外两点分别是强烈的动力抬升运动和较长的维持的时间。此外，还需要足够低的气温和适宜的大气垂直温度层结，才能使得雪花在下落过程中不会融化，直接降落到地面上。

  张峰介绍道，根据暴雪形成需要满足的条件，在对天气系统来进行分析时，需要重点分析动力抬升条件、水汽条件和降雪维持的时间等，如果以上降雪形成条件中的一个或几个远超历史平均值，则有出现极端降雪的可能。

  预报员在对降雪天气进行预报时，着重关注的是降雪量、积雪深度以及降雪过程中发生雨雪相态转化的可能性等。据了解，目前中央气象台的集合预报降雪EFI产品能很直观地展示出一次降雪过程的极端性。另外，预报员也会着重关注大气整层的垂直温度分布情况，它对降水过程的相态变化至关重要，直接影响着降落到地面的是雪还是雨。

  以近期的北方强降雪过程为例，张峰指出，造成此次降雪过程的天气系统主要是高空冷涡配合地面气旋，这为降雪提供了强烈的动力抬升条件，另外系统前部强烈的偏南风为东北地区带来了充足的水汽供应，同时天气系统在东北地区移动较为缓慢，强降雪维持的时间较长，这都符合极端降雪发生的条件。

  事实上，雪花是固态降水的一种，因此降雪预报是冬半年一种特殊条件下的降水预报。降雨预报和降雪预报都要关注大尺度环流背景、水汽条件和动力条件等气象因素，二者的预报方法和预报技术也趋于一致。但是，降雪预报又有其自身特殊的预报难点。

  其一是相态预报。冬季的降水相态多种多样，包括雨、雨夹雪、雪、冻雨、冰粒、霰等，一次降水过程中有极大几率会出现不同相态的多次转变。降水相态间的转变有着十分复杂的机理，其核心是对大气中温度和水汽垂直分布的预报描述。目前，数值模式的相态预报主要由云内水成物含量的垂直分布结合环境和温度垂直廓线诊断得到，而预报员主观预报则主要基于关键高度层上的温度阈值进行判断，然而实际的降水相态是与复杂的云微物理过程有关的。未来提升降水相态预报能力需要三维气象综合观测数据、相应的数值预报模式及逐步发展的客观预报方法等新技术的综合开发应用。

  其二是积雪深度预报。积雪深度同样是冬季预报的国际难题，它与雪花的冰晶结构、大气中温度和湿度垂直层结、大气垂直运动、地表温度、地面风速以及雪的含水量等因素密切相关。降雪量和积雪深度的关系在不一样的地区、不同的天气系统条件下，会有所不同。对于同样的降雪量，相对湿度较大的湿雪的积雪深度就会比干雪要更小一点。而较高的地表温度会导致积雪在地面上融化，进而影响到积雪深度。统计研究表明，对于东北、西北、内蒙古等地1毫米的降雪量大致对应0.9至1.2厘米的积雪，对于华北、苏皖和四川等地1毫米的降雪量对应0.6至0.8厘米的积雪。

  目前有研究指出，在全球变暖背景下，极端降水事件的发生频率变得更高，且极端天气事件的范围、维持的时间和严重程度也正在扩大，这这中间还包括极端暴雪、极端暴雨和极端干旱等天气。例如，全球变暖背景下，某一地区更炎热的空气会造成更多的水分从地表蒸发，带来干旱。同时，这些温暖的空气又能容纳更多的水汽，进而引发极端暴雪或暴雨天气。我国的东北地区近60年来出现微量或小雪的降雪日数在减少，而大雪以上的降雪强度在增加，出现极端降雪的可能性也有所增加。

  全球变暖似乎正在增加极端天气事件发生的概率。不过，目前根据一些气候模型做出的极端天气预测尚难以被证实，在科学界关于“全球变暖与极端天气关系”的研究也存在一定争论。（穆俊宇）

  我国降雪较多的地方集中在北方和高海拔地区，从省份来看，降雪比较丰富的有新疆、西藏、青海、甘肃、黑龙江、吉林、辽宁、内蒙古东北部等地。

  前不久东北地区就受到了强降雪影响。11月5日17时，黑龙江省气象台发布暴雪红色预警。自5日夜间起，黑龙江省多地迎来强降雪天气。此次暴雪天气降水量大，全省平均降水量为17.1毫米，为1961年以来历史同期第1多，47个国家级气象站日降水量突破1961年以来历史同期极值。

  同一场过程也影响着吉林。“此次降水过程主要由高空冷涡和地面气旋两个系统相互影响，两股能量相当的势力在运动中‘对撞’形成了狭长的过渡区，这一区域也是此次过程中相态变化复杂的区域。”吉林省气象台台长陈长胜说。吉林各地区过程平均降水量均超过11月历史同期月降水平均值，13个县市日降水量突破单日降水历史极值，过程降水量最大的为珲春，达72.6毫米。

  事实上，在一个月前，一场暴雪也“光顾”了新疆尔自治区。10月29日08时至11月5日10时，阿勒泰地区、乌鲁木齐市、昌吉州三地共70站出现暴雪，其中67站均在阿勒泰地区，与此同时，阿勒泰地区阿勒泰站日降水量突破该站10月历史极值；而昌吉州木垒站、阿勒泰地区吉木乃站、布尔津站日降水量均突破11月历史极值。

  “从10月29日开始，在一波剧烈西风振荡之后，西西伯利亚冷空气掠过蒙古高原直达阿勒泰地区，并长期盘踞在此，与西南方向来的暖湿气流汇合，由于暖湿气流强大，水汽丰沛，给当地带来了强降雪天气。”阿勒泰地区气象台台长博尔楠说。

  为啥这一些地方常年多降雪？暖湿气流与冷空气交汇，近地层的温度和湿度，以及高海拔和地形，是导致这些地区“猛雪”出现的重要的条件——低涡和高空槽等天气系统会在天气尺度范围内带来低层空气的上升运动，空气中的水汽在上升过程中凝结发展成为雪花；当近地层气温低于零度且湿度较高时，云中冰晶形成的雪花才可能顺利降落到地面；另外，山地有明显的降雪量增幅作用，空气在经过山体时被迫抬升，空气中的水汽凝结，在温度低的高山地区形成漂亮的“雪顶”。

  自治区气象台首席预报员杨霞介绍，地中海一带形成的水汽自西向东移动，到达新疆北部遇到阿尔泰山脉，易形成地形降水。同时，加上阿勒泰纬度较高，每到冬季，这里总是北方冷空气到达我国的第一站，冷空气势力强，活动频繁，当冷空气与西南暖湿气流在此相遇，便会给阿勒泰地区带来充沛的降雪。

  此外，北方和高海拔地区的冬季气温均比较低。其中，东三省、内蒙古东北部等地位于高纬度，常受到高空冷涡的过境影响；而新疆、青海等地经常受到高空槽的影响；对西藏而言，由于海拔高，冬季还常有高原槽经过，在喜马拉雅山南麓，西南暖湿气流和地形抬升作用也会有利于强降雪的发生。在华北地区，作为2022年北京冬奥会赛区之一的张家口崇礼降雪量也十分丰富，在海拔高度、沟壑纵横等因素的综合“加持”影响下，冬季天气系统的弱波动就可能给当地带来明显的降雪。

  按照每年雪季的降雪频次，除了上述地区，山东半岛北部等地也是人们意想不到的常年多降雪的区域。

  在山东，被称为“中国雪窝”的烟台和威海，由于冬天降雪较多，形成了独特的海滨雪城风貌。由于这里两面或者三面环海的独特地理位置，水汽充足，当冷空气南下时容易形成“冷流降雪”。由于海上富含水汽，而且海水的温度在冬季相较内陆的地表温度更高，所以海面上方的空气相对温暖而湿润。当冷空气南下时，海面上方的暖湿空气升至一定高度时，就会凝结成雪花，飘落下来形成降雪。

  根据历史气象数据，长江中下游地区也是我国降雪主要集中地。因为长江中下游地区处于亚热带季风气候区，水汽充足，在冬季，当冷空气南下至此处与暖湿气流汇合时，也易形成降雪。黄淮、江淮一带年平均降雪量不多，平均降雪强度却比较大。所以在寒潮影响下，“降雪中心”也有一定的概率会出现在南方地区。

  此外，印度洋北上的暖湿气流在喜马拉雅山脉的地形抬升作用下，使得西藏的聂拉木等地也有可能会出现较强的降雪天气。（李悦 张欣彤 刘洋 韩志鹏 李志宏）

  小小的一片雪花看着很轻盈，它究竟有多重呢？想知道这个概念，我们要先了解下什么是降雪量和积雪深度。

  一片雪花到底有多重？正常的情况下，我们也可以看到的单个雪花直径一般在0.5毫米至3毫米之间，这样微小的雪花只有在极精确的分析天平上，才能称出其重量，而大约3000—10000个雪花加在一起也只有1克重。科学家曾做了个粗略统计，1立方米的雪里面约有60亿—80亿个雪花。

  那么，1毫米降雪等于多深的积雪？南方的雪和北方的雪一样重吗？日常生活中，我们常听到天气预报中提到的几毫米降雪，是指气象观测人员用标准容器将12小时或24小时内采集到的雪化成水后，测量得到的数值，以毫米为单位；而积雪深度是我们一般看到的雪的厚度，是积雪表面到地面的垂直深度，通常以毫米为单位，它随着降雪增加不断累积变化。

  此外，每次降雪由于含水量、温度条件、积雪深度等的不同，重量测算也会有所差异。以含水量为例，北方气温较低，雪大多数是“干雪”，而南方气温通常较高，再加上空气中水分含量也比北方高，雪多数情况都难逃“湿雪”的命运。

  雪是干还是湿的呢，由冰晶构成的雪花，只有空气温度在0℃以下时，才不会融化。有的雪花在降落途中，大气中的温度始终在0℃以下，这就使得它们能够维持雪花的姿态，降落到地面成为“干雪”；而有时候，高空温度虽在0℃以下，但在接近地面时，却需要穿越一段稍高于0℃的大气层，于是雪花便以半融状态的“湿雪”落在大地上。

  正因为雪有干、湿之分，才会导致南方和北方的雪在重量上有所差异。北方多为干雪，其含水量比南方的湿雪低，整体形态较为松散。通常，在北方，100平方米面积上8—10毫米的积雪重100公斤；而在南方，雪则较密实， 6—8毫米的积雪便重达130公斤。（李倩）

  雪灾也称白灾，是长时间大量降雪造成大范围积雪成灾的现象，是牧区一种畜牧气象灾害。虽然积雪本身对牧草的越冬保温可起到积极的防御作用，但是当雪量过大，积雪过深，维持的时间过长时，则造成牲畜吃草困难，甚至无法放牧，而形成雪灾。

  1975年的青海雪灾是一次持续型雪灾，自1974年10月起，由于冬季蒙古-西伯利亚地区强烈的冷空气南下，同时，太平洋地区暖湿气流北上，冷暖空气交汇，在青海地区高山众多的情况下，促使气流上升，形成了强降雪。其中，青海省昆仑山脉和唐古拉山脉之间青南地区果洛、玉树、黄南等地造成极端大雪，降雪一直持续到次年3月，最冷气温达零下30多摄氏度。共有13个县的700万头牲畜受灾，死亡牲畜98.7万头（只）。有2000多人冻坏了手脚，不少人患雪盲、流感、肠胃炎、中毒性痢疾等疾病。

  烟台和威海被称为山东“雪窝子”，当地降雪类型属于冷流降雪，即冬季冷空气流经暖海面后产生的降雪。冷流降雪主要产生在渤海和黄海，陆地上以胶东半岛最为显著。

  2005年12月3日至26日，来自北方的冷空气自渤海湾吹过，导致山东省威海、烟台两市持续20多天大雪，降雪强度之大、时间之长，为50年不遇，造成直接经济损失达3.7143亿元。威海市平均降水量67.6毫米，烟台市平均降水量34毫米。两市平均积雪厚度1至1.5米，最高达2米。

  这次强降雪致使部分地区农业和农产品加工公司生产设施遭到严重破坏，重灾区农业生产大棚80％以上倒塌，农业直接经济损失达34810万元。

  2008年，受拉尼娜现象影响，大气环流异常，北方冷空气连续不断入侵我国。在冷空气来袭的同时，来自印度洋与西太平洋的暖湿空气又源源不断向华南地区输送，冷暖气流在西南、江汉、华南、江南、江淮一带交汇，导致自1月3日起，在上海、江苏、浙江、安徽、江西、河南、湖北、湖南、广东、广西、重庆、四川、贵州、云南、陕西、甘肃、青海、宁夏、新疆等20个省(区、市)出现罕见的长时间、大范围低温雨雪冰冻天气。

  从1月3日至2月24日，因雪灾死亡129人，失踪4人，紧急转移安置166万人，农作物受灾面积1.78亿亩，森林受损面积近2.79亿亩，3万只国家重点保护野生动物在雪灾中冻死或冻伤，受灾人口已超过1亿。其中安徽、江西、湖北、湖南、广西、四川和贵州等7个省份受灾最为严重。

  2018年1月24日至29日，同样受拉尼娜气候事件影响，我国多地遭遇强降雪，江苏、浙江、安徽、江西、河南、湖北、湖南、重庆、贵州、陕西等10省(直辖市)49市(自治州)176个县(市、区)341.9万人受灾，2人死亡，直接经济损失25.5亿元。强降雪导致这些省份部分地区房屋、农业和电力基础设施受损，局部地区群众和车辆出行受阻。

  同年4月，我国出现3次冷空气过程，分别为3-7日、13-16日、22-24日。其中3-7日，冷空气过程影响区域最大、强度最强，为一次全国型寒潮过程。西北东北部、华北、东北东部和南部、黄淮大部、江淮西部及内蒙古等地过程最大降温幅度在14℃以上，面积达253.5万平方公里，降温超过17℃的面积为67.9万平方公里。此次寒潮天气过程造成北京、河北、山西、陕西、甘肃、宁夏、安徽、山东等8省（区、市）遭受较为严重的低温冻害，共计806万人受灾，农作物受灾面积85.1万公顷，其中绝收23.3万公顷，直接经济损失超过150亿元，甘肃、山西受灾最为严重。（史光浩整理）