在山东半岛的烟台与威海,冬季的雪往往来得急促而猛烈。这里被誉为中国的“雪窝”,降雪量常年居全国前列。然而,长期以来,这种独特的降雪现象在微观物理机制上仍笼罩着一层神秘面纱。近期,随着中国东部冷流雪观测试验(ECHOES)的深入开展,科学家们揭开了这一自然奇观的新面目:与北美、日本等地的深厚对流不同,我国东部的冷流雪具有典型的“浅对流”特征。
“浅”与“深”的博弈:冷流雪的中国特色
冷流雪,又称“大湖效应”降雪,是强冷空气掠过温暖海面时,因下暖上冷的层结不稳定而引发的降雪。在全球范围内,美国五大湖区和日本北海道是冷流雪的著名发生地,但这些地区的冷流雪通常表现为“深厚对流”,即云层发展极高,对流运动强烈。
然而,我国的观测数据却展示了一幅截然不同的图景。通过空中国王350人工影响天气飞机的穿云观测以及地基雷达的精密扫描,科研团队发现,山东半岛的冷流云虽然对流活跃,但云层相对较薄,具有显著的“浅对流”特征。这种“浅”并非指降雪量小,而是指其垂直发展的结构特点。在这一独特的浅层对流环境中,雪粒子的增长效率却出奇地高,且频繁出现霰粒子与大雪花共存的现象。这一发现打破了以往直接套用国外深厚对流理论的认知局限,为理解中国东部冬季降水机理提供了关键的“第一手数据”。
空天地协同:捕捉稍纵即逝的“列车”
冷流雪具有极强的局地性和突发性,常形成“列车效应”——即对流云团像列车车厢一样,源源不断地经过同一地区,导致积雪迅速加深。2023年12月,威海文登积雪深度一度达到74厘米,便是这种效应的极致体现。为了捕捉这稍纵即逝的天气过程,中国气象科学研究院、国防科技大学等20余家单位组成了庞大的观测“天团”。
这是一场从太空到地面的立体围捕。试验以烟台冷流雪观测超级站为中心,构建了“空—天—地”协同的综合探测体系。在天上,风云气象卫星时刻注视;在空中,人工影响天气飞机穿越云层进行原位测量;在地面,C/Ka/W三波段超高分辨率廓线探测雷达、Ka/W连续波双偏振雷达等国产先进仪器严阵以待。这套全链条观测体系,不仅实现了对冷流雪风暴尺度的监测,更深入到了粒子尺度,对雪花的谱分布、密度、形状甚至气溶胶的影响进行了精细化“体检”。
破解微物理难题:从“看天”到“知天”
揭示冷流雪的“浅对流”特征,其意义远不止于学术探讨,更直接关系到防灾减灾的实战能力。冰相微物理过程(即冰晶、雪花、霰的形成与转化)一直是数值天气预报模式中的难点和痛点。
通过ECHOES试验,科学家们正在厘清人为和沙尘气溶胶输送对冰相降水的作用机制,突破了以往对冰相微物理认知的盲区。这些宝贵的观测资料,将被用于发展更先进的冰相微物理方案。简单来说,就是让天气预报模型更“懂”雪是怎么形成的,从而大幅提高对冬季致灾暴雪的预报准确率。
从“雪窝”的纷纷扬雪中,我们看到的不仅是北国风光,更是中国气象科技力量的崛起。通过对冷流雪“浅对流”特征的精准刻画,我们正在一步步破解大自然的密码,为守护冬季民生与交通安全筑起一道更坚实的科学防线。