1. 引言
在湖南的低温冰雪天气中，降水相态复杂，同一天内可以观测到雨、雪、雨夹雪、雨凇等多种天气现象，也有雪融、冰融又迅速冻结的可能。因此，尽管低温雨雪冰冻天气持续时间比北方短，但是会对交通、农业、电力等多方面造成显著的不利影响，更严重时冻雨还引发了房屋倒塌等事故，造成人员伤亡。
许多专家与学者[1]-[3]研究表明造成持续雨雪冰冻天气的直接原因是以中高纬阻高异常为主的大气环流的组合性异常。唐熠(2003) [4]和李灿(2009) [5]分析发现出现冻雨和飘雪的环流形势相似，不同点在于大气的垂直层结是否存在逆温。王东海等(2008) [6]通过对2008年1月中国南方低温雨雪冰冻天气的特征和动力学成因分析发现，中长期预报中关注平流层，可以提早发现对流层极涡变化及伴随的强天气事件。近年来，各省通过对当地暴雪过程的数值预报模式开展了机理研究和数值模拟试验[7]-[10]，取得了良好效果。
2. 天气实况和灾情
邵阳地区受冷暖气流交汇影响，2024年2月2日08时至7日08时出现一轮低温雨雪冰冻过程，本次过程低温持续时间长、范围广，高寒山区长时间维持冰雪天气，2日08时至7日08时全市平均气温0.9℃，各县(市)城区最低气温在−1.7℃(邵东)~0.3℃(绥宁)之间，高寒山区最低气温为−7.2℃，出现在隆回小沙江站。本次过程中雨日较多且降水相态多变，先后经历了雨–冻雨–雨夹雪–冻雨–纯雪的演变，全市平均降水25.3毫米，最大降水65.7毫米(新宁县金石镇飞仙桥站)。
在本轮低温雨雪冰冻天气过程中，绥宁、隆回和洞口三县受灾严重，受灾人口达31,266人，多地房屋损坏，竹林和农作物受灾面积达1432公顷，直接经济损失约1277.42万元。
3. 雨雪转化特征线和EC模式预报检验
雨雪演变过程：2月2日白天全市降水相态为毛毛雨或雨，2月3日05时随着邵阳市区和邵东气温降至0℃以下，冻雨开始出现并自北向南发展；2月3日05时至7日00时邵阳大部分地区都出现了雨凇或雨夹雪，在此期间新邵、邵东和邵阳县短暂出现了小雪；2月7日01时新邵转为纯雪，其后雪线继续南扩，全市大部分地区降水相态以雪为主。
2月2日夜间，降水相态由雨转为冻雨，此时850 hPa温度在0℃及以下、925 hPa低于−4℃且气温在0℃以下；4日01时至02时邵阳南部降水相态由雨转为雨夹雪，全市850 hPa温度在0~4℃左右，925 hPa在−4℃及以下，同时气温在1℃以下；7日08时700 hPa 0℃线向南发展至邵阳中部，邵阳全境850 hPa在0℃以下，925 hPa −4℃以下，同时气温在1℃以下，可作为雨转雪相态变化的指标值。通过与2024年1月21日至22日的大到暴雪天气过程的各层温度对比可以看到，在同样满足700 hPa 0℃向南扩展至邵阳地区、邵阳全境850 hPa在0℃以下、925 hPa低于0℃的条件下，气温仅需达到2℃及以下，邵阳即转为纯雪，并且700 hPa和850 hPa温度不断下降，纯雪状态越稳定。结合两次过程，总结了雨转冻雨、雨转雨夹雪和雨转雪的各层温度指标值(表1)。
Table 1. Temperature index values of each layer for precipitation phase transition
表1. 降水相态转化的各层温度指标值
| 相态转化各层温度 |
T700 |
T850 |
T925 |
T |
| 雨转冻雨 |
0~4℃ |
≤0℃ |
≤−4℃ |
<0℃ |
| 雨转雨夹雪 |
0℃附近 |
0~4℃ |
≤−4℃ |
≤1℃ |
| 雨转雪 |
<0℃ |
<0℃ |
<0℃ |
≤2℃ |
从EC 3日20时起报的4日11时各层温度0线(图1)来看，邵阳北部达到雨转雪的指标值，EC 3日20时起报的4日05时至08时和08时至11时(图2)考虑在邵阳中部偏北地区有降雪，实况新邵和邵阳县在4日早晨有短暂转为雪，模式对雨雪相态转换具有明显指示意义。
Figure 1. On the 3rd at 20:00 EC forecast the temperature zero line for each layer at 11:00 on the 4th
图1. EC3日20时起报的4日11时各层温度0线
Figure 2. On the 3rd at 20:00 EC forecast the three-hour snowfall forecast at 08: 00 (a) and 11: 00 (b) on the 4th
图2. EC3日20时起报的4日08时(a)和4日11时(b)逐3小时降雪量
Figure 3. On the 5th at 20:00 (a) and on the 6th at 20:00 (b) EC forecast the temperature zero line for each layer at 08:00 on the 7th
图3. EC5日20时起报(a)和6日20时(b)起报的7日08时各层温度0线
Figure 4. On the 5th at 20:00 (a) and on the 6th at 20:00 (b) EC snowfall from 02:00 to 08:00 on the 7th for 6 hours
图4. 5日20时起报(a)和6日20时(b)起报的7日02时至08时6小时降雪量
从EC5日20时和6日20时起报的7日08时各层温度0线(图3)对比来看，临近时次的700 hPa和925 hPa 0℃线往南调整，说明冷空气是加速南下，预示着冷空气的影响范围将更广泛。与实况对比发现，实况的700、850、925 hPa 0℃线均比预报更偏南，降雪范围比预报更大，转纯雪时间节点比预报更早。从5日20时和6日20时起报的7日02时至08时的6小时降雪量(图4)可以看到，降雪范围从邵阳中部及以北地区扩展到全市，且量级往小调整，与实况基本一致。
通过对EC各层温度0线、降雪量预报与实况的对比来看，本次过程前期各层温度0线与实况基本一致，到7日08时雨转雪时预报的各层0˚线较实况偏北，但是在可接受的误差范围内。在整个过程中，EC模式逐3小时和逐6小时降雪量在临近时次的调整中，对预报雨雪相态转换以及降雪落区具有很好的指示作用。
4. 2024年1月21日至22日大到暴雪过程与2月7日至8日小雪过程对比分析
1月21日20时，500 hPa中高纬表现为两槽一脊形势，中国东北部有强冷空气南下，湖南地区500 hPa西南风强于2月7日08时；2月7日08时500 hPa中高纬表现为一槽一脊形势，两次过程在云贵川一带均多短波槽活动。前一次过程阻高形势稳定，对应地面为庞大的冷高压控制，不断有冷空气补充南下在江南一带交汇，是维持较强降雪的稳定环流形势，后一次过程500 hPa的环流形势明显弱于前一次。
两次过程700 hPa的0℃线均压至湖南中部，湖南均受14 m/s的西南急流控制，1月21日20时北方有强冷空气南下，有冷式切变线从河南经湖北西部至贵州西部，湖南中部及以南地区西南急流风速辐合；2月7日08时湖南中部有西南急流风速辐合，南部风速有辐散。相对而言，前者的动力条件和水汽条件强于后者。
850 hPa和925 hPa湖南中部及以北地区东北风前者明显强于后者，暖空气在冷垫上爬升明显。从海平面气压场对比来看，前一次过程地面冷高压中心达1072.5 hPa，后一次过程冷高压中心为1060 hPa。
通过中层到地面的对比分析可以看到，前一次表现为较强降雪过程，后一次仅为短暂的飘雪过程，主要是因为前者地面有强大的冷高压和500 hPa阻塞高压配合，北支槽深厚，有源源不断的较强冷空气渗透南下，后者500 hPa中高纬的槽脊较浅，带来的冷空气偏弱，700 hPa急流辐合前者也强于后者，相应的动力条件和水汽条件更好，对应产生的降水更强，范围更广。
5. 雷达产品分析
从2月4日03时54分各仰角反射率因子可知，在1.5˚仰角下邵阳市雷达回波整体强度较强，最大雷达反射率为45 dBz以上，4.3˚仰角北部最大反射率已达到58 dBz左右，强降雨回波逐渐东移发展并加强，同时次的ZDR和CC产品上可知：随着仰角抬高ZDR值3~4.5为高值区，KDP值−0.1~0.15为低值区，结合两者表明此时为降雨粒子，而CC值0.99~1.0为大值区，说明降水相态以大雨滴为主，降雨时段ZDR值分布不均匀、且值较高。随着冷空气进一步南下，逆温层进一步南压，冻雨形势已清晰可见，因而CC、ZDR与KDP产品在本次冻雨过程中对降水相态的判定有较为明显的指示作用。2月4日03时54分的ML产品表明融化层高度分布在中层，已具备冻雨条件，HCL产品表明邵阳出现冰晶粒子融化成过冷雨滴形式以小雨为主，说明此时有雨夹雪、冻雨相态的转变过程，无转纯雪的过程。
随着冷空气持续加强并进一步南下，西北部在7日01时后开始转为纯雪。图5为7日03时50分雷达基本反射率因子，反射率因子值较前期北部雨夹雪与冻雨时段明显偏小，最大反射率因子值不超过30 dBz，回波整体表现为更为细腻的丝缕状、纹理结构，表现出典型的降雪回波特征。7日03时50分ZDR值在1.5~2之间，与降水时段对比较，降雪时段ZDR值分布均匀，KDP值变化不大，仍在−0.1~0.15低值区内，CC值有所增强，整体处于0.92~0.97，符合由于冬季的水汽条件和上升运动相对夏季较差，主要以稳定性降水为主的特征，进而降雪阶段的ZDR、KDP产品均表现出主要为低值区的特征。从HCL产品进一步可以得知，邵阳西北部为干雪与湿雪混合相态，与实况基本一致。
(a) (b)
(c) (d)
Figure 5. 0.5˚ R (a)、1.5˚ R (b)、2.4˚ R (c)、3.4˚ R (d) at 03:50 on February 7th
图5. 2月7日03时50分0.5˚ (a)、1.5˚ (b)、2.4˚ (c)、3.4˚ (d)基本反射率因子图
6. 结论与讨论
1) 通过对两次低温雨雪天气演变过程分析发现，T700 ≤ 4℃、T850 ≤ 0℃、T925 ≤ −4℃且气温低于0℃时，降水相态由雨转为冻雨；T700接近0℃、T850 ≤ 4℃、T925 ≤ −4℃、气温在1℃以下时，降水相态由雨转为雨夹雪；低层温度均低于0℃且气温在2℃及以下时，可以作为雨转雪相态变化的指标值。
2) 两次过程形势对比来看，当700 hPa和850 hPa形势相似时，阻塞高压的存在和强盛的地面冷高压是前一次过程比后一次过程雨雪范围更广、强度更强的决定性因素。但是仅从个例分析并不能总结出地面冷高压中心的强度与具体降雪量级的对应关系，后续需通过统计分析进行进一步研究。
3) EC预报的各层温度0线、最新起报时次的逐3小时和逐6小时降雪量与实况对比发现，模式预报对雨雪相态转换以及降雪落区具有较好的指示作用。
4) 低温雨雪过程中，降雨时段雷达上ZDR值分布不均匀、且值较高，KDP为低值区；降雪时段ZDR值分布较为均匀，且ZDR、KDP产品均表现出主要为低值区的特征，结合ML和HCL产品可以掌握降水相态的转变情况。